KR20230064784A - 전지 모듈 - Google Patents

전지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20230064784A
KR20230064784A KR1020210150268A KR20210150268A KR20230064784A KR 20230064784 A KR20230064784 A KR 20230064784A KR 1020210150268 A KR1020210150268 A KR 1020210150268A KR 20210150268 A KR20210150268 A KR 20210150268A KR 20230064784 A KR20230064784 A KR 20230064784A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
insulator
battery cell
electrode leads
battery
paragraph
Prior art date
Application number
KR1020210150268A
Other languages
English (en)
Inventor
원성연
이태경
이형석
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 KR1020210150268A priority Critical patent/KR20230064784A/ko
Priority to PCT/KR2022/016734 priority patent/WO2023080566A1/ko
Publication of KR20230064784A publication Critical patent/KR20230064784A/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
    • 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
    • H01M10/65—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
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
    • 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)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 개별 전지셀 사이에는 단열 패드 형태의 제1 단열부를 배치하고, 개별 전극 리드들 사이에는 열팽창 소재로 구성되는 제2 단열부를 배치하여, 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이로 열과 고온의 파티클이 이동하는 것을 차단하여 화재 및 폭발의 위험을 효과적으로 낮출 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세히는 개별 전지셀 사이에는 단열 패드 형태의 제1 단열부를 배치하고, 개별 전극 리드들 사이에는 열팽창 소재로 구성되는 제2 단열부를 배치하여, 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이로 열과 고온의 파티클이 이동하는 것을 차단하여 화재 및 폭발의 위험을 효과적으로 낮출 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
환경에 대한 높아진 관심으로, 전세계적으로 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 확산되고 있다. 탄소배출을 줄이기 위해 종래에 화석연료를 연소하여 동력을 얻는 연소엔진을 구비하는 자동차의 생산량은 지속적으로 줄어들고, 반면에 전기를 이용하여 동력을 얻는 전기자동차의 생산량은 지속적으로 늘어나고 있다.
이러한 전기자동차에 장착되어 전기를 저장하는 수단인 이차 전지에 대한 수요가 지속적으로 늘어나고 있다. 한편, 스마트폰, 테블릿PC 등 개인 모바일 기기의 사용이 일상화된 상황에서 모바일 기기에 전기를 공급하는 이차 전지의 수요도 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 이차 전지의 수요증가로 인해, 이차 전지에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
이 때, 이차 전지의 용량 및 효율을 향상시키기 위해 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적으로 적용되고 있다.
이러한 하나의 전지 모듈 내부를 보호하는 프레임을 구성함에 있어서, 부품의 품질이 향상되고, 공간 활용이 증대될 수 있는 U-프레임 구조로 형성된 전지 모듈이 개발되었다.
이러한 U-프레임 구조를 갖는 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 바닥면 및 양측면으로 형성되어 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 U자형 구조의 하부 프레임, 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 전지셀 적층체는 전력 공급시 필연적으로 발열이 발생하게 되며, 발열을 효과적으로 조절하지 못하게 되면 전지셀 적층체의 효율이 급격하게 저하되는 현상이 발생할 수 있으며, 경우에 따라 화재 및 폭발이 발생할 위험이 있다.
이러한 화재 및 폭발은, 전지셀 중 어느 하나로부터 발생하여 인접한 전지셀로 열과 고온의 파티클이 확산되면서 진행되는 것이 일반적이다.
이와 같은 화재 및 폭발을 방지하기 위해서, 한국특허공개공보 제10-2020-0106378호 (선행문헌 001)에는 도 1에 도시된 바와 같이 인접한 전지셀(11) 사이에 형성되는 간극에 단열 패드(60)를 배치하여 열 또는 파티클이 인접한 전지셀(11)로 이동하는 것을 저지하는 전지 모듈이 개시되어 있다.
도시된 바와 같이, 가장 좌측에 배열되는 제1 전지셀(11)이 과열이 발생했다고 가정하면, 제1 전지셀(11)에서 생성된 열과 고온의 파티클은 제4 전지셀(11)과 제5 전지셀(11) 사이에 배치되어 있는 단열 패드(60)에 의해서 제4 전지셀(11)의 우측에 배치되는 다른 전지셀(11)로 이동되는 것이 방지될 수 있다.
다만, 선행문헌 001에 따른 구성에 따르면, 개별 전지셀(11)의 전방 단부 또는 후방 단부와 버스바 플레이트(50) 사이에 공간은 제1 전지셀(11)과 제24 전지셀(11)에 거쳐 막혀 있지 않은 개방 공간이 되도록 형성된다.
따라서 제1 전지셀(11)에서 생성된 열과 고온의 파티클은 이러한 개방 공간을 통해서 전체적으로 확산될 수 있기 때문에, 단열 패드(60)를 이용한 화재 및 폭발 방지 효과는 반감될 수 밖에 없다는 한계를 가지게 된다.
한국공개특허공보 제10-2020-0106378호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 개별 전지셀 사이에는 단열 패드 형태의 제1 단열부를 배치하고, 개별 전극 리드들 사이에는 열팽창 소재로 구성되는 제2 단열부를 배치하여, 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이로 열과 고온의 파티클이 이동하는 것을 차단하여 화재 및 폭발의 위험을 효과적으로 낮출 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제2 단열부가 팽창되지 않은 상태에서는 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이에 형성되는 공간보다 더 작은 체적을 갖도록 형성하여 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이에 형성되는 공간이 공기 통로로서 기능하도록 구성함으로써 정상 온도 범위에서 작동 시에는 냉각 성능이 효과적으로 유지될 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈은, 서로 인접하여 배치되는 제1 전지셀 및 제2 전지셀이 적층되어 형성되는 전지셀 적층체; 상기 제1 전지셀 및 상기 제2 전지셀에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 전극 리드; 상기 제1 전지셀 및 상기 제2 전지셀 사이에 배치되는 제1 단열부; 및 상기 복수의 전극리드 사이에 배치되는 제2 단열부를 포함하고, 상기 제2 단열부는 상기 제1 단열부보다 더 큰 열팽창률을 갖는 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 단열부는, 소정의 임계 온도에 도달하게 되면 체적이 늘어나는 열팽창 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부는, 상기 열팽창 소재는 팽창 페이퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단열부는, 실리콘 계열의 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 전극 리드를 전기적으로 연결하는 버스바 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 단열부는, 일측면이 상기 버스바 플레이트에 고정되는 패드 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부는, 팽창이 개시되기 전에 상기 제1 단열부와 분리된 상태로 배치되는 될 수 있다.
또한, 상기 소정의 임계 온도에 도달하여 팽창이 개시되면 상기 제2 단열부의 타측면은 상기 제1 단열부와 접촉하게 될 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부는, 팽창이 개시되기 전에 상기 복수의 전극 리드로부터 각각 분리된 상태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 소정의 임계 온도에 도달하여 팽창이 개시되면 상기 제2 단열부의 양측면은 각각 상기 복수의 전극 리드와 접촉하게 될 수 있다.
또한, 상기 제2 단열부의 팽창이 완료되면, 상기 복수의 전극 리드 사이에 형성되는 공간은 폐색될 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈은, 개별 전지셀 사이에는 단열 패드 형태의 제1 단열부를 배치하고, 개별 전극 리드들 사이에는 열팽창 소재로 구성되는 제2 단열부를 배치하여, 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이로 열과 고온의 파티클이 이동하는 것을 차단하여 화재 및 폭발의 위험을 효과적으로 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 제2 단열부가 팽창되지 않은 상태에서는 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이에 형성되는 공간보다 더 작은 체적을 갖도록 형성하여 개별 전지셀과 버스바 플레이트 사이에 형성되는 공간이 공기 통로로서 기능하도록 구성함으로써 정상 온도 범위에서 작동 시에는 냉각 성능이 효과적으로 유지될 수 있는 효과를 갖는다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래기술에 따른 전지셀의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전지 모듈의 개략 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제1 버스바 플레이트에 제2 단열부가 배치된 상태를 도시한 후방사시도이다.
도 5는 도 3의 부분확대도로서 제2 단열부가 팽창하지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 부분확대도로서 임계 온도에 도달하여 제2 단열부가 팽창하는 과정을 도시한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(1)의 구성을 도시하는 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
[전지 모듈의 전반적 구조]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 전반적 구조를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)은, 하부 프레임(210) 및 상부 프레임(220)으로 구성되는 프레임(200)과, 프레임(200)의 내부에 수용되는 전지셀 적층체(100)와, 프레임(200)의 개방된 전면 및 개방된 후면에 결합되는 한 쌍의 엔드 플레이트(300)와, 엔드 플레이트(300)와 프레임(200) 사이에 배치되며 엔드 플레이트(300)와 프레임(200) 사이를 절연시키는 절연커버(400)와, 절연커버(400)와 전지셀 적층체(100) 사이에 배치되는 버스바 플레이트(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 종래와 유사하게 복수의 전지셀(110)은 적층된 상태로 밀착 배열되어 전지셀 적층체(100)를 구성할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이 인접하는 전지셀(110) 사이에는 연속적으로 또는 간헐적으로 단열 패드 형태의 제1 단열부(600)가 배치될 수 있다.
전지 모듈(1)의 케이스 또는 하우징을 구성할 수 있도록 프레임(200)은, 전지셀 적층체(100)를 내부에 수용하도록 전지셀 적층체(100)의 하면과 양쪽 측면을 감싸는 구조로 이루어진 하부 프레임(210), 및 전지셀 적층체(100)의 상면 측에 배치되는 상부 프레임(220)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 하부 프레임(210)은 바닥면을 구성하는 바텀 프레임(220) 및 2개의 측벽을 구성하는 한 쌍의 사이드 프레임(210)을 포함할 수 있다. 예시적으로 소정의 강도를 갖는 금속제 플레이트를 프레스 가공을 통해서 바텀 프레임(220)과 한 쌍의 사이드 프레임(210)은 일체로 형성될 수 있다.
상부 프레임(220)은, 전지셀 적층체(100)의 상부면을 커버하는 역할을 하며, 하부 프레임(210)과 마찬가지로 소정의 강도를 갖는 금속제 플레이트로 형성될 수 있다.
상부 프레임(220)은 한 쌍의 사이드 프레임(210)의 상단부에 결합되는 방식으로 하부 프레임에 조립될 수 있다.
상부 프레임(220)의 저면과 사이드 프레임(210)의 상단부는 레이저 용접(L)을 통해서 결합될 수 있다.
복수의 전지셀(110)은 파우치형 전지셀이 사용될 수 있으며, 전극 리드(111)를 구성하는 양극리드 및 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 양방향 전지셀들이 사용될 수 있다.
복수의 전지셀(110)은 소망하는 전지 모듈(1)의 출력 및 용량에 따라 직렬 또는 병렬로 연결이 되도록 버스바 플레이트(500)를 이용하여 전극 리드들(111)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 적용되는 제품의 사양에 따라 전지셀 적층체(100)는 전지셀(110)을 수용하는 카트리지, 완충부재, 또는 냉각수단 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
도시된 상태를 기준으로 프레임(200)의 전면 및 후면은 개방되어 있으며, 개방된 전면과 후면을 통해 전지셀 적층체(100)의 전극 리드(111)는 외부로 노출될 수 있다.
프레임(200)의 개방된 전면과 후면에는 전극 리드(111)와 대향하도록 배치되는 한 쌍의 절연커버(400)와, 한 쌍의 엔드 플레이트(300)와 한 쌍의 버스바 플레이트(500)가 배치될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체(100) 및 버스바 플레이트(500)와 연결된 상태에서 전지셀 적층체(100)와 함께 프레임(200)에 탑재될 수 있고, 또는 전지셀 적층체(100) 및 버스바 플레이트(500)가 프레임(200)에 탑재되고, 프레임(200)에 상부 프레임(220)이 결합된 상태에서 엔드 플레이트(300)가 결합될 수도 있다.
엔드 플레이트(300)는, 소정 강도 및 강성이 유지될 수 있도록 금속 재질, 바람직하게는 철 또는 합금 재질의 소재를 이용하여 주조 방식으로 통해 제조될 수 있다.
절연커버(400)는, 엔드 플레이트(300)와 버스바 플레이트(500) 사이에 배치되며, 적어도 엔드 플레이트(300)와 버스바 플레이트(500)를 물리적으로 분리시켜 절연하는 역할을 하며, 전방 측에 배치되는 제1 절연커버((420))와 후방측에 배치되는 제2 절연커버(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서 절연커버(400)는 낮은 전기 전도성을 갖되 소정의 강성을 유지할 수 있는 플라스틱 재질을 사출성형하여 제조될 수 있다.
[제1 단열부 및 제2 단열부의 세부 구조]
이하 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 제1 단열부(600)와 제2 단열부(700)의 세부 구조를 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)은, 각각의 전지셀들(110) 사이에 배치되는 단열 패드 또는 단열 시트 형태의 제1 단열부(600)를 더 포함할 수 있다.
종래와 유사하게 제1 단열부(600)는, 어느 하나의 전지셀(110)에서 생성된 열, 화염 또는 고온의 파티클이 인접한 전지셀(110)로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다.
열, 화염 또는 고온의 파티클의 이동을 방지할 수 있도록, 제1 단열부(600)는 단열 성능이 우수하고 전기절연성을 갖는 실리콘 재질을 패드 또는 시트 형태로 가공하여 전지셀들(111) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 제1 단열부(600)는 소정의 탄성을 갖도록 형성될 수 있다. 이를 통해 열에 의해서 전지셀(110)의 체적이 확장되거나 냉각되어 수축되는 경우에 이에 대응하여 제1 단열부(600)가 효과적으로 확장되거나 수축될 수 있다.
제1 단열부(600)는 전지셀(110)의 일측면을 전체적으로 커버하도록 배치되나, 도시된 바와 같이 전지셀(110)의 전방 단부 및 후방 단부를 넘어서지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 전지셀(110)의 전방 단부 및 후방 단부를 넘어서까지 제1 단열부(600)가 배치되면, 복수의 전극 리드(111)를 버스바 플레이트(500)에 연결하기 위한 공간 확보하는데 어려움이 있기 때문이다.
따라서 개별 전지셀(110)의 전방 단부 및 후방 단부와 버스바 플레이트(500) 사이에는 막혀있지 않고 연통되어 있는 하나의 개방 공간이 형성될 수 있고, 이러한 개방 공간은 공기가 유동할 수 있는 냉각 채널로서 기능할 수 있다.
제1 단열부(600)는 모든 전지셀들(111) 사이에 연속하여 배치되거나 또는 일부 전지셀들(111) 사이에 간헐적으로 배치될 수도 있다.
도 3에 도시된 실시예에는, 총 5개의 제1 단열부(600)가 간헐적으로 배치되는 구성이 도시되어 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니나 예시적으로 도시된 바와 같이 총 5개의 제1 단열부(600)가 간헐적으로 배치되는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
이와 같이 개별 전지셀(110)의 전방 단부 및 후방 단부와 버스바 플레이트(500) 사이에 형성되는 개방 공간은 제1 단열부(600)에 의해서 막히거나 차단되지 않기 때문에 개방 공간을 통해서 열, 화염과 고온의 파티클이 확산될 수 있다.
이와 같이 개방 공간을 통해서 열, 화염과 고온의 파티클이 확산되는 것을 방지하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)은 인접한 전극 리드(111) 사이에 배치되는 복수의 제2 단열부(700)를 더 포함할 수 있다.
제2 단열부(700)는, 제1 단열부(600)와 유사하게 패드 또는 시트 형태로 전극 리드(111) 사이에 배치될 수 있으나, 제1 단열부(600)보다는 더 큰 열팽창률을 갖는 소재로 구성될 수 있다.
제2 단열부(700)는 소정의 임계 온도에 도달하게 되면 체적이 팽창하는 열팽창 소재로 구성될 수 있으며, 예시적으로 팽창 페이퍼(expanding paper) 소재로 구성될 수 있다.
팽창 페이퍼는, 대략 100~200℃가 되는 임계 온도에 도달하게 되면 체적이 급격이 증가하는 특징을 갖는 재질이다.
따라서 전지셀(110)이 정상적인 작동온도 범위에서 운전 중일 때는 체적이 초기 상태로 유지되지만, 전지셀(110)에 과열이 발생하여 임계 온도에 도달하게 되면 팽창 페이퍼는 팽창하게 되어 전술한 전지셀(110)과 버스바 플레이트(500) 사이의 개방 공간을 폐색하게 된다.
이와 같이 개방 공간이 폐색되면, 개방 공간을 통해서 열, 화염과 고온의 파티클이 인접한 전지셀(110)로 이동하는 통로(P)가 효과적으로 차단될 수 있게 된다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제2 단열부(700)는 일단부가 버스바 플레이트(500)에 고정된 상태로 배치될 수 있다.
즉, 패드 형태로 구비되는 복수의 제2 단열부(700)는, 전방에 배치되는 제1 버스바 플레이트(510)의 후면(511) 또는 후방에 배치되는 제2 버스바 플레이트(520)의 전면에 각각 고정되도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 제1 버스바 플레이트(511) 및 제2 버스바 플레이트(520)과 전극 리드들(111) 사이의 조립에 필요한 공간이 제2 단열부(700)에 의해서 줄어드는 것이 방지될 수 있다.
또한, 열, 화염과 고온의 파티클의 차단 효과를 극대화하기 위해서, 제2 단열부(700)는 제1 단열부(600)로부터 소정의 간격으로 분리되어 이격된 상태로 제1 단열부(600)에 나란히 배열되도록 배치될 수 있다.
따라서 도시된 바와 같이 제2 단열부(700)는 전극 리드들(111) 사이에 제1 단열부(600)와 마찬가지로 간헐적으로 배치될 수 있으며, 제2 단열부(700)는 제1 단열부(600)의 전후방향(F-R 방향) 연장선 상에 정렬되어 배치될 수 있다.
이를 통해 후술하는 바와 같이 제2 단열부가 팽창하게 되면 제2 단열부(700)는 제1 단열부(600)의 전방 단부 및 후방 단부에 직접적으로 접촉하게 되어 개방 공간이 효과적으로 폐색될 수 있게 된다.
한편, 팽창이 개시되기 전에 전 제2 단열부(700)는 전극 리드들(111)로부터 각각 분리된 상태로 배치될 수 있고, 전술한 소정의 임계 온도에 도달하여 팽창이 개시되면 제2 단열부(700)의 양측면은 전극 리들(111)에 접촉하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 전극 리드들(111) 사이 및 전지셀(110)과 버스바 플레이트(500) 사이에 형성되는 개방 공간은 적어도 부분적으로 팽창된 제2 단열부(700)에 의해서 폐색될 수 있다.
이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 제2 단열부(700)가 팽창하여 전극 리드들(111) 사이 및 전지셀(110)과 버스바 플레이트(500) 사이에 형성되는 개방 공간이 폐색되는 과정을, 제2 버스바 플레이트(520)에 일단부(701)가 고정된 상태로 배치되는 제2 단열부(700)를 기준으로 설명하도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 정상온도 범위에서 운전 중인 상태에서 제2 단열부(700)의 타단부(701)는 전후방향(F-R 방향)을 기준으로 제1 단열부(600)로부터 분리된 상태가 유지된다.
이 때, 제2 단열부(700)의 타단부(701)와 제1 단열부(600) 사이의 전후방향 간격(G1)은, 제2 단열부(700)의 전후방향 폭(W1)보다는 더 작거나 같게 설정되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 전지셀(110)과 제2 버스바 플레이트 사이의 개방 공간에 대한 냉각 채널로서 기능이 적정 수준으로 유지될 수 있다.
또한, 정상온도 범위에서 운전 중인 상태에서 제2 단열부(700)의 좌우방향 폭(W1)은 인접한 한 쌍의 전극 리드(111) 사이의 간격 보다는 더 작게 형성될 수 있다. 이를 통해 정상온도 범위에서 전극 리드들에 대한 제2 단열부(700)의 간섭이 최소화될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 단열부(700)의 주변 온도가 소정의 임계온도까지 상승하게 되면, 제2 단열부(700)의 팽창이 개시될 수 있다.
이 때, 팽창은 전후방향(F-R 방향) 및 좌우방향(Le-Ri 방향)에 대해서 동시에 진행될 수 있다.
따라서 제2 단열부(700)의 타단부(702)는 점진적으로 제1 단열부(600)를 향해 전진하게 되고, 제2 단열부(700)의 타단부(701)와 제1 단열부(600) 사이의 전후방향 간격(G1)은 점전적으로 축소될 수 있다.
또한, 제2 단열부(700)의 양측면은 대향하고 있는 한 쌍의 전극 리드(111)를 향해서 전진하게 되며, 제2 단열부와 한 쌍의 전극 리드 사이의 간격은 점진적으로 축소될 수 있다.
이와 같이, 제2 단열부(700)의 팽창이 계속 진행되면 제2 단열부(700)의 타단부(702)는 제1 단열부(600)까지 연장되며, 제2 단열부(700)의 양측면은 한 쌍의 전극 리드(111)까지 연장된다.
이를 통해 제2 단열부(700)의 팽창이 완료되면, 전지셀(110)과 버스바 플레이트(500) 사이 및 한 쌍의 전극 리드(111) 사이에 형성되는 개방 공간은 제2 단열부(700)에 의해서 전체적으로 폐색될 수 있고, 열, 화염 고온의 파티클이 이동할 수 있는 경로(P)는 차단될 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
1: 전지 모듈 100: 전지셀 적층체
110: 전지셀 111: 전극 리드
200: 프레임 210: 하부 프레임
211: 바텀 프레임 212: 사이드 프레임
220: 상부 프레임 300: 엔드 플레이트
310: 제1 엔드플레이트 320: 제2 엔드플레이트
400: 절연커버 410: 제1 절연커버
420: 제2 절연커버 500: 버스바 플레이트
600: 제1 단열부 700: 제2 단열부

Claims (10)

  1. 서로 인접하여 배치되는 제1 전지셀 및 제2 전지셀이 적층되어 형성되는 전지셀 적층체;
    상기 제1 전지셀 및 상기 제2 전지셀에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 전극 리드;
    상기 제1 전지셀 및 상기 제2 전지셀 사이에 배치되는 제1 단열부; 및
    상기 복수의 전극리드 사이에 배치되는 제2 단열부;
    를 포함하고,
    상기 제2 단열부는 상기 제1 단열부보다 더 큰 열팽창률을 갖는 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1 항에서,
    상기 제2 단열부는, 소정의 임계 온도에 도달하게 되면 체적이 늘어나는 열팽창 소재로 구성되는 전지 모듈.
  3. 제2 항에서,
    상기 제2 단열부는, 상기 열팽창 소재는 팽창 페이퍼를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3 항에서,
    상기 제1 단열부는, 실리콘 계열의 소재로 구성되는 전지 모듈.
  5. 제2 항에서,
    상기 복수의 전극 리드를 전기적으로 연결하는 버스바 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2 단열부는, 일측면이 상기 버스바 플레이트에 고정되는 패드 형태로 구비되는 전지 모듈.
  6. 제5 항에서,
    상기 제2 단열부는, 팽창이 개시되기 전에 상기 제1 단열부와 분리된 상태로 배치되는 전지 모듈.
  7. 제6 항에서,
    상기 소정의 임계 온도에 도달하여 팽창이 개시되면 상기 제2 단열부의 타측면은 상기 제1 단열부와 접촉하게 되는 전지 모듈.
  8. 제7 항에서,
    상기 제2 단열부는, 팽창이 개시되기 전에 상기 복수의 전극 리드로부터 각각 분리된 상태로 배치되는 전지 모듈.
  9. 제8 항에서,
    상기 소정의 임계 온도에 도달하여 팽창이 개시되면 상기 제2 단열부의 양측면은 각각 상기 복수의 전극 리드와 접촉하게 되는 전지 모듈.
  10. 제9 항에서,
    상기 제2 단열부의 팽창이 완료되면, 상기 복수의 전극 리드 사이에 형성되는 공간은 폐색되는 전지 모듈.
KR1020210150268A 2021-11-04 2021-11-04 전지 모듈 KR20230064784A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150268A KR20230064784A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 전지 모듈
PCT/KR2022/016734 WO2023080566A1 (ko) 2021-11-04 2022-10-28 전지 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210150268A KR20230064784A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 전지 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230064784A true KR20230064784A (ko) 2023-05-11

Family

ID=86241424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210150268A KR20230064784A (ko) 2021-11-04 2021-11-04 전지 모듈

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230064784A (ko)
WO (1) WO2023080566A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5993209B2 (ja) * 2012-05-24 2016-09-14 タイガースポリマー株式会社 電池冷却構造
KR102380225B1 (ko) * 2019-03-06 2022-03-28 주식회사 엘지에너지솔루션 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210011642A (ko) * 2019-07-23 2021-02-02 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
KR20210042480A (ko) * 2019-10-10 2021-04-20 주식회사 엘지화학 단열부재를 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102441418B1 (ko) 2020-06-03 2022-09-07 현대중공업 주식회사 선박 이중연료엔진의 가스공급펌프
KR102280326B1 (ko) * 2021-06-08 2021-07-22 덕양산업 주식회사 열폭주 지연 구조 및 가스 배출 구조를 갖는 배터리 모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023080566A1 (ko) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111052494B (zh) 电池模块以及电池组
KR102523702B1 (ko) 배터리 모듈
CN110854319A (zh) 电池模块及其制造方法
JP5857254B2 (ja) 電池モジュール
US20220247005A1 (en) Battery module including heat insulation member and battery pack including the same
CN104604019A (zh) 电池模块
KR20120075431A (ko) 배터리 모듈 수납장치, 배터리 모듈 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템
KR102397774B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
JP6804662B2 (ja) バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
JP6536497B2 (ja) 電池パック
KR20190041725A (ko) 소화 장치를 구비한 전지 모듈
US20190386359A1 (en) Cell carrier comprising phase change material
CN112909396A (zh) 电池单元壳体部及包括该电池单元壳体部的电池模块
CN216133942U (zh) 一种电池底护板、电池组件及用电设备
JP2012119137A (ja) 電池モジュール
KR20230064784A (ko) 전지 모듈
KR20190143277A (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN217641541U (zh) 一种电池模组
KR102341404B1 (ko) 배터리 모듈
CN212033085U (zh) 锂电池的均温散热模块结构
KR101095342B1 (ko) 전지팩의 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는휴대폰
KR20230063249A (ko) 전지 모듈
KR20230077873A (ko) 전지 모듈
KR102659210B1 (ko) 가스 벤팅 채널과 쿨링 채널을 일체로 통합한 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 모듈 제조방법
CN220821685U (zh) 一种电池及供电或用电设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination