KR102461577B1 - 이차전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

일방향으로 정렬된 다수개의 배터리 셀, 다수개의 배터리 셀 사이에 개재되어 배터리 셀들 사이의 열 전달을 차단하기 위한 에어로젤을 포함하는 다수개의 절연시트 및 배터리 셀과 절연시트를 고정하는 하우징을 포함하는 이차전지 모듈이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 모듈 내의 한 셀의 발열 및 발화가 인접 셀로 전파되는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있다.

Description

이차전지 모듈 {Secondary Battery Module}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 구체적으로는 다수개의 배터리 셀이 정렬되어 배치된 이차전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(Secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
상기 이차 전지는, 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장 설치하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 이때, 사용되는 외장재의 종류에 따라, 파우치형 배터리, 각형 배터리 또는 원통형 배터리로 구분할 수 있으며, 또한, 내부에 수납되는 전극 조립체는 그 구조에 따라 권취형 전극 조립체 또는 스택형 전극 조립체로 분류된다.
또한, 다수의 배터리가 직렬 및/또는 병렬로 연결될 경우, 이는 배터리 모듈 또는 배터리 팩으로 정의되며, 이들은 규격화된 하우징 또는 케이스에 수납된 후 내부 또는 외부의 배터리 모니터링 시스템에 전기적으로 연결된다.
본 발명은 이차전지 모듈 내의 배터리 셀들 사이 열의 이동을 차단할 수 있는 수단을 구비한 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은, 일방향으로 정렬된 다수개의 배터리 셀; 상기 다수개의 배터리 셀 사이에 개재되어 상기 배터리 셀들 사이의 열 전달을 차단하기 위한 에어로젤을 포함하는 다수개의 절연시트; 및 상기 배터리 셀과 절연시트를 고정하는 하우징;을 포함한다.
상기 절연시트에서 에어로젤 입자 함량은 80 내지 90% 일 수 있다.
상기 절연시트에서 에어로젤 입자의 주 성분은 이산화 규소(SiO2)이며, 상기 에어로젤 입자의 크기는 10 내지 100㎛ 일 수 있다.
상기 에어로젤 입자는 나노 크기의 기공으로 되어 있을 수 있다.
상기 절연시트의 두께는 0.3mm 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
상기 배터리 셀과 상기 절연시트 사이에는 접착 테이프가 더 형성될 수 있다.
상기 접착 테이프의 두께와 상기 절연시트의 두께의 비는 1:3.5 로 이루어질 수 있다.
상기 접착 테이프의 열전도율은 상기 절연시트의 열전도율의 8 내지 10배 일 수 있다.
상기 절연시트의 부피는 상기 배터리 셀의 부피의 1.1% 로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 모듈 내의 한 셀의 발열 및 발화가 인접 셀로 전파되는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈은 단열 성능이 우수한 에어로젤 시트를 배터리 셀 사이에 개재하여 가볍고 안전한 이차전지 모듈을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 절연시트를 분리한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈(100)은 배터리 셀(10), 절연시트(20), 및 하우징(18, 19)를 포함한다.
배터리 셀(10)은 이차전지 모듈(100) 내에서 일 방향으로 정렬되어 배치된다. 일 실시예에서, 상기 배터리 셀(10)은 다수가 구비되며, 이는 수평 방향 및 일렬로 배열될 수 있다. 이러한 배터리 셀(10)은 2개의 장변 영역과, 4개의 단변 영역을 갖는 대략 육면체 형태일 수 있다. 배터리 셀(10)은 전지 케이스와 상기 전지 케이스 내에 수납된 전극 조립체 및 전해액으로 이루어질 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판 및 음극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지며, 상기 전극 조립체와 전해액은 서로 반응하여 전기화학적 에너지를 발생한다. 또한, 전지 케이스는 캡 조립체(14)에 의하여 밀폐되는데, 캡 조립체(14)에는 서로 다른 극성을 갖는 양극단자(11) 및 음극단자(12)와 벤트(13)가 구비된다. 상기 벤트(13)는 배터리 셀(10)의 안전수단으로 배터리 셀(10)의 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용한다. 서로 이웃하는 배터리 셀(10)의 양극단자(11)와 음극단자(12)는 버스바(15)를 통하여 전기적으로 연결되고, 상기 버스바(15)는 너트(16) 등에 의하여 고정될 수 있다.
이차전지 모듈(100)는 다수개의 배터리 셀(10)을 수납하는 하우징(18, 19)을 이용하여 하나의 전력원으로 이용될 수 있다. 하우징(18, 19)은 상기 배터리 셀(10)의 외측에서 서로 대향하도록 배치되는 한 쌍의 엔드플레이트(18)와, 상기 한쌍의 엔드플레이트(18)를 연결하는 측면 플레이트(19)를 포함할 수 있다. 복수개의 배터리 셀(10)은, 넓은 면에 서로 대면하도록 일방향으로 정렬되고, 배터리 셀(10)들의 최외면에는 각각 한 쌍의 엔드플레이트(18)가 서로 대면하도록 구비될 수 있다.
절연시트(20)는 배터리 셀(10)들 사이에 개재되며, 이 역시 수평 방향으로 및 일렬로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 절연시트(20)는 상기 다수개의 배터리 셀(10) 사이에 각각 개재되어 배터리 셀(10)들 사이의 열 전달은 차단하기 위한 에어로젤을 포함한다. 절연시트(20)는 배터리 셀(10)의 2개의 장변 영역의 넓이에 대응하는 넓이를 갖는 장변을 갖고 얇은 두께를 갖는 직사각형 시트 형태를 갖는다. 다만, 절연시트(20)는 이차전지 모듈(100)의 외부로 돌출되지 않도록 배터리 셀(10)의 장변 영역의 높이보다는 작게 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 절연시트(20)의 두께는 배터리 셀(10)과 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 충분히 차단할 수 있을 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 절연시트(20)의 두께는 절연시트(20) 내부의 물질이나 입자 크기 등에 따라 달라 질 수 있다. 한편, 본 발명에서 절연시트(20)의 두께는 0.3mm 로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 절연시트(20)의 두께가 0.3mm 보다 얇으면 외부의 약한 충격에도 쉽게 부서지게 되고, 절연시트(20)의 두께가 0.3mm 보다 두꺼우면 필요 이상으로 배터리 셀(10) 사이의 거리가 늘어나 결과적으로 이차전지 모듈(100)의 부피가 커지게 된다.
한편, 절연시트(20)는 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 차단하기 위한 단열물질로 에어로젤(aerogel)을 포함한다. 상기 에어로젤은 주성분이 이산화규소(SiO2)이다. 또한, 상기 절연시트(20)에서 에어로젤 입자 함량은 80% 이상이며, 나머지는 바인더로 이루어진다. 구체적으로, 에어로젤 입자 함량은 80% 내지 90%로 이루어질 수 있다. 여기서, 에어로젤 입자 함량이 80% 보다 작으면 이웃하는 배터리 셀(10) 사이의 열전달을 차단하기 충분하지 않으며, 에어로젤 입자 함량이 90% 보다 크면 바인더의 함량이 상대적으로 적어 절연시트(20)를 형성하기가 어렵다.
더불어, 에어로젤 입자의 크기는 약 10 내지 100㎛ 정도로 이루어지며, 상기 입자의 90% 이상이 나노 크기의 기공으로 형성된다. 이와 같이, 절연시트(20)는 에어로젤 입자의 90% 이상이 나노 크기의 기공으로 되어 있어 매우 가볍고 뛰어난 단열성능을 나타낸다.
상기 절연시트(20)는 SiO2 구조로 연결된 나노 사이즈 복합체 구조 내에 미세 구멍(pore) 구조가 형성되고, 이 구멍 구조 내에 공기를 담게 된다. 이 공기 층은 SiO2 복합체 구멍 내에서 유동없이 유지되어, 가장 우수한 단열 특성을 나타내는 공기를 단열재로 사용할 수 있도록 하게 한다.
다음 표 1은 본 발명과 같이 에어로젤을 단열물질로 사용한 절연시트와 종래와 같이 MICA를 단열물질로 사용한 절연시트의 물성을 비교한 표이다. 여기서, 에어로젤을 단열물질로 사용한 절연시트와 MICA를 단열물질로 사용한 절연시트의 두께는 동일하게 0.3mm이다.
단열물질 열전도율
(W/mK)		 비열
(J/gK)		 비중
(g/㎤)		 연소특성
MICA 0.159 1.224 1.351 불연성
에어로젤 0.034 0.992 0.40 불연성
상기 표 1에서 보듯이, 종래와 같이 MICA를 단열물질로 사용한 절연시트의 열전도율은 0.159 W/mK이고, 본 발명과 같이 에어로젤을 단열물질로 사용한 절연시트의 열전도율은 0.034 W/mK 이다. 즉, 에어로젤을 단열물질로 사용한 절연시트는 MICA를 단열재로 사용한 절연시트에 비해 약 20% 이상 열전도율이 낮아진 것을 확인할 수 있으며, 다시 말해, 본 발명과 같이 에어로젤을 단열물질로 사용한 절연시트의 열 차단율이 MICA를 단열물질로 사용한 절연시트에 비해 약 20% 이상 향상된 것을 의미한다.
도 3은 이차전지 모듈의 열 전파 평가 결과를 도시한 사진이다.
본 발명에 따른 이차전지 모듈의 열 차단 성능을 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 하였다.
배터리 셀 사이에 절연시트를 개재한 이차전지 모듈을 준비하였다. 여기서, 배터리 셀은 60Ah를 갖는 것을 동일하게 사용하였다. 또한, 각 모듈의 1차셀을 인위적으로 발열시킨 후 인접한 2차셀 및 3차셀의 열 전파 및 이벤트 발생 여부를 확인하였다.
[실시예 1]
단열물질로 에어로젤을 사용하고, 두께가 0.3mm인 절연시트를 사용하였다.
[실시예 2]
단열물질로 MICA를 사용하고, 두께가 0.3mm인 절연시트를 사용하였다.
[실시예 3]
실시예 2의 절연시트에 홀을 형성한 절연시트를 사용하였다.
상기 실험 결과를 다음 표 2 및 도 3에 정리하였다.
1차셀 2차셀 3차셀
실시예 1 인위적 발열 OK OK
실시예 2 인위적 발열 NG NG
실시예 3 인위적 발열 NG NG
여기서, OK는 열이 절단되지 않아 이벤트가 발생하지 않은 것을 의미하고, NG는 열이 전달되어 이벤트가 발생한 것을 의미한다.
상기 실시예 1과 같이, 단열물질로 에어로젤을 사용한 절연시트를 배터리 셀 사이에 개재한 경우, 1차셀에서 발생한 열이 2차셀 및 3차셀로 전달되지 않은 것을 알 수 있다. 그러나, 실시예 2 및 3에서 MICA를 단열물질로 사용한 절연시트를 배터리 셀 사이에 개재한 경우, 1차셀에 발생한 열이 2차셀 및 3차셀로 전달된 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 실험과 같이, 에어로젤을 사용한 절연시트의 열 차단 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 절연시트를 분리한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 이웃하는 2개의 배터리 셀(10) 사이에는 각각 하나의 절연시트(20)가 개재된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 셀들(10)이 이웃하여 대면하는 면인 장변 영역의 크기에 맞게 절연시트(20)의 크기가 형성된다. 또한, 배터리 셀(10)과 절연시트(20)가 대면하는 배터리 셀(10)의 장변 영역의 외면에는 접착 테이프(21)가 테이핑된다. 접착 테이프(21)가 배터리 셀(10)의 장변 영역에 테이핑됨으로써, 절연시트(20)의 넓은 면들은 각각 이웃하는 배터리 셀(10)의 장변 영역에 고정되어 부착될 수 있게 된다. 여기서, 접착 테이프(21)는 폴리이미드(PI)로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 접착 테이프(21)는 상기 절연시트(20)에 비해 상대적으로 열전도율이 높다. 구체적으로, 절연시트(20)의 열전도율은 0.034 W/mK 인 반면, 폴리이미드로 이루어진 접착 테이프(21)의 열전도율은 0.28~0.34 W/mK 이다. 즉, 상기 접착 테이프(21)의 열전도율은 절연시트(20)에 비해 약 8~10배 정도 높다. 따라서, 상대적으로 열전도율이 높은 접착 테이프(21)의 두께를 절연시트(20)의 두께보다 얇게 형성해야, 상기 절연시트(20)의 열 차단 효과를 극대화 시킬 수 있다. 상기 접착 테이프(21)와 절연시트(20)의 두께비는 1:3.5로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 절연시트(20)의 두께는 0.3mm로 형성되고, 상기 접착 테이프(21)의 두께는 0.085mm로 형성될 수 있다. 상기 접착 테이프(21)의 두께가 0.085mm 보다 작으면 접착력이 낮아 배터리 셀(10) 사이에 절연시트(20)를 부착시키기가 어렵고, 접착 테이프(21)의 두께가 0.085mm 보다 크면 절연시트(20)의 열 차단 효과를 떨어뜨리게 된다.
또한, 상기 절연시트(20)의 부피는 배터리 셀(10)의 부피에 대해 약 1.1%로 형성된다. 여기서, 절연시트(20)의 부피가 크면 클수록 배터리 셀(10)들 간의 열 차단율이 높아지나, 절연시트(20)의 부피가 커지면 이차전지 모듈(100)의 크기도 커지게 된다. 따라서, 상기 절연시트(20)의 부피는 상기 배터리 셀(10)의 부피의 약 1.1%로 형성되는 것이 바람직하다.
통상, 이차전지 모듈(100)은 복수개의 배터리 셀(10)로 이루어져 있고, 상기 배터리 셀들(10)은 충방전을 하면서 다량의 열을 발생한다. 이는 배터리 셀(10) 내에서의 열폭주(thermal runaway)를 유발하여 배터리 셀(10) 내의 전극조립체를 구성하는 세퍼레이터를 녹이고, 이는 양극판 및 음극판의 직접 접촉을 유발하여 배터리 셀 단락의 원인이 된다. 또한, 발생하는 고온의 열은 이웃하는 배터리 셀로 전달되며, 정렬된 배터리 셀들은 연쇄적으로 폭발하는 문제를 발생한다. 또한, 이차전지 모듈(100)을 조립하는 과정에서, 상기 배터리 셀(10) 사이에는 육안으로 발견하기 힘든 금속 이물질이 빈번하게 삽입된다. 이는 이차전지 모듈(100)의 사용중 진동 또는 충격에 의하여 배터리 셀(10)의 표면에는 긁힘 (scratch)이 생기고, 이는 배터리 셀의 표면에 처리된 절연을 파괴하여 단락을 발생시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈(100)에서는 이웃하는 배터리 셀(10) 사이에 열 전달을 차단하기 위한 절연시트(20)가 개재된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 절연시트(20)는 단열 특성을 갖는 공기층을 담는 나노 사이즈의 SiO2 입자로 인해, 우수한 단열 효과를 바탕으로 어느 한 배터리 셀에서 발생하는 고온의 열이 이웃하는 배터리 셀로 전달되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(100)은 절연시트(20)가 공기층을 담을 수 있는 미세 구멍 구조를 통해 에어로젤 절연시트의 무게를 줄일 수 있고, 가벼운 재질로 우수한 단열 성능을 얻을 수 있게 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차전지 모듈 10; 배터리 셀
11; 양극단자 12; 음극단자
14; 캡 조립체 15; 버스바
16; 너트 18, 19; 하우징
20; 절연시트 21; 접착 테이프

Claims (9)

  1. 일방향으로 정렬된 다수개의 배터리 셀;
    상기 다수개의 배터리 셀 사이에 개재되어 상기 배터리 셀들 사이의 열 전달을 차단하기 위한 에어로젤을 포함하는 다수개의 절연시트;
    상기 배터리 셀과 절연시트를 고정하는 하우징; 및
    상기 배터리 셀의 장변 영역의 외면에 형성되어 상기 절연 시트를 상기 배터리 셀들 사이에 부착시키는 접착 테이프;
    를 포함하고,
    상기 접착 테이프의 열전도율은 상기 절연 시트의 열전도율보다 높은 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연시트에서 에어로젤 입자 함량은 80 내지 90% 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연시트에서 에어로젤 입자의 주 성분은 이산화 규소(SiO2)이며, 상기 에어로젤 입자의 크기는 10 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에어로젤 입자는 나노 크기의 기공으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연시트의 두께는 0.3mm 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 테이프의 두께와 상기 절연시트의 두께의 비는 1:3.5 로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 테이프의 열전도율은 상기 절연시트의 열전도율의 8 내지 10배 인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연시트의 부피는 상기 배터리 셀의 부피의 1.1% 로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200067587A (ko) * 2018-12-04 2020-06-12 주식회사 엘지화학 전지팩
KR102540938B1 (ko) 2019-01-23 2023-06-08 현대자동차주식회사 차량용 후방 샤시모듈
KR20200106378A (ko) * 2019-03-04 2020-09-14 주식회사 엘지화학 스웰링 흡수 및 열 차단 기능을 갖는 패드 복합체를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20200145297A (ko) * 2019-06-21 2020-12-30 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
EP3993146A4 (en) * 2019-06-28 2023-03-08 SANYO Electric Co., Ltd. POWER SUPPLY DEVICE AND ELECTRIC VEHICLE AND POWER STORAGE DEVICE WITH A POWER SUPPLY DEVICE
US11799167B2 (en) * 2019-09-05 2023-10-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage module having extinguisher sheet
DE102019129473A1 (de) * 2019-10-31 2021-05-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vermeidung eines thermischen Durchgehens in einem Zellmodul mit mehreren Batteriezellen
DE102020114187A1 (de) * 2020-05-27 2021-12-02 Audi Aktiengesellschaft Batteriemodul für Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie sowie Betriebsverfahren
KR20220018832A (ko) 2020-08-07 2022-02-15 현대자동차주식회사 전기 차량용 배터리의 열폭주 감지 장치
CN111864307A (zh) * 2020-08-28 2020-10-30 深圳市璞厉科技有限公司 一种电池组
KR20220028991A (ko) 2020-09-01 2022-03-08 현대자동차주식회사 전기 차량용 배터리의 열폭주 감지 장치
KR20220029941A (ko) * 2020-09-02 2022-03-10 에스케이온 주식회사 열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩
KR102472909B1 (ko) * 2020-10-12 2022-12-01 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
EP4350844A1 (en) * 2022-10-05 2024-04-10 Automotive Cells Company SE An assembly comprising a plurality of electrochemical cells and an electrical device comprising such assembly

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5271462B1 (ja) * 2011-10-31 2013-08-21 パナソニック株式会社 二次電池ユニット

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19721348A1 (de) 1997-05-22 1998-11-26 Varta Batterie Mehrzelliger Akkumulator
JP2005005138A (ja) 2003-06-12 2005-01-06 Hitachi Maxell Ltd 電池パックの製造方法
US7118801B2 (en) 2003-11-10 2006-10-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Aerogel/PTFE composite insulating material
JP5105288B2 (ja) 2008-07-25 2012-12-26 井前工業株式会社 燃料電池用断熱システム
TWI419391B (zh) * 2009-12-25 2013-12-11 Ind Tech Res Inst 電池系統中的散熱與熱失控擴散防護結構
JP4823398B2 (ja) * 2010-01-13 2011-11-24 パナソニック株式会社 リチウムイオン二次電池およびその製造方法
KR20120054389A (ko) * 2010-11-19 2012-05-30 삼성정밀화학 주식회사 에어로겔-개방셀 폼 복합체
US8993145B2 (en) 2011-09-19 2015-03-31 Zee.Aero Inc. Preventing cell thermal runaway propagation within a battery
EP2835844B1 (en) 2012-04-05 2018-11-14 Zeon Corporation Separator for secondary cell
KR101730961B1 (ko) * 2013-01-04 2017-04-27 삼성에스디아이 주식회사 단열부재가 마련된 배터리 모듈
CN103333542A (zh) 2013-07-04 2013-10-02 河南工业大学 二氧化硅气凝胶微球复合隔热涂料
KR101711692B1 (ko) 2013-10-01 2017-03-02 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 전지 조립체
DE102013220174A1 (de) 2013-10-07 2015-04-23 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul und Batteriepack
US11309604B2 (en) * 2015-04-13 2022-04-19 Cps Technology Holdings Llc Thermal epoxy and positioning of electrochemical cells
KR20170019539A (ko) 2015-08-11 2017-02-22 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치 및 그 제조방법
CN205004375U (zh) 2015-08-13 2016-01-27 上海航天电源技术有限责任公司 一种内部热隔离设计的锂离子电池
CN109314200B (zh) * 2016-06-29 2022-04-08 松下知识产权经营株式会社 电池模块
US10873111B2 (en) * 2016-08-09 2020-12-22 Wisk Aero Llc Battery with compression and prevention of thermal runaway propagation features

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5271462B1 (ja) * 2011-10-31 2013-08-21 パナソニック株式会社 二次電池ユニット

Also Published As

Publication number Publication date
EP3432411A1 (en) 2019-01-23
EP3432411B1 (en) 2019-11-20
US11038226B2 (en) 2021-06-15
US20190020079A1 (en) 2019-01-17
KR20190008728A (ko) 2019-01-25
CN109273803A (zh) 2019-01-25

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