KR102272600B1 - 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조 - Google Patents

배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 제공하는데, 제1 공동을 구비하는 포장체와, 제1 공동 내에 설치되고 열을 흡수하여 기체를 산생 가능한 흡열제를 포함한다. 본 발명의 기술방안에 의하면, 흡열 및 단열 구조를 인접한 두 셀 사이에 설치한 후 한 셀에 열폭주가 산생하면 그 셀에서 산생된 열량이 포장체내의 흡열제로 전달되고 흡열제는 열량을 흡입한 후 기화하며 산생된 기체가 대량의 열량을 배터리 모듈의 외부로 휴대하여 파손된 셀이 대량의 열량을 인접한 셀로 전달하여 진일보로 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 기술방안에 의하면 인접한 셀 사이의 열 전달을 줄이고 열폭주 확산을 피면하여 배터리 모듈의 안전을 보장할 수 있다.

Description

배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조
본 발명은 전기자동차 배터리 시스템 분야에 관한 것으로, 특히 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조에 관한 것이다.
신에너지 자동차가 고속 발전함에 따라 신에너지 자동차의 배터리 시스템의 안전문제도 점차적으로 많은 중시를 받고 있다. 지금의 전기자동차 배터리 시스템은 많은 셀 열이 병렬 연결되어 형성된 것으로 인접한 셀 사이에는 일반적으로 한 층의 절연막 또는 버퍼 폼이 설치되어 절연 또는 버퍼 작용을 실현하지만 어느한 셀에 열폭주가 산생하면 표면 온도가 아주 높아지고 절연막 또는 버퍼 폼을 빠르게 통과하고 열량을 인접한 셀에 전달하여 연쇄형 열폭주 확산이 산생하고 연소 심지어 폭발 등 안전 사고를 초래하게 된다.
열폭주 확산을 방지하여 열폭주 셀에서 산생된 열량이 인접한 셀에 전달되는 것을 피면하기 위하여, 기존기술에 있어서는 두 셀 사이에 단열 구조가 설치된다. 하지만 실천에 의하면 밀집형 배터리 모듈내에서 단열 구조에 충분한 공간을 제공하기 어렵고 얇은 단열 구조에 의하여 열폭주의 확산을 철저하게 저지할 수 없다. 특히 셀 단량체 용량이 향상되고 에너지 밀도가 향상됨에 따라 셀의 열폭주에 의하여 방출되는 열량은 더욱 크고 반응 온도는 700도 이상에 달하며 열전달 온도차가 진일보로 증가되고 단순한 단열 구조에 의하여서는 점차적으로 열폭주 확산의 요구를 만족시키기 어렵다.
따라서, 어떻게 인접한 셀 사이에서의 열량 전달을 저지하여 안전사고를 피면할 것인가는 이미 이 분야의 기술자가 해결해야할 어려운 문제로 되었다.
본 발명에 의하면 기존기술에 있어서 배터리 모듈중의 인접한 셀 사이에 열폭주 확산이 쉽게 산생하는 문제를 해결할 수 있는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 제공한다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 다수의 셀이 장착된 배터리 모듈을 포함하고, 셀 사이에 설치되고 기체를 산생 가능한 흡열제를 더 포함하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 제공한다.
진일보로, 흡열제는 반응을 통하여 기체를 산생할 수 있는 흡열제이다.
진일보로, 흡열제는 기화를 통하여 흡열 가능한 흡열제이다.
진일보로, 흡열제는 고체, 액체 또는 분말이다.
진일보로, 흡열제는 염수화물 형상변화 재료(hydrated salt phase change material)이다.
진일보로, 흡열제는 소화제(fire extinguishing agent), 실리콘 오일(silicone oil), 불소화 액체(fluorinated liquid)이다.
진일보로, 셀 사이에 설치되는 수용물을 더 포함하고, 흡열제가 수용물내에 설치된다.
진일보로, 수용물는 섬유, 발포 재료, 콜로이드, 마이크로 캡슐 또는 셀룰러 재료(honeycomb material)이다.
진일보로, 흡열제의 외부에 포장체가 설치된다.
진일보로, 포장체는 일정한 압력하에 열릴 수 있다.
진일보로, 포장체는 열린 후 개구가 위를 향한다.
진일보로, 포장체는 플라스틱, 금속 또는 알루미늄 플라스틱 막이다.
진일보로, 포장체 내에 지지체가 설치되어 셀 열폭주 시 케이스가 팽창되어 흡열제가 밀려나가는 것을 방지한다.
본 발명에 따르면, 제1 공동을 구비하는 포장체와, 제1 공동 내에 설치되고 열을 흡수하여 기체를 산생 가능한 흡열제를 포함하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 제공한다.
진일보로, 흡열 및 단열 구조는, 흡열제를 저장하고 단열을 위한 수용물을 더 포함하고, 수용물은 제1 공동 내에 설치되고 다수의 제2 공동을 구비하며 흡열제가 다수의 제2 공동 내에 충전된다.
진일보로, 수용물는 다공질 단열재이다.
진일보로, 흡열제는 수성 재료이고 수용물은 친수성을 가지며, 또는 흡열제는 유성 재료이고 수용물은 친유성을 구비한다.
진일보로, 흡열 및 단열 구조는 포장체를 지지하기 위한 지지체를 더 포함하고, 지지체는 제1 공동 내에 설치되며 수용물은 지지체와 포장체 사이에 설치된다.
진일보로, 지지체는 다수의 교차 연결된 지지판을 포함하고, 다수의 지지판은 제1 공동을 다수의 서브 공동으로 구분하고 수용물은 다수의 서브 공동 내에 설치된다.
진일보로, 수용물은 다층으로 제1 공동 내에 설치되고, 흡열 및 단열 구조는 인접한 두층의 수용물 사이에 설치되는 열전도층을 더 포함한다.
진일보로, 포장체는 상부에 홈을 구비하고 흡열제에 의하여 산생된 기체는 일정한 압력하에 홈을 열 수 있다.
본 발명의 기술방안에 의하면, 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조의 포장체 내에 흡열시 기체를 산생 가능한 흡열제을 설치하고 이러한 흡열 및 단열 구조를 인접한 두 셀 사이에 설치하면 한 셀에 열폭주가 산생하면 그 셀에서 산생된 열량이 포장체내의 흡열제로 전달되고 흡열제는 열량을 흡입한 후 기화하며 산생된 기체가 대량의 열량을 배터리 모듈의 외부로 휴대하여 파손된 셀이 대량의 열량을 인접한 셀로 전달하여 진일보로 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 기술방안에 의하면 인접한 셀 사이의 열 전달을 줄이고 열폭주 확산을 피면하여 배터리 모듈의 안전을 보장할 수 있다.
본 출원의 일부를 구성하는 도면은 본 발명을 진일보로 이해시키기 위한 것이고 본 발명에 예시적으로 나타낸 실시예 및 그 설명은 본 발명을 해석하기 위한 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 정면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 평면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명에서 제공하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조의 사용을 나타낸 참조도이다.
도 7은 본 발명에서 제공하는 실험1의 온도 변화를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명에서 제공하는 실험2의 온도 변화를 나타낸 도이다.
아래 본 발명의 실시예중의 도면을 결합하여 본 발명의 실시예중의 기술방안을 명확하고 완벽하게 설명한다. 다만, 아래에서 설명하는 실시예는 본 발명의 모든 실시예가 아니라 일부 실시예이다. 아래의 적어도 한 예시적인 실시예에 대한 설명은 설명하기 위한 것으로 본 발명 및 그 응용 또는 사용을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 실시예에 근거하여 이 분야의 기술자가 창조성이 있는 노동을 필요로하지 않은체 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다
도 1에 도시한 본 발명의 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 참조하면, 다수의 셀(1)이 장착된 배터리 모듈과 밀봉 주머니(2)를 포함하고, 밀봉 주머니(2)내에 콜로이드(3)와 기체를 산생 가능한 흡열제가 설치되고, 본 실시예에 있어서, 상기 기체를 산생하므로서 흡열하는 흡열제는 실리콘 오일이고(고리형 폴리 디메틸 실록산, 비등점은 101도이다), 실리콘 오일은 콜로이드(3)중에 수용되어 설치되며, 본 실시예에 있어서, 밀봉 주머니(2)는 플라스틱이다. 셀(1)에 열폭주가 산생할 경우, 대량의 열량을 산생하고 온도도 급격히 상승하며 실리콘 오일의 비등점인 101도이상으로 상승하면 밀봉 주머니(2)내의 실리콘 오일이 기화되어 셀(1)의 대량의 열량을 흡수하고 셀(1) 주위의 열원에 의하여 산생되는 열량을 흡수하여 셀(1)이 너무 떠거워 연소되거나 심지어 폭발하는 등 사고를 방지한다.
도 2에 도시한 본 발명의 제2 실시예의 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조와 같이, 다수의 셀(1)이 장착된 배터리 모듈과 밀봉 주머니(2)를 포함하고 밀봉 주머니(2)내에 폼 플라스틱(4)이 설치되며 폼 플라스틱(4)내에 실리콘 오일이 설치되고 폼 플라스틱(4)은 일정한 강도를 구비하고 실리콘 오일의 지지체이며 셀(1)이 열폭주로 인하여 팽창될 때 지지 작용을 발휘하여 밀봉 주머니(2)중의 실리콘 오일이 셀(1)의 케이스에 의하여 밀려나는 것을 방지한다.
도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의하면 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조를 제공하는데, 이 흡열 및 단열 구조는 포장체(10)와 흡열제(20)를 포함한다. 여기서, 포장체(10)내에 제1 공동을 구비하고 흡열제(20)는 제1 공동 내에 설치되며 흡열제(20)는 열을 흡수하여 기체를 산생할 수 있다.
본 실시예의 기술방안에 의하면, 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조의 포장체(10)내에 흡열시 기체를 산생 가능한 흡열제(20)를 설치하고 이러한 흡열 및 단열 구조를 인접한 두 셀 사이에 설치하면 한 셀에 열폭주가 산생하면 그 셀에서 산생된 열량이 포장체(10)내의 흡열제(20)로 전달되고 흡열제(20)는 열량을 흡입한 후 기화하며 산생된 기체가 대량의 열량을 배터리 모듈의 외부로 휴대하여 파손된 셀이 대량의 열량을 인접한 셀로 전달하여 진일보로 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 기술방안에 의하면 인접한 셀 사이의 열 전달을 줄이고 열폭주 확산을 피면하여 배터리 모듈의 안전을 보장할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 흡열 및 단열 구조에 의하면 단열 기능을 구비할 뿐만 아니라 기화를 통하여 신속하게 방열하는 기능도 구비하므로 열폭주가 산생한 셀의 열량을 배터리 모듈의 외부로 휴대하는 방식과 단열 방식에 의하여 공동으로 열폭주가 산생한 셀의 열량이 인접한 셀로 전달되는 것을 방지하여 인접한 셀의 안전을 보장하고 안전 사고의 산생을 피면할 수 있다. 그리고 본 실시예에서 제공하는 흡열 및 단열 구조의 흡열과 단열 성능이 아주 높으므로 두께가 얇은 상황에서 양호한 열폭주 확산 방지 효과를 실현할 수 있으므로 본 실시예의 기술방안에 의하면 배터리 모듈의 콤팩트성을 향상시키고 배터리 모듈의 체적을 줄일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 흡열제(20)는 고체, 액체 또는 분말 재료일 수 있다. 흡열 효과를 향상시키기 위하여, 흡열제(20)로 기화가능한 고잠열의 형상변화 흡열 재료를 사용하여야 한다. 액체 재료를 사용할 때, 액체 재료로 액체의 비등점이 배터리 모듈의 정상 작업 온도 이상인 것을 선택하여 셀에 대량의 발열이 산생할 경우 흡열하여 기화할 수 있도록 하여야 한다. 예를 들어, 흡열제(20)를 불소화 액체, 실리콘 오일, 물 또는 히드로겔로 설정할 수 있다. 여기서, 불소화 액체는 전도성을 구비하지 않고 연소되지 않으며 배터리 모듈내 구조와 반응을 일으키지 않으므로 금속 구조를 부식시키지 않는다. 실리콘 오일은 전도성을 구비하지 않고 점화점이 높으며 연소되지 않으며 배터리 모듈내 구조와 반응을 일으키지 않으므로 금속 구조를 부식시키지 않는다. 물 또는 히드로겔은 단가가 낮고 연소되지 않지만 누설이 산생할 경우 전도성을 구비하고 금속 구조를 부식시키므로 포장체(10)의 밀봉 신뢰성을 향상시켜야 한다.
그리고 흡열제(20)를 염수화물 형상변화 재료 또는 소화제로 설정할 수 있다. 여기서, 염수화물 형상변화 재료는 일종의 수화물로, 예를 들어 무기 형상변화 재료 Na2SO4·10H2O이고 이 재료는 32.4도에서 용해되며 수용액으로 용해되는 과정에 대량의 열을 흡수하고 열을 진일보로 흡수하면 기화되어 대량의 열량을 가져가게 된다. 이를 흡열 및 단열 구조에 이용하므로서 배터리 모듈이 정상적으로 작동되어 발열 시 고체 액체의 형상변화를 통하여 흡열하여 온도를 하강시키고 열폭주가 산생할 경우 액체의 기화를 통하여 흡열하여 온도를 하강시킨다.
흡열제(20)로 소화제를 이용하였을 경우, 분말 소화제 또는 액체 소화제를 이용할 수 있다. 여기서, 분말 소화제는 흡열 분해되어 CO2 내열 기체를 산생할 수 있으므로 흡열과 방화 작용을 구비하지만, 일정한 고체 찌꺼기가 남게 된다. 액체 소화제로는 dibromotetrafluoromethane를 이용할 수 있고, dibromotetrafluoromethane는 전도성을 구비하지 않고 연소되지 않으며 배터리 모듈내 구조와 반응하지 않으며 금속 구조를 부식시키지 않지만 비등점아 낮아 가압 포장하여야 한다.
도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 흡열 및 단열 구조는 수용물(30)을 더 포함하고, 수용물(30)은 흡열제(20)를 저장하고 단열하며 수용물(30)은 제1 공동 내에 설치되고 수용물(30)은 다수의 제2 공동을 구비하며, 흡열제(20)는 다수의 제2 공동 내에 충전된다. 흡열제(20)가 흡열 기화되어 배터리 모듈로 배출된 후, 손해된 셀에서 방출된 대량의 열량을 가져갈 수 있고, 그 다음 포장체(10)내에는 여전히 수용물(30)이 있고 이로하여 수용물(30)에 의하여 계속하여 단열 작용을 실현한다. 이렇게 설치하므로서 흡열 및 단열 구조가 양호한 단열 효과를 가지게 되어 열폭주가 산생한 셀이 열을 인접한 셀로 전달하는 것을 방지하여 배터리 모듈의 안전을 보장한다. 그리고 이렇게 설치하므로서 장착 공간이 작은 상황에서 양호한 흡열 단열 효과를 실현하여 배터리 모듈의 안전성과 콤팩트성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 수용물(30)을 내부에 많은 미세 구멍 또는 틈새가 있는 구조로 설치할 수 있고 이러한 구멍 또는 틈새가 제2 공동이며, 흡열제(20)를 구멍 또는 틈새에 충전하여 수용물(30)이 모세 작용 또는 점착 작용에 의하여 흡열제(20)를 수용물(30) 내부에 분포하여 수용물(30)이 쉽게 퇴적지 않고 유동하게 된다. 흡열제(20)가 기화 흡열되어 배출된 후, 구멍 또는 틈새의 분리를 통하여 공기가 쉽게 유동할 수 없게 되어 단열 효과를 실현한다. 그리고 본 실시예에 있어서, 수용물(30)의 구멍 또는 틈새를 서로 연통되는 구조로 설치할 수 있고 이로하여 흡열제(20)를 충분히 충전하고 기체와 열량을 충분히 배출할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 수용물(30)을 다공성 또는 섬유형의 단열 재료로 형성할 수 있고, 예를 들어 유리 섬유 보온면, 도자기 섬유 보온면, 실리카 에어로젤 펠트 또는 실리카 에어로겔일 수 있다. 일정한 처리 공정을 통하여 흡열제(20)를 단열 재료중에 충전 또는 침윤시켜 흡열제(20)로 하여금 단열 재료와 충분히 결합하도록 할 수 있다. 재료를 선택할 때, 재료 성능의 정합을 고려하여야 하고, 예를 들어, 수성 흡열제(20)의 경우 친수성 단열 재료를 선택하여야 하고 유성 흡열제(20)의 경우 친유성 단열 재료를 선택하여야 한다. 흡열제(20)가 고체 또는 분말인 경우, 단열 재료가 양호한 친수성 또는 친유성을 가질 필요가 없다. 이렇게 하므로서 흡열제(20)와 단열 재료의 결합 효과를 향상시켜 흡열 및 단열 구조의 성능을 향상시킬 수 있다.
다만, 통상적으로 단열 재료는 소수성을 수증기 침투 방지성을 구비하여야 한다. 이는 물의 열전도율이 단열 재료의 열전도율을 훨씬 초과하고 일반적인 사용 환경에서 단열 재료가 물을 흡수하면 열전도율이 증가하게 되며 단열 재료의 단열 성능에 영향을 주게 되기 때문이다. 하지만 본 실시예에 있어서, 단열 재료의 사용 온도가 높기 때문에 단열 재료의 소수성을 한정하지 않고 액체 흡열제(20)의 경우, 단열 재료는 양호한 친수성 또는 친유성을 구비하여야 한다. 그리고 흡열제(20)와 단열 재료의 결합 효과를 강화하기 위하여 본 실시예중의 단열 재료는 응당히 양호한 침투성을 구비하여야 한다.
도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 흡열 및 단열 구조는 지지체(40)를 더 포함하고, 지지체(40)는 포장체(10)를 지지하며 지지체(40)는 제1 공동 내에 설치되며, 수용물(30)이 지지체(40)와 포장체(10) 사이에 설치된다. 지지체(40)를 설치하므로서 포장체(10)를 지지할 수 있어 흡열 및 단열 구조의 전반 구조의 강도를 강화할 수 있다. 셀이 열폭주시 팽창되므로 셀이 팽창되어 포장체(10)내의 흡열제(20)를 직접 포장체(10) 외부로 배출하여 대응되는 흡열 효과를 실현할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 지지체(40)를 설치하므로서 흡열 및 단열 구조의 신뢰성을 향상시키고 흡열 및 단열 구조의 흡열 및 단열 효과를 보장할 수 있다. 지지체(40)의 재료로는 강도가 높은 플라스틱 또는 도자기 등 재료를 선택할 수 있다.
구체적으로, 지지체(40)는 다수의 교차 연결된 지지판을 포함하고 다수의 지지판은 제1 공동을 다수의 서브 공동으로 분할하며 수용물(30)이 다수의 서브 공동 내에 설치된다. 이렇게 설치하므로서 다수의 지지판이 포장체(10)의 서로다른 위치에 분포되어 포장체(10)의 서로다른 위치를 유효하게 지지할 수 있고 다수의 지지판이 교차 연결되어 지지체(40)의 구조 강도를 향상시키는 동시에 지지체(40)의 체적을 줄일 수 있어 제한된 제1 공동 내에 더욱 많은 흡열제(20)를 설치할 수 있게 된다. 이로하여 흡열 및 단열 구조가 양호한 흡열 단열 성능을 구비하고 높은 구조 강도를 가진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 흡열 및 단열 구조의 포장체(10)의 상측벽과 하측벽이 셀과 연결되거나 또는 맞닿을 수 있다. 지지체(40)의 상단면을 포장체(10)의 상측벽과 연결시키거나 또는 맞닿을 수 있으며 지지체(40)의 하단면을 포장체(10)의 하측벽에 연결시키거나 또는 맞닿을 수 있으며 이로하여 포장체(10)에 양호한 지지 효과를 형성하여 포장체(10)내의 흡열제(20)가 밀려나가는 것을 방지할 수 있다.
도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 수용물(30)을 다층으로 제1 공동 내에 설치할 수 있고, 흡열 및 단열 구조는 열전도층(50)을 더 포함하며, 열전도층(50)은 인접한 두층의 수용물(30) 사이에 설치된다. 이로하여 열전도층(50)은 포장체(10)내의 서로다른 위치의 흡열제(20)에 접촉할 수 있고 셀이 팽창되어 포장체(10)와 충분히 접촉할 수 없을 때 포장체(10)로 균일하게 열을 전달할 수 없고, 이때 열전도층(50)을 통하여 열을 서로다른 위치의 흡열제(20)로 충분히 전달하여 서로다른 위치의 흡열제(20)가 균일하게 흡열 기화되고, 일부 흡열제(20)가 전부 소비되어 유효하게 흡열할 수 없어 많은 열을 인접한 셀로 전달하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 열전도층(50)을 설치하므로서 흡열 및 단열 구조의 열전도의 균일성을 향상시키고 흡열 기화 및 방열 효과를 더욱 유효하게 실현할 수 있고 배터리 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다. 열전도층(50)의 재료로는 열전도 효과가 우수한 금속 재료 또는 흑연 등 재료를 선택할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 포장체(10)의 상부에 홈(11)을 구비하고 흡열제(20)에 의하여 산생된 기체는 일정한 압력하에 홈(11)을 열 수 있다. 홈(11) 위치의 포장체(10)의 강도가 낮고 이로하여 흡열제(20)가 흡열하여 기체를 산생할 경우 포장체내의 압력이 상승하여 소정값에 달하면 기체가 홈(11)을 열어서 개구를 형성하며, 이로하여 배터리 모듈이 정상적으로 작동될 때 흡열 및 단열 구조의 밀봉성을 보장할 수 있고 배터리 모듈의 셀에 열폭주가 산생하였을 경우 기화된 흡열제 및 열량의 배출에 유리하다. 그리고 이렇게 설치하므로서 기체를 소정 위치, 즉 포장체(10)의 상부로부터 배출할 수 있고 이로하여 기체 배출 경로의 설정에 유리하고 배출 경로의 길이를 줄일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 포장체(10)의 재료로는 플라스틱, 금속 또는 알루미늄 플라스틱 막을 선택할 수 있다. 예를 들어, 포장체(10)를 비닐 봉투로 설치할 수 있고 가열 압축 공정을 통하여 측변을 밀봉할 수 있다. 홈(11) 위치에서 플라스틱의 두께를 기타 위치보다 얇게 설정하거나 또는 가열 압축 강도를 낮게 설정하여 홈(11)에서 정해진 방향으로 열리도록 할 수 있다. 포장체(10)를 홈(11)에서 여는 압력은 포장체(10) 및 흡열제(20)의 재료 성능에 근거하여 설정할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 흡열 및 단열 구조의 작업 원리를 이해할 수 있도록 아래 도 6을 결합하여 흡열 및 단열 구조의 작업 과정을 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 흡열 및 단열 구조의 좌측벽에 열폭주한 셀이 설치되고 흡열 및 단열 구조의 우측벽에 정상적인 셀이 설치되었다고 이해할 수 있다. 좌측 셀에서 방출되는 열은 우선 제1 공동내의 좌측의 수용물(30)에 전달되고 수용물(30)내의 흡열제(20)가 흡열 기화되며, 기체가 일정한 압력에 달하면 포장체(10)의 상부를 열어 개구를 형성하며, 이로하여 기체가 대량의 열을 휴대하여 개구로부터 배출되어 좌측 셀의 열량이 우측의 셀로 전달되는 것을 방지하고, 수용물(30)내의 일부 또는 모든 흡열제(20)가 기화된 후, 수용물(30)은 여전히 단열 작용을 발휘하고 이로하여 좌측 셀의 열이 우측의 셀로 전달되는 것을 진일보로 방지한다. 따라서 본 발명의 기술방안에 의하면 인접한 셀 사이의 열전달을 줄이고 열폭주의 확산을 피면하여 배터리 모듈의 안전을 보장할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 흡열 및 단열 구조의 실제 사용 효과를 더욱 잘 이해하도록, 아래 비교 실험을 통하여 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 두개 인접한 셀(1) 사이에 서로다른 흡열 및 단열 구조가 설치되고 가열 방식을 통하여 좌측의 셀(1)에 열폭주를 산생시키고 도면중의 4개 측정점에서 각각 T1, T2, T3, T4의 온도 변화를 측정하였다.
실험1: 두개 셀 사이에 1mm 두께의 일반 유리 섬유 보온면으로 단열하였다. 온도 변화 곡선은 도 7에 도시한 바와 같고, 여기서 세로 좌표는 온도를 표시하고 가로 좌표는 시간을 표시한다. 200s 좌우에서 가열하기 시작하였다. 550s에 좌측 셀은 가열 작용하에 온도T1이 300도좌우로 상승하였을 때 열폭주가 산생하였다. 우측 셀은 표면 온도가 점차적으로 상승하였고 좌측 셀에 열폭주가 산생한 후 700s 좌우에 열폭주가 산생하였다. 따라서 일반적인 흡열 및 단열 구조에 의하면 열 전달을 일정하게 감소할 수 있고 열폭주 과정을 완화시킬 수 있지만 열폭주의 확산을 완전히 저지시킬 수는 없다.
실험2: 두개 인접한 셀 사이에 1mm두께의 본 발명에서 제공하는 흡열 및 단열 구조를 설치하였다. 즉 포장체(10)내에 흡열제(20)인 유리 섬유 보온면이 설치되었다. 온도 변화 곡선은 도 8에 도시한 바와 같고, 여기서 세로 좌표는 온도를 표시하고 가로 좌표는 시간을 표시한다. 200s좌우에서 가열하기 시작하였다. 550s에 좌측 셀이 가열 작용하에 온도T1이 300도 좌우로 상승하였을 때 열폭주가 산생하였다. 흡열제(20)는 신속히 흡열하여 온도가 상승하고 이와 동시에 우측 셀은 표면 온도가 흡열제(20)의 형상변화 온도 부근까지 상승하였을 때 천천히 상승하였다. 흡열제(20)가 전부 소비된 후, 우측 셀의 표면 온도가 계속하여 상승하였지만 흡열제(20)가 대량의 열을 가져갔고 수용물(30)이 단열 작용을 구비하므로 우측 셀의 온도는 열폭주가 산생될 수 있는 트리거 온도까지 상승하지 않았고 우측 셀은 최종적으로 열폭주가 산생하지 않았다.
상기 비교 실험으로부터 본 발명에서 제공하는 흡열 및 단열 구조에 의하면 인접한 셀 사이의 열 전달을 유효하게 낮추고 열폭주 확산을 피면하여 배터리 모듈의 안전을 보장할 수 있음을 알 수 있다.
상기한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예로, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 이 분야의 기술자라면 본 발명에 여러가지 변화를 가져올 수 있다. 본 발명의 사상과 원칙을 벗어나지 않는 범위내에서 수행하는 모든 수정, 동등교체, 개량 등은 본 발명의 보호 범위에 속한다.
다만, 여기서 사용하는 용어는 구체적인 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 출원의 예시적인 실시형태를 한정하기 위한 것이 아니다. 상하에 명확하게 기재되지 않은 상황에서 여기서 사용되는 단수 형식은 복수 형식을 포함하고, 그리고 명세서에서 "함유" 및/또는 "포함"을 사용하였을 경우 특징, 단계, 조작, 소자, 부품 및/또는 이들의 조합이 존재함을 말한다.
구체적으로 설명된 경우 외, 이러한 실시예에서 설명한 부품과 단계의 상대적 배치, 수치 표현 방식과 데이터는 본 발명의 범위에 한정되지 않는다. 이와 동시에 설명의 편의를 위하여 도면에 나타낸 각 부품의 크기는 실제 비율 관계에 따라 작성된 것이 아니다. 이 분야의 기술자가 공지한 기술, 방법, 기기에 대하여서는 상세하게 설명하지 않지만 적당한 경우 이러한 기술, 방법, 기기를 명세서의 일부로 인정하여야 한다. 여기서 공개하고 설명한 모든 실예에 있어서 구체적인 값은 모두 한정하기 위한 것이 아니라 예시적인 것으로 해석하여야 한다. 따라서 예시적인 실시예의 기타 실예는 다른 값일 수도 있다. 여기서, 유사한 부호와 자모는 도면에서 유사한 항목을 표시하므로 한 항목이 한 도면에서 정의되었으면 그 다음의 도면에서는 진일보로 설명하지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서 "전, 후, 상, 하, 좌, 우", "가로, 세로, 수직, 수평", "꼭대기, 바닥" 등 방위사가 지시하는 방위 또는 위치 관계는 통상 도면에 도시한 방위 또는 위치 관계를 기반으로 하는 것으로 본 발명의 설명의 편의를 도모하고 간소화하기 위한 것이며, 반대되는 내용으로 설명되지 않은 상황에서 이러한 방위사는 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지거나 또는 특정된 방위 구조로 조작되어야함을 지시하거나 암시하는 것이 아니다. 따라서 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 이해하여서는 않된다. 방위사 "내, 외"는 각 부품 자체에 대한 윤곽의 내외를 말한다.
설명의 편의를 위하여, 공간적 상대적 용어, 예를 들어 "??상의", "??상부", "??표면", "상면의" 등은 도면에 있어서의 소자 또는 특징의 기타 소자 또는 특징과의 공간 위치 관계를 설명하기 위한 것이다. 여기서 공간적 상대적 용어는 소자가 도면에 도시한 방위외 사용 또는 조작과정의 다른 방위도 포함한다. 예를 들어 도면에 도시한 소자가 거꾸로 설치되었으면 "기타 소자 또는 구조의 상방" 또는 "기타 소자 또는 구조상"의 소자로 설명한 후 "기타 소자 또는 구조의 하방" 또는 "기타 소자 또는 구조하"로 정해지므로 예시적 용어 "??상방"은 "??상방"과 "??하방" 두가지 방위를 포함한다. 그 소자가 기타 방식으로 정해질 수도 있고(90도 회전, 또는 기타 방위) 사용되는 공간적 상대적 설명을 해석한다.
그리고 "제1", "제2" 등 용어로 부품을 한정한 경우, 대응되는 부품을 구별하기 위한 것이고 특별한 설명이 없는 상황하에서 이러한 용어는 특별한 의미를 가지지 않으므로 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것으로 이해하여서는 않된다.
1: 셀, 2: 밀봉 주머니, 3: 콜로이드, 4: 폼 플라스틱, 10: 포장체, 11: 홈, 20: 흡열제, 30: 수용물, 40: 지지체, 50: 열전도층.

Claims (21)

  1. 다수의 셀이 장착된 배터리 모듈을 포함하는 흡열 및 단열 구조에 있어서,
    셀 사이에 설치되고 기체를 산생 가능한 흡열제를 더 포함하고, 셀 사이에 설치되는 수용물(30)을 더 포함하며, 흡열제가 수용물(30) 내에 설치되고, 상기 수용물(30)은 다공질 단열재이며, 상기 수용물(30)은 유리 섬유 보온면, 도자기 섬유 보온면과 실리카 에어로겔로부터 선택되는 한가지이고, 상기 흡열제의 외부에 포장체가 설치되며, 셀 열폭주 시 케이스가 팽창되어 흡열제가 밀려나가는 것을 방지하기 위한 지지체가 상기 포장체 내에 설치되고, 상기 수용물(30)은 상기 지지체와 상기 포장체 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열제는 반응을 통하여 기체를 산생할 수 있는 흡열제인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열제는 기화를 통하여 흡열 가능한 흡열제인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열제가 고체, 액체 또는 분말인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열제가 염수화물 형상변화 재료인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡열제가 소화제, 실리콘 오일, 불소화 액체인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 포장체가 일정한 압력하에 열려지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 포장체가 열린 후 개구가 위로 향하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 포장체가 플라스틱, 금속 또는 알루미늄 플라스틱 막인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  11. 삭제
  12. 제1 공동을 구비하는 포장체(10)와,
    제1 공동 내에 설치되고 열을 흡수하여 기체를 산생 가능한 흡열제(20)와, 상기 흡열제(20)를 저장하고 단열을 위한 수용물(30)을 포함하고,
    상기 수용물(30)은 상기 제1 공동 내에 설치되고 다수의 제2 공동을 구비하며 상기 흡열제(20)가 다수의 상기 제2 공동 내에 충전되고, 상기 수용물(30)은 다공질 단열재이며, 상기 수용물(30)은 유리 섬유 보온면, 도자기 섬유 보온면과 실리카 에어로겔로부터 선택되는 한가지이고,
    상기 포장체(10)를 지지하기 위한 지지체(40)를 더 포함하고, 상기 지지체(40)는 상기 제1 공동 내에 설치되며 상기 수용물(30)은 상기 지지체(40)와 상기 포장체(10) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 흡열제(20)가 수성 재료이고 상기 수용물(30)이 친수성을 구비하며, 또는,
    상기 흡열제(20)가 유성 재료이고 상기 수용물(30)이 친유성을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지체(40)가, 다수의 교차 연결된 지지판을 포함하고, 다수의 상기 지지판은 상기 제1 공동을 다수의 서브 공동으로 구분하고 상기 수용물(30)은 다수의 상기 서브 공동 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 수용물(30)은 다층으로 상기 제1 공동 내에 설치되고,
    인접한 두층의 상기 수용물(30) 사이에 설치되는 열전도층(50)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 포장체(10)는 상부에 홈(11)을 구비하고 상기 흡열제(20)에 의하여 산생된 기체는 일정한 압력하에 상기 홈(11)을 열 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 흡열 및 단열 구조.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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