JP2023548176A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

電池モジュールおよびこれを含む電池パック Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは複数の電池セルが一方向に積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容し、内部面および外部面を有するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームと結合し、前記電池セル積層体の前面または後面を覆うエンドプレートを含み、前記モジュールフレームには前記内部面に形成された流入口および前記外部面に形成された排出口を定義するホール形態のベンティング部が少なくとも一つ形成され、前記ベンティング部のホールはバリア層によって覆われている。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年４月１４日付韓国特許出願第１０－２０２１－００４８７９１号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より具体的には、安全性が強化された電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。これにより、多様な要求に応えられる二次電池に対する研究が多く行われている。
二次電池は、携帯電話機、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心を集めている。
最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれて、複数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させた中大型モジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。
一方、複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。
このような中大型電池モジュールを構成する電池セルは充放電の可能な二次電池から構成されているので、このような高出力大容量二次電池は充放電過程で多量の熱を発生させる。
電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するフレーム、前記電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含む。
図１は、従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時の様子を示した図である。図２は、図１のＡ－Ａ部分であって、従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時に隣接した電池モジュールに影響を与える火炎の様子を示した図である。
図１および図２を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が積層形成された電池セル積層体１２、電池セル積層体１２を収容するフレーム２０、電池セル積層体１２の前後面に形成されたエンドプレート４０、エンドプレート外部に突出形成されたターミナルバスバー５０などを含む。
電池セル積層体は、フレーム２０およびエンドプレート４０の結合によって密閉された構造内に配置することができる。これによって過充電などの理由で電池セル１１の内部圧力が増加する場合に、電池セル１１の外部に高温の熱、ガスまたは火炎が放出されることがあり、この時、一つの電池セル１１から放出された熱、ガスまたは火炎などは狭い間隔をおいて隣接した他の電池セル１１に伝達されて連続的な発火現象が誘導されることがある。また、各電池セル１１から放出された熱、ガスまたは火炎などはエンドプレート４０に形成された開口部に向かって排出され、この過程でエンドプレート４０と電池セル１１の間に位置したバスバー５０などが損傷する問題が発生することがある。
さらに、電池パック内で複数の電池モジュール１０は少なくとも二つのエンドプレート４０が互いに対向するように配置されるので、電池モジュール１０内で発生した熱、ガスまたは火炎などが電池モジュール１０外部に排出される場合には隣接した他の電池モジュール１０内の複数の電池セル１１の性能および安定性に影響を与えることもある。
したがって、電池モジュール１０の内部発火時に熱伝播速度を効果的に遅延させ、発生した熱、ガスまたは火炎が電池モジュール１０の外部に急速に排出されるようにすることによって、耐久性および安全性が向上した電池モジュール１０を開発する必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュール内発火現象発生時、排出される高温の熱と火炎を抑制して安全性が強化された電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張できる。
本発明の一実施形態による電池モジュールは複数の電池セルが一方向に積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容し、内部面および外部面を有するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームと結合し、前記電池セル積層体の前面または後面を覆うエンドプレートを含み、前記モジュールフレームには前記内部面に形成された流入口および前記外部面に形成された排出口を定義するホール形態のベンティング部が少なくとも一つ形成され、前記ベンティング部のホールはバリア層によって覆われている。
前記バリア層は、溶融点が約２００℃以下である物質を含むことができる。
前記バリア層は、耐熱プラスチック、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、Ｍｉｃａ系素材、Ｃｅｒａｍｉｃ系素材、またはシリコンを含むことができる。
前記バリア層は、無機炭酸塩、無機リン酸塩、および無機硫酸塩からなる群より選択される一つ以上の消火薬剤を含むことができる。
前記バリア層は、前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と前記電池セル積層体の間に配置できる。
前記バリア層は、前記ベンティング部のホールの内部空間を満たすことができる。
前記バリア層は、前記ベンティング部のホールの内部空間を満たす第１バリア層、および前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と前記電池セル積層体の間に位置する第２バリア層を含むことができる。
前記複数の電池セルが積層される方向を積層方向と定義する時、前記ベンティング部は、前記積層方向に沿って延長される前記モジュールフレームの一面上に形成できる。
前記ベンティング部は、前記モジュールフレームの上面に形成できる。
前記ベンティング部の排出方向は前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と鋭角をなし、前記ベンティング部の排出方向は前記流入口から前記排出口に向かう方向であってもよい。
前記複数の電池セルは第１電池セルおよび第２電池セルを含み、前記第１電池セルと対応する位置に形成された第１ベンティング部と対応する前記バリア層の第１部分が開放される時、前記第２電池セルと対応する位置に形成された第２ベンティング部と対応する前記バリア層の第２部分は開放されなくてもよい。
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述の電池モジュールを含む。
実施形態によれば、ホールが形成されたモジュールフレームおよびホールを覆うためのカバーを電池モジュールに実現することによって、火炎発生以前にはホールを閉鎖することによって外部から電池モジュール内部に汚染物が投入されることを防止し、火炎発生時にはホールを開放することによって酸素遮断およびガス排出を通じて高温の熱とガスおよび火炎を抑制することができる。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。
従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時の様子を示した図である。 図１のＡ－Ａに沿って切断した部分であって、従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時に隣接した電池モジュールに影響を与える火炎の様子を示す図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの一例を示す斜視図である。 図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図４の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。 図３の切断線Ｂ－Ｂに沿って切断した断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールにおいて火炎発生時熱分解反応以後の様子を示す断面図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は以下で説明したこと以外に様々の異なる形態に実現でき、本発明の範囲はここで説明する実施形態によって限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に拡大するか縮小して示したものであるので、本発明の内容が図示されたところに限定されないのは自明である。以下の図面においては様々な層および領域を明確に表現するために各層の厚さを拡大して示した。そして以下の図面においては、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“上に”あると説明する時、これは該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の直上に”ある場合だけでなく、その間にまた他の部分がある場合も含むと解釈されなければならない。これと反対に、該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の直上に”あると説明する時にはその間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。一方、他の部分“の上に”または“上に”あると説明することと同様に、他の部分“の下に”または“下に”あると説明することも前述の内容を参照して理解されるはずである。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
また、明細書全体で、“平面上”という時、これは該当部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは該当部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
以下、本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。
図３は、本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図４は、図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。図５は、図４の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。
図３および図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が一方向に沿って積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収容するモジュールフレーム２００、電池セル積層体１２０の前面および／または後面上に位置するバスバーフレーム３００、電池セル積層体１２０の前面および／または後面を覆う（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）エンドプレート４００、およびバスバーフレーム３００上に装着されるバスバー５１０、５２０を含むことができる。
電池セル１１０は、単位面積当り積層される数が最大化できるパウチ型で提供できる。パウチ型で提供される電池セル１１０は、正極、負極および分離膜を含む電極組立体をラミネートシートのセルケース１１４に収納した後、セルケース１１４のシーリング部を熱融着することによって製造できる。しかし、電池セル１１０が必ずしもパウチ型で提供されなければならないのではなく、以後に装着されるデバイスが要求する貯蔵容量が達成される水準下で角型、円筒型またはその他の多様な形態で提供することもできるのは自明である。
図５を参照すれば、電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２を含むことができる。電極リード１１１、１１２は、セル本体１１３の一端からそれぞれ突出している構造を有することができる。具体的には、各電極リード１１１、１１２の一端は電池セル１１０の内部に位置することによって電極組立体の正極または負極と電気的に連結され、各電極リード１１１、１１２の他端は電池セル１１０の外部に導出されることによって別途の部材、例えば、バスバー５１０、５２０と電気的に連結される。
セルケース１１４内の電極組立体は、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃによって密封できる。セルケース１１４のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは、両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃ上に配置できる。
セルケース１１４は、一般に樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造からなる。例えば、セルケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなる場合には、中大型電池モジュール１００を形成するために複数の電池セル１１０を積層する時、外部衝撃によって容易に滑る傾向がある。したがって、これを防止し電池セル１１０の安定した積層構造を維持するために、セルケース１１４の表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。
連結部１１５は、前述のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃが位置していないセルケース１１４の一端において長さ方向に沿って延長される領域を称するものであり得る。連結部１１５の端部には、バットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）と呼ばれる電池セル１１０の突出部１１０ｐが形成できる。また、テラス（Ｔｅｒｒａｃｅ）部１１６は、セルケース１１４の縁を基準にして、セルケース１１４の外部にその一部が突出した電極リード１１１、１１２とセルケース１１４の内部に位置するセル本体１１３の間の領域を称するものであり得る。
一方、パウチ型で提供される電池セル１１０は長さ、幅および厚さを有することができ、電池セル１１０の長さ方向、幅方向および厚さ方向は相互垂直な方向であってもよい。
ここで、電池セル１１０の長さ方向は、電極リード１１１、１１２がセルケース１１４から突出した方向によって定義できる。電池セル１１０の長さ方向は、ｘ軸方向または－ｘ軸方向と定義できる。
またここで、電池セル１１０の幅方向は、図４で示されているように、電池セル１１０の一側部１１４ｃから連結部１１５または連結部１１５から一側部１１４ｃに向かうｚ軸方向または－ｚ軸方向であってもよい。またここで、電池セル１１０の厚さ方向は、幅方向および長さ方向と垂直なｙ軸方向または－ｙ軸方向と定義できる。
電池セル積層体１２０は、電気的に連結された複数の電池セル１１０が一方向に沿って積層されたものであってもよい。複数の電池セル１１０が積層された方向（以下、‘積層方向’と称される）は、図３および図４で示されているように、ｙ軸方向（または－ｙ軸方向であってもよく、以下、‘軸方向’という表現が＋／－方向を全て含むと解釈できる）であってもよい。
ここで、電池セル積層体１２０の前面から後面に向かう方向、またはその反対方向は電池セル積層体１２０の長さ方向と定義でき、ｘ軸方向であってもよい。また、電池セル積層体１２０の上面から下面に向かう方向、またはその反対方向は電池セル積層体１２０の幅方向と定義でき、ｚ軸方向であってもよい。
電池セル積層体１２０の長さ方向は、電池セル１１０の長さ方向と実質的に同一であってもよい。この時、電池セル積層体１２０の前面および後面には電池セル１１０の電極リード１１１、１１２が配置できる。この時、電池モジュール１００のバスバー５１０、５２０は、電極リード１１１、１１２との電気的連結を容易に形成するように電池セル積層体１２０の前面および後面と近く配置できる。
モジュールフレーム２００は、電池セル積層体１２０およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護するためのものであり得る。モジュールフレーム２００は、電池セル積層体１２０およびこれと連結された電装品をモジュールフレーム２００の内部空間に収容することができる。ここで、モジュールフレーム２００は内部面２００ａ（図６参照）および外部面２００ｂ（図６参照）を含み、モジュールフレーム２００の内部空間は内部面２００ａによって定義できる。
モジュールフレーム２００の構造は多様である。一例として、モジュールフレーム２００の構造はモノフレームの構造であってもよい。ここで、モノフレームは、上面、下面および両側面が一体化した金属板材の形態であってもよい。モノフレームは、押出成形で製造できる。他の例として、モジュールフレーム２００の構造は、Ｕ字型フレームと上部プレート（上面）が結合された構造であってもよい。Ｕ字型フレームと上部プレートが結合された構造の場合、モジュールフレーム２００の構造は下面および両側面が結合されたまたは一体化した金属板材のＵ字型フレームの上側に上部プレートを結合して形成でき、各フレームまたはプレートは、プレス成形で製造できる。また、モジュールフレーム２００の構造はモノフレームまたはＵ字型フレーム以外にＬ型フレームの構造で提供することもでき、前述の例で説明していない多様な構造で提供することもできる。
モジュールフレーム２００の構造は、電池セル積層体１２０の長さ方向に沿って開放された形態で提供できる。電池セル積層体１２０の前面および後面は、モジュールフレーム２００によって覆われなくてもよい。電池セル１１０の電極リード１１１、１１２は、モジュールフレーム２００によって覆われなくてもよい。電池セル積層体１２０の前面および後面は後述のバスバーフレーム３００、エンドプレート４００またはバスバー５１０、５２０などによって覆われてもよく、これによって電池セル積層体１２０の前面および後面は外部の物理的衝撃などから保護されるはずである。
一方、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の内部面中の一側面の間には、圧縮パッド１５０が配置できる。この時、圧縮パッド１５０は電池セル積層体１２０のｙ軸上に配置することができ、電池セル積層体１２０の両端にある二つの電池セル１１０のうちの少なくとも一つと面対向可能である。
また、図示されていないが、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の内部面の間には熱伝導性樹脂が注液でき、注液された熱伝導性樹脂によって電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の内部面中の一側面の間に熱伝導性樹脂層（図示せず）が形成できる。この時、熱伝導性樹脂層は電池セル積層体１２０のｚ軸上に配置でき、前記熱伝導性樹脂層は電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の－ｚ軸上に位置した底面（または底部と称される）の間に形成できる。
バスバーフレーム３００は、電池セル積層体１２０の一面上に位置して、電池セル積層体１２０の一面をカバーすると同時に電池セル積層体１２０と外部機器との連結を案内するためのものであり得る。バスバーフレーム３００は電池セル積層体１２０の前面または後面上に配置できる。バスバーフレーム３００には、バスバー５１０、５２０およびモジュールコネクタのうちの少なくとも一つが装着できる。具体的な例を挙げれば、図３および図４を参照すれば、バスバーフレーム３００の一面は電池セル積層体１２０の前面または後面と連結され、バスバーフレーム３００の他面はバスバー５１０、５２０と連結される。
バスバーフレーム３００は、電気的に絶縁である素材を含むことができる。バスバーフレーム３００は、バスバー５１０、５２０が電極リード１１１、１１２と接合された部分以外に電池セル１１０の他の部分と接触するのを制限することができ、電気的短絡が発生するのを防止することができる。
図示されていないが、バスバーフレーム３００は二つであってもよく、電池セル積層体１２０の前面上に位置する第１バスバーフレーム（図面番号３００で示される）および電池セル積層体１２０の後面上に位置する第２バスバーフレーム（図示せず）を含むことができる。
エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された面を密閉することによって、電池セル積層体１２０およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護するためのものであり得る。このために、エンドプレート４００は所定の強度を有する物質から製造できる。例えば、エンドプレート４００はアルミニウムのような金属を含むことができる。
エンドプレート４００は、電池セル積層体１２０の一面上に位置するバスバーフレーム３００またはバスバー５１０、５２０を覆いながらモジュールフレーム２００と結合（接合、密封または密閉）できる。エンドプレート４００の各角はモジュールフレーム２００の対応する角と溶接などの方法で結合できる。また、エンドプレート４００とバスバーフレーム３００の間には電気的絶縁のための絶縁カバー８００が配置できる。絶縁カバー８００はエンドプレート４００の内部面に配置でき、エンドプレート４００の内部面に密着できるが、必ずしもそうであるのではない。
エンドプレート４００は二つであってもよく、電池セル積層体１２０の前面上に位置する第１エンドプレートおよび電池セル積層体１２０の後面上に位置する第２エンドプレートを含むことができる。
第１エンドプレートは電池セル積層体１２０の前面上で第１バスバーフレームを覆いながらモジュールフレーム２００と結合でき、第２エンドプレートは第２バスバーフレームを覆いながらモジュールフレーム２００と結合できる。言い換えれば、第１エンドプレートと電池セル積層体１２０の前面の間に第１バスバーフレームが配置でき、第２エンドプレートと電池セル積層体１２０の後面の間に第２バスバーフレームが配置できる。
バスバー５１０、５２０はバスバーフレーム３００の一面上に取り付けられ、電池セル積層体１２０または電池セル１１０と外部機器回路を電気的に連結するためのものであり得る。バスバー５１０、５２０は電池セル積層体１２０またはバスバーフレーム３００とエンドプレート４００の間に位置することによって外部の衝撃などから保護され、外部の水分などによる耐久性低下が最少化される。
バスバー５１０、５２０は、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２を通じて電池セル積層体１２０と電気的に連結できる。具体的には、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２は、バスバーフレーム３００に形成されたスリットを通過した後、曲げられてバスバー５１０、５２０と連結できる。バスバー５１０、５２０によって電池セル積層体１２０を構成する電池セル１１０が直列または並列に連結される。
バスバー５１０、５２０は一つの電池モジュール１００と他の電池モジュール１００を電気的に連結するためのターミナルバスバー５２０を含むことができる。外部の他の電池モジュール１００と連結されるためにターミナルバスバー５２０の少なくとも一部はエンドプレート４００の外部に露出され、エンドプレート４００にはそのためのターミナルバスバー開口部４００Ｈが備えられてもよい。
ターミナルバスバー５２０は他のバスバー５１０とは異なり、上向きに突出した突出部をさらに含むことができ、突出部はターミナルバスバー開口部４００Ｈを通じて電池モジュール１００の外部に露出される。ターミナルバスバー５２０はターミナルバスバー開口部４００Ｈを通じて露出された突出部を通じて他の電池モジュール１００やＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）と連結され、これらとＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。
図示されていないが、電池モジュール１００は、電池セル１１０の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出し、制御するセンシング部材を含むことができる。センシング部材は、電池モジュール内部の温度を感知する温度センサー、バスバー５１０、５２０の電圧値をセンシングするセンシング端子、収集されたデータを外部の制御装置に伝達し、外部の制御装置から信号を受信するモジュールコネクタおよび／またはこれを連結するための連結部材を含むことができる。
ここで、連結部材は、電池セル積層体１２０の上面で長さ方向に沿って延長される形態に配置できる。連結部材は、軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）または軟性平板ケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。
またここで、モジュールコネクタは温度センサーおよび／またはセンシング端子から獲得されたデータをＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝送することができ、ＢＭＳは収集された電圧データに基づいて電池セル１１０の充電と放電を制御することができる。モジュールコネクタは、前述のバスバーフレーム３００に装着できる。モジュールコネクタの少なくとも一部はエンドプレート４００の外部に露出され、エンドプレート４００にはそのためのモジュールコネクタ開口部（図示せず）が備えられてもよい。このように、エンドプレート４００にはターミナルバスバー開口部４００Ｈおよびモジュールコネクタ開口部などが形成でき、これらは‘開口部’と総称できる。
一方、前述のように電池セル１１０が高い密度で積層された電池モジュール１００の内部では発火現象が発生することがある。一つの電池モジュール１００で発火現象が発生すると、電池モジュール１００の熱、ガスまたは火炎などがそれと隣接した電池モジュール１００に伝達されるので、電池モジュール１００の間に連続的な発火現象が発生することもあり、これにより電池モジュール１００またはこれを含む電池パックの耐久性および安定性が低下する問題があった。
したがって、以下では、前記のような発火現象を解消することによって電池モジュール１００の耐久性および安定性を向上させることができるベンティング部（ｖｅｎｔｉｎｇ ｐａｒｔ）９００およびバリア層（Ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）９２０に関して説明する。
図６は、図３の切断線Ｂ－Ｂに沿って切断した断面図である。図７は、本発明の一実施形態による電池モジュールで火炎発生時、熱分解反応以後の様子を示す断面図である。
図６および図７を参照すれば、本発明の一実施形態によるモジュールフレーム２００は、モジュールフレーム２００の内部面２００ａと外部面２００ｂを貫通するベンティング部９００を含むことができる。
ベンティング部９００は、モジュールフレーム２００およびエンドプレート４００などによって密閉された電池モジュール１００の内部と電池モジュール１００の外部を連通させるためのものであり得る。ベンティング部９００は、電池モジュール１００の内部発火時、発生する熱、ガスまたは火炎などを電池モジュール１００の外部に排出するためのものであり得る。
ベンティング部９００は、モジュールフレーム２００の内部面２００ａに形成された流入口（ｉｎｌｅｔ）９００ａおよび外部面２００ｂに形成された排出口（ｏｕｔｌｅｔ）９００ｂを連通するホール（ｈｏｌｅ）形態を有することができる。
ベンティング部９００は、モジュールフレーム２００の少なくとも一面に形成できる。ここで、モジュールフレーム２００は、電池セル積層体１２０の長さ方向であるｘ軸上で互いに対向するように配置される二面が開放された状態であってもよい。モジュールフレーム２００は、ｙ軸上で互いに対向するように配置される二面（以下、‘ｙ軸上の面’と称される）およびｚ軸上で互いに対向するように配置される二面（以下、‘ｚ軸上の面’と称される）を有することができる。モジュールフレーム２００の開放されたｘ軸上で互いに対向する二面は、主にエンドプレート４００などによって覆われてもよい。
電池パック内の電池モジュール１００は主にＨＶ連結のためにターミナルバスバー５２０同士が対向するように配置され、一つの電池モジュール１００で発生した火炎などはエンドプレート４００に形成された開口部、一例としてターミナルバスバー開口部４００Ｈを通じて隣接した他の電池モジュール１００に伝達される。このように電池モジュール１００内部の熱がエンドプレート４００方向に伝達されると、互いに隣接する電池モジュール１００を電気的に連結する（ＨＶ連結）外部バスバーが溶けて内部ショートによる追加発火が発生することがあり、隣接する電池モジュールに熱暴走現象が転移されることがある。
しかし、モジュールフレーム２００にベンティング部９００が形成されると、電池セル１１０に起因した高温の熱、ガスおよび火炎などがターミナルバスバー開口部４００Ｈを通じて排出されるのを最少化することができ、隣接した電池モジュール１００および電池モジュール１００のＨＶ連結構造に加えられる損傷を最少化することができる。
ここで、モジュールフレーム２００のｙ軸上の一面は、電池セル積層体１２０の幅方向または長さ方向に沿って延長される面であり得る。モジュールフレーム２００のｙ軸上の一面は一つの電池セル１１０の一面と対向してもよい。説明の便宜のために、モジュールフレーム２００のｙ軸上の一面はモジュールフレーム２００の側面と称することができる。
またここで、モジュールフレーム２００のｚ軸上の一面は、電池セル積層体１２０の積層方向または長さ方向に沿って延長される面であり得る。モジュールフレーム２００のｚ軸上の一面は、一方向に沿って並んで配置された多数の電池セル積層体１２０のそれぞれの一面と対向してもよい。説明の便宜のために、モジュールフレーム２００のｚ軸上の一面は上面または下面（底面または底部）と称することもできる。
図６および図７に示されているように、ベンティング部９００はモジュールフレーム２００のｚ軸上の一面に形成されるのが好ましい。これは、ベンティング部９００がモジュールフレーム２００のｚ軸上の一面に位置すれば、ｙ軸上の一面に位置する場合より、ベンティング部９００の流入口９００ａが電池セル積層体１２０の多数の電池セル１１０と近く配置されるので、多数の電池セル１１０から放出される熱、ガスまたは火炎が外部に急速に排出可能なためである。このように、モジュールフレーム２００上のベンティング部９００の位置は、多数の電池セル１１０の一面が並んで位置した、電池セル積層体１２０の一面の位置によって決定できる。
モジュールフレーム２００上のベンティング部９００の位置は、電池パック内の電池モジュール１００の配置によっても決定できる。例えば、多数の電池モジュール１００は電池パック内で電池モジュール１００が第１方向（ｙ軸またはｘ軸）に沿って配置され、第２方向（ｚ軸方向）には配置されなくてもよい。この時、図６および図７に示されているように、ベンティング部９００がモジュールフレーム２００のｚ軸（第２方向）上の一面に形成されると、ベンティング部９００の流入口９００ａから排出口９００ｂに延長される排出経路上に他の隣接した電池モジュール１００が位置しなくなるので、排出された熱、ガスまたは火炎が他の電池モジュール１００に与える影響を最少化することができる。一方、ｚ軸上の二面のうちの－ｚ軸上の面が電池パックと連結される装着面である場合には、ベンティング部９００は＋ｚ軸上に形成できるはずである。
ベンティング部９００は前述の図面のようにモジュールフレーム２００の一面上に全体的に形成されてもよいが、必ずしもそうであるのではなく、モジュールフレーム２００の一面中の一部に形成されてもよい。また、図示されていないが、ベンティング部９００はモジュールフレーム２００の多数の面上に形成されてもよい。
ベンティング部９００の個数は一つ以上であってもよく、ベンティング部９００が複数である場合、ベンティング部９００は行／列を成して配置される。
ベンティング部９００の流入口９００ａおよび排出口９００ｂの形状は前述の図面のように曲率を有するラウンド形状であってもよいが、必ずしもそうであるのではなく、円形、楕円形または頂点を有する多角形で提供することもできる。また、ベンティング部９００を通じて排出される熱、ガスまたは火炎は電池モジュール１００の外部により速く拡散するのが好ましいので、排出口９００ｂの大きさは流入口９００ａの大きさよりさらに大きく提供できる。
一方、ベンティング部９００の流入口９００ａから排出口９００ｂに向かう方向は、電池モジュール１００内部のガスが外部に排出される排出方向であり得る。前述の図面ではベンティング部９００の流入口９００ａから排出口９００ｂに向かう方向がベンティング部９００が形成されたモジュールフレーム２００の一面と垂直することと示されたが、必ずしもそうであるのではなく、ベンティング部９００の流入口９００ａおよび排出口９００ｂの位置を変更することによって排出方向が前記モジュールフレーム２００の一面と鋭角を成すようにホール構造が形成できる。このようにベンティング部９００のホールが傾いた構造を有することによって、電池モジュール１００内部の露出が最少化され、空気中に漂う異物が重力によって電池モジュール１００内部に入る現象が防止できる。
ベンティング部９００の流入口９００ａおよび排出口９００ｂの位置を変更することによって排出方向が角（鋭角）をなすようになれば、ベンティング部９００から排出される熱、ガスまたは火炎の方向が転換（調節）できる。これによって排出経路の長さが増加でき、ベンティング部９００の排出口９００ｂを通じて排出されるガスなどがより低い温度を有することができる。また、ベンティング部９００の排出方向が隣接した電池モジュール１００が位置しない方向に形成された場合には、隣接した電池モジュール１００の間に熱が伝播する現象が最少化できる。
ベンティング部９００が複数である場合、複数のベンティング部９００の排出方向は互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。複数のベンティング部９００の排出方向が互いに異なるように形成されると、ベンティング部９００から排出されるガスなどが多様な方向に向かって電池モジュール１００外部のさらに広い空間に拡散できる。これにより、電池モジュール１００からガス排出が速かに行われ、電池モジュール１００の発熱防止のような効果が達成できる。
一方、本実施形態のようにモジュールフレーム２００に内部と外部を連通させるためのベンティング部９００が備えられる場合、モジュールフレーム２００外部の埃、不純物などがベンティング部９００のホール構造を通じてモジュールフレーム２００内部に入ることがある。また、モジュールフレーム２００内部発火時、ベンティング部９００に沿って外部の酸素が供給されることによって内部発火が促進される現象が発生することがある。したがって、ベンティング部９００にはホールを閉鎖（ｃｌｏｓｉｎｇ）するための別途の部材が提供されることが好ましい。
再び図６および図７を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、ベンティング部９００のホール構造の開口を覆う（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）バリア層９２０を含むことができる。
ここで‘バリア層’という表現はベンティング部９００のホールを覆うための膜の形態を表現するためのものであるので、カバー（ｃｏｖｅｒ）、栓、フード（ｈｏｏｄ）、蓋（ｌｉｄ）、キャップ（ｃａｐ）またはこれと類似の他の単語に変更して表現できるのを予め明らかにしておく。
バリア層９２０は、ベンティング部９００のホールを覆うための板状形態で提供できる。バリア層９２０は、ベンティング部９００のホールを覆うためのパッド形態で提供できる。バリア層９２０は流入口９００ａまたは排出口９００ｂを覆うように配置されることによってベンティング部９００のホールをカバーすることができる。
バリア層９２０は、ベンティング部９００が形成されたモジュールフレーム２００の一面の下に配置することができる。一例として、図６でバリア層９２０は電池セル積層体１２０の上面とモジュールフレーム２００の上面の間に位置することと示されたが、必ずしもそうであるのではなく、ベンティング部９００がモジュールフレーム２００の側面に形成される場合には電池セル積層体１２０の側面とモジュールフレーム２００の側面の間に配置されてもよい。ここで、組み立ての便宜のために、バリア層９２０はモジュールフレーム２００の内部面２００ａに付着することもできるが、必ずしもそうであるのではない。
一方、バリア層９２０は一般にはベンティング部９００のホールを閉鎖することによって外部の酸素、埃または不純物などが電池モジュール１００の内部に入ることを防止するが、電池モジュール１００の内部発火時にはベンティング部９００のホールを開放することができる。
バリア層９２０は、高温高圧環境で一定時間耐えられる物質から製造できる。例えば、バリア層９２０は、耐熱プラスチック、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、Ｍｉｃａ系素材、またはＣｅｒａｍｉｃ系素材から製造できる。バリア層９２０は、高温高圧環境で一定時間耐えられる射出物であってもよい。他の例を挙げれば、バリア層９２０は、シリコンから製造されたシリコンパッドであってもよい。
バリア層９２０は、モジュールフレーム２００の内部温度によって溶融する素材を含むことができる。バリア層９２０は、電池セル１１０から放出される熱、高温のガスまたはスパークによって溶融する素材を含むことができる。バリア層９２０は、溶融点が所定の範囲以下である物質から製造できる。例えば、バリア層９２０は、溶融点が約２００℃以下である熱可塑性高分子樹脂を含むことができる。より具体的には、バリア層９２０は、ポリエチレン、ポリプロピレンなど溶融点が約１００℃以上２００℃以下である物質から製造できる。
バリア層９２０は、電池モジュール１００の内部発火時、発火現象を緩和するための物質を含むこともできる。例えば、バリア層９２０は、消火（ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ）薬剤を含むことができる。バリア層９２０が消火薬剤を含むと、電池モジュール１００は自己消炎機能を有することができる。ここで、消火薬剤は粉末形態の消火薬剤物質であってもよい。消火薬剤は電池モジュール１００の内部発火時、熱分解反応を通じて二酸化炭素および水蒸気を発生させることができ、発生した二酸化炭素および水蒸気は外部の酸素が電池モジュール１００の内部に流入するのを防止することによって火炎を抑制することができる。消火薬剤は吸熱反応である熱分解反応を行うことによって電池モジュール内で発生した熱を吸収することができ、二酸化炭素および水蒸気を発生させることによって外部の酸素供給も遮断することができる。これにより、電池モジュール１００内部の火炎および熱伝播速度は効果的に遅延でき電池モジュールの安全性は向上できる。
