包括用于热交换和防火的结构的电池模块的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年10月29日提交的韩国专利申请第10-2021-0147221号的优先权权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
3.技术领域
4.本发明涉及一种包括用于实现热交换和防火的结构的电池模块。


背景技术：

5.随着对替代能源的需求不断增加，进行了以诸如太阳能、水能、风能、海洋能和生物质能的对环境污染影响不大的能源为基础的发电技术的技术和开发的研究。特别地，积极进行了对能够反复充电的二次电池的研究，并且对诸如二次电池的材料、效率、结构、稳定性和系统的方面进行了开发。
6.各种类型的二次电池被应用于诸如车辆、移动电话和笔记本电脑的电子设备，并且当用户长时间使用该电子设备时，因为重复充电/放电循环而可能发生发热和/或着火。在二次电池和包括二次电池的系统的稳定性方面，上述的发热/着火的管理是必要的，并且为了使发热/着火的影响最小化，提出了冷却和防火的结构。
7.提出了使用冷却水用于冷却和防火的目的的方法。例如，提出了冷却水吸收电池中产生的热量以执行冷却，并且将冷却水供应到已经发生着火的区域以灭火的方法。


技术实现要素：

8.技术问题
9.根据相关技术，当在冷却和防火的结构中存在接合缺陷时，冷却水可能在冷却期间泄漏从而导致二次电池中的短路。还可能具有二次电池模块的稳定性和该二次电池模块的长期使用的可靠性降低的问题。
10.根据相关技术，由于在冷却和灭火期间都使用冷却水，因此可能具有适应性地应对冷却和防火的效果降低的问题。
11.本发明的一个目的是提供一种用于二次电池模块的结构，其可以通过使用冷却结构和与冷却结构分离的灭火结构来适应性地应对冷却和灭火，并且可以抑制由于接合缺陷引起的冷却水泄漏而导致二次电池中发生的短路。
12.技术方案
13.根据本发明的电池模块可以包括：壳体，具有容纳电池的容纳空间；以及冷却-灭火模块，设置在壳体上，冷却在容纳空间中产生的热量，并熄灭在容纳空间中产生的火焰，其中，冷却-灭火模块包括：第一空间，使热量冷却的制冷剂能够移动通过该第一空间；以及第二空间，与第一空间分离，形成为比第一空间更邻近容纳空间，并且第二空间中存储有用于灭火的灭火流体。
14.冷却-灭火模块可以包括：主体，其包括第一空间和第二空间并结合到壳体；以及
分隔板，其设置成穿过主体并将主体的内部空间分隔成第一空间和第二空间。
15.冷却-灭火模块可以包括：第一板，其结合到壳体，以覆盖壳体上的容纳空间并形成下主体；分隔板，其一部分结合到第一板并且其使第一空间与第二空间彼此分离；以及第二板，其一部分结合到分隔板，并且其形成上主体。
16.第一板和分隔板可以形成第二空间，并且分隔板和第二板可以形成第一空间。
17.冷却-灭火模块可以包括：至少一个连接孔，第二空间和容纳空间通过该连接孔在空间上彼此连接；以及密封构件，其密封连接孔，其中，密封构件在预定温度或更高温度下熔化，使得密封被解除。
18.密封构件可以在该预定温度或更高温度下熔化，使得灭火流体喷射到容纳空间中。
19.冷却-灭火模块可以通过设置成与冷却-灭火模块接触的至少一个散热垫接收热量。
20.冷却-灭火模块可以包括将第一空间和第二空间彼此分隔的分隔板，其中，在分隔板上形成有分别朝向第一空间和第二空间突出的多个销形突起。
21.灭火流体可以具有比制冷剂更好的绝热特性。
22.灭火流体可以具有比制冷剂更低的沸点并通过相变传递热量。
23.有益效果
24.根据本发明的电池模块可以通过使用冷却结构和与冷却结构分离的灭火结构来适应性地应对冷却和灭火。
25.根据本发明的电池模块可以抑制由于电池模块中的部分结构的接合缺陷导致的冷却水泄漏而在二次电池中可能发生的短路。
26.根据本发明的电池模块可以提高用于冷却和防火的电池模块的稳定性和可靠性。
附图说明
27.图1是示出根据本发明实施例的电池模块的透视图。
28.图2是示出根据本发明实施例的电池模块的内部结构的视图。
29.图3是示出根据本发明另一实施例的电池模块的冷却原理的视图。
30.图4是示出根据本发明又一实施例的电池模块的防火(或灭火)原理的视图。
具体实施方式
31.在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，以使本发明所属领域的技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以不同的形式实现，并且不应被解释为受本文阐述的实施例的限制。
32.将取消与说明无关的部分或者可能不必要地模糊本发明主题的相关公知技术的详细描述，以便清楚地描述本发明。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
33.此外，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地被解释为普通含义或基于词典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述和解释其发明的原理被解释为符合本发明范围的含义和概念。
34.图1示出了根据本发明实施例的电池模块。
35.电池模块100可以包括壳体110。
36.可以容纳电池(或电池组件)111的容纳空间可以形成在壳体110中。
37.壳体110可以具有开口的一个表面。例如，壳体110可以包括具有开口的一个表面的开口表面，并且电池111可以通过开口表面置于壳体110内部的容纳空间中。
38.电池模块100可以包括冷却-灭火模块120。
39.冷却-灭火模块120可以包括第一空间130(或制冷剂空间)，在冷却期间使用的制冷剂(或冷却水)可以移动通过该第一空间130，或者制冷剂(或冷却水)可以容纳在该第一空间130中。例如，制冷剂可以穿过第一空间130，以便冷却壳体110中的电池111。
40.冷却-灭火模块120可以包括第二空间140(或灭火流体空间)，在防火(或灭火)期间使用的灭火流体可以容纳在该第二空间140中。例如，灭火流体可以存储在第二空间140中，用于熄灭可能在壳体110内部的电池111中产生的火焰的目的。
41.闸门可以形成在冷却-灭火模块120中，制冷剂可以通过该闸门进出。例如，闸门中的一个可形成为允许制冷剂移动到冷却-灭火模块120中，并且闸门中的另一个可形成为允许制冷剂移动到冷却-灭火模块120的外部。所形成的闸门的数量和位置被提供为示例，并且可以根据设计而改变。
42.冷却-灭火模块120可以设置在壳体110上。
43.冷却-灭火模块120可以结合在壳体110的开口的一个表面上。例如，冷却-灭火模块120的一部分可以结合在壳体110的开口的一个表面的一侧的一部分上。
44.可以具有在从侧面观察时壳体110和冷却-灭火模块120彼此重叠的区域。例如，冷却-灭火模块120的一部分可以在在该部分插入到壳体110的容纳空间中的状态下结合到壳体110。随着冷却-灭火模块120的该部分被插入壳体110的容纳空间中，可以具有电池模块100的总尺寸可减小的效果。
45.图2示出了根据本发明实施例的电池模块的内部结构。
46.如参照图1所描述的，电池模块100可以包括壳体110。壳体110内部的容纳空间是可以安置电池111的空间，并且电池111可以在电池111被容纳并安置在容纳空间中的状态下应用于电池相关工艺或电子系统。
47.冷却-灭火模块120可以结合在壳体110上。例如，冷却-灭火模块120可以在壳体110的开口的一个表面上结合到壳体110。冷却-灭火模块120可以设置成当从侧面观察时至少部分地与壳体110重叠。
48.冷却-灭火模块120可以包括：第一空间130，制冷剂可移动通过该第一空间130或制冷剂可容纳在该第一空间130中；以及第二空间140，灭火流体可存储在该第二空间140中。例如，第二空间140可以形成为比第一空间130更邻近电池111。第一空间130和第二空间140可以是在空间上彼此不连接的单独空间。
49.冷却-灭火模块120的第一空间130和第二空间140可通过分隔板220彼此分隔。例如，分隔板220可以设置在第一空间130与第二空间140之间，并且由于设置有分隔板220，第一空间130和第二空间140可以在空间上彼此分离。
50.冷却-灭火模块120可以包括下主体201和上主体202。
51.冷却-灭火模块120可以包括设置在下主体201与上主体202之间的分隔板220。
52.下主体201可以由第一板210形成。例如，可在第一板210中形成台阶部，并且第一
板210的一部分(例如，第一板210的边缘)可以结合在壳体110的一部分(例如，壳体110的边缘)上，以形成冷却-灭火模块120的下主体201。
53.分隔板220的一部分可以结合到下主体201和上主体202中的每一个的一部分。例如，分隔板220的边缘可以结合在形成下主体201的第一板210的边缘上，并且形成上主体202的第二板230的边缘可以结合在分隔板220的边缘上。
54.上主体202可以由第二板230形成。例如，可在第二板230中形成台阶部，并且第二板230的一部分(例如，第二板230的边缘)可以结合在壳体110的一部分(例如，壳体110的边缘)上，以形成冷却-灭火模块120的上主体202。
55.形成下主体201的第一板210与分隔板220可彼此结合，以形成第二空间140。例如，可通过将第一板210设置在下侧且将分隔板220设置在上侧，并将第一板210的一部分与分隔板220的一部分彼此结合，来形成第二空间140。
56.形成上主体202的第二板230与分隔板220可彼此结合，以形成第一空间130。例如，可通过将第二板230设置在上侧且将分隔板220设置在下侧，并将第二板230的一部分与分隔板220的一部分彼此结合，来形成第一空间130。
57.第一空间130可以是供制冷剂可以移动通过的空间。例如，可以在形成上主体202的第二板230中形成闸门，制冷剂可以通过该闸门进出。例如，制冷剂可以通过形成在第二板230中的闸门中的一个进入冷却-灭火模块120，并且通过形成在第二板230中的闸门中的另一个退出冷却-灭火模块120。
58.第二空间140可以包括灭火流体。例如，灭火流体可以具有比制冷剂低的沸点。在低于制冷剂的沸点下可发生灭火流体的相变，并且灭火流体可通过相变将电池111中产生的热量传递到第一空间130。具有灭火流体的相变特性可被用于使冷却-灭火模块120的冷却效果最大化的效果。例如，灭火流体可以吸收热量并冷却周围，以具有大于制冷剂所具有的热扩散和灭火效果。
59.灭火流体可以包含绝热材料，例如氟化酮，并且具有比制冷剂更好的绝热特性。
60.可以在形成下主体201的第一板210中形成至少一个连接孔，第二空间140和壳体110的容纳空间通过该连接孔在空间上彼此连接。
61.至少一个密封构件211可以结合到在形成下主体201的第一板210中形成的至少一个连接孔。例如，该至少一个密封构件211可在对应于该至少一个连接孔的位置处结合。该至少一个密封构件211可结合到该至少一个连接孔并密封该至少一个连接孔。由于该至少一个连接孔被该至少一个密封构件211密封，第二空间140和壳体110的容纳空间可以在空间上彼此分离。
62.密封构件211可以包含金属和塑料作为材料。
63.密封构件211可以在预定温度或更高温度下熔化。例如，当在电池111中产生热量和/或火焰并且密封构件211的温度达到预定温度或更高温度时，密封构件211可被熔化。
64.当密封构件211在预定温度或更高温度下熔化时，密封构件211对连接孔的密封可在第二空间140与壳体110的容纳空间之间解除。当通过密封构件211的密封被解除时，在形成下主体201的第一板210中形成的该至少一个连接孔可被打开，并且第二空间140和壳体110的容纳空间可在空间上彼此连接。
65.当通过密封构件211对连接孔的密封在灭火流体存储在第二空间140中的状态下
被解除时，灭火流体可以被喷射到壳体110的容纳空间中。
66.至少一个散热垫240可以设置在形成下主体201的第一板210与置于壳体110的容纳空间中的电池111之间。例如，该至少一个散热垫240可设置成与第一板210接触并且还设置成与电池111接触。当在电池111中产生热量时，该至少一个散热垫240可将所产生的热量传递到形成下主体201的第一板210。该至少一个散热垫240可以是允许热量在电池111与冷却-灭火模块120之间传递的部件。
67.可以在分隔板220上形成向第一空间130突出的多个销形突起。例如，当多个销形突起朝向第一空间130突出时，分隔板220与制冷剂的接触面积可增加，从而具有传热效率增加的效果。
68.可以在分隔板220上形成向第二空间140突出的多个销形突起。例如，当多个销形突起朝向第二空间140突出时，分隔板220与灭火流体的接触面积可增加，从而具有传热效率和冷却效果增加的效果。
69.当在分隔板220上形成分别朝向第一空间130和第二空间140突出的多个销形突起时，分隔板220可以分别与制冷剂和灭火流体具有增加的接触面积，并且制冷剂和灭火流体的传热效率和冷却效果可以最大化。
70.图3示出了根据本发明另一实施例的电池模块的冷却原理。
71.容纳在电池模块100的壳体110的容纳空间中的电池111中会产生热量。例如，在对电池模块100中的电池111执行充电和放电的同时，在电池111中会产生热量。
72.在电池111中产生的热量可以通过至少一个散热垫240传递到冷却-灭火模块120。例如，在电池111中产生的热量可以被传递到设置成与电池111接触的至少一个散热垫240。已接收来自电池111的热量的至少一个散热垫240可以将热量传递到设置成与散热垫240接触的冷却-灭火模块120(或形成下模块201的第一板210)。
73.第二空间140可以接收来自形成下模块201的第一板210的热量。当灭火流体存储在第二空间140中时，灭火流体可以接收来自第一板210的热量。
74.储存在冷却-灭火模块120内的第二空间140中的灭火流体可以吸收传递的热量。灭火流体的至少一部分可以吸收热量并且在第二空间140中发生灭火流体从液体状态到气体状态的相变。当灭火流体吸收热量并且相被改变时，灭火流体的周围(例如容纳空间中的电池111)可被冷却。灭火流体可以具有非常低的沸点(例如50度或更低)，并且灭火流体的沸点可以低于制冷剂的沸点。由于在比制冷剂的相变更低的温度下发生灭火流体的相变，所以冷却效果会比制冷剂更高。
75.已经吸收了热量的处于气体状态的灭火流体可以通过分隔板220将热量传递到在冷却-灭火模块120内的第一空间130中流动的制冷剂。例如，已经吸收了热量的灭火流体可以将热量传递到具有高导热性的分隔板220。已经接收到热量的分隔板220可以将热量传递到在第一空间130中流动的制冷剂。已经从分隔板220接收到热量的第一空间130的制冷剂可以吸收热量。第一空间130中已经吸收了热量的制冷剂可以沿移动方向流动，并且制冷剂可以通过形成在冷却-灭火模块120中的闸门移动到冷却-灭火模块120的外部。
76.已经吸收了热量的处于气体状态的灭火流体在热量被传递到制冷剂之后会损失热量。例如，处于气体状态的灭火流体会损失热量并发生到液体状态的相变。
77.在如上所述包括冷却-灭火模块120的电池模块100的冷却中，第一空间130的制冷
剂和第二空间140的灭火流体两者都参与冷却。因此，与仅用制冷剂冷却相比，冷却效率会更高。由于其中容纳制冷剂的第一空间130和其中容纳灭火流体的第二空间140在冷却-灭火模块120中彼此分离，所以可以防止制冷剂泄漏到电池111中。
78.图4示出根据本发明又一实施例的电池模块的防火(或灭火)原理。
79.容纳在电池模块100的壳体110的容纳空间中的电池111中可能产生高温热和/或火焰。例如，在对电池模块100中的电池111执行充电和放电的同时，在电池111中可能产生具有固定温度或更高温度的热量和/或火焰。
80.在电池111中产生的高温热可以通过至少一个散热垫240传递到冷却-灭火模块120。例如，在电池111中产生的高温热可以被传递到设置成与电池111接触的至少一个散热垫240。已接收来自电池111的高温热的至少一个散热垫240可以将高温热传递到设置成与散热垫240接触的冷却-灭火模块120(或形成下模块201的第一板210)。
81.第二空间140可以接收来自形成下模块201的第一板210的高温热。当灭火流体存储在第二空间140中时，灭火流体可以接收来自第一板210的高温热。
82.储存在冷却-灭火模块120内的第二空间140中的灭火流体可以吸收传递的热量。例如，灭火流体的一部分可以吸收热量并且在第二空间140中发生灭火流体从液体状态到气体状态的相变，并且随着第二空间140中的压力增加，灭火流体的一部分可以保持在液体状态。在第二空间140中，灭火流体可以处于其中液体状态和气体状态混合的高压状态。
83.在电池111中产生具有固定温度或更高温度的热量之前，处于其中液体状态和气体状态混合的高压状态的灭火流体可以将热量传递到第一空间130以进行冷却。例如，已经吸收了热量的混合相灭火流体(例如，液相+气相)可以通过分隔板220将热量传递到在冷却一灭火模块120内的第一空间130中流动的制冷剂。具体地，已经吸收了热量的灭火流体可以将热量传递到具有高导热性的分隔板220。已经接收到热量的分隔板220可以将热量传递到在第一空间130中流动的制冷剂。已经从分隔板220接收到热量的第一空间130的制冷剂可以吸收热量。第一空间130中已经吸收了热量的制冷剂可以沿移动方向流动，并且制冷剂可以通过形成在冷却-灭火模块120中的闸门移动到冷却-灭火模块120的外部。
84.当在电池111中产生具有固定温度或更高温度的热量或产生火焰时，密封构件211的温度可达到预定温度或更高温度，并且密封构件211可被熔化。例如，结合到形成于形成下主体(模块)201的第一板210中的至少一个连接孔的至少一个密封构件211可被熔化。
85.当密封构件211在预定温度或更高温度下熔化时，密封构件211对连接孔的密封会在第二空间140和壳体110的容纳空间之间解除。
86.当通过密封构件211的密封被解除时，形成于形成下主体(模块)201的第一板210中的至少一个连接孔可被打开，并且第二空间140和壳体110的容纳空间可以在空间上彼此连接。
87.当第二空间140与壳体110的容纳空间在空间上彼此连接时，灭火流体会由于第二空间140中的高压而喷射到壳体110内部的容纳空间中。例如，当通过密封构件211的密封被解除并且第二空间140与壳体110的容纳空间彼此连接时，具有由于第二空间140中的高压而将混合相灭火流体喷射并喷入设置有电池111的容纳空间中的效果(例如，喷射效果)。
88.已被喷射到设置有电池111的壳体110的容纳空间中的灭火流体可以在高温状态和/或起火的状态下阻挡来自电池111的热扩散。喷射的灭火流体可以熄灭在电池111中产
生的火焰，并且可以抑制着火。
89.在如上所述包括冷却-灭火模块120的电池模块100的防火(或灭火)中，灭火流体可以朝向电池111喷射以快速灭火并且还抑制额外着火。在冷却-灭火模块120中，即使在防火(或灭火)期间，其中容纳制冷剂的第一空间130和其中容纳灭火流体的第二空间140也可以在结构上彼此分离。因此，可以防止制冷剂泄漏到电池111中。
90.尽管已经参照有限的实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且可以由本发明所属领域的普通技术人员在本发明的技术构思和所附权利要求的等效的范围内以各种方式实现。
91.[附图标记说明]
[0092]
100：电池模块
[0093]
110：壳体
[0094]
111：电池(或电池组件)
[0095]
120：冷却一灭火模块
[0096]
130：第一空间
[0097]
140：第二空间
[0098]
201：下主体
[0099]
202：上主体
[0100]
211：密封构件
[0101]
210：第一板
[0102]
220：分隔板
[0103]
230：第二板
[0104]
240：散热垫

技术特征：
1.一种电池模块，包括：壳体，具有被配置为容纳电池的容纳空间；以及冷却-灭火模块，设置在所述壳体上，并且被配置为冷却在所述容纳空间中产生的热量，并熄灭在所述容纳空间中产生的火焰，其中，所述冷却-灭火模块包括：第一空间，使热量冷却的制冷剂能够移动通过所述第一空间；以及第二空间，与所述第一空间分离，并且形成为比所述第一空间更邻近所述容纳空间，并且所述第二空间中存储有用于灭火的灭火流体。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却-灭火模块包括：主体，所述主体包括所述第一空间和所述第二空间并结合到所述壳体；以及分隔板，所述分隔板设置成穿过所述主体并且被配置成将所述主体的内部空间分隔成所述第一空间和所述第二空间。3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却-灭火模块包括：第一板，所述第一板结合到所述壳体，以覆盖所述壳体上的所述容纳空间并形成下主体；分隔板，所述分隔板的一部分结合到所述第一板并且所述分隔板被配置成使所述第一空间与所述第二空间彼此分离；以及第二板，所述第二板的一部分结合到所述分隔板，并且所述第二板形成上主体。4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述第一板和所述分隔板形成所述第二空间，并且所述分隔板和所述第二板形成所述第一空间。5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却一灭火模块包括：至少一个连接孔，所述第二空间和所述容纳空间通过所述至少一个连接孔在空间上彼此连接；以及密封构件，所述密封构件被配置成密封所述连接孔，其中，所述密封构件在预定温度或更高温度下熔化，使得密封被解除。6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述密封构件在所述预定温度或更高温度下熔化，使得所述灭火流体喷射到所述容纳空间中。7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却-灭火模块通过设置成与所述冷却-灭火模块接触的至少一个散热垫接收热量。8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却-灭火模块包括被配置成将所述第一空间和所述第二空间彼此分隔的分隔板，其中，在所述分隔板上形成有分别朝向所述第一空间和所述第二空间突出的多个销形突起。9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述灭火流体具有比所述制冷剂更好的绝热特性。10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述灭火流体具有比所述制冷剂更低的沸点并通过相变传递热量。

技术总结
根据本发明的电池模块可以包括：壳体，具有容纳电池的容纳空间；以及冷却-灭火模块，设置在壳体上，冷却容纳空间中产生的热量，并熄灭在容纳空间中产生的火，其中，冷却-灭火模块包括：第一空间，使热量冷却的制冷剂能够移动通过该第一空间；以及第二空间，与第一空间分离，形成为比第一空间更邻近容纳空间，并且其中存储用于灭火的灭火流体。中存储用于灭火的灭火流体。中存储用于灭火的灭火流体。


技术研发人员：康宰赫 柳正彬 柳在旭 池昊俊 崔珍荣
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/10/15