KR20230136565A - 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20230136565A
KR20230136565A KR1020230035225A KR20230035225A KR20230136565A KR 20230136565 A KR20230136565 A KR 20230136565A KR 1020230035225 A KR1020230035225 A KR 1020230035225A KR 20230035225 A KR20230035225 A KR 20230035225A KR 20230136565 A KR20230136565 A KR 20230136565A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat absorber
venting
battery cell
battery
heat
Prior art date
Application number
KR1020230035225A
Other languages
English (en)
Inventor
이진규
김수한
윤두한
손창근
이용호
공승진
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 PCT/KR2023/003609 priority Critical patent/WO2023177266A1/ko
Publication of KR20230136565A publication Critical patent/KR20230136565A/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
    • H01M10/65—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
    • 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
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • 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
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • 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
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • 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)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 흡열체는, 전지셀에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다.
상기 흡열체는, 쿨링액을 흡수하는 흡수재; 및 상기 흡수재가 상기 쿨링액을 흡수한 상태로 수용되는 외장재를 포함할 수 있다.

Description

흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈{HEAT ABSORBER AND BATTERY MODULE INCLUDING THE HEAT ABSORBER}
본 발명은, 전지셀에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 전지셀의 교체가 불필요하기 때문에 내장형 전지셀로 사용하기에 적절하며, 이차전지의 안정성 향상과 용량 증가가 빠르게 이루어지고 있는 바, 다양한 디바이스에 적용되고 있다.
예를 들어, 이차전지는, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
특히, 이차 전지를 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용하기 위해, 복수개의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈이나, 상기 전지 모듈을 복수개 포함하는 전지팩이 사용되고 있다. 이와 같이, 이차 전지가 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용됨에 따라 이차전지의 안전성을 확보하는 문제가 중요한 관심 대상이 되고 있다.
종래에는 이차 전지의 장기간 사용 시 온도에 의해 급격히 수명이 단축되는 것을 방지하기 위한 관점에서, 이차 전지의 사용 환경에 따른 발열량과 신뢰성 있는 사용 온도를 기준으로 냉각 시스템을 설계하였다. 그러나, 전지 모듈이나 전지팩에 포함된 일 전지셀이 이상 발열 등으로 인해 임계 온도를 넘어서게 되면, 주변의 전지셀들로 열 폭주 및 전파(Thermal runaway and propagation)가 발생할 수 있고, 이로 인해 안전성 문제가 발생할 수 있다.
이러한 안전성 문제를 방지하기 위해, 종래에는 복수개의 전지셀의 사이 또는 복수개의 전지 모듈의 사이에 단열재를 배치하는 방법을 사용하였다. 그러나, 열 전파를 충분히 지연시키기 위해서는 단열재의 두께가 매우 두꺼워져야 하므로, 단열재의 부피에 의해 이차 전지의 에너지 밀도가 낮아지는 문제점이 있었다. 또한, 단열재는 열 전파를 지연시킬 뿐이므로, 열 폭주 및 전파로 인한 화재의 발생을 방지하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 전지셀의 열폭주로 인한 화재 발생을 방지할 수 있는 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 흡열체는, 전지셀에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 상기 흡열체는, 쿨링액을 흡수하는 흡수재; 및 상기 흡수재가 상기 쿨링액을 흡수한 상태로 수용되는 외장재를 포함할 수 있다.
상기 쿨링액은 첨가제가 혼합된 물이고, 상기 첨가제는, 상기 쿨링액의 소화 능력을 향상시키는 물질일 수 있다.
상기 흡수재는, 고흡수성 폴리머 또는 고흡수성 섬유를 포함할 수 있다.
상기 외장재에는, 상기 쿨링액이 기화하여 상기 외장재의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부가 구비될 수 있다.
상기 외장재는, 상기 흡수재을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부의 둘레 중 적어도 일부에 위치한 실링부를 포함할 수 있다. 상기 실링부는, 제1실링부; 및 상기 제1실링부보다 낮은 실링 강도를 갖는 제2실링부를 포함할 수 있다.