バリア層９２０は、無機炭酸塩、無機リン酸塩、および無機硫酸塩からなる群より選択される一つ以上の消火薬剤を含むことができる。消火薬剤物質のより具体的な例としては、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）、リン酸アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ３）、および“炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）と尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）”の混合物などであってもよい。バリア層９２０が炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）を含む場合、炭酸水素カリウムの熱分解反応を通じて炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）が生成できる。生成された水蒸気は電池モジュール１００内部の火炎を相殺させ、生成された二酸化炭素は火炎が酸素などと接触するのを遮断することができる。但し、本実施形態の消火薬剤物質はこれに限定されず、消火機能を果たす物質であれば制限なく使用可能である。
このように、バリア層９２０は前述の物性を有する物質から製造されて提供できるが、複数の物性を含む物質または各物性を含む物質の複合体で提供することもできる。例えば、バリア層９２０は高圧環境で一定時間耐えられ溶融点が約２００℃以下である物質を含むように提供できる。他の例を挙げれば、バリア層９２０は消火薬剤を含むシリコンパッドで提供できる。また他の例を挙げれば、バリア層９２０は消火薬剤を含む熱可塑性高分子樹脂で提供できる。
電池モジュール１００の内部、具体的には一部電池セル１１０で火炎、ガスまたはスパークが発生すると、発火現象周辺のバリア層９２０は熱または圧力によって物理的破れるかまたは化学的に溶融して開けられる（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ）ことがあり、これによりベンティング部９００のホールが開放される。電池モジュール１００内部の熱、ガスまたはスパークは開放されたベンティング部９００を通じて排出され、電池モジュール１００の発火現象は緩和される。ここで、バリア層９２０が開けられる、即ち、開放される過程は吸熱反応を伴うことができ、バリア層９２０が内部の熱を吸収することによって電池モジュール１００内部の温度が多少低まることになる。バリア層９２０の吸熱反応を通じてベンティング部９００の外部に放出される熱、ガスなどは隣接した電池モジュール１００に影響を与えることができない程度にエネルギーを失うことになり、スパークはエネルギーを失ってパーティクルに変化し隣接した電池モジュール１００の熱暴走現象を促進することができなくなる。一方、以上ではバリア層９２０の効果についてバリア層９２０が化学的反応を通じて開放されることを中心にして説明したが、バリア層９２０が圧力などによって物理的に開放される場合にもバリア層９２０に内部のガスまたはスパークの運動エネルギーは減少するようになるので、ベンティング部９００外部に放出される熱、ガスなどは隣接した電池モジュール１００に影響を与えることができない程度にエネルギーを失うことになり、スパークはエネルギーを失ってパーティクルに変化し隣接した電池モジュール１００の熱暴走現象を促進することができなくなる。
バリア層９２０は所定の範囲以上の熱または圧力が加えられる時のみ開放されるので、発火現象が発生した周辺に位置したベンティング部９００のみが個別的に開放される。開放されたベンティング部９００ではガスの排出が行われ、閉鎖された他のベンティング部９００では追加的な酸素の流入が遮断されるので、電池モジュール１００内部の火災鎮圧はより速く達成できる。
具体的には、図７（ａ）のように、バリア層９２０が提供されていない場合、ベンティング部９００を通じて外部の酸素などが電池モジュール１００内部に容易に流入することがある。電池モジュール１００内部に発火現象が発生すると、ベンティング部９００を通じて流入した外部の酸素によって内部の火炎が増幅されて連続的な発火が促進される。
反面、図７（ｂ）のように、バリア層９２０が提供される場合、発火現象が発生した第１電池セル１１０の上部に位置したバリア層９２０の第１部分が開けられ、ベンティング部９００中の第１部分と対応する第１ベンティング部９００のみが開放される。即ち、発火現象が発生していない第２電池セル１１０の上部に位置したバリア層９２０の第２部分は開放されず、ベンティング部９００中の第２部分と対応する第２ベンティング部９００は閉鎖された状態であり得る。このように、ベンティング部９００のうちの一部ベンティング部９００以外に他のベンティング部９００はバリア層９２０によって閉鎖された状態であるので、外部酸素が電池モジュール１００内部に流入することが遮断でき、これにより図７（ａ）とは異なり、電池モジュール１００内部で発生した火炎などが流入した酸素によって増幅されることが抑制できる。
図８は、本発明の他の実施形態による電池モジュールを示す断面図である。
図８を参照すれば、本実施形態のバリア層９２０は、ベンティング部９００のホールを埋めるように提供することもできる。
具体的には、バリア層９２０は図８（ａ）のようにベンティング部９００のホールの内部空間を満たす栓のような形態で提供できる。また、バリア層９２０は、図８（ｂ）のようにベンティング部９００のホールを満たす栓形態と図６および図７のような層の形態が複合された形態で提供することもできる。図８（ｂ）のようにバリア層９２０が提供されると、バリア層９２０が電池モジュール１００内部で占める空間は同一であるが、電池モジュール１００のベンティング部９００を開放するために二つの層のバリア層９２０が開放されなければならないので、バリア層９２０による火災鎮圧効果がさらに大きくなるはずである。ここで、ベンティング部９００のホールを満たす栓形態のバリア層９２０は第１バリア層、ベンティング部９００の下側に形成された層形態のバリア層９２０は第２バリア層と称することができる。この時、第１バリア層は複数のベンティング部９００の内部を満たす複数のバリア層から構成できる。またここで、前述の栓形態と層の形態は結合された状態で一体に構成されてもよいが、必ずしもそうであるのではなく、分離された状態で個別的に提供されてもよい。
一方、前述の電池モジュール１００は電池パックに含まれてもよい。電池パックは、本実施形態による電池モジュールを一つ以上含み、電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）および冷却装置などを追加してパッキングした構造であってもよい。
電池モジュールおよびこれを含む電池パックは多様なデバイスに適用できる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々の変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。
１００：電池モジュール
１１０：電池セル
１１１、１１２：電極リード
１２０：電池セル積層体
２００：モジュールフレーム
３００：バスバーフレーム
４００：エンドプレート
４００Ｈ：ターミナルバスバー開口部
５１０：バスバー
５２０：ターミナルバスバー
８００：絶縁カバー
９００：ベンティング部
９２０：バリア層

Claims (12)

  1. 複数の電池セルが一方向に積層された電池セル積層体、
    前記電池セル積層体を収容し、内部面および外部面を有するモジュールフレーム、および
    前記モジュールフレームと結合し、前記電池セル積層体の前面または後面を覆うエンドプレートを含み、
    前記モジュールフレームには、前記内部面に形成された流入口および前記外部面に形成された排出口を定義するホール形態のベンティング部が少なくとも一つ形成され、
    前記ベンティング部のホールはバリア層によって覆われている、電池モジュール。
  2. 前記バリア層は、溶融点が約２００℃以下である物質を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記バリア層は、耐熱プラスチック、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック：Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、マイカ（Ｍｉｃａ）系素材、セラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）系素材、またはシリコンを含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記バリア層は、無機炭酸塩、無機リン酸塩、および無機硫酸塩からなる群より選択される一つ以上の消火薬剤を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  5. 前記バリア層は、前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と前記電池セル積層体の間に位置する、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  6. 前記バリア層は、前記ベンティング部のホールの内部空間を満たす、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  7. 前記バリア層は、前記ベンティング部のホールの内部空間を満たす第１バリア層、および前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と前記電池セル積層体の間に位置する第２バリア層を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  8. 前記複数の電池セルが積層される方向を積層方向と定義する時、
    前記ベンティング部は、前記積層方向に沿って延長される前記モジュールフレームの一面上に形成される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  9. 前記ベンティング部は、前記モジュールフレームの上面に形成される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  10. 前記ベンティング部の排出方向は前記ベンティング部が形成された前記モジュールフレームの一面と鋭角をなし、
    前記ベンティング部の排出方向は前記流入口から前記排出口に向かう方向である、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  11. 前記複数の電池セルは第１電池セルおよび第２電池セルを含み、
    前記第１電池セルと対応する位置に形成された第１ベンティング部と対応する前記バリア層の第１部分が開放される時、
    前記第２電池セルと対応する位置に形成された第２ベンティング部と対応する前記バリア層の第２部分は開放されない、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  12. 請求項１または２に記載の少なくとも一つの電池モジュールを含む電池パック。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20240074382A (ko) * 2022-11-21 2024-05-28 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량
WO2024112166A1 (ko) * 2022-11-25 2024-05-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈
WO2024128450A1 (ko) * 2022-12-12 2024-06-20 주식회사 엘지에너지솔루션 안전성이 강화된 배터리 모듈
KR20240100138A (ko) * 2022-12-22 2024-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅 구조가 개선된 전지 모듈

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100561293B1 (ko) * 2004-07-29 2006-03-15 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR101191657B1 (ko) * 2010-07-19 2012-10-17 에스비리모티브 주식회사 전지 모듈
CN109565096B (zh) * 2016-04-20 2022-04-19 康福斯能源公司 用于管理电池系统中的热失控气体的方法和设备
EP3333932B1 (en) * 2016-12-06 2019-02-13 Samsung SDI Co., Ltd. Battery system
KR102415558B1 (ko) * 2019-02-11 2022-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템
CN209401710U (zh) * 2019-03-28 2019-09-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组及电池包
KR102475180B1 (ko) * 2019-07-19 2022-12-07 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR102220693B1 (ko) * 2019-11-01 2021-03-02 주식회사 블루시그마 소화기능이 포함된 배터리 팩 모듈

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