KR20230052657A - 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20230052657A
KR20230052657A KR1020210135952A KR20210135952A KR20230052657A KR 20230052657 A KR20230052657 A KR 20230052657A KR 1020210135952 A KR1020210135952 A KR 1020210135952A KR 20210135952 A KR20210135952 A KR 20210135952A KR 20230052657 A KR20230052657 A KR 20230052657A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery module
pad
battery
case
pouch
Prior art date
Application number
KR1020210135952A
Other languages
English (en)
Inventor
강종모
지호준
신은규
김승준
김경우
민진기
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 KR1020210135952A priority Critical patent/KR20230052657A/ko
Priority to PCT/KR2022/014952 priority patent/WO2023063644A1/ko
Priority to CN202290000252.2U priority patent/CN220753571U/zh
Priority to DE212022000114.1U priority patent/DE212022000114U1/de
Publication of KR20230052657A publication Critical patent/KR20230052657A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/10—Containers destroyed or opened by flames or heat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • 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
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch 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
    • H01M50/24—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
    • 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
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 수평 또는 수직방향으로 나란하게 배치된 복수개의 파우치형 전지셀; 및 상기 파우치형 전지셀 사이에 개재되는 단열 패드;를 포함하되, 상기 단열 패드는 냉각 기능이 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.

