JP7362050B2 - 消火部を備えた電池モジュール - Google Patents

消火部を備えた電池モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP7362050B2
JP7362050B2 JP2022544816A JP2022544816A JP7362050B2 JP 7362050 B2 JP7362050 B2 JP 7362050B2 JP 2022544816 A JP2022544816 A JP 2022544816A JP 2022544816 A JP2022544816 A JP 2022544816A JP 7362050 B2 JP7362050 B2 JP 7362050B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fire extinguishing
section
battery module
battery
pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022544816A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023511210A (ja
Inventor
ハン・ヨン・イ
ジュン・ス・パク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2023511210A publication Critical patent/JP2023511210A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7362050B2 publication Critical patent/JP7362050B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/01—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08—Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10—Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/16—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with thermally-expansible links
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/02—Tearing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/10—Containers destroyed or opened by flames or heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/002—Materials or surface treatments therefor, e.g. composite materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/0033—Cutting members therefor assembled from multiple blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/006—Cutting members therefor the cutting blade having a special shape, e.g. a special outline, serrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Nonmetal Cutting Devices (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本出願は２０２０年０５月０４日付の韓国特許出願第２０２０－００５３４９５号に基づく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すべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は消火部を備えた電池モジュールに関し、より詳しくは電池セルのスウェリングや可燃性ガス発生の際、別途のセンシング装置なしにも消火物質を撒布することができるので、安全性とともにエネルギー密度を改善することができる消火物質を含む消火部を備えた電池モジュールに関する。
製品群による適用の容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動される電気車両（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド車両（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な利点だけでなく、エネルギー使用による副産物が全然発生しないという点で、環境に優しくエネルギー効率性を向上させるための新しいエネルギー源として注目されている。
現在広く使われる二次電池の種類には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、すなわち単位電池セルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖであるので、これより高い出力電圧が要求される場合には、複数の電池セルを直列に連結して電池モジュールを構成することもある。
もちろん、必要な充放電容量によって多数の電池モジュールを並列または直列に連結してバッテリーパックを構成することもある。
一方、要求出力電圧を満たすために電池モジュールは複数の電池セルを収納する。このような収納された電池セルはエネルギー密度を高めるために互いに密着しているので、熱暴走などのイシューが発生するとき、火災などの２次的な事故が発生することができる問題点がある。
これに関連して、図１は従来技術による消火部を用いて電池モジュールを消火することを説明するための図である。図１を参照すると、電池モジュールは、複数の電池セル１０の上部に消火物質を内蔵している消火部２０が位置しており、消火部２０の下には開放部（図示せず）が形成されている。電池セル１０の間には圧電センサー３０が挿入されることで、電池セル１０の体積がスウェリング現象によって膨張するとき、圧力を感知してＢＭＳなどの制御装置に連結回路４０を介して電気的信号を伝送し、制御部はこれを判断し、一定圧力以上の圧力が測定されるとき、開放部を開放して、消火物質が噴出されるようにする装置である。
前記従来技術は、圧力をセンシングする圧電センサー３０と圧電センサーで発生する電気的信号を伝達する連結回路４０とを備えているが、連結回路４０が損傷される場合、消火物質を噴射するのに問題が発生することができる。また、連結回路４０及びＢＭＳなどの追加装置及びこれを固定するための追加的な装置及び空間が必要であるので、製造工程が複雑になり、エネルギー密度が低いという欠点がある。
韓国公開特許第２０１３－００７８９５３号公報
本発明は、前記のような問題点を解決するために、電池モジュールの体積変化に敏感に反応することにより、安全性を確保して２次事故発生を減少させることができる消火部を備えた電池モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、消火性能を維持しながら電池モジュール内部の空間活用度を改善することにより、エネルギー密度を向上させることができる消火物質を含む電池モジュールを提供することを目的とする。
前記のような問題点を解決するための本発明による電池モジュールは、垂直方向または水平方向に積層された複数の電池セル（１００）と、前記電池セル（１００）の近くに位置する消火部（２００）とを含み、前記消火部（２００）は、消火物質を内蔵している消火パック（２１０）、前記電池セル（１００）と前記消火パック（２１０）との間に介在された圧電素子（２２０）、及び前記電池セル（１００）と前記消火パック（２１０）との間に介在された一つ以上の破砕部（２４０）を含むことを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記消火パック（２１０）は前記電池セル（１００）の片面または両面と密着していることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記圧電素子（２２０）は電池セル（１００）の一面中央に位置し、前記圧電素子（２２０）と前記破砕部（２４０）との間には連結回路（２３０）を備えることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記破砕部（２４０）は、前記電池セル（１００）または消火パック（２１０）に固定される結合部（２４１）、及び前記結合部（２４１）から延びた刃部（２４２）を含み、前記刃部（２４２）は電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記破砕部（２４０）は電池セル（１００）の電極リード（１１０）の近くに位置することを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記刃部（２４２）は前記圧電素子（２２０）で発生した電圧によって所定の角度に変形されて前記消火パック（２１０）を破断させることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記刃部（２４２）は前記結合部（２４１）の縁に沿って複数備えられることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記刃部（２４２）は前記結合部（２４１）と同じ厚さで延びることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記刃部（２４２）は前記結合部（２４１）の縁から遠くなるほど厚さが減少することを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記刃部（２４２）と前記結合部（２４１）とが連結される部分には溝部（２４３）が形成されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーパックは前述した電池モジュールを含むことを特徴とする。
本発明による消火部を備えた電池モジュールによれば、電気信号によって変形される電気活性高分子からなる破砕部が電池セルに密着して位置するので、別途のセンシング装置による認識作業なしにも消火作業を遂行することができ、よってシステムエラーによる未作動が発生しないという利点がある。
また、本発明による電池モジュールによれば、電池モジュールの温度や電圧などをチェックするセンシング装置と破砕部を固定するための別途の装置が不要であるので、製造工程が簡便であり、さらにエネルギー密度が改善される利点がある
従来技術による消火部を用いて電池モジュールを消火することを説明するための図である。 本発明の好適な第１実施例による電池モジュールの斜視図及び一側正面図である。 本発明の好適な第１実施例による電池セル及び消火部の分解斜視図である。 本発明の好適な第１実施例による電池セルの体積膨張による消火部の変化を説明するための図である。 本発明の好適な第２実施例及び第３実施例による破砕部を説明するための平面図である。 本発明の好適な変形実施例による破砕部を説明するための断面図である。
本出願で、「含む」、「有する」または「備える」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明による消火物質を含む消火部を備えた電池モジュールについて添付図面を参考しながら説明する。
図２は本発明の好適な第１実施例による電池モジュールの斜視図及び一側正面図であり、図３は本発明の好適な第１実施例による電池セル及び消火部の分解斜視図である。
図２及び図３を参照して説明すると、本発明による消火部を備えた電池モジュールは、複数の電池セル１００及び消火部２００を含んでなる。
まず、複数電池セル１００は地面に対して垂直方向にまたは水平方向に並んで積層された後、直列にまたは並列に連結されることができる。
ここで、電池セル１００は、セル組立体（図示せず）、セルケース及び一対の電極リード１１０を含むパウチ型電池セルであることが好ましい。セル組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型セル組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造の単位セルからなるスタック型セル組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型セル組立体、または単位セルが分離膜を挟む状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型セル組立体などからなることができるが、これらに限定されない。
前記のようなセル組立体はセルケースに内蔵され、セルケースは通常に内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有する。内部層はセル組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならなく、また外部に対する密閉のためにシーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性が良いポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択することができるが、これらに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性と耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。
内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好ましい材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム膜を使うことができる。
そして、金属層の他側面には外部層が備えられ、このような外部層としては、セル組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができる。一例として、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。
一方、一対の電極リード１１０は正極リード及び負極リードからなり、セル組立体の正極タブと負極タブがそれぞれ電気的に連結された後、ケースの外部に露出されるか、タブなしにセル組立体と直接連結されても構わない。前記のような電池セルは一般的に知られている構成に相当するので、より詳細な説明は省略する。
次に、消火部２００について具体的に説明する。消火部２００は、消火パック２１０、圧電素子２２０、連結回路２３０、及び破砕部２４０を含んでなる。
消火パック２１０は消火物質を収納するように空間部を備えており、破砕部２４０によって破られる所定の厚さのポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン樹脂、及びポリイミド樹脂のうちのいずれか１種以上の素材からなることができる。また、消火パック２１０は電池セル１００の片面または両面に位置することができ、電池セル１００の外形と類似した角形を有することができるが、形状変化が自由な無定形であってもよい。
消火パック２１０の内部には、電池セル１００が所定の温度以上に上昇するか発火による火炎を抑制するための消火物質を内蔵している。これらの物質の例としては、無機炭酸塩、無機リン酸塩、無機硫酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、及び第１リン酸アンモニウムのうちのいずれか１種以上であることができるが、消火機能を有する物質であれば特に限定されない。
ここで、前記消火物質は粉末であってもよいが、迅速な放出のために液状であることがより好ましい。
次に、圧電素子２２０は圧電気現象を示す素子であり、ピエゾ電池素子とも呼ばれる。このような圧電素子２２０の原料としては、水晶、電気石、ロッシェル塩などが主に常用されて来たが、近来には、チタン酸バリウム、リン酸二水素アンモニウム、酒石酸エチレンジアミンなどの人工結晶も使われている状況である。このような圧電素子の材料は公知の技術に相当するので、その具体的な説明は省略する。
ここで、圧電気現象は機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換させる現象であり、外部応力及び振動などを加えれば、圧電素子の両端に外力に比例する正の電荷と負の電荷が現れて電気信号が発生する可逆的現象を意味する。
圧電素子２２０は、電池セル１００でスウェリング現象または可燃性ガスが発生すれば、これにより電圧が発生する。すなわち、電池セル１００でガスが発生するのに伴って体積が膨張し、密着状態の電池セル１００と消火パック２１０との間に位置する圧電素子２２０が両面で圧力を受けて電圧が発生する。
ここで、圧電素子２２０は電池セル１００の中央付近に位置することが好ましい。これは、電池セル１００でスウェリングが発生するとき、体積が最も先に変化してより速やかに反応することができるからである。
次に、連結回路２３０は圧電素子２２０と破砕部２４０との間に位置してこれらを電気的に互いに連結する。すなわち、圧電素子２２０で発生する電圧を破砕部２４０に伝達して破砕部２４０の形状変化を引き起こす役割を果たす。
次に、破砕部２４０は、電池セル１００または消火パック２１０の所定の部分に固定される結合部２４１、及び結合部２４１の一側端から延びた刃部２４２を含んでなる。
結合部２４１は電池セル１００または消火パック２１０に固定されることにより、破砕部２４０が遊動することを防止し、刃部２４２は消火パック２１０を裂くか破裂させることにより、内部に収納されている消火物質を放出させる機能を果たす。
ここで、刃部２４２は結合部２４１から遠くなるほど（Ｙ軸方向の）幅が小さくなって先が尖っている形状を有することが好ましい。
一方、破砕部２４０は、圧電素子２２０で発生した電圧を受ければ刃部２４２の形状が変化することができるように、電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなることが好ましい。これは後でより詳細に説明する。
破砕部２４０は消火パック２１０と密着することができる位置であれば大きく限定されないが、電極リード１１０の近くに位置することが好ましく、２個以上を備えることがより好ましい。これは、過充電などによって電池セル１００で熱が発生するとき、電極リード１１０の周辺で熱がより多く発生し、よって電極リード１１０の近くに消火物質を先に放出させることが２次イベントを防止するのに有利であるからである。
図４は本発明の好適な第１実施例による電池セルの体積膨張による消火部の変化を説明するための図である。
図４を参照して説明すると、前述したように、破砕部２４０は電圧を受ければ形状が変わる電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなっているので、電圧がながれば形状が変形される。
すなわち、図４のように、電池セル１００の充放電が正常に繰り返されるとき、結合部２４１及び刃部２４２は電池セル１００と消火パック２１０との間に単純に密着した状態であるが、過充電などによって体積膨張が発生して圧電素子２２０で電圧が発生すれば、連結回路２３０を介して破砕部２４０に熱が伝達され、これにより刃部２４２が所定の角度に上昇して形状が変形される。
そして、刃部２４２の変形によって消火パック２１０の一部が破裂され、結果として内蔵されていた消火物質が噴出されることにより、電池セル１００の過熱や火災を制御することができるようになる。
このように、本発明による破砕部２４０は電池セル１００と消火パック２１０との間に位置しながら、電圧が流れれば変わる電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる薄肉の平板であるから、温度及び電圧をセンシングするセンサー装置とは違い、占める空間が少なくて空間活用度が改善されるので、電池モジュールのエネルギー密度を向上させる利点がある。
ここで、電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）は、作動方式によって、外部電圧の印加の際、イオンの移動及び拡散によって高分子が収縮及び膨張変形を引き起こすイオン性電気活性高分子（ｉｏｎｉｃ ＥＡＰ）と、電子分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）現象によって変形が起こる電子性電気活性高分子（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＥＡＰ）とに区分される。前記イオン性電気活性高分子としては、電気粘性流体（ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｕｉｄｓ、ＥＲＰ）、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ、ＣＮＴ）、導電性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＣＰ）、イオン性高分子金属複合体（ｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ－ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、ＩＰＭＣ）、高分子ゲル（ｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒｇｅｌｓ、ＩＰＧ）などがあり、大きな作動力、早い応答速度、低い印加電圧などの多様な利点を有している。
図５は本発明の好適な第２実施例及び第３実施例による破砕部を説明するための平面図である。
図５を参照して説明すると、図５（ａ）は本発明の好適な第２実施例による破砕部２４０の平面図であり、刃部２４２は四角形の結合部２４１の辺に沿って４個が形成されている。
このような第２実施例による破砕部２４０によれば、電池セル１００のスウェリング現象によって体積が膨張し、これによって発生した電圧が伝達されれば、４個の刃部２４２が所定の角度に上昇して消火パック２１０の一部を破裂させるので、破砕部２４０の設置個数を減らしながらも消火物質の迅速な放出を誘導することができるという利点がある。
また、図５（ｂ）の第３実施例による破砕部２４０は、四角形の結合部２４１の一側面に２個の刃部２４２が形成されている。
このような第３実施例による破砕部２４０によれば、電池セル１００のスウェリング現象によって体積が膨張し、これによって発生した電圧が伝達されれば、２個の刃部２４２が所定の角度に上昇して消火パック２１０の一部を破裂させるので、破砕部２４０の設置個数を減らしながらも消火物質の迅速な放出を誘導することができるという利点がある。
もちろん、第２実施例のような四角形の結合部２４１の一側面に第３実施例のような２個ずつの刃部２４２を備えることができ、また結合部２４１の形状が三角形、五角形、六角形、八角形などの多角形または円形であることができ、さらに一側辺に備える刃部２４２が三つ以上形成されることができるというのは明らかである。
図６は本発明の好適な変形実施例による破砕部を説明するための断面図である。
図６を参照して説明すると、図６（ａ）のように破砕部２４０は、結合部２４１と刃部２４２とが同じ厚さで延びた形状を有することができる。この場合、製造が容易であるという利点がある。
図６（ｂ）に示す破砕部２４０は平板状の結合部２４１から延びた刃部２４２が結合部２４１の縁から遠くなるほど厚さが次第に減少する形状、具体的に電池セル１００の一側面から少し離隔する三角形を有する。これは、刃部２４２の先端部分がより鋭くて消火パック２１０を破裂させやすいという利点がある。
また、図６（ｃ）の破砕部２４０は、図６（ａ）のように、結合部２４１と刃部２４２とが同じ厚さで延び、結合部２４１と刃部２４２とが連結される部分に所定の深さの溝部２４３がさらに形成されている。したがって、電池セル１００の膨張による電圧が発生するとき、刃部２４２がより敏感に変形されることができるという利点がある。
一方、図６（ｄ）の破砕部２４０は、図６（ｂ）のように、平板状の結合部２４１から延びた刃部２４２が結合部２４１の縁から遠くなるほど厚さが次第に減少する形状を有し、結合部２４１と刃部２４２とが連結される部分には所定の深さの溝部２４３が形成されている。これは、図６（ｃ）で説明したように、刃部２４２の変形が容易である。たとえ図面には溝部２４３が一側面にのみ備えられているものとして示されているが、互いに向き合うように両側面にそれぞれ１個ずつ備えられることもできる。
以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野で通常の知識を有する者にこのような具体的技術はただ好適な実施様態であるだけで、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正も添付の特許請求範囲に属するものであるというのは言うまでもない。
１００ 電池セル
１１０ 電極リード
２００ 消火部
２１０ 消火パック
２２０ 圧電素子
２３０ 連結回路
２４０ 破砕部
２４１ 結合部
２４２ 刃部
２４３ 溝部

Claims (11)

  1. 垂直方向または水平方向に積層された複数の電池セルと、
    前記電池セルの近くに位置する消火部と、を含み、
    前記消火部は、消火物質を内蔵している消火パック、前記電池セルと前記消火パックとの間に介在された圧電素子、及び前記電池セルと前記消火パックとの間に介在された一つ以上の破砕部を含む、消火部を備えた電池モジュール。
  2. 前記消火パックは前記電池セルの片面または両面と密着している、請求項１に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  3. 前記圧電素子は前記電池セルの一面中央に位置し、前記圧電素子と前記破砕部との間には連結回路を備える、請求項１または２に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  4. 前記破砕部は、前記電池セルまたは前記消火パックに固定される結合部、及び前記結合部から延びた刃部を含み、前記刃部は電気活性高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  5. 前記破砕部は前記電池セルの電極リードの近くに位置する、請求項４に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  6. 前記刃部は前記圧電素子で発生した電圧によって所定の角度に変形されて前記消火パックを破断させる、請求項４または５に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  7. 前記刃部は前記結合部の縁に沿って複数備えられる、請求項４～６のいずれか一項にに記載の消火部を備えた電池モジュール。
  8. 前記刃部は前記結合部と同じ厚さで延びている、請求項４～７のいずれか一項にに記載の消火部を備えた電池モジュール。
  9. 前記刃部は前記結合部の縁から遠くなるほど厚さが減少する、請求項４～８のいずれか一項にに記載の消火部を備えた電池モジュール。
  10. 前記刃部と前記結合部とが連結される部分には溝部が形成される、請求項８または９に記載の消火部を備えた電池モジュール。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む、バッテリーパック。
JP2022544816A 2020-05-04 2020-11-12 消火部を備えた電池モジュール Active JP7362050B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0053495 2020-05-04
KR1020200053495A KR20210135141A (ko) 2020-05-04 2020-05-04 소화부가 구비된 전지 모듈
PCT/KR2020/015842 WO2021225238A1 (ko) 2020-05-04 2020-11-12 소화부가 구비된 전지 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023511210A JP2023511210A (ja) 2023-03-16
JP7362050B2 true JP7362050B2 (ja) 2023-10-17

Family

ID=78468149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022544816A Active JP7362050B2 (ja) 2020-05-04 2020-11-12 消火部を備えた電池モジュール

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230035877A1 (ja)
EP (1) EP4060799A4 (ja)
JP (1) JP7362050B2 (ja)
KR (1) KR20210135141A (ja)
CN (1) CN114930622B (ja)
WO (1) WO2021225238A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102380342B1 (ko) * 2022-03-07 2022-03-30 주식회사 서연이화 파형 게이지바가 적용된 전기차용 배터리 모듈
JP7364019B1 (ja) 2022-04-26 2023-10-18 栗田工業株式会社 蓄電デバイス構造体
WO2024049225A1 (ko) * 2022-09-01 2024-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109455A (ja) 2005-10-12 2007-04-26 Toyota Motor Corp 単位電池と組電池
JP2007250545A (ja) 2006-03-13 2007-09-27 Lg Chem Ltd 簡単な構造の安全手段を備えた電池モジュール
JP2012129009A (ja) 2010-12-14 2012-07-05 Nissan Motor Co Ltd 電池パック
JP2012221717A (ja) 2011-04-08 2012-11-12 Panasonic Corp 電池モジュール
JP2015162285A (ja) 2014-02-26 2015-09-07 日産自動車株式会社 電池モジュール
JP2020500401A (ja) 2017-06-16 2020-01-09 エルジー・ケム・リミテッド 安全性が向上したバッテリーモジュール及びバッテリーパック

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3151469A1 (de) * 1981-12-24 1983-07-07 Diehl GmbH & Co, 8500 Nürnberg "aufladbare elektrische zelle"
JP2007027011A (ja) * 2005-07-20 2007-02-01 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
WO2007021717A2 (en) * 2005-08-09 2007-02-22 Polyplus Battery Company Compliant seal structures for protected active metal anodes
JP5150193B2 (ja) * 2007-10-15 2013-02-20 シャープ株式会社 電池パック
JP5181743B2 (ja) * 2008-03-11 2013-04-10 パナソニック株式会社 電力供給機器とそれを用いた電子機器
JP2010097836A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Panasonic Corp 電池パック、それを電源として用いた電子機器、及び電池パック用ケース
KR101357462B1 (ko) * 2011-07-22 2014-02-04 서울대학교산학협력단 지능형 연성 복합재 작동기
KR20130078953A (ko) 2012-01-02 2013-07-10 현대모비스 주식회사 차량용 배터리안전장치
JP6080201B2 (ja) * 2013-02-26 2017-02-15 ホーチキ株式会社 消火装置及びこれを用いたエージング方法
EP3120233A1 (en) * 2014-03-21 2017-01-25 Immersion Corporation Systems and methods for haptically-enabled curved devices
US9649520B2 (en) * 2014-07-11 2017-05-16 Kidde Technologies, Inc. Burst disc puncture pressure-imbalance actuator for a fire extinguisher
KR101984817B1 (ko) * 2017-05-11 2019-05-31 주식회사 대경산전 에너지 저장시스템용 자동소화장치
WO2019059074A1 (ja) 2017-09-19 2019-03-28 Jsr株式会社 レジストパターン形成方法及び基板の処理方法
KR102511430B1 (ko) * 2018-09-07 2023-03-17 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그를 포함하는 전지팩
TWI666848B (zh) * 2018-09-12 2019-07-21 財團法人工業技術研究院 蓄電系統消防裝置及其運作方法
CN109036148B (zh) * 2018-09-20 2020-11-03 上海天马微电子有限公司 柔性显示面板和柔性显示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109455A (ja) 2005-10-12 2007-04-26 Toyota Motor Corp 単位電池と組電池
JP2007250545A (ja) 2006-03-13 2007-09-27 Lg Chem Ltd 簡単な構造の安全手段を備えた電池モジュール
JP2012129009A (ja) 2010-12-14 2012-07-05 Nissan Motor Co Ltd 電池パック
JP2012221717A (ja) 2011-04-08 2012-11-12 Panasonic Corp 電池モジュール
JP2015162285A (ja) 2014-02-26 2015-09-07 日産自動車株式会社 電池モジュール
JP2020500401A (ja) 2017-06-16 2020-01-09 エルジー・ケム・リミテッド 安全性が向上したバッテリーモジュール及びバッテリーパック

Also Published As

Publication number Publication date
CN114930622B (zh) 2024-09-06
KR20210135141A (ko) 2021-11-12
EP4060799A4 (en) 2024-07-31
EP4060799A1 (en) 2022-09-21
WO2021225238A1 (ko) 2021-11-11
CN114930622A (zh) 2022-08-19
US20230035877A1 (en) 2023-02-02
JP2023511210A (ja) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7362050B2 (ja) 消火部を備えた電池モジュール
JP5674936B2 (ja) 安全性が向上した二次電池用ポーチ及びこれを利用したポーチ型二次電池、中大型電池パック
JP7049541B2 (ja) ガス排出手段を備えたパウチ型二次電池
JP7434584B2 (ja) 消火物質を含む消火部を備えた電池モジュール
KR100906253B1 (ko) 과전류의 인가시 파괴되는 파단부가 형성되어 있는전극단자를 포함하고 있는 이차전지
JP4686399B2 (ja) 二次電池
JP6442074B2 (ja) 電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュール
JP5976108B2 (ja) 安全性の向上した電池パック
JP6452059B2 (ja) 電流制限機能付き電極リードを含むパウチ型二次電池
CN113013503B (zh) 电池及用电装置
JP5976347B2 (ja) パウチ型二次電池
US20230223650A1 (en) Battery, electric apparatus, and method and apparatus for preparing battery
JP2011507183A (ja) 新規な構造の密封部分を有する二次バッテリー
KR20130050557A (ko) 배터리셀, 및 이를 포함하는 배터리 모듈
JP2015005506A (ja) 二次電池及びそれを含む二次電池パック
JP7531972B2 (ja) シーリング部ベンティング調節手段を含むパウチ型電池セル
JP7536390B2 (ja) 熱的安全性が向上したパウチ型電池セル
EP4322289A1 (en) Battery module with enhanced safety
CN117121246A (zh) 二次电池、包括其的电池组和装置
KR20210038212A (ko) 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220722

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230904

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230921

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7362050

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150