상기 제2실링부의 면적은, 상기 제1실링부의 면적보다 좁을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은, 하우징; 상기 하우징에 수용된 복수개의 전지셀; 및 상기 하우징에 수용되며 상기 전지셀과 접촉하는 적어도 하나의 흡열체를 포함할 수 있다. 상기 흡열체는, 쿨링액을 흡수하는 흡수재; 및 상기 흡수재가 상기 쿨링액을 흡수한 상태로 수용되는 외장재를 포함할 수 있다.
상기 흡열체는, 상기 복수개의 전지셀의 사이에 배치될 수 있다.
상기 흡열체는, 제1두께를 갖는 일 흡열체; 및 상기 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 가지며 상기 일 흡열체보다 내측에 위치한 타 흡열체를 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 복수개의 전지셀 및 상기 흡열체와 접촉하는 열전도 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 흡열체는, 상기 복수개의 전지셀과 상기 하우징의 내면 사이에 배치될 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 복수개의 전지셀과 접촉하며 상기 복수개의 전지셀을 사이에 두고 상기 흡열체의 반대편에 배치된 열전도 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 하우징의 외면에 접촉하며 상기 하우징을 사이에 두고 상기 열전도 부재를 마주보는 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 외장재에는, 상기 쿨링액이 기화하여 상기 외장재의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부가 구비될 수 있다.
상기 외장재에서 상기 벤팅부가 구비된 변은, 상기 전지셀에서 전극 리드가 돌출된 변과 대응될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀의 적층 방향 또는 전폭 방향에 대해, 상기 전지셀의 전극 리드를 향할 수 있다.
상기 전지셀에는, 상기 전지셀의 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤팅부가 구비되고, 상기 외장재에서 상기 벤팅부가 구비된 변은, 상기 전지셀에서 상기 가스 벤팅부가 구비된 변과 대응될 수 있다.
상기 전지셀에는, 상기 전지셀의 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤팅부가 구비되고, 상기 벤팅부는, 상기 복수개의 전지셀의 적층 방향 또는 전폭 방향에 대해 상기 전지셀의 상기 가스 벤팅부를 향할 수 있다.
상기 하우징에는 적어도 하나의 벤팅홀이 형성되고, 상기 벤팅홀의 관통 방향에 대해, 상기 벤팅부는 상기 벤팅홀과 논오버랩될 수 있다.
상기 벤팅부는, 서로 다른 전지셀을 향하는 한 쌍이 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 흡열체는, 쿨링액을 흡수한 흡수재 및 상기 흡수재를 수용하는 외장재를 포함할 수 있다. 이러한 흡열체는 부피 대비 큰 열흡수 능력을 가지므로, 전지 모듈에 흡열체가 구비되면, 전지 모듈의 에너지 밀도가 낮아지는 것을 최소화하면서도 전지셀을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
또한, 상기 쿨링액에는 소화 능력을 향상시키는 첨가제가 혼합될 수 있다. 이로써, 전지셀의 열폭주로 인한 고열에 의해 상기 쿨링액이 기화된 증기는, 외장재의 외부로 배출되어 화재의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
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 제1실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전지 모듈의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4은 도 1의 B-B'에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 분해 사시도이다.
도 6는 도 5에 도시된 흡수재에 쿨링액을 흡수시키는 모습이 도시된 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 외관이 도시된 도면이다.
도 8는 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 제조 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'에 대한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전지 모듈의 변형예를 도시한 단면도이고, 도 4은 도 1의 B-B'에 대한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 하우징(110)와, 하우징(100)에 수용된 복수개의 전지셀(101)과, 하우징(100)에 수용되며 전지셀(101)과 접촉하는 적어도 하나의 흡열체(120)를 포함할 수 있다.
전지셀(101)은 서로 나란하게 배열될 수 있다. 전지셀(101)은 서로 적층될 수 있다. 좀 더 상세히, 전지셀(101)은 하우징(100) 내에서 수직하게 세워지고 수평 방향에 대해 적층될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
전지셀(101)은 전극 조립체가 파우치형 전지케이스 내에 수용된 파우치형 전지셀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전지셀(101)에 구비되며 서로 반대 전극을 갖는 한 쌍의 전극리드(102)는 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극리드(102)가 서로 나란하게 돌출되는 것도 가능함은 물론이다. 복수개의 전지셀(101)이 적층되는 방향과, 각 전지셀(101)에서 전극리드(102)가 돌출되는 방향은 서로 수직할 수 있다. 복수개의 전지셀(101)의 전극 리드(102)는 버스바(미도시) 등에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
하우징(100)은 복수개의 전지셀(101)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 하우징(100)은, 복수개의 전지셀(101)의 상측에 위치한 어퍼 플레이트(111)와, 복수개의 전지셀(101)의 하측에 위치한 로어 플레이트(112)와, 복수개의 전지셀(101)의 양측에 위치한 한 쌍의 사이드 플레이트(113)를 포함할 수 있다. 어퍼 플레이트(111), 로어 플레이트(112) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(113) 중 적어도 하나는 일체로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 어퍼 플레이트(111), 로어 플레이트(112) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(113)는 각각 별개의 부재로 형성되어 서로 체결되는 것도 가능하다. 또한, 하우징(100)은 복수개의 전지셀(101)의 전후 방향에서 커버하는 한 쌍의 엔드 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
하우징(100)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(100)이 모노 프레임 또는 U자형 프레임 형태로 구성되는 것도 가능함은 물론이다.
하우징(100)에는 적어도 하나의 벤트홀(111a)이 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 어퍼 플레이트(111)에는 적어도 하나의 벤트홀(111a)이 형성될 수 있다. 전지셀(101)의 비정상 동작에 의해 전지셀(101)에서 가스가 새어나오는 경우, 상기 가스는 벤트홀(111a)로 배출될 수 있다. 이로써 전지 모듈(100) 내의 내압이 지나치게 높아지는 것을 방지하고 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
흡열체(120)는, 전지셀(101)과 접촉하도록 하우징(100)의 내부에 배치될 수 있다. 전지 모듈(100)에는 적어도 하나의 흡열체(120), 바람직하게는 복수개의 흡열체(120)가 포함될 수 있다.
흡열체(120)는 전지셀(101)에서 발생하는 열을 방열시킬 수 있다. 또한, 전지셀(101)에서 화재 등이 발생한 경우, 흡열체(120) 내의 후술할 쿨링액(121, 도 6 참조)이 기화하여 흡열체(120)에서 배출되어 소화 기능을 수행할 수 있다. 좀 더 상세히, 쿨링액(121)이 기화된 증기는, 전지셀(101)에서 발생하는 가연성 가스의 온도를 낮추고, 전지셀(101)에서 발생하는 고체 방출 입자(예를 들어, 스파크)을 제거하여 화염의 발생 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
흡열체(120)의 상세한 구성 및 작용에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
각 흡열체(120)는, 복수개의 전지셀(101)의 사이에 배치되거나, 복수개의 전지셀(101)과 하우징(110)의 내면 사이에 배치될 수 있다. 복수개의 전지셀(101)의 사이에 배치되는 흡열체(120)를 제1흡열체(120a)로 명명하고, 복수개의 전지셀(101)과 하우징(110)의 내면 사이에 배치되는 흡열체(120)를 제2흡열체(120b)로 명명할 수 있다.
전지 모듈(100)은 제1흡열체(120a) 또는 제2흡열체(120b) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하에서는, 전지 모듈(100)이 제1흡열체(120a) 및 제2흡열체(120b)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
제1흡열체(120a)는 적어도 하나가 구비될 수 있다. 각 제1흡열체(120a)는 복수개의 전지셀(101)의 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 각 제1흡열체(120a)는 한 쌍의 전지셀(101)과 접촉할 수 있다. 복수개의 전지셀(101) 중 적어도 일부는, 제1흡열체(120a)를 사이에 두고 적층될 수 있다. 제1흡열체(120a)는 전지셀(101)과 유사한 크기 및 형상을 가짐이 바람직하다.
제2흡열체(120b)는 적어도 하나가 구비될 수 있다. 각 제2흡열체(120b)는 복수개의 전지셀(101) 중 적어도 일부와 접촉될 수 있다.
