KR20220106370A - 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20220106370A
KR20220106370A KR1020210009216A KR20210009216A KR20220106370A KR 20220106370 A KR20220106370 A KR 20220106370A KR 1020210009216 A KR1020210009216 A KR 1020210009216A KR 20210009216 A KR20210009216 A KR 20210009216A KR 20220106370 A KR20220106370 A KR 20220106370A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery module
pair
blocking
wall
battery
Prior art date
Application number
KR1020210009216A
Other languages
English (en)
Inventor
김인정
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210009216A priority Critical patent/KR20220106370A/ko
Priority to JP2022568934A priority patent/JP2023525332A/ja
Priority to PCT/KR2022/000490 priority patent/WO2022158782A1/ko
Priority to US17/920,339 priority patent/US20230170557A1/en
Priority to CN202280003749.4A priority patent/CN115485923A/zh
Priority to EP22742758.0A priority patent/EP4131610A1/en
Publication of KR20220106370A publication Critical patent/KR20220106370A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/14—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/143—Fireproof; Explosion-proof
    • 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
    • A62C2/00—Fire prevention or containment
    • A62C2/06—Physical fire-barriers
    • A62C2/065—Physical fire-barriers having as the main closure device materials, whose characteristics undergo an irreversible change under high temperatures, e.g. intumescent
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M50/242—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 against vibrations, collision impact or swelling
    • 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
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
    • 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
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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

Abstract

본 발명은 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모듈 케이스(100); 상기 모듈 케이스(100) 내부 공간부에 소정 거리 이격된 채 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200); 및 상기 단위 모듈(200) 사이에 위치하며, 소정 온도 이상으로 가열될 시 길이가 변화하는 차단부재(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 전지 팩에 관한 것이다.

Description

화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{A Battery Module Equipped With A Fire Spread Prevention Structure And A Battery Pack Including It}
본 발명은 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 전지 모듈들 사이에 길이가 가변되는 차단부재가 구비되어 있어, 특정 단위 모듈에서 화재 등 이벤트가 발생하더라도 인접한 단위 모듈로의 화재나 열기가 전이되는 것을 방지할 수 있는 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
한편, 위와 같은 이차 전지가 전지자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지 셀들이 배열된 구조의 전지 모듈 내지 전지 팩 등의 형태로 사용된다.
하지만 이차 전지가 전력을 생성하는 과정에서 열이 발생하고, 단락, 열충격, 절연파괴 등으로 인해 특정 전지 셀에 열폭주 현상이 발생하면 전지 셀 내부에서는 고온의 가스 및 화재 등이 발생할 수 있고, 이는 인근의 단위 셀들 또는 전지 모듈의 변형과 파괴를 유발시킨다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래 기술에 따른 전지 모듈은 복수개의 전지 셀(10)이 적층되어 있고, 복수개의 전지 셀(10)을 수납하는 케이스(20), 및 일정 개수의 전지 셀(10) 사이에는 소정영역 유로홈이 구비된 격벽(30)을 포함하고 있다.
이러한 종래 기술에 따른 전지 모듈은 열을 받을 경우 팽창하는 그라파이트 시트가 유로홈에 구비되어 있어, 기준 이상의 열을 받을 시 팽창하여 유로를 차단함으로써 인근 전지 셀(10)들을 분리한다.
종래 기술의 전지 모듈에 격벽(30)이 구비되어 있어 열폭주 및 화재 등으로 인한 피해가 인접 전지 셀(10)로 전이되는 것을 어는 정도 방지할 수 효과는 기대되나, 평상시에도 전지 셀(10)의 모든 측면을 따라 격벽(30)이 형성되어 있어 냉각효율이 낮다는 단점이 있다.
한국공개특허공보 제2020-0107213호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은, 평소에는 내외부의 공기순환이 원활하게 이루어져 충분한 냉각 효율을 기대하고, 화재나 벤팅 가스 등 이벤트 발생시에는 인접하는 단위 모듈로 화재나 열기가 이동하지 못하도록 차단함으로써 2차 피해를 방지할 수 있는 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은, 온도 센서 등을 구비하지 않으면서 이벤트 발생시에만 인근 단위 모듈들을 서로 차단할 수 있도록 간단한 구조를 갖는 차단부재가 구비된 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈은, 모듈 케이스(100); 상기 모듈 케이스(100) 내부 공간부에 소정 거리 이격된 채 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200); 및 상기 단위 모듈(200) 사이에 위치하며, 소정 온도 이상으로 가열될 시 길이가 변화하는 차단부재(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 모듈 케이스(100)는 상부 케이스(110), 측부 케이스(120) 및 하부 케이스(130)를 포함하며, 상기 상부 케이스(110) 하면 및 상기 하부 케이스(130) 상면 중 하나 이상에는 상기 차단부재(300)를 지지할 수 있도록 소정 간격 이격된 한 쌍의 가이드 돌기가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 차단부재(300)는 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하는 차단벽(320), 상기 차단벽(320) 인근에 위치하는 팽창부재(330), 및 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 양측 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 보조벽(340)을 포함하되, 상기 팽창부재(330)에 의해 상기 차단벽(320)이 가이드벽(310) 외부로 돌출할 수 있도록 상기 한 쌍의 보조벽(340) 중 어느 하나 이상은 소정 온도 이상으로 가열될 시 용융 또는 변형되는 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 차단벽(320)은 상기 팽창부재(330)를 사이에 두고 서로 마주보면서 위치하는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 한 쌍의 보조벽(340) 모두가 소정 온도 이상으로 가열될 시 용융 또는 변형되는 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 차단부재(300)는 단위 모듈(200)의 측면을 따라 소정 간격 이격된 상태로 2개씩 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 팽창부재(330)는 코일 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 차단부재(300)는 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하면서 소정 거리 이격되어 위치하는 한 쌍의 차단벽(320), 및 소정 온도 이상으로 가열될 시 상기 차단벽(320)이 가이드벽(310) 외부로 돌출할 수 있도록 상기 한 쌍의 차단벽(320) 사이에 위치하는 팽창부재(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 차단부재(300)는 단위 모듈(200)의 측면을 따라 소정 간격 이격된 상태로 2개씩 위치하되, 서로 마주 보면서 위치하는 차단부재(300)의 가이드벽(310) 단부에는 보조벽(340)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 가이드벽(310), 차단벽(320) 및 보조벽(340)은 내열성을 갖는 소재이고, 상기 팽창부재(330)는 소정 온도로 가열될 시 형상이 변하는 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 팽창부재(330)는 코일 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 언급된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 전지 팩에 의하면, 소정 온도로 가열될 시에만 화재나 열기가 인근 전지 모듈로 이동하는 것을 방지할 수 있는 차단부재가 구비되어 있어, 전지 모듈이나 전지 팩의 냉각 성능을 유지하면서도 2차 피해를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 전지 팩에 의하면, 차단부재는 화재나 벤팅 가스 등을 감지하기 위한 별도의 센서를 구비하지 않기 때문에 작동의 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 구조가 간단하다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차단부재의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 차단부재의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도, 그리고 도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차단부재의 분해사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면서 설명하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈은 모듈 케이스(100), 모듈 케이스(100)에 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200, Cell Module Assembly) 및 단위 모듈(200) 사이에 위치하는 차단부재(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 모듈 케이스(100)에 관해 상세하게 설명하면, 복수개의 단위 모듈(200)들을 감싸는 모듈 케이스(100)는 상부 케이스(110), 측부 케이스(120) 및 하부 케이스(130)를 포함하여 이루어진다.
평판 형상의 상부 케이스(110)는 외부 충격으로부터 단위 모듈(200)과 차단부재(300)를 보호할 수 있도록 이들 상부에 위치한다. 그리고 차단부재(300)가 직립한 상태를 유지할 수 있도록, 상부 케이스(110) 하면에는 소정 간격 이격된 한 쌍으로 이루어진 상부 가이드 돌기(111)가 형성되는 것이 바람직하다. 물론 단위 모듈(200)들과 밀착됨으로써 차단부재(300)가 지지될 수 있다면 상부 가이드 돌기(111)가 생략되어도 무방하다.
대략 평판 구조의 측면 케이스(120)는 단위 모듈(200)과 차단부재(300)의 측면을 보호하며, 평판 형상의 하부 케이스(130)는 단위 모듈(200) 및 차단부재(300)의 하면을 보호한다.
여기서, 하부 케이스(130) 상면에는 상부 가이드 돌기(111)와 동일한 구조, 즉 소정 간격 이격된 한쌍으로 이루어진 하부 가이드 돌기(131)가 구비될 수 있는데, 상부 가이드 돌기(111)와 함께 차단부재(300)의 하측 가장자리와 상측 가장자리를 지지하는 기능을 수행한다.
단위 모듈(200)은 수직 또는 수평방향으로 나란하게 적층된 복수개의 전지 셀(210), 엔드 플레이트(220) 및 버스바 어셈블리(230)를 포함하여 구성된다.
전지 셀(210)은 셀 조립체, 셀 조립체를 수납하는 셀 케이스 및 한 쌍의 리드들을 포함하여 구성된다.
셀 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 셀 조립체는 셀 케이스에 내장되며, 셀 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 셀 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 리드들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
복수개의 전지 셀(210)들을 고정할 수 있도록 전지 셀(210)들 양측면에는 한 쌍의 엔드 플레이트(220)가 위치하며, 필요에 따라서는 한 쌍의 엔드 플레이트(220)를 서로 연결하는 상부 및/또는 하부 플레이트가 추가로 구비될 수 있다.
버스바 어셈블리(230)는 적층된 복수개의 전지셀(210)에서 돌출 연장된 양극 리드와 음극 리드를 직렬 또는 병렬 타입으로 연결하기 위한 것으로, 양방향 전지 셀(210)일 시에는 단위 모듈(200)의 전면과 후면(X축 방향)에 각각 구비되고, 단방향 전지 셀(210)의 경우에는 전면 또는 후면 일측 방향에만 구비된다.
본 발명에서는 양방향 전지 셀(210)이 수납된 단위 모듈(200)을 예로 들어 설명하기로 한다.
다음은 차단부재(300)에 관해 설명하기로 한다. 차단부재(300)는 평소에는 냉각용 공기가 단위 모듈(200)들을 자유롭게 통과할 수 있도록 허용하지만, 화재나 벤팅 가스 등 이벤트 발생시에는 인접하는 단위 모듈(200)로 화재나 열기가 이동하지 못하도록 차단하는 기능을 수행한다.
구체적으로 차단부재(300)는 모듈 케이스(100)에 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200)의 사이에 위치하며, 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하는 차단벽(320), 차단벽(320) 인근에 위치하는 팽창부재(330), 그리고 한 쌍의 가이드벽(310) 양측 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 보조벽(340)을 포함하여 구성된다.
여기서, 한 쌍의 가이드벽(310)과 차단벽(320)은 고온에서도 형상을 유지할 수 있도록 내열성을 갖는 소재, 일 예로 알루미늄(Al) 또는 스테인리스강 등으로 이루어진다.
평판 형상의 차단벽(320)은 한 쌍의 버스바 어셈블리(230)를 향해 이동할 수 있도록 소정 거리 이격된 채 한 쌍으로 이루어지며, 이들 차단벽(320) 사이에는 팽창부재(330)가 개재되어 있다.
평소에는 압축되어 있다가 외력이 제거되면 길이가 늘어날 수 있다면 팽창부재(330)의 외형은 특별히 제한하지 않지만, 일 예로 코일 스프링일 수 있다.
한편, 한 쌍의 보조벽(340)은 소정 온도 이상, 예를 들어 특정 단위 모듈(200)에 화재가 발생하거나 벤팅 가스가 분출됨으로 인해 가열될 시 용융, 변형 또는 파손될 수 있는 소재라면 특별히 제한하지 않으며, 일 예로 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 또는 폴리스티렌계 수지일 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
전술한 구성으로 이루어진 차단부재의 작동 원리를 설명하면, 전지모듈이 정상적으로 작동할 시, 차단부재(300)는 인근하는 전지모듈들 사이, 보다 상세하게는 팽창부재(330)가 압축된 상태이어서 전지모듈의 엔드 플레이트(220) 길이(X축 방향)보다 짧아 냉각용 공기가 원활하게 순환한다.
하지만 특정 단위 모듈(200)에서 화재 등이 발생하여 온도가 상승하면 보조벽(340)이 용융, 변형 또는 파손되고, 이때 팽창부재(330)의 탄성력에 의해 차단벽(320)이 순간적으로 돌출되어 단위 모듈(200)들을 신속하게 차단하여 화재가 전이되는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 차단부재의 분해사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈은 도 2 내지 도 5에서 설명한 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 차단부재(300)의 일부 구성을 제외하고는 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 차단부재(300)는 모듈 케이스(100)에 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200) 사이에 위치하며, 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하는 한 쌍의 차단벽(320), 및 한 쌍의 차단벽(320) 사이에 위치하는 팽창부재(330)를 포함하여 구성된다.
제2 실시예에 따른 차단부재(300)를 구성하는 팽창부재(330)는 소정온도 이상으로 가열될 시 가이드벽(310) 외측으로 한 쌍의 차단벽(320)을 밀어 낼 수 있도록 형상이 변하는 티탄-니켈계 합금, 구리-아연계 합금 과 바나듐, 크롬, 망간 및 코발트 중 하나 이상을 포함하는 합금 등의 형상기억합금으로 이루어지며, 외형은 코일 형상인 것이 좋다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 전지 모듈은 상부 케이스(110), 하부 케이스(130) 및 차단부재(300)의 일부 구성을 제외하고는 도 2 내지 도 5에서 설명한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 상부 케이스(110) 하면에는 폭방향(X축 방향)을 따라 소정 거리 이격된 한 쌍의 상부 가이드 돌기(111)가 구비되는 한편, 하부 케이스(130) 상면에는 소정 거리 이격된 한 쌍의 하부 가이드 돌기(131)가 마련되어 있다.
그리고 차단부재(300)는 단위 모듈(200)의 측면(X축 방향)을 따라 소정 간격 이격된 상태로 2개씩 위치한다.
여기서, 차단부재(300)는 한 쌍의 가이드벽(310), 하나의 차단벽(320), 코일 스프링으로 이루어진 팽창부재(330) 및 가이드벽(310) 양측 단부를 연결하는 보조벽(340)으로 구성되는데, 차단벽(320)과 밀착하고 있는 보조벽(340)은 온도가 상승하면 용융, 변형 또는 파손되는 소재로 이루어지고, 팽창부재(330)와 밀착하고 있는 보조벽(340), 가이드벽(310) 및 차단벽(320)은 내열성 소재로 구성된다.
따라서 특정 단위 모듈(200)에서 화재 등이 발생하여 온도가 상승하면 차단벽(320)과 밀착하고 있는 보조벽(340)만 용융, 변형 또는 파손되므로, 차단벽(320)은 일측 방향 즉, 버스바 어셈블리가 구비된 방향으로 돌출되는 구조이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 차단부재에서 화재발생시 차단벽의 움직임을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9을 참조하여 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 전지 모듈 차단부재(300)의 일부 구성을 제외하고는 도 7 및 도 8에서 설명한 제3 실시예에 따른 전지 모듈과 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 전지 모듈에서 차단부재(300)는 한 쌍의 가이드벽(310), 한 쌍의 가이드벽(310) 일측 단부를 연결하는 하나의 보조벽(340), 소정온도 이상으로 가열될 시 형상이 변하는 형상기억합금 소재로 이루어진 팽창부재(330) 및 팽창부재와 밀착하는 하나의 차단벽(320)으로 구성된다.
따라서 특정 단위 모듈(200)에서 화재 등이 발생하여 온도가 상승하면 코일 형상의 팽창부재(330)가 팽창하고 이때 차단벽(320)은 일측방향, 즉 보조벽(340)이 없는 방향, 즉 버스바 어셈블리가 구비된 방향으로 돌출되면서 단위 모듈(200)들을 서로 격리 차단한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 모듈 케이스
110 : 상부 케이스
111 : 상부 가이드 돌기
120 : 측부 케이스
130 : 하부 케이스
131 : 하부 가이드 돌기
200 : 단위 모듈
210 : 전지셀
220 : 엔드 플레이트
230 : 버스바 어셈블리
300 : 차단부재
310 : 가이드벽
320 : 차단벽
330 : 팽창부재
340 : 보조벽

Claims (12)

  1. 모듈 케이스(100);
    상기 모듈 케이스(100) 내부 공간부에 소정 거리 이격된 채 수납되는 2개 이상의 단위 모듈(200); 및
    상기 단위 모듈(200) 사이에 위치하며, 소정 온도 이상으로 가열될 시 길이가 변화하는 차단부재(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스(100)는 상부 케이스(110), 측부 케이스(120) 및 하부 케이스(130)를 포함하며,
    상기 상부 케이스(110) 하면 및 상기 하부 케이스(130) 상면 중 하나 이상에는 상기 차단부재(300)를 지지할 수 있도록 소정 간격 이격된 한 쌍의 가이드 돌기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재(300)는 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하는 차단벽(320), 상기 차단벽(320) 인근에 위치하는 팽창부재(330), 및 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 양측 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 보조벽(340)을 포함하되, 상기 팽창부재(330)에 의해 상기 차단벽(320)이 가이드벽(310) 외부로 돌출할 수 있도록 상기 한 쌍의 보조벽(340) 중 어느 하나 이상은 소정 온도 이상으로 가열될 시 용융 또는 변형되는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단벽(320)은 상기 팽창부재(330)를 사이에 두고 서로 마주보면서 위치하는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 보조벽(340) 모두가 소정 온도 이상으로 가열될 시 용융 또는 변형되는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 차단부재(300)는 단위 모듈(200)의 측면을 따라 소정 간격 이격된 상태로 2개씩 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 팽창부재(330)는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재(300)는 소정 거리 이격된 채 평판구조로 이루어진 한 쌍의 가이드벽(310), 상기 한 쌍의 가이드벽(310) 사이 공간부에 위치하면서 소정 거리 이격되어 위치하는 한 쌍의 차단벽(320), 및 소정 온도 이상으로 가열될 시 상기 차단벽(320)이 가이드벽(310) 외부로 돌출할 수 있도록 상기 한 쌍의 차단벽(320) 사이에 위치하는 팽창부재(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차단부재(300)는 단위 모듈(200)의 측면을 따라 소정 간격 이격된 상태로 2개씩 위치하되, 서로 마주 보면서 위치하는 차단부재(300)의 가이드벽(310) 단부에는 보조벽(340)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가이드벽(310), 차단벽(320) 및 보조벽(340)은 내열성을 갖는 소재이고,
    상기 팽창부재(330)는 소정 온도로 가열될 시 형상이 변하는 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 팽창부재(330)는 코일 형상인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.








KR1020210009216A 2021-01-22 2021-01-22 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 KR20220106370A (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210009216A KR20220106370A (ko) 2021-01-22 2021-01-22 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
JP2022568934A JP2023525332A (ja) 2021-01-22 2022-01-11 火災遷移防止構造が備えられた電池モジュール及びこれを含む電池パック
PCT/KR2022/000490 WO2022158782A1 (ko) 2021-01-22 2022-01-11 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
US17/920,339 US20230170557A1 (en) 2021-01-22 2022-01-11 Battery module having fire transition prevention structure and battery pack including the same
CN202280003749.4A CN115485923A (zh) 2021-01-22 2022-01-11 具有火灾转移防止结构的电池模块和包括该电池模块的电池组
EP22742758.0A EP4131610A1 (en) 2021-01-22 2022-01-11 Battery module with fire spread prevention structure and battery pack comprising same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210009216A KR20220106370A (ko) 2021-01-22 2021-01-22 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220106370A true KR20220106370A (ko) 2022-07-29

Family

ID=82549858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210009216A KR20220106370A (ko) 2021-01-22 2021-01-22 화재 전이 방지 구조가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230170557A1 (ko)
EP (1) EP4131610A1 (ko)
JP (1) JP2023525332A (ko)
KR (1) KR20220106370A (ko)
CN (1) CN115485923A (ko)
WO (1) WO2022158782A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024043711A1 (ko) * 2022-08-24 2024-02-29 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈
KR20240051777A (ko) * 2022-10-13 2024-04-22 에스케이온 주식회사 배터리 모듈

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200107213A (ko) 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6894379B2 (ja) * 2016-09-30 2021-06-30 積水化学工業株式会社 熱伝導性熱膨張性樹脂組成物、熱伝導性熱膨張性成形体、バッテリーモジュール、及びバッテリーパック
KR102317506B1 (ko) * 2017-04-10 2021-10-26 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR102414037B1 (ko) * 2019-03-15 2022-06-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN210110876U (zh) * 2019-07-15 2020-02-21 江苏时代新能源科技有限公司 电池下箱体及电池系统
KR20210009216A (ko) 2019-07-16 2021-01-26 삼성전자주식회사 포스 키 구조를 포함하는 전자 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200107213A (ko) 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024043711A1 (ko) * 2022-08-24 2024-02-29 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈
KR20240051777A (ko) * 2022-10-13 2024-04-22 에스케이온 주식회사 배터리 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023525332A (ja) 2023-06-15
CN115485923A (zh) 2022-12-16
US20230170557A1 (en) 2023-06-01
EP4131610A1 (en) 2023-02-08
WO2022158782A1 (ko) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3333932B1 (en) Battery system
KR101447062B1 (ko) 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2020194966A1 (ja) 電池モジュール
KR20220001228A (ko) 화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈
JP6506307B2 (ja) スペーサーを含む電池パック
US20230170557A1 (en) Battery module having fire transition prevention structure and battery pack including the same
JP7335048B2 (ja) 隣接モジュールへのガス移動を防止することができる電池モジュール
EP4131584A1 (en) Battery module comprising heat insulating member
KR20210072999A (ko) 에너지 밀도와 방열효과가 향상된 전지 팩
JP2024501535A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20220005221A (ko) 접착부재에 의해 전극 리드와 버스바가 연결된 전지 모듈
CN116057754A (zh) 储能系统
KR20220038848A (ko) 냉각성능이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210003607A (ko) 밀착형 쿨링플레이트를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스
US20230361383A1 (en) Battery module having bent trap portion and battery pack including the same
EP4191750A1 (en) Battery pack having improved cooling performance, and device comprising same
KR20220039160A (ko) 전지셀의 수명이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
JP2024500963A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20230107039A (ko) 열 확산 방지 기능이 구비된 전지 팩
JP2024504223A (ja) 電解液漏出検出機能を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パック
KR20230107040A (ko) 열 확산 방지 기능이 구비된 전지 팩
JP2023540090A (ja) 電池パックおよびそれを含むデバイス
JP2023524705A (ja) スウェリングの際に噴出するフレア及びスパークを捕集することができるポケットを備えた電池モジュール
JP2023534973A (ja) 電池パックおよびそれを含むデバイス
KR20220039158A (ko) 전지셀의 수명이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스