Description

소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{Battery Module With Insulation Pad Comprising Cooling and Fire Extinguishing Functions}
본 발명은 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 액체와 단열판을 함께 내장한 단열 패드를 전지 셀들 사이에 개재시킴으로서 소화기능과 함께 냉각 기능을 수행할 수 있는 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 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 리튬 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 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차나 전력저장장치(ESS) 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
이와 같이, 리튬 이차전지가 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용됨에 따라 상기 리튬 이차전지의 안전성을 확보하는 문제가 중요 관심 대상이 되고 있다.
일반적으로, 전력저장장치는 내부에 수용된 전지셀에서 화재가 발생하는 경우, 별도의 주수장치를 이용하여 전지모듈이나 전지팩 내부로 물을 주입하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같은 경우, 주수장치를 구비하기 위한 시설과 공간이 필요하며, 전지셀의 벤팅(venting)으로 배출된 가스의 센싱 시점에서 주수까지 걸리는 시간차로 인해 발화가 확산되는 문제가 있다.
또는, 전지모듈이나 전지팩 내부 또는 외부에 단열재나 소화약재 등을 배치하여, 전지셀들 간에 열이 전달되는 것을 차단하거나 발화된 전지셀을 냉각하는 방법을 사용할 수 있다.
그러나, 단열재를 사용하는 경우 화염이 전파되는 것은 막을 수 있으나 소화기능을 발휘할 수 없는 문제가 있고, 소화약재를 사용하는 경우에는 에너지밀도를 고려하여 전지팩 내부의 빈 공간에 소화약재를 배치한 결과, 소화약재가 화재 발생 지점에 정확하게 뿌려지지 못하는 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 외부 케이스(13) 안에 내부 케이스(14)와 내부 용기(15)가 위치하고, 복수의 단전지(11)는 내부 케이스(14)에 수납되며, 소화제(12)는 내부 용기(15)에 충진되어 있어, 단전지(11)가 상한 온도 이상으로 발열하면 내부 케이스(14) 안으로 소화제(12)를 투입하기 위한 주입관(16)을 포함하는 전지팩이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1의 전지팩에 의하면, 단전지(11)가 상한 온도 이상으로 발열하면 주입관(16)이 열려 내부 용기(15)의 소화제(12)가 내부 케이스(14) 안으로 주입된다. 하지만 소화제(12)를 분사하기 위한 압축가스, 주입관(16), 및 소화제(12)를 내장하기 위한 내부 용기(15)가 필요하기 때문에 추가 공간이 필요하고 또한 소화제와 압축가스 구비에 따른 비용이 상승할 수밖에 없다.
일본공개특허공보 제2012-252909호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에서는 부피 증가를 최소화하면서 전지셀을 냉각시키고 인근 전지셀로 발열이 미치는 것을 억제할 수 있는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 화재 시 화염의 확산을 차단하는 소화기능이 함께 구비된 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가 본 발명에서는 전지셀의 스웰링 시 압력 편차를 최소화할 수 있는 기능이 구비된 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전지 모듈은, 수평 또는 수직방향으로 나란하게 배치된 복수개의 파우치형 전지셀(100); 및 상기 파우치형 전지셀(100) 사이에 개재되는 단열 패드(200);를 포함하되, 상기 단열 패드(200)는 냉각 기능이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 단열 패드(200)는 소화 기능이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 단열 패드(200)는 파우치형 전지셀(100)에 가해지는 압력 편차를 감소시키는 기능이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 단열 패드(200)는 내부가 비어 있으며 밀봉된 상태의 패드 케이스(210), 상기 패드 케이스(210) 내부에 수납된 단열판(220), 및 상기 패드 케이스(210) 내측면과 상기 단열판(220) 사이에 충진된 액체(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 액체(230)는 물, 냉매 및 부동액 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 패드 케이스(210)는 소정 온도 이상이 되면 용융되는 열가소성수로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 패드 케이스(210)에는 파열 부위 유도를 위한 파단선(211)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 파단선(211)은 상기 패드 케이스(210)의 가장 자리에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 단열판(220) 외측에는 흡수부재(240)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 흡수부재(240) 다공성 구조로 이루어져 부피가 변하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 전지셀들 사이에 개재되는 단열 패드에는 단열판과 액체가 함께 수납되어 있어 부피 증가를 최소화하면서 전지셀을 냉각시키고 인근 전지셀로 발열이 전달되는 것을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
또 본 발명에 따른 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 전지셀들 사이에 개재되는 단열 패드의 패드 케이스는 일정 이상 온도로 상승하면 용융되는 재질로 이루어져 있어 내부 액체가 방출될 수 있으므로 화재 시 화염의 확산을 차단할 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 전지셀들 사이에 개재되는 단열 패드는 형상 변형이 가능하므로 전지셀의 스웰링 시 압력 편차를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지팩의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지모듈의 분해 사시도이다.
도 3는 도 2의 전지모듈을 밀착시킨 후 A-A´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 패드의 사시도(a)와 B-B´선을 따라 절단한 단면도(b)이다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 단열 패드의 평면도(a)와 단면도(b)이다.
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 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 3는 도 2의 전지 모듈을 밀착시킨 후 A-A´선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 전지 모듈은 복수개의 파우치형 전지셀(100)과 이들 파우치형 전지셀(100) 사이에 개재되는 하나 이상의 단열 패드(200)를 포함하여 구성된다.
먼저 파우치형 전지셀(100)에 관해 구체적으로 설명하면, 전지셀 케이스(110), 전지셀 케이스(110)에 수납되는 셀 조립체(120) 및 한 쌍의 리드(130)를 포함하여 구성된다.
전지셀 케이스(110)는 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.
셀 조립체(120)는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 셀 조립체(120)는 전술한 전지셀 케이스(110)에 내장된 후 실링된다.
한편, 양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 리드(130)들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 셀 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 파우치형 전지셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
비록 도 2에서는 한 쌍의 리드(130)가 서로 마주 보면서 위치하는 소위 양방향 파우치 전지셀로 표현하고 있으나, 한 쌍의 리드가 서로 인근하게 위치하면서 동일한 방향으로 바라보는 단방향 파우치 전지셀이어도 무방하다.
또 도 2에서는 파우치형 전지셀(100)의 상면이나 하면이 지면에 대해 수직하도록 배치되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 각각의 파우치형 전지셀(100)이 수평하게 적층되는 경우도 포함한다.
한편 전술한 바와 같이, 리튬 이차전지로 이루어진 전지셀에서 전지셀에 결함이 생기거나, 과충전 내지 과열되었을 때, 전지셀이 부풀어 오르는 스웰링 현상, 열폭주 현상에 따른 화재가 발생할 수 있다.
특히 전지셀이 열폭주 상태가 되면 전지셀의 온도는 가스 벤팅이 일어나는 온도인 약 260 ℃까지 올라갈 수 있고, 이때 가스 벤팅이 일어나는 동안에도 전지셀의 온도는 계속 상승할 수 있다.
본 발명에 따른 단열 패드(200)는 파우치형 전지셀(100)들 사이에 개재되어, 가열된 전지셀(100)들의 온도를 낮추며 화재 발생시에는 소화기능을 수행한다. 이 외에도 인근하여 위치하는 전지셀(100)들 사이를 단열시키고, 스웰링 시 전지셀(100)들에 가해지는 압력 편차를 감소시키는 기능을 기대할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 패드의 사시도(a)와 B-B´선을 따라 절단한 단면도(b)이다.
도 2 내지 4를 함께 참조하면서 단열 패드에 관해 설명하면, 파우치형 전지셀(100)들 사이에 위치하는 단열 패드(200)는 패드 케이스(210), 단열판(220), 및 액체(230)를 포함하여 구성된다.
패드 케이스(210)는 단열판(220)과 액체(230)를 수용할 수 있도록 내부가 비어 있으며 또한 밀봉된 상태이다.
파우치형 전지셀(100)과 밀착할 시, 서로 맞다는 면적은 동일할 수 있지만 이에 제한하지 않는다.
여기서, 패드 케이스(210)는 일정 온도 이상에서 녹는 물질, 예를 들어 용융점이 약 200 ℃ 이하인 열가소성의 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 용융점이 약 100 ℃ 이상 200℃ 이하인 물질들이 사용될 수 있다.
단열판(220)은 대략 얇은 두께를 갖는 육면체 형상으로 패드 케이스(210) 내부에 수납되어, 열전도율을 낮게 억제함으로써 특정 전지셀(100)에 열폭주가 발생하더라도 인근에 있는 전지셀(100)로 발열이 미치는 것을 억제한다.
이러한 단열판(220)은 열전도율은 가급적 낮고 외형 변화가 작은 실리카나 세라믹이 좋으며, 일 예로서 실리카 및 세라믹 등과 같은 무기 분체와 폴리아미드계 수지나 아크릴산 에스테르 등의 약품으로 구성된 단열 시트일 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
액체(230)는 패드 케이스(210) 내측면과 단열판(220) 사이에 충진된 상태로 유지되며, 물, 냉매 또는 부동액 등 정상적으로 작동할 시에는 전지셀(100)의 온도를 낮추고 이벤트 발생시에는 소화가능한 액체라면 특별히 제한하지 않는다.
이상과 같이, 일정 온도 이상이 되면 용융되는 물질로 이루어진 패드 케이스(210) 내부에 단열판(220)과 액체(230)가 보관된 단열 패드(200)가 파우치형 전지셀(100)들 사이에 밀착된 상태로 개재됨으로써, 파우치형 전지셀(100)들의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또 열폭주 시에는 인근 전지셀(100)로 열이 이동하는 것을 차단하며, 화재시에는 액체(230)가 분출되어 소화재로서 작용하고, 게다가 외형이 변할 수 있기 때문에 전지셀의 스웰링 시 압력 편차를 최소화할 수 있다.
한편, 패드 케이스(210)에는 파단선(211)이 구비되는 것이 바람직하고, 이러한 파단선(211)은 패드 케이스(210)의 가장 자리에 위치하는 것이 보다 바람직하다.
파단선(211)은 소정 압력 이상으로 가압될 시 패드 케이스(210)가 찢어져 내부의 액체(230)가 방출하도록 유도하기 위한 것이다.
비록 패드 케이스(210)가 일정 온도 이상으로 가열될 시 용융되어 액체(230)가 방출되기는 하나, 액체(230)의 비열로 인해 패드 케이스(210) 자체가 고온으로 상승할 때 까지는 다소 시간이 소요될 수 있고, 따라서 보다 신속하게 액체(230)를 방출시키기 위함이다.
일 예로, 이벤트 발생시 일반적으로 전지셀(100)의 가운데 부분 중심으로 융기되는 스웰링이 동반되고, 이에 따라 패드 케이스(210)의 중앙 부분이 심하게 눌리면서 가장 자리를 따라 형성된 파단선(211)이 찢어져 액체(230)가 방출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 단열 패드의 평면도(a)와 단면도(b)이다. 본 발명의 변형된 단열 패드는 앞서 설명한 패드 케이스(210), 단열판(220), 및 액체(230) 외에도 흡수부재(240)를 추가로 포함한다.
패드 케이스(210), 단열판(220), 및 액체(230)는 전술한 바와 동일하므로, 이하에서는 흡수부재(240)에 관해서만 설명하기로 한다.
흡수부재(240)는 패드 케이스(210) 내측면과 단열판(220) 사이에 마련되는데, 단열판(220)을 완전히 감싸도록 구비되거나 단열판(220)의 외측면 중 일측면 이상과 밀착 내지 부착된 상태일 수 있다. 물론 액체(230)는 패드 케이스(210) 내측면에 밀봉된 상태이므로 일부는 흡수부재(240)에 흡수된 상태이다.
여기서, 흡수부재(240)는 수분을 흡수하거나 방출할 수 있도록 다공성 구조, 예를 들어, 부직포 타입의 섬유 시트, 스펀지 구조 등으로 이루어져 부피가 쉽게 변하는 물질이라면 특별히 제한하지 않는다.
이와 같은 흡수부재(240)가 추가로 구비되면 단열판(220)의 움직임을 줄일수 있고 나아가 전지셀의 스웰링 시 압력 편차를 더욱 줄일 수 있다는 이점이 있다.
본 발명에서는 전술한 구성들인 복수개의 파우치형 전지셀(100)들이 수평이나 수직방향으로 나란하게 배치되고, 이들 전지셀(100) 사이에 단열 패드(200)가 개재된 전지팩을 제공할 수 있다.
물론 도면들에는 도시하지 않았지만, 파우치형 전지셀(100)들은 버스바에 의해 전기적으로 연결되며, 또 전지팩 케이스에 수납된 상태일 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 파우치형 전지셀
110 : 전지셀 케이스
120 : 셀 조립체
130 : 리드
200 : 단열 패드
210 : 패드 케이스
211 : 파단선
220 : 단열판
230 : 액체
240 : 흡수부재

Claims (11)

  1. 수평 또는 수직방향으로 나란하게 배치된 복수개의 파우치형 전지셀; 및
    상기 파우치형 전지셀 사이에 개재되는 단열 패드;를 포함하되,
    상기 단열 패드는 냉각 기능이 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열 패드는 소화 기능이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단열 패드는 파우치형 전지셀에 가해지는 압력 편차를 감소시키는 기능이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열 패드는 내부가 비어 있으며 밀봉된 상태의 패드 케이스, 상기 패드 케이스 내부에 수납된 단열판, 및 상기 패드 케이스 내측면과 상기 단열판 사이에 충진된 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액체는 물, 냉매 및 부동액 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 패드 케이스는 소정 온도 이상이 되면 용융되는 열가소성수로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패드 케이스에는 파열 부위 유도를 위한 파단선이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파단선은 상기 패드 케이스의 가장 자리에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 단열판 외측에는 흡수부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡수부재 다공성 구조로 이루어져 부피가 변하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
KR1020210135952A 2021-10-13 2021-10-13 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 KR20230052657A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210135952A KR20230052657A (ko) 2021-10-13 2021-10-13 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
PCT/KR2022/014952 WO2023063644A1 (ko) 2021-10-13 2022-10-05 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
CN202290000252.2U CN220753571U (zh) 2021-10-13 2022-10-05 设置有隔热垫的电池模块及包括该电池模块的电池组
DE212022000114.1U DE212022000114U1 (de) 2021-10-13 2022-10-05 Batteriemodul mit einem Wärmeisolationskissen, das Feuerlöschfunktionen und Kühlfunktionen aufweist, und ein Batteriepack, das dieses Batteriemodul enthält

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210135952A KR20230052657A (ko) 2021-10-13 2021-10-13 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230052657A true KR20230052657A (ko) 2023-04-20

Family

ID=85988427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210135952A KR20230052657A (ko) 2021-10-13 2021-10-13 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20230052657A (ko)
CN (1) CN220753571U (ko)
DE (1) DE212022000114U1 (ko)
WO (1) WO2023063644A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252909A (ja) 2011-06-03 2012-12-20 Toyota Motor Corp 電池パック

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010097836A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Panasonic Corp 電池パック、それを電源として用いた電子機器、及び電池パック用ケース
KR101281744B1 (ko) * 2010-11-18 2013-07-04 주식회사 엘지화학 안전성의 향상을 위한 부재를 전지셀들 사이에 포함하고 있는 전지모듈
KR102203248B1 (ko) * 2017-04-07 2021-01-13 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210106994A (ko) * 2018-12-21 2021-08-31 아와 세이시 가부시키가이샤 전원 장치 및 전원 장치용 단열 시트
KR102123684B1 (ko) * 2019-03-30 2020-06-16 우석대학교 산학협력단 소화 기능을 갖춘 ess 배터리 장치
KR20200125915A (ko) 2020-10-23 2020-11-05 지이 하이브리드 테크놀로지스, 엘엘씨 저발열 무선 전력 수신 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252909A (ja) 2011-06-03 2012-12-20 Toyota Motor Corp 電池パック

Also Published As

Publication number Publication date
CN220753571U (zh) 2024-04-09
DE212022000114U1 (de) 2023-08-21
WO2023063644A1 (ko) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109473572B (zh) 具有利用排出气体断开连接器的结构的电池模块
JP4686399B2 (ja) 二次電池
CN109891625B (zh) 具有改进的安全性的电池模块和电池组
KR100824875B1 (ko) 배터리 팩 및 이의 제조 방법
KR101781827B1 (ko) 압력 센서가 구비된 전지팩을 포함하고 있는 차량
US8679661B2 (en) Pouch type secondary battery
JPWO2012073432A1 (ja) 電池パック
JP2023533762A (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
JP2023533763A (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
KR20210135141A (ko) 소화부가 구비된 전지 모듈
KR101773333B1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR20140091222A (ko) 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩
US20230223650A1 (en) Battery, electric apparatus, and method and apparatus for preparing battery
KR20230052657A (ko) 소화 및 냉각 기능을 갖는 단열 패드가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20230107039A (ko) 열 확산 방지 기능이 구비된 전지 팩
KR20190032003A (ko) 흡열 물질을 포함하는 파우치형 이차전지
KR20230107040A (ko) 열 확산 방지 기능이 구비된 전지 팩
KR20230076448A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
TWM654725U (zh) 用於電能存儲系統的絕緣阻隔件、電池模塊、電力系統、設備及車輛
KR20240023826A (ko) 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
JP2023524001A (ja) 熱拡散抑制構造を有する電池パック
KR20230095812A (ko) 안전성이 향상된 전지 팩
KR20210038212A (ko) 가스포켓을 포함하는 파우치형 이차전지
KR20220070836A (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR20230054115A (ko) 소화관 플레이트가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination