具有使用双金属的电流阻断装置的电池组及其操作方法与流程

1.本公开涉及一种包括使用双金属的电流阻断装置的电池组及其操作方法，更具体地说，涉及一种包括使用双金属的电流阻断装置的电池组及其操作方法，该电池组能够在电池单元因其异常状态而与周围电池单元分离的状态恢复时迅速复原电池单元与周围电池单元的连接。


背景技术：

2.其中多个电池单元被分组并电连接的大容量电池组主要用于满足大型电子装置(例如电动车辆)所需的输出和容量。该电池组包括由金属板材料制成的汇流条，该汇流条允许多个电池单元电连接。
3.在此，当多个电池单元中即使有一个电池单元产生异常状态时，其余正常操作的电池单元可能操作不稳定。因此，在通过将多个电池单元分组来配置大容量电池组的过程中，在汇流条与电池单元之间设置有各种电流阻断结构。
4.例如，以下专利文献1公开了一种金属构件，该金属构件是形成为在高温下会被切割的电流阻断结构。该金属构件设置在汇流条与电池单元的电极端子之间，并在温度随着电池单元中出现异常状态而迅速上升时，被切割以机械地将汇流条与处于异常状态的电池单元分离。
5.然而，这种传统的电流阻断结构不能被重新使用。例如，尽管在预定时间过后，电池单元的状态恢复，但恢复的电池单元仅在打开电池组以更换切割的金属构件时才可以被重新使用。
6.以下专利文献中公开了本公开的背景技术。
7.(专利文献1)kr10-2018-0064221a


技术实现要素：

8.技术问题
9.本公开提供一种可重复使用的电池组及其操作方法，该电池组包括使用双金属的电流阻断装置。
10.本公开还提供了一种包括使用双金属的电流阻断装置的电池组及其操作方法，该电池组在因其异常状态而与周围电池单元分离的状态恢复时，能够迅速复原与周围电池单元的连接。
11.技术方案
12.根据一个示例性实施方式，一种电池组包括：电池组壳体；多个圆柱形电池单元，所述多个圆柱形电池单元布置在所述电池组壳体中；以及电流阻断装置，所述电流阻断装置布置在所述电池组壳体中，以连接所述多个圆柱形电池单元，并具有双金属制成的部分。这里，所述电流阻断装置包括：与所述圆柱形电池单元的电极端子接触的固定端；与周围圆柱形电池单元的电极端子接触的自由端；以及配置成将所述自由端朝所述周围圆柱形电池
单元弹性按压的柔性构件。而且，当所述自由端固定到所述双金属时，所述自由端和所述圆柱形电池单元的所述电极端子之间的接触根据所述双金属的变形接通或断开。
13.所述固定端和所述自由端可以在所述多个圆柱形电池单元的布置方向上彼此相对布置，并且所述柔性构件和所述自由端可以在与所述多个圆柱形电池单元的所述布置方向交叉的方向上彼此相对布置。
14.所述固定端可以具有通过焊接附接到所述圆柱形电池单元的所述电极端子的表面，并且所述自由端可以具有通过弹性按压而与所述周围圆柱形电池单元的所述电极端子接触的表面。
15.所述电流阻断装置的所述双金属部分可以布置在所述多个圆柱形电池单元与所述电池组壳体的内表面之间，以便受热不弯曲的部分面对所述圆柱形电池单元和所述周围圆柱形电池单元，并且受热弯曲的部分面对所述电池组壳体的所述内表面，所述固定端和所述自由端可以布置在所述电流阻断装置的所述双金属部分的所述受热不弯曲的部分上，并且所述柔性构件可以布置在所述双金属部分的所述受热弯曲的部分上。
16.所述电流阻断装置可以包括：汇流条，所述汇流条由受热可膨胀和收缩的多种材料制成，并布置在所述周围圆柱形电池单元上方；固定端，所述固定端从所述汇流条的一侧延伸，并附接到所述圆柱形电池单元的所述电极端子；自由端，所述自由端从所述汇流条的与所述一侧相反的另一侧延伸，并与所述周围圆柱形电池单元的所述电极端子接触；以及柔性构件，所述柔性构件配置成在所述汇流条与所述电池组壳体的顶表面之间将所述汇流条的所述另一侧支撑到所述电池组壳体的所述顶表面。
17.所述汇流条可以包括上层和下层，所述上层和所述下层具有不同的热膨胀系数，并由双金属制成，所述下层的热膨胀系数可以大于所述上层的热膨胀系数，所述固定端和所述自由端可以均从所述下层向下延伸，并在水平方向上相互间隔开，并且所述柔性构件可以由所述上层支撑，使得所述柔性构件与所述自由端向上间隔开。
18.所述柔性构件可以包括弹簧，该弹簧的弹性力小于所述汇流条的膨胀力。
19.所述电流阻断装置可以进一步包括传递构件，该传递构件布置成将所述汇流条、所述固定端和所述自由端中的至少一者与所述周围圆柱形电池单元热连接。
20.根据另一示例性实施方式，一种操作电池组的方法包括以下步骤：将电池组壳体中的圆柱形电池单元的电极端子和周围圆柱形电池单元的电极端子分别连接到电流阻断装置的固定端和自由端；当具有预定值的热或更多的热从所述圆柱形电池单元和所述周围圆柱形电池单元中的一者传递时，通过弯曲所述电流阻断装置的双金属部分将所述自由端与所述周围圆柱形电池单元间隔开；以及当传递到所述双金属部分的热消散时，通过复原所述双金属部分来复原所述自由端与所述周围圆柱形电池单元之间的连接。
21.所述自由端的间隔可以包括将所述双金属部分相对于所述固定端在远离所述周围圆柱形电池单元的所述电极端子的方向弯曲。
22.所述自由端的间隔可以包括利用所述弯曲使与所述双金属部分连接的柔性构件收缩。
23.所述连接的复原可以包括弹性地按压所述双金属部分的弯曲部分，并将由所述弯曲部分支撑的所述自由端朝所述周围圆柱形电池单元的所述电极端子按压。
24.有利效果
25.根据示例性实施方式，电流阻断装置可以随着从电池单元(其中由于其异常状态而温度升高)产生的热的传递而形状膨胀，以使相应的电池单元与周围电池单元分离，并在热消散时使相应的电池单元与周围电池单元连接。
26.另外，由于电流阻断装置的具有可膨胀和可收缩形状的部分被弹性按压，电流阻断装置可以通过利用散热时的形状收缩引起的全部复原力和弹性按压引起的负荷来紧密接触电池单元的电极端子，并将相应的电池单元与周围电池单元稳定地连接。
27.因此，电流阻断装置可以迅速与因异常状态而温度升高的电池单元或与相应电池单元连接的周围电池单元间隔开，并在温度随着相应电池单元的状态复原而下降时稳定地重新连接相应电池单元和周围电池单元。
28.因此，当相应电池单元的异常状态被解决时，即使不拆卸包括异常电池单元的电池组，相应电池单元和与其连接的电流阻断装置也可以被重新使用。
附图说明
29.图1是示出根据一个示例性实施方式的电池组的图。
30.图2是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置的图。
31.图3是示出根据一个示例性实施方式的电池组的内部的图。
32.图4是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置允许电流流动的状态的图。
33.图5是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置阻断电流的状态的图。
34.图6是示出根据一个变型例的电流阻断装置阻断电流的状态的图。
具体实施方式
35.下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应该被理解为限于本文所阐述的实施方式。相反，这些实施方式提供成使本公开彻底且完整，并将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。在图中，为了清楚地说明问题，层和区域的尺寸被夸大了，并且为了清楚地描述本发明，与描述无关的部分被省略了。类似的附图标记指代所有类似的元件。
36.下文中，将参照附图详细描述根据示例性实施方式的具有使用双金属的电流阻断装置的电池组及其操作方法。
37.1.根据一个示例性实施方式的电池组
38.图1是示出根据一个示例性实施方式的电池组的图。将参照图1描述根据一个示例性实施方式的电池组。
39.根据一个示例性实施方式的电池组是具有使用双金属的电流阻断装置的电池组，该电池组包括：电池组壳体100；多个圆柱形电池单元200，其设置在电池组壳体100中；以及电流阻断装置300，其布置在电池组壳体100中以连接多个圆柱形电池单元200并具有由双金属制成的部分。
40.另外，根据一个示例性实施方式的电池组可以包括：连接构件400，其由导电材料制成并布置在电池组壳体100中以在与电流阻断装置300相对的侧连接多个圆柱形电池单元200；冷却构件500，其借助连接构件400与多个圆柱形电池单元200热连接；热界面材料600，其插入冷却构件500与连接构件400之间以顺利传热；以及电池单元保持器(未示出)，
其用于将多个圆柱形电池单元200固定在电池组壳体100中。
41.1.1.电池组壳体100
42.电池组壳体100可以具有内部空间以在其中容纳多个圆柱形电池单元200。电池组壳体100可以具有矩形的圆柱体形状。另选地，电池组壳体100可以具有各种形状。
43.1.2.多个圆柱形电池单元200
44.多个圆柱形电池单元200可以被设置在电池组的电池组壳体100中以增加电池组的输出和容量。该多个圆柱形电池单元200可以包括二次电池单元。
45.二次电池单元可以形成为使得电极组件容纳在电池单元壳体中，在该电极组件中，当隔膜布置在附接有正极接头的正极板与附接有负极接头的负极板之间时，正极板、负极板和隔膜以卷芯形式卷绕。二次电池单元的一侧和与该一侧相反的另一侧可以各形成有电极端子。这里，当二次电池单元的一侧形成有正极端子时，在与该一侧相对的另一侧可以形成有负极端子。
46.多个圆柱形电池单元200可以沿行方向和列方向布置。在此，圆柱形电池单元可以容纳在电池组壳体100中，使得在行方向上布置的圆柱形电池单元布置成正极端子和负极端子交替地面向上，并且在列方向上布置的圆柱形电池单元布置成相同种类的电极端子面向上。多个圆柱形电池单元200在行方向上是串联连接的，在列方向上是并联连接的。这里，行方向可以称为左右方向，并且列方向可以称为前后方向。左右方向和前后方向两者总体上都可以称为水平方向。
47.1.3.电流阻断装置300
48.图2是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置的图。将参照图2描述根据一个示例性实施方式的电流阻断装置。
49.电流断路装置300可以设置成用于电连接多个圆柱形电池单元200，并布置在多个圆柱形电池单元200上方。由于每两个沿左右方向布置的圆柱形电池单元设置有一个电流阻断装置300，因此电池组壳体100中可以设置有多个电流阻断装置300。
50.电流阻断装置300可以具有由双金属制成的部分，并且当温度随着与相应的电流阻断装置连接的两个圆柱形电池单元中的至少一者出现异常状态而升高时，电流阻断装置可以通过使双金属部分变形而与两个圆柱形电池单元中的一者间隔开，以阻断这两个圆柱形电池单元之间的电连接。另选地，当温度随着与相应的电流阻断装置连接的两个圆柱形电池单元的状态恢复而下降时，可以通过复原双金属部分来恢复两个圆柱形电池单元之间的电连接。
51.1.4.电流阻断装置300的详细结构
52.图3是示出根据一个示例性实施方式的电池组的内部的图。
53.参照图3，电流阻断装置300包括：固定端320，其附接到圆柱形电池单元210的电极端子；自由端330，其与周围圆柱形电池单元220的电极端子接触；以及柔性构件340，其将自由端330弹性地朝周围圆柱形电池单元220按压。
54.在此，固定端320和自由端330可以在多个圆柱形电池单元200的布置方向上彼此相对布置，并且柔性构件340和自由端330可以在与多个圆柱形电池单元200的布置方向上交叉的方向上彼此相对。即，固定端320和自由端330可以在水平方向上彼此相对，并且柔性构件340和自由端330可以在与水平方向交叉的竖直方向上彼此相对。
55.固定端320可以称为“固定引线”。固定端320可以包括通过焊接附接到圆柱形电池单元的电极端子的表面321。自由端330可以称为“自由引线”。自由端330可以包括通过弹性按压与周围圆柱形电池单元220的电极端子接触的表面。这里，当双金属部分因热变形而弯曲时，双金属部分的弯曲力可能大于弹性按压自由端330的力。另外，当双金属部分随着热的散失而复原时，弹性按压可以与双金属部分的复原力一起将自由端330向下弹性按压。
56.双金属部分可以包括汇流条310。在汇流条310中，不因热而弯曲的下层312可以面朝圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220，因热弯曲的上层311可以在多个圆柱形电池单元200与电池组壳体100的上壁100a的内表面之间布置成面对电池组壳体100的上壁100a的内表面，并且下层312可以不弯曲，而上层311在热传递时可以弯曲，从而使布置自由端330的部分沿向上的方向上升。这里，固定端320和自由端330可以设置在不因汇流条310的热而弯曲的下层312上，并且柔性构件340可以设置在因汇流条310的热而弯曲的上层311上。
57.下文中，将更详细地描述电流阻断装置300。
58.电流阻断装置300可以包括：汇流条310，其由可受热膨胀和收缩的多种材料制成并与圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220向上隔开；固定端320，其从汇流条310的一侧向下延伸，并附接到圆柱形电池单元210的电极端子；自由端330，其从汇流条310的与所述一侧相反的另一侧向下延伸，并与周围圆柱形电池单元220的电极端子接触；以及柔性构件340，其在汇流条310与电池组壳体100的顶部表面之间将汇流条310的另一侧支撑到电池组壳体100的顶部表面(例如上壁100a的内表面)。
59.例如，汇流条310可以在左右方向上延伸，并且延伸的宽度可以对应于两个圆柱形电池单元所占据的宽度。这里，对应的特征代表宽度彼此相等，或者一个宽度比另一个宽度大或小预定的尺寸。汇流条在前后方向上的宽度可以对应于一个圆柱形电池单元所占据的宽度。
60.由于汇流条310包括具有不同热膨胀系数的上层311和下层312，因此汇流条310可以由双金属制成。这里，下层312的热膨胀系数可以大于上层311的热膨胀系数。因此，当汇流条310被加热，并且上层311和下层312膨胀时，由于下层312比上层311更膨胀，下层312可能看起来是相对膨胀的，并且上层311可能看起来是相对收缩的。
61.固定端320可以从下层312向下延伸，并且具有在左右方向延伸的下部分和在竖直方向上倾斜延伸的上部。另外，固定端320具有由汇流条310的下层312的底部表面支撑的上端。这里，固定端320的下部分可以焊接并固定到圆柱形电池单元210的电极端子。
62.自由端330可以在水平方向(即左右方向)上与固定端320间隔开，并且从下层312向下延伸。自由端330可以具有在竖直方向上倾斜延伸的上部分以及在左右方向上延伸的下部分。另外，自由端330可以具有由下层312的底部表面支撑的上端和与周围圆柱形电池单元220的端子电极接触的下端。电流可以从布置在周围圆柱形电池单元220的上部分的电极端子经由接触电极端子的自由端330，并经由汇流条310流向布置在圆柱形电池单元210的上部分的端子电极。
63.在此，当由圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220中的至少一者的异常状态产生热时，所产生的热可传递到汇流条310以使汇流条310弯曲，并且自由端330可以上升以阻断电流的流动。
64.即，随着汇流条310的预定部分受热向上弯曲，连接到汇流条310的下部分的自由端330上升，以阻断电池单元220和与其连接的自由端330之间的连接。自由端330和电池单元220之间的电连接可以根据施加到自由端330和汇流条310的热的状态接通或断开，而固定端320始终和与其相邻的电池单元210连接。
65.在此，柔性构件340可以包括弹簧，该弹簧在汇流条310热变形时具有小于汇流条310的膨胀力的弹性力。因此，汇流条310可以在收缩柔性构件340的同时借助热顺利地弯曲。
66.另外，当处于异常状态的圆柱形电池的状态恢复时，汇流条310的形状可以复原，并且自由端330可以下降以接触布置在周围圆柱形电池单元220的上部分的端子电极，从而恢复电流的流动。这里，柔性构件340可以增加汇流条310的复原力，以便自由端330接触周围圆柱形电池单元220的端子电极。
67.如上所述，自由端320可以根据汇流条310的膨胀和弯曲而与周围圆柱形电池单元220的端子电极间隔开，并且借助柔性构件340的弹性按压引起的负荷和汇流条310的收缩引起的复原力接触周围圆柱形电池单元220的端子电极。
68.即，柔性构件340可以具有弹性力，该弹性力设定为使自由端330协助受热弯曲的汇流条310的所有弯曲和释放。
69.在此，柔性构件340可以由上层311支撑，以便柔性构件340布置在自由端330之上。即，柔性构件340可以具有由电池组壳体100的顶部表面接触支撑的上端和由自由端330上方的上层311支撑的下端。因此，柔性构件340可以经由汇流条310向下按压自由端330，从而可以稳定地维持自由端330与设置在周围圆柱形电池单元220上部分的端子电极之间的接触。另外，柔性构件340的上端和下端中的至少一者可以被电绝缘。
70.1.5.连接构件400
71.连接构件400可以由金属板材料制成。连接构件400可以设置为多个，以电连接多个圆柱形电池单元200。在此，连接构件400可以布置成串联连接在行方向上布置的圆柱形电池单元并且平联连接在列方向上布置的圆柱形电池单元。
72.例如，当电流阻断装置300连接圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220时，电流阻断装置300可以布置成沿电流的流动方向将圆柱形电池单元210的前一个圆柱形电池单元与圆柱形电池单元210连接，并且将周围圆柱形电池单元220的后一个圆柱形电池单元与周围圆柱形电池单元220连接，而不是将圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220连接。
73.1.6.冷却构件500和热界面材料600
74.冷却构件500可以包括散热器。冷却构件500可以安装在电池组壳体100的底部100b上，以将热消散到电池组壳体100的外部。
75.热界面材料(tmi)600可以允许冷却构件500与连接构件400热接触。因此，从多个圆柱形电池单元200产生的热可以通过连接部件300传递到热界面材料600，并经由冷却构件500消散到电池组壳体100的外部。
76.1.7.电池单元保持器
77.电池单元保持器(未示出)可以与多个圆柱形电池单元200的外周表面接触，以将多个圆柱形电池单元200固定在电池组壳体100中。
78.2.用于操作根据一个示例性实施方式的电池组的方法
79.图4是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置允许电流流动的状态的图，并且图5是示出根据一个示例性实施方式的电流阻断装置阻断电流的状态的图。
80.下面，将参照图4和图5描述用于操作根据一个示例性实施方式的电池组的方法。
81.用于操作根据一个示例性实施方式的电池组的方法可以包括以下过程。
82.2.1.将电池组壳体100中的圆柱形电池单元210的电极端子和周围圆柱形电池单元220的电极端子连接到电流阻断装置的固定端320和自由端330的过程，借助电流阻断装置将圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220电连接。这里，布置在圆柱形电池单元210的上部的负极端子可以通过焊接连接到电流阻断装置的固定端320，并且布置在周围圆柱形电池单元220的上部的正极端子可以连接到电流阻断装置的自由端330。
83.在此过程中，如图4中所示，柔性构件340可以在向下的方向上施加力(例如弹性力f1)，以经由汇流条310弹性地按压自由端330。即，布置在周围圆柱形电池单元220的上部的正极端子与自由端可以彼此紧密接触。因此，可以稳定地维持圆柱形电池单元210和周围圆柱形电池单元220之间的电连接。
84.在电池组操作的情况下(例如在进行高速充电和放电的情况下)，在圆柱形电池单元之一中产生异常状态时，可能产生高温热，并且该产生的热可能影响布置在周围的其他圆柱形电池单元的操作。因此，具有随着异常状态的产生而迅速升高的温度的圆柱形电池单元必须迅速与周围电池单元进行电分离。这可以通过以下过程来实施。
85.2.2.如图5中所示，当热t从圆柱形电池单元和周围圆柱形电池单元之一传递时，通过弯曲电流阻断装置的双金属部分使双金属部分(即汇流条310)相对于固定端320在远离周围圆柱形电池单元220的电极端子的方向上弯曲，从而使自由端330与周围圆柱形电池单元220的电极端子间隔开的过程。在此，由于弯曲力f2大于柔性构件340的弹性力，因此可利用汇流条310的弯曲来收缩连接的柔性构件310。因此，自由端330可以容易地与周围圆柱形电池单元220的电极端子间隔开。因此，电池单元之间的电连接可以被阻断。
86.另外，其中由于异常状态而与周围电池单元的电连接被阻断的圆柱形电池单元的状态可以在预定时间过去后复原。这里，圆柱形电池单元可以通过进行以下过程与周围电池单元电连接。
87.2.3.当传递到作为双金属部分的汇流条310的热消散时，处于复原状态的圆柱形电池单元通过复原汇流条310的过程与周围电池单元电连接，以复原自由端330和周围圆柱形电池单元220的电极端子之间的连接。这里，汇流条310的弯曲部分通过膨胀柔性构件340而被弹性地按压，并且由弯曲部分支撑的自由端330被朝周围圆柱形电池单元220的电极端子按压。
88.此后，自由端330与周围圆柱形电池单元220的电极端子之间的连接可以稳定地维持，同时电流阻断装置300的柔性构件340弹性地按压汇流条310。
89.3.根据变型例的电池组及其操作方法
90.图6是示出根据变型例的电流阻断装置阻断电流的状态的图。将参照图5和图6描述根据变型例的电池组及其操作方法。
91.参照图5，当从与固定端320附接的圆柱形电池单元210产生热，并且电流阻断装置的自由端330由于产生的热而与周围圆柱形电池单元220间隔开时，由于热连续地传递到汇
流条310，直到圆柱形电池单元210的异常状态被解决，汇流条310的弯曲状态可以被顺利地维持。
92.另外，由于从接触自由端330的周围圆柱形电池单元220产生热，从周围圆柱形电池单元220产生的热可以在汇流条310的弯曲状态下通过热对流和热辐射传递到汇流条310。
93.因此，参照图6，根据变型例的电池组的电流阻断装置300可以进一步包括用于将汇流条310、固定端320和自由端330中的至少一者与周围圆柱形电池单元220热连接的传递构件350。例如，传递构件350可以布置在电池组壳体100中以将汇流条310与周围圆柱形电池单元220的外表面连接。
94.因此，根据变型例的电池组的操作方法可以进一步包括在将自由端330与周围圆柱形电池单元220的电极端子间隔开的过程之后，借助周围圆柱形电池单元220与汇流条310之间的热传递路径进行热交换的过程。在这个过程中，从周围圆柱形电池单元220产生的热可以进一步顺利地传递到汇流条310。
95.尽管已经参照具体实施方式描述了沉积设备和方法，但它们不限于此。此外，以上内容只是示出并描述了本发明的优选实施方式，并且可以在各种组合、改变和环境下使用本发明。因此，本领域的技术人员很容易理解，在不背离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种变型和改变。
96.附图标记的描述
97.100：电池组壳体
98.200：多个圆柱形电池单元
99.210：圆柱形电池单元
100.220：周围圆柱形电池单元
101.300：电流阻断装置
102.310：汇流条
103.320：固定端
104.330：自由端
105.340：柔性构件
106.400：连接构件