KR20130141769A - Battery module with improved safety - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 둘 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈로서, 더욱 상세하게는, 충방전이 가능한 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및 물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 부재로서, 상기 전지셀 적층체에서 전지셀의 표면에 접한 상태로 장착되어 있는 하나 이상의 열 차단 부재; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention provides a battery module including two or more battery cells, and more specifically, a battery cell stack in which battery cells capable of charging and discharging are stacked; And a member in which water and an endothermic inorganic material are sealed in the case, wherein the at least one heat shield member is mounted in contact with the surface of the battery cell in the battery cell stack. It relates to a battery module comprising a.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. The secondary battery is also attracting attention as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed to solve air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Therefore, the type of applications using the secondary battery is very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.As the application fields and products of the secondary battery are diversified, the type of the battery is also diversified to provide an appropriate output and capacity. In addition, batteries applied to the art and products are strongly required for small size and light weight.
예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 소형 경량의 전지 셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 "전지 팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.For example, small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, smart pads, notebook computers, and the like are used with one or three or four small and light battery cells per device according to the miniaturization tendency of the products. On the other hand, medium and large devices such as electric bicycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., due to the need for high output capacity, a battery module (or sometimes referred to as a "battery pack") electrically connecting a plurality of battery cells is used. Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodation space and the output of the medium and large devices, manufacturers are trying to manufacture a battery module that is as small and lightweight as possible.
종래의 중대형 이차전지모듈은 일정한 크기의 케이스(하우징) 내부에 다수의 단위전지들을 장착하여 이를 전기적으로 연결하고, 그러한 케이스의 외면에 상기 단위전지들의 전압, 전류, 온도 등을 감지하고 전지의 작동을 제어하는 회로부를 포함하는 것으로 구성되어 있다.Conventional medium and large secondary battery modules are electrically connected to a plurality of unit cells mounted in a case (housing) of a predetermined size, and the voltage, current, temperature, etc. of the unit cells on the outer surface of the case and the operation of the battery It comprises a circuit portion for controlling the.
앞서 설명한 바와 같이, 중대형 디바이스 분야에서 이차전지가 사용되는 제품들이 다양해짐에 따라 그에 부합하는 전기 용량과 출력을 제공할 수 있는 다양한 종류의 전기모듈들이 요청되고 있으며, 더욱이 동일한 제품군이라 하더라도 제품의크기가 다른 경우에는 그에 따라 요구되는 전기 용량과 출력 또한 달라지므로 전지모듈의 설계도 변경되어야 한다.As described above, as the products of secondary batteries are used in the medium and large device fields, various kinds of electric modules are required to provide corresponding capacities and outputs. In other cases, the required capacitance and output also vary, so the design of the battery module must be changed.
한편, 이차전지와 그것을 다수 개 포함하고 있는 전지모듈에서 가장 문제되고 있는 사항들 중의 하나는 안전성이다. 특히, 고출력 대용량의 전지모듈은 전기자전거, 전기자동차 등과 같은 대형 디바이스에 사용되므로, 외부로부터 충격, 갖은 진동 등 다양하고 큰 외력을 받게 된다. 더욱이, 전지모듈을 구성하는 단위전지로서의 사용 가능성에 대해 최근 많은 관심과 연구의 대상이 되고 있는 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 다수의 단위전지들이 밀집되어 있는 전지모듈의 안전성 문제는 더욱 심각할 수 있다.On the other hand, one of the most problematic items in a secondary battery and a battery module including a plurality thereof is safety. In particular, since the high-output large-capacity battery module is used in large devices such as electric bicycles and electric vehicles, it receives various external forces such as shocks and vibrations from the outside. In addition, the lithium secondary battery, which has recently been the subject of much interest and research on the possibility of being used as a unit cell constituting the battery module, has a problem of low safety. Therefore, the safety problem of a battery module in which a plurality of unit cells are concentrated may be more serious.
전지모듈의 안전성 문제는 크게 과충전 등에 의한 발열, 외부 충격 등에 의한 모듈 구성요소들의 내부 단락 등으로 유발된다. 과충전, 과방전 등에 의한 단위전지의 손상 및 발열 등의 문제점을 해결하기 위하여, 일반적으로 전지모듈에는 단위전지의 전류와 전압 및 전지 시스템의 온도를 센싱하여 제어할 수 있는 BMS (Battery Management System)의 회로부를 포함하고 있다. 따라서, 과전류, 과전압, 과열 등의 발생시 전류를 차단하여 단위전지를 보호하고 안전성을 확보할 수 있다.The safety problem of the battery module is largely caused by internal short circuit of module components due to overheating, external shock, and the like. In order to solve problems such as damage and overheating of the unit cell due to overcharge and over discharge, generally, the battery module includes a BMS (Battery Management System) which can sense and control the current and voltage of the unit cell and the temperature of the battery system. It includes a circuit section. Therefore, it is possible to protect the unit cell and to ensure safety by cutting off the current in the event of overcurrent, overvoltage, overheating and the like.
반면에, 외부의 물리적 충격에 의한 내부 단락의 문제점은 그러한 외부 충격의 종류에 따라 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 전지모듈이 장착된 디바이스가 전기자전거, 전기모터사이클, 전기자동차 등과 같이 운송용 장치인 경우, 그러한 장치의 충돌에 의해 전지모듈이 분리되어 낙하되거나 외부의 물체가 전지모듈에 충돌하는 등의 상황이 발생할 수 있다. 그 중 특히 심각한 상황은 전지모듈에 가해진 날카로운 부재가 단위전지를 관통하는 경우이며, 침상 도체의 관통은 전지의 폭발을 유발할 수 있다.On the other hand, the problem of an internal short circuit caused by an external physical shock can vary greatly depending on the kind of such an external shock. For example, when a device equipped with a battery module is a transportation device such as an electric bicycle, an electric motorcycle, or an electric vehicle, the battery module is separated and dropped due to the collision of such a device, or an external object collides with the battery module. The situation may occur. A particularly serious situation is when a sharp member applied to the battery module penetrates the unit cell, and penetration of the needle conductor may cause an explosion of the battery.
이러한 하나의 경우로서, 못과 같이 전기 전도성을 가지는 물체가 전지를 관통할 경우, 전지 내부의 전기화학적 에너지가 열 에너지로 전환되면서 급격한 발열이 일어나게 되고 이에 수반되는 열에 의해 양극 또는 음극 물질이 화학반응을 하여 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제가 발생할 수 있다. 또한, 전지가 무거운 물체에 눌리거나 강한 충격을 받거나 고온에 노출될 경우에도 이와 같은 안전성 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 안전성 문제는 리튬 이차전지가 고용량화되고 에너지 밀도가 증가할수록 더욱 심각해지고 있다.In one such case, when an object having electrical conductivity, such as a nail, penetrates the battery, the electrochemical energy inside the battery is converted into thermal energy, causing rapid heat generation, and the positive or negative electrode material reacts with the heat caused by the heat. This may cause safety problems such as explosion or explosion of the battery. In addition, such a safety problem may occur when the battery is pressed by a heavy object, subjected to strong impact or exposed to high temperatures. This safety problem is getting worse as the lithium secondary battery becomes higher in capacity and energy density increases.
단위전지는 일반적으로 활물질이 집전체에 각각 도포된 양극과 음극 사이에 다공성 분리막이 개재되어 있는 전극조립체를 전지케이스 내에 밀봉하고 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 날카로운 부재의 관통에 의해 양극 활물질과 음극 활물질이 접촉하게 되면, 접촉 저항부에 통전되는 전류에 의해 높은 저항열을 유발한다. 이러한 높은 저항열로 인해 전지의 내부 온도가 상승한다. 일반적으로 이차전지에 사용되는 활물질의 발화 온도는 400℃로서, 내부의 온도가 임계치 이상으로 상승하게 되면, 양극 활물질의 산화물 구조가 붕괴되어 열폭주 현상이 발생하게 되고 궁극적으로는 전지의 발화 또는 폭발이 발생한다.A unit cell generally has a structure in which an electrode assembly in which a porous separator is interposed between an anode and a cathode coated with an active material on a current collector, is sealed in a battery case. Therefore, when the positive electrode active material and the negative electrode active material are contacted by the penetration of the sharp member, high resistance heat is caused by the current passing through the contact resistance portion. This high resistance heat causes the internal temperature of the battery to rise. In general, the ignition temperature of the active material used in the secondary battery is 400 ℃, when the internal temperature rises above the threshold, the oxide structure of the positive electrode active material collapses and thermal runaway occurs, ultimately the battery ignition or explosion This happens.
따라서, 고출력 대용량을 제공하면서도 소형 및 경량으로 제조될 수 있으며 가장 중요한 과제 중의 하나인 안전성, 특히, 외부의 물리적 충격에 대해 안전성을 확보할 수 있도록 날카로운 부재의 면 관통시 보다 효과적으로 내부의 열을 냉각시킬수 있는 열 차단 부재를 포함한 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, it can be manufactured in small size and light weight while providing high output capacity and cooling the internal heat more effectively when penetrating the surface of the sharp member to ensure safety, which is one of the most important tasks, especially safety against external physical shocks. There is a high need for a battery module including a heat shield member that can be made.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
즉, 본 발명의 목적은 발열을 차단하기 위한 열 차단 부재를 파우치 형태로 제조하여 전지셀들 사이에 투입함으로써, 전지모듈의 면 관통 시 일정 온도 이상의 온도 상승을 방지하고, 전압 하강 속도를 느리게 하여 열에 의해 양극 또는 음극 물질이 화학반응을 함으로써 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.That is, an object of the present invention is to prepare a heat blocking member for blocking heat generation in the form of a pouch and put between the battery cells, to prevent the temperature rise above a certain temperature during the penetration of the battery module, and to slow down the voltage drop The present invention provides a battery module that can solve safety problems such as explosion or explosion of a battery by chemical reaction of a positive electrode or a negative electrode material by heat.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 전지모듈들을 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a battery pack including the battery modules as described above.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, 둘 이상의 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈로서, The battery module according to the present invention for achieving this object is a battery module including two or more battery cells,
충방전이 가능한 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및A battery cell stack in which battery cells capable of charging and discharging are stacked; And
물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 부재로서, 상기 전지셀 적층체에서 전지셀의 표면에 접한 상태로 장착되어 있는 하나 이상의 열 차단 부재;A member in which water and an endothermic inorganic material are sealed in a case, the at least one heat blocking member being mounted in contact with the surface of the battery cell in the battery cell stack;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.As shown in FIG.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 발열을 차단하기 위하여 물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 열 차단 부재를 전지 셀 적층체에서 전지셀의 표면에 접한 상태로 장착함으로써, 전지모듈이 날카로운 부재의 관통에 의해 양극 활물질과 음극 활물질이 접촉하게 되고, 접촉 저항부에 통전되는 전류에 의해 높은 저항열이 발생한 경우, 상기 열 차단 부재 내부의 흡열성 무기물에 의해 전지셀 표면에 발생한 열이 흡수되어 물을 기화 시킴으로써 일정 온도 이상의 온도 상승을 방지하는 구조로 이루어져 있다.That is, in the battery module according to the present invention, the battery module is a sharp member by mounting a heat blocking member in which water and an endothermic inorganic material are sealed in the case in contact with the surface of the battery cell in the battery cell stack to block heat generation. When the positive electrode active material and the negative electrode active material come into contact with each other, and a high resistance heat is generated by the current flowing through the contact resistance part, heat generated on the surface of the battery cell is absorbed by the endothermic inorganic material inside the heat blocking member. By vaporizing water, it has a structure to prevent the temperature rise above a certain temperature.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀일 수 있고, 상기 판상형 전지셀은 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.In one specific example, the battery cell may be a plate-shaped battery cell, the plate-shaped battery cell may be a rectangular secondary battery or a pouch-type secondary battery.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.In another specific example, the battery cell may be a lithium secondary battery.
상기 열 차단 부재의 케이스는, 구체적인 예로서, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.As a specific example, the case of the heat shield member may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 열 차단 부재의 케이스는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다.In another specific example, the case of the heat shield member may be a pouch type case of an aluminum laminate sheet.
본 출원의 발명자들이 실험적으로 확인한 결과, 물과 흡열성 무기물이 PP(polypropylene) 등과 고분자 수지만으로 이루어진 필름에 밀봉되어 있는 열 차단 부재들을 사용하는 경우, 날카로운 부재에 의한 면 관통 실험시, 날카로운 부재의 열에 의해 PP 필름을 용융 시키면서 관통함으로써 관통 부위 주위의 열 차단 부재 원형이 상당부분 유지되고, 따라서 열 차단 부재들 내부의 흡열성 무기물의 열 흡수 효율성을 떨어 뜨리고, 날카로운 부재 주위 국부 부위만 열차단 효과를 발휘하게 되는 문제점이 있는 것으로 확인되었다. As a result of experiments confirmed by the inventors of the present application, in the case of using heat blocking members in which water and the endothermic inorganic material are sealed in a film made of PP (polypropylene) or only a polymer resin, the sharp member is Heat penetration of the PP film by melting it through heat keeps the original heat shield member around the perforated portion substantially, thus reducing the heat absorption efficiency of the endothermic inorganic material inside the heat shield members, and only the local part around the sharp member has a thermal barrier effect. It was confirmed that there is a problem to exert.
반면에, 상기와 같은 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스로 밀봉된 열 차단 부재의 경우, 날카로운 부재에 의한 면 관통 실험시 흡열 과정의 주요 반응으로 판단되는 많은 양의 물을 기화시키는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 이러한 열 차단 부재는 우수한 냉각효과를 제공할 수 있다.On the other hand, in the case of the heat shield member sealed with the pouch-type case of the aluminum laminate sheet as described above, it was confirmed that the large amount of water which is judged as the main reaction of the endothermic process during the surface penetration experiment by the sharp member. Therefore, such a heat shield member can provide an excellent cooling effect.
한편, 상기 흡열성 무기물은, 구체적인 예로서, 열 차단 부재의 전체 중량을 기준으로 10 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 상기 흡열성 무기물은 SiO2로 구성될 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the endothermic inorganic material, as a specific example, may be included in 10 to 50% by weight based on the total weight of the heat shield member, the endothermic inorganic material may be composed of SiO 2, but is not limited thereto.
상기의 목적 및 효과에 부합하기 위하여, 상기 열 차단 부재는 전지셀의 케이스 내면 또는 외면에 접하도록 장착될 수 있다.In order to meet the above objects and effects, the heat shield member may be mounted to contact the inner surface or the outer surface of the case of the battery cell.
하나의 구체적인 예에서, 상기 열 차단 부재는 전지셀들 사이의 계면에 개재될 수 있다.In one specific example, the heat blocking member may be interposed at the interface between the battery cells.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀들은 둘 이상의 단위로 셀 커버(cell cover)에 감싸여 있고, 열 차단 부재는 상기 셀 커버와 전지셀의 접촉면에 개재될 수 있다.In another specific example, the battery cells may be wrapped in a cell cover in two or more units, and a heat blocking member may be interposed on a contact surface of the cell cover and the battery cell.
상기와 같이 열 차단 부재가 전지모듈 내부에 개재되어 있을 경우, 날카로운 부재에 의한 면 관통시 전지셀들의 접촉면에서 열 차단 부재에 의해 냉각되기 때문에, 일정 온도 이상의 온도 상승을 방지하고, 전압 하강 속도를 느리게 하여, 열에 의해 양극 또는 음극 물질이 화학반응을 함으로써 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.When the heat blocking member is interposed inside the battery module as described above, since the heat blocking member is cooled by the heat blocking member at the contact surface of the battery cells when the surface is penetrated by the sharp member, it prevents the temperature rise above a certain temperature and increases the voltage drop rate. By slowing down, the chemical reaction of the positive electrode or the negative electrode by heat causes the battery to ignite or explode.
본 발명은 또한, 전지모듈을 둘 이상 포함하는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩 외장재의 내측면 및 전지팩 외장재의 외측면 중 적어도 어느 한 곳에 열 차단 부재가 추가로 장착되어 있는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including two or more battery modules, wherein the battery pack is further provided with a heat blocking member on at least one of the inner surface and the outer surface of the battery pack packaging material. do.
또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device including the battery pack as a power source.
상기 디바이스는 예를 들어, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-bike; E-scooter; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 및 전력저장 장치로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The device may comprise, for example, a power tool; An electric vehicle selected from the group consisting of Electric Vehicle (EV), Hybrid Electric Vehicle (HEV) and Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV); E-bike; E-scooter; Electric golf cart; And a power storage device, but the scope of application is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 따른 전지모듈은 발열을 차단 하기 위한 열 차단 부재를 파우치 형태로 제조 하여 전지셀들 사이에 투입함으로써, 전지모듈의 면 관통 시 일정 온도 이상의 온도 상승을 방지하고, 전압 하강 속도를 느리게 하여, 열에 의해 양극 또는 음극 물질이 화학반응을 함으로써 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 효과가 있고, 상대적으로 약한 강도의 모듈 케이스를 사용하더라도 외부의 물리적 충격에 대해 높은 안전성을 제공할 수 있다.As described above, the battery module according to the present invention manufactures a heat blocking member for blocking heat generation into a pouch form and inserts it between the battery cells, thereby preventing a temperature rise above a predetermined temperature when penetrating the surface of the battery module. By slowing down the voltage drop, it is possible to solve safety problems such as battery ignition and explosion by chemical reaction of positive or negative materials by heat, and external physical shock even when using a relatively weak module case. It can provide a high safety for.
따라서, 본 발명 전지모듈은 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같이 중대형 전지모듈에 다양하게 적용될 수 있다.Therefore, the battery module of the present invention may be variously applied to medium and large battery modules such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like.
도 1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 8개의 열 차단 부재가 개재된 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 실시예 1에서 도전성 물체에 의한 관통 후 시간 경과에 따른 전지셀의 온도 변화를 나타낸 그래프이다;
도 3은 비교예 1에서 도전성 물체에 의한 관통 후 시간 경과에 따른 전지셀의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view of a battery module with eight heat blocking members according to another embodiment of the present invention;
2 is a graph showing the temperature change of the battery cell over time after the penetration by the conductive object in Example 1;
3 is a graph showing the temperature change of the battery cell over time after the penetration by the conductive object in Comparative Example 1.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열 차단 부재가 설치된 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다.Figure 1 is a schematic diagram of a battery module is installed a heat shield member according to an embodiment of the present invention.
도 1에서는 설명의 편의를 위하여 두 개의 전지셀들이 셀 커버(cell cover)에 감싸여 있는 전지모듈들을 모식적으로 도시하였으나, 둘 이상의 충방전이 가능한 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체 구조로 이루어질 수 있음은 물론이다.In FIG. 1, for convenience of description, two battery cells are typically illustrated in battery cells wrapped in a cell cover, but the battery cell stack structure in which two or more battery cells capable of charging and discharging are stacked. Of course it can be done.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지모듈(100)은 충방전이 가능한 2개의 전지셀들(121, 122)이 적층되어 있는 전지셀 적층체가 셀 커버(141)에 의해 감싸여 있는 단위 전지모듈과, 충방전이 가능한 2개의 전지셀들(123, 124)이 적층되어 있는 전지셀 적층체가 셀 커버(142)에 의해 감싸여 있는 단위 전지모듈이 직렬 방식으로 전기적으로 연결되어 있다.Referring to FIG. 1, the
전지셀들(121, 122, 123, 124)은 판상형 전지셀들로서, 구체적으로는 각형 이차전지 또는 파우치형 이차전지이다.The
또한, 물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 열 차단 부재들(131, 132, 133, 134)이 셀 커버들(141, 142)과 전지셀들(121, 122, 123, 124)의 접촉면에 개재되어 있다.In addition, the
열 차단 부재들(131, 132, 133, 134)의 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스이다.The case of the
날카로운 부재(150)가 단위 전지모듈(100)을 관통하였을 때, 전지셀들(121, 122, 123, 124) 내부의 양극 활물질과 음극 활물질이 접촉하게 되며, 접촉 저항부에 통전되는 전류에 의해 높은 저항열이 발생하고, 셀 커버들(141, 142)과 전지셀들(121, 122, 123, 124)의 접촉면에 개재된 열 차단 부재들(131, 132, 133, 134) 내부의 흡열성 무기물에 의해 전지셀 표면에 발생한 열이 흡수되어 물을 기화시킴으로써 전지셀들(121, 122, 123, 124)을 냉각시키게 된다.When the
도 2에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 차단 부재가 설치된 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다. Figure 2 is a schematic diagram of a battery module is installed a heat shield member according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 다수의 열 차단 부재들(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)이 셀 커버들(141, 142, 143, 144)과 다수의 전지셀들(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128)의 접촉면에 개재되어 있는 것을 제외하고는 도 3의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
Referring to FIG. 2, a plurality of
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1]Example 1
도 2에서와 같이 8개의 열 차단 부재를 셀 커버와 전지셀들의 접촉면에 개재하여 전지모듈을 제작하였다. 열 차단 부재는 알루미늄 라메네이트 시트의 파우치형 케이스로 물과 흡열성 무기물을 밀봉하여 제조하였고, 흡열성 무기물은 SiO2로서 열 차단 부재의 전체 중량을 기준으로 20 중량%로 포함되도록 제조되었다.As shown in FIG. 2, the battery module was manufactured by interposing eight heat blocking members on the contact surfaces of the cell cover and the battery cells. The heat blocking member was manufactured by sealing water and an endothermic inorganic material in a pouch type case of an aluminum laminate sheet, and the endothermic inorganic material was manufactured to include 20 wt% based on the total weight of the heat blocking member as SiO2.
제조된 전지모듈을 도전성의 날카로운 부재인 못(nail)을 사용하여 면 관통 실험을 실시하였고, 면 관통 후 시간 경과에 따른 전지셀들의 온도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 개시하였다.
The manufactured battery module was subjected to a surface penetration experiment using a nail, which is a conductive sharp member, and measured a temperature change of battery cells over time after the surface penetration. The results are shown in FIG. 3.
[비교예 1]Comparative Example 1
물과 흡열성 무기물을 PP 필름으로 밀봉하여 제조된 열 차단 부재를 전지셀들의 사이의 계면에 개재하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일 방법으로 제조하여 관통 실험을 행하였고, 그 결과를 도 4에 개시하였다.
A penetration test was conducted in the same manner as in Example 1 except that a heat shield member prepared by sealing water and an endothermic inorganic material with a PP film was interposed at the interface between the battery cells. 4 is disclosed.
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기의 실시예 1 및 비교예 1의 전지모듈들에 대해 강제적으로 내부 단락을 유발시킨 후 전지 내부의 온도를 측정하고 변화 과정을 관찰하였다. 그 결과, 도 3 및 도 4에서와 같이 실시예 1의 전지모듈의 전지셀들은 비교예 1의 전지모듈의 전지셀들에 비해 온도 상승이 현저히 낮은 속도로 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1의 전지에서 낮은 속도의 온도 상승은, 전지셀 적층체에서 전지셀의 표면에 접한 상태로 장착된 물과 흡열성 무기물이 알루미늄 라메네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉되어 있는 열 차단 부재에 의해, 내부 단락시 발생한 열이 상당량 흡수되기 때문이다.
Forcing the internal short circuit for the battery modules of Example 1 and Comparative Example 1 above was measured the temperature inside the battery and observed the change process. As a result, it can be seen that the battery cells of the battery module of Example 1, as shown in Figures 3 and 4, the temperature rise proceeds at a significantly lower rate than the battery cells of the battery module of Comparative Example 1. The low rate of temperature rise in the battery of Example 1 was applied to the heat shield member in which the water and the endothermic inorganic material mounted in contact with the surface of the battery cell in the battery cell laminate were sealed in the pouch-shaped case of the aluminum laminate sheet. This is because a significant amount of heat generated during internal short circuit is absorbed.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (17)
충방전이 가능한 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및
물과 흡열성 무기물이 케이스에 밀봉되어 있는 부재로서, 상기 전지셀 적층체에서 전지셀의 표면에 접한 상태로 장착되어 있는 하나 이상의 열 차단 부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. A battery module comprising at least two battery cells,
A battery cell stack in which battery cells capable of charging and discharging are stacked; And
A member in which water and an endothermic inorganic material are sealed in a case, the at least one heat blocking member being mounted in contact with the surface of the battery cell in the battery cell stack;
The battery module comprising:
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