KR20200098058A - 냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체; 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및 상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부; 를 포함한다.

Description

냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템{ An energy storage system having a structure in which a coolant can be injected into a battery module}
본 발명은, 냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 일부 배터리 모듈에서 이상 발열에 따른 가스 발생 시에 이를 감지하여 해당 배터리 모듈 내로 냉각제가 투입되도록 함으로써 열 폭주 현상이 다른 배터리 모듈들로 전파되지 않도록 할 수 있는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 모듈은, 장시간 사용 시 온도에 의해 배터리 모듈의 수명이 급격히 단축되는 것을 방지하기 위해 냉각 시스템을 구비하는데, 이러한 냉각 시스템은 배터리 모듈의 사용 환경에 따른 발열량 등을 고려하여 설계된다.
그러나, 배터리 모듈의 사용 과정에서 일부 배터리 셀이 고장으로 인해 이상 발열 증상을 보이게 되는 경우 지속적으로 온도가 상승할 수 있으며, 이 경우 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상(thermal runaway)이 발생하게 되어 안전성 이슈가 발생할 수 있다.
즉, 일부 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상이 짧은 시간 내에 인접한 배터리 셀들로 전파되면 배터리 모듈 전체적으로 온도가 급격하게 상승하게 되고, 이는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템의 온도 상승으로 이어지게 되어 재산과 인명에 큰 피해를 줄 수 있다.
따라서, 이러한 열 폭주 현상의 급격한 전파를 방지하기 위해, 일부 배터리 모듈에서 이상 발열이 발생되는 경우 이를 빠르게 감지하고, 또한 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 일부 배터리 모듈에서 이상 발열이 발생되는 경우 이를 빠르게 감지하고, 또한 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체; 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및 상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부; 를 포함한다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 냉각제 공급부 내에 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 를 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 배터리 모듈의 내압 증가에 따라 파단되어 내부 가스를 배출시키는 벤팅부를 구비할 수 있다.
상기 벤팅부는, 기준 온도 이상에서 녹는 수지 필름일 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 일 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 공급 유로; 및 상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 타 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 회수 유로; 를 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 냉각제 공급 유로 및 냉각제 회수 유로 중 적어도 하나의 내측에 구비될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 냉각제 공급 유로와 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제1 연결 덕트; 및 상기 냉각제 회수 유로와 상기 배터리 모듈의 타 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제2 연결 덕트; 를 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 제1 연결 덕트 및 제2 연결 덕트 중 적어도 하나의 내측에 구비될 수 있다.
상기 냉각제 공급 유로는, 상기 냉각제 공급 유로의 내측면으로부터 제1 연결 덕트를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수의 배터리 모듈들 중 일부에서 이상 발열 현상이 발생하는 경우, 배터리 모듈의 내압 증가에 따라 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있고, 배출된 가스를 신속히 감지하여 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제를 투입하는 것이 가능하게 된다.
이처럼, 일부 배터리 모듈에 대한 신속한 냉각제 투입이 가능한 구조를 갖는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 구조에 의하면, 일부 배터리 모듈에 발생된 이상 발열로 인한 열 폭주 현상을 사전에 방지할 수 있으며, 이로써 에너지 저장 시스템 전체로 열 폭주 현상이 전파되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈의 내압 증가로 인해 외부로 가스가 분출되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 배터리 모듈의 일 측면을 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈에 형성된 벤팅부를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 벤팅부의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 에너지 저장 시스템에 있어서, 일부 배터리 모듈에서 벤팅이 발생된 경우 냉각제의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템에 있어서, 일부 배터리 모듈에서 벤팅이 발생된 경우 냉각제의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리 모듈(10), 냉각제 공급부(20), 냉각제 공급 유로(30), 냉각제 회수 유로(40), 제1 연결 덕트(50), 제2 연결 덕트(60), 벤팅 감지부(70) 및 하우징(80)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은, 대략 직육면체 형상을 가지며, 복수개가 구비된다. 복수의 배터리 모듈(10)들은 상하로 적층되어 하나의 모듈 적층체를 이룬다. 도 2를 참조하면, 각각의 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(11) 및 이를 수용하는 모듈 케이스(12)를 포함한다.
상기 배터리 셀(11)로는, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(11)들은 서로 대면하여 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬 상태로 모듈 케이스(12) 내에 수용된다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 상기 모듈 케이스(12)는, 배터리 모듈(10)의 이상 발열 현상으로 인해 내압이 기준치 이상으로 증가하는 경우에 있어서 내부에 발생된 가스를 외부로 배출할 있는 구조를 갖는다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에는 벤팅부(12a)가 구비된다. 상기 벤팅부(12a)는, 배터리 모듈(10)에 이상 발열 현상이 발생되고 이로 인해 배터리 모듈(10) 내부의 압력이 안전을 고려하여 설정된 기준치 이상으로 상승하는 경우 파단되어 배터리 모듈(10) 내부에 생성된 가스가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 모듈 케이스(12) 내부에 수용된 배터리 셀(11)들은 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수용시킨 형태를 가지며, 셀 케이스 내에는 전해액이 함께 수용된다. 단락 등의 발생으로 인해 배터리 셀이 과열되는 경우 전해액의 부반응 등에 의해 배터리 셀의 내부에 가스가 발생하게 되고, 가스에 의한 내압이 일정 수준을 넘어서게 되면 셀 케이스의 밀봉이 취약한 부분을 통해 가스가 셀 케이스의 외부로 배출된다.
이처럼 셀 케이스의 외부로 배출된 가스의 양이 많아지게 되면, 모듈 케이스(12) 내부의 압력이 상승하게 되고, 내압이 기준치 이상이 되면 주변보다 취약한 부분인 벤팅부(12a)에 파단이 발생되어 가스가 모듈 케이스(12)의 외부로 배출되는 것이다.
상기 벤팅부(12a)는 고온 조건에서 신속히 파단되어야 하며, 이러한 기능을 감안하여 주변보다 얇은 두께를 갖는 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 이러한 수지 필름의 두께 및 수지 필름에 적용되는 수지의 종류는 대략 100℃ 내지 300℃의 온도 조건에서 녹아서 완전히 파단되도록 결정될 수 있다.
상기 벤팅부(12a)는, 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에 형성되되, 도 4에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(12)의 길이 방향(도 4를 기준으로 볼 때 좌/우 방향)을 따라 불연속적으로 복수개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅부(12a)는, 도 5에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에 하나만 형성될 수 있으며, 모듈 케이스(12)의 길이 방향(도 5를 기준으로 볼 때 좌/우 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 냉각제 공급부(20)는, 모듈 적층체의 상부에 구비되며, 벤팅 감지부(70)에 의해 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅(venting)이 감지되면 냉각제를 벤팅이 발생된 배터리 모듈(10)의 내부로 공급하여 배터리 모듈(10)의 온도 상승을 방지한다.
이처럼, 상기 냉각제 공급부(20)는, 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅 발생을 조건으로 하여 냉각제를 배터리 모듈(10) 내부에 직접 공급함으로써 이상 발화 현상을 일으킨 배터리 모듈(10)에서 시작된 열 폭주 현상이 모듈 적층체 전체로 퍼져 나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 냉각제 공급부(20)를 통해 공급되는 냉각제로는 액체 상태 또는 기체 상태의 냉각제가 이용될 수 있으며, 냉각제 공급부(20)가 모듈 적층체의 상부에 위치하는 점을 감안할 때 자유 낙하에 의한 신속한 냉각제 공급을 위해 액체 상태의 냉각제를 사용하는 것이 좀 더 유리할 수 있다.
상기 냉각제 공급부(20)는, 냉각제의 공급 및 회수를 위해 내부에 펌핑 모터 등의 구동 장치를 구비할 수 있으며, 이러한 구동 장치의 구동에 의해 냉각제를 좀 더 빠르게 순환시켜 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10)에 대한 신속한 냉각이 가능하게 된다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 냉각제 공급 유로(30)는 배터리 모듈(10)의 적층 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 배터리 모듈(10)의 일 측면에 구비된 벤팅부(12a)와 연통된다. 또한, 상기 냉각제 회수 유로(40)는 배터리 모듈(10)의 적층 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 배터리 모듈(10)의 타 측면에 구비된 벤팅부(12a)와 연통된다.
상기 제1 연결 덕트(50)는 냉각제 공급 유로(30)와 배터리 모듈(10)의 일 측면에 구비된 벤팅부(12a) 사이를 연결한다. 또한, 상기 제2 연결 덕트(60)는 냉각제 회수 유로(40)와 배터리 모듈(10)의 타 측면에 구비된 벤팅부(12a) 사이를 연결한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅이 발생되었음이 감지되면, 냉각제 공급부(20)를 통해 냉각제를 공급하며, 공급된 냉각제는 냉각제 공급 유로(30)를 따라 하방으로 이동하다가 제1 연결 덕트(50)를 통해 벤팅이 발생된 배터리 모듈(10)쪽으로 유입된다. 또한, 파단된 상기 벤팅부(12a)를 통해 배터리 모듈(10)의 내부로 유입된 냉각제는, 배터리 모듈(10)의 내부를 냉각시킨 뒤 제2 연결 덕트(60)를 통해 냉각제 회수 유로(40)쪽으로 빠져나오게 된다.
상기 배터리 모듈(10)을 냉각시킨 후 냉각제 회수 유로(40)쪽으로 빠져나온 냉각제는 냉각제 회수 유로(40)를 따라 상방 및/또는 하방으로 이동하게 되며 냉각제 회수 유로(40) 내에 냉각제가 가득 차게 되면 냉각제는 냉각제 공급부(20)로 회수된다.
도 7을 참조하면, 상기 냉각제 공급 유로(30)는, 냉각제 공급 유로(30)의 내측면으로부터 제1 연결 덕트(50)를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드(31)를 구비할 수 있다. 이러한 냉각제 가이드(31)는, 냉각제 공급 유로(30)를 따라 상방으로부터 하방으로 이동하는 냉각제가 제1 연결 덕트(50)쪽으로 좀 더 용이하게 이동할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 상술한 바와 같이, 냉각제 공급부(20) 및 유로(30, 40), 그리고 덕트(50, 60)를 구비함으로써, 도 8에 화살표로 표시된 바와 같은 냉각제의 흐름을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)에서 이벤트가 발생하여 가스가 배출되면, 냉각제 공급부(20) -> 냉각제 공급 유로(30) -> 제1 연결 덕트(50) -> 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10) -> 제2 덕트(60) -> 냉각제 회수 유로(40) -> 냉각제 공급부(20)의 경로를 따라 냉각제가 순환하도록 함으로써 배터리 모듈(10)을 신속히 냉각시킨다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 벤팅 감지부(70)는, 복수의 배터리 모듈(10)들 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하고 감지된 신호를 냉각제 공급부(20)에 송출한다. 상기 벤팅 감지부(70)는, 배터리 모듈(10)의 벤팅에 의해 배출되는 가스를 감지하는 방식으로 벤팅 발생 여부를 판별한다. 즉, 상기 벤팅 감지부(70)는 가스를 감지하는 센서일 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)에서 발생된 벤팅에 의해 배출되는 가스를 감지하기 위해, 벤팅 감지부(70)는 냉각제가 순환하는 폐 순환 경로 상에 배치되어야 한다. 따라서, 상기 벤팅 감지부(70)는, 냉각제 공급부(20)의 내부 및/또는 냉각제 공급 유로(30)의 내부 및/또는 냉각제 회수 유로(40)의 내부 및/또는 제1 연결 덕트(50) 의 내부 및/또는 제2 연결 덕트(60)의 내부에 구비될 수 있다.
비용 절감의 측면 및 벤팅 발생이 신속한 감지의 측면을 모두 고려하는 경우, 상기 벤팅 감지부(70)는 제1 연결 덕트(50)의 내부 또는 제2 연결 덕트(60)의 내부 중 어느 한 곳에 구비되는 것이 유리할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 하우징(80)은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 나머지 구성요소들을 수용한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)에서 이상 발열 등의 이벤트가 발생된 경우 이를 신속히 감지하고 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10)의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 가지며, 이에 따라 일부 배터리 모듈(10)에서 발생된 이벤트가 모듈 적층체 전체로 확산되는 것을 방지함으로써 에너지 저장 시스템 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 배터리 모듈
11: 배터리 셀
12: 모듈 케이스
12a: 벤팅부
20: 냉각제 공급부
30: 냉각제 공급 유로
31: 냉각제 가이드
40: 냉각제 회수 유로
50: 제1 연결 덕트
60: 제2 연결 덕트
70: 벤팅 감지부
80: 하우징

Claims (10)

  1. 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체;
    상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및
    상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 냉각제 공급부 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    복수의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    배터리 모듈의 내압 증가에 따라 파단되어 내부 가스를 배출시키는 벤팅부를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅부는,
    기준 온도 이상에서 녹는 수지 필름인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 일 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 공급 유로; 및
    상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 타 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 회수 유로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 냉각제 공급 유로 및 냉각제 회수 유로 중 적어도 하나의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상기 냉각제 공급 유로와 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제1 연결 덕트; 및
    상기 냉각제 회수 유로와 상기 배터리 모듈의 타 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제2 연결 덕트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 제1 연결 덕트 및 제2 연결 덕트 중 적어도 하나의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 냉각제 공급 유로는,
    상기 냉각제 공급 유로의 내측면으로부터 제1 연결 덕트를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102434267B1 (ko) * 2021-07-05 2022-08-19 전지혜 배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템
WO2022177158A1 (ko) * 2021-02-22 2022-08-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022220605A1 (ko) * 2021-04-14 2022-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR102493897B1 (ko) * 2022-04-21 2023-02-01 주식회사 피라인모터스 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치
WO2023128474A1 (ko) * 2021-12-27 2023-07-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ess 및 자동차

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021127622A1 (de) * 2021-10-25 2023-04-27 Audi Aktiengesellschaft Zellentgasungskanalanordnung und Verfahren zum Abführen von Gasen aus einer Batterie
WO2023183109A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 Tyco Fire Products Lp Battery pack with condition-sensitive membranes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110090236A (ko) * 2010-02-03 2011-08-10 에스비리모티브 주식회사 배터리 시스템 및 그 구동 방법
KR20150034500A (ko) * 2013-09-26 2015-04-03 주식회사 엘지화학 배터리 냉각 시스템
KR20180035597A (ko) * 2016-09-29 2018-04-06 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR101902483B1 (ko) * 2017-04-27 2018-10-01 (주)영하이테크 고분자 필름을 활용한 2차 전지용 캡 플레이트 및 그 제조방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100684768B1 (ko) * 2005-07-29 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
JP5088688B2 (ja) 2005-09-30 2012-12-05 Ｔｄｋラムダ株式会社 電池パック
JP2010192209A (ja) 2009-02-17 2010-09-02 Toshiba Corp 二次電池およびこれを備えた組電池
JP5375651B2 (ja) * 2010-02-17 2013-12-25 株式会社デンソー ラミネートセル電池構造体
JP5488035B2 (ja) 2010-02-22 2014-05-14 株式会社デンソー ラミネート電池構造体
KR101451873B1 (ko) * 2010-12-30 2014-10-17 에스케이이노베이션 주식회사 유입구와 유출구가 수직구조인 배터리 팩
EP2797158A1 (en) * 2012-02-08 2014-10-29 Hitachi, Ltd. Cell system
US10744901B2 (en) * 2012-06-13 2020-08-18 Ford Global Technologies, Llc Cooling system having active cabin venting for a vehicle battery
KR20140012244A (ko) * 2012-07-19 2014-02-03 에스케이이노베이션 주식회사 배터리모듈의 가스배출 구조
JP6695800B2 (ja) * 2013-08-30 2020-05-20 ゴゴロ インク 熱暴走緩和を伴う携帯式電気エネルギー蓄電装置
JP2015220177A (ja) 2014-05-20 2015-12-07 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置
JP6295826B2 (ja) 2014-05-20 2018-03-20 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置および蓄電素子の冷却方法
KR102358433B1 (ko) 2015-04-17 2022-02-04 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
WO2018023050A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 Crynamt Management Llc High-density battery pack
KR102011566B1 (ko) 2017-08-04 2019-08-16 포항공과대학교 산학협력단 효율적으로 펩티드 사슬을 절단하는 효소에 감응하는 나노입자 표면 분자체 및 그 제조방법
US20190077275A1 (en) 2017-09-12 2019-03-14 Sf Motors, Inc. Dynamic cooling control for battery systems
GB201715391D0 (en) * 2017-09-22 2017-11-08 Siemens Ag Ventilation system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110090236A (ko) * 2010-02-03 2011-08-10 에스비리모티브 주식회사 배터리 시스템 및 그 구동 방법
KR20150034500A (ko) * 2013-09-26 2015-04-03 주식회사 엘지화학 배터리 냉각 시스템
KR20180035597A (ko) * 2016-09-29 2018-04-06 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR101902483B1 (ko) * 2017-04-27 2018-10-01 (주)영하이테크 고분자 필름을 활용한 2차 전지용 캡 플레이트 및 그 제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022177158A1 (ko) * 2021-02-22 2022-08-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022220605A1 (ko) * 2021-04-14 2022-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR102434267B1 (ko) * 2021-07-05 2022-08-19 전지혜 배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템
WO2023128474A1 (ko) * 2021-12-27 2023-07-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ess 및 자동차
KR102493897B1 (ko) * 2022-04-21 2023-02-01 주식회사 피라인모터스 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치

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