제2흡열체(120b)는 전지셀(101)의 둘레 중 전극 리드(102)가 비돌출된 부분에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 전지셀(101)이 수직하게 세워진 경우, 제2흡열체(120b)는 복수개의 전지셀(101)의 상측 또는 하측에 위치할 수 있다. 이 경우, 제2흡열체(120b)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 어퍼 플레이트(111)와 복수개의 전지셀(101)의 사이에 위치하거나, 로어 플레이트(112)와 복수개의 전지셀(101)의 사이에 위치할 수 있다. 제2흡열체(120b)는 제1흡열체(120a)와 접촉할 수도 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제2흡열체(120b)는 전지셀(101), 특히 최외각 전지셀(101)의 일 면에 접촉하는 것도 가능하다. 예를 들어, 전지셀(101)이 수직하게 세워진 경우, 제2흡열체(120b)는 최외각 전지셀(101)의 측방에 위치할 수 있다. 이 경우, 제2흡열체(120b)는 사이드 플레이트(113)와 최외각 전지셀(101)의 사이에 위치할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 제1흡열체(120a) 중 적어도 일부의 두께는 서로 다를 수도 있다. 좀 더 상세히, 복수개의 제1흡열체(120a)는, 제1두께(t1)를 갖는 일 제1흡열체(120a)와, 상기 제1두께(t1)보다 두꺼운 제2두께(t2)를 가지며 상기 일 제1흡열체(120a)보다 내측에 위치하는 타 제1흡열체(120a)를 포함할 수 있다. 복수개의 제1흡열체(120a)의 두께는 내측으로 갈수록 두껍게 형성될 수 있다. 이로써, 발열이 집중되며 열폭주 가능성이 높은 내측의 전지셀(101)에 대한 방열 성능 및 소화 기능이 향상될 수 있다.
한편, 전지 모듈(100)은, 복수개의 전지셀(101)과 접촉하는 열전도 부재(150) 및/또는 하우징(110)의 외면에 접촉하는 히트 싱크(160)를 더 포함할 수 있다.
열전도 부재(150)는 복수개의 전지셀(101)과 하우징(110)의 내면 사이에 위치할 수 있다. 열전도 부재(150)는 하우징(110)과 복수개의 전지셀(101) 간 열전도를 보조하는 부재일 수 있다. 예를 들어, 열전도 부재(150)는 열전도성 접착제일 수 있다. 이로써, 복수개의 전지셀(101)에서 발생한 열이 열전도 부재(150)를 통해 하우징(110) 및 후술할 히트 싱크(160)로 신속하게 전도될 수 있다.
열전도 부재(150)는 제1흡열체(120a)와 접촉될 수 있다. 이로써, 제1흡열체(120a)가 전지셀(101)로부터 흡수한 열이 열전도 부재(150)를 통해 하우징(110) 및 후술할 히트 싱크(160)로 신속하게 전도될 수 있다.
제1흡열체(120a)는, 후술할 폴딩부(143, 도 5, 도 7 참조)가 열전도 부재(150)와 접촉될 수 있다. 폴딩부(143)는 실링부(145)와 비교하여 수용부(144)로부터 덜 돌출되므로, 실링부(145)가 열전도 부재(150)와 접촉되는 경우와 비교하여, 수용부(144) 내의 쿨링액(121) 및 흡수재(130)가 더 신속하게 냉각될 수 있다.
열전도 부재(150)는 복수개의 전지셀(101)을 사이에 두고 제2흡열체(120b)의 반대편에 배치될 수 있다. 이로써, 복수개의 전지셀(101)의 방열이 효율적으로 이뤄질 수 있다.
예를 들어, 제2흡열체(120b)는 복수개의 전지셀(101)의 상측에 위치하고, 열전도 부재(150)는 복수개의 전지셀(101)의 하측에 위치할 수 있다. 즉, 제2흡열체(120b)는 어퍼 플레이트(111)와 복수개의 전지셀(101)의 사이에 위치하고, 열전도 부재(150)는 로어 플레이트(120)와 복수개의 전지셀(101)의 사이에 위치할 수 있다.
히트 싱크(160)는 하우징(110)의 외면에 접촉하며, 하우징(110)을 사이에 두고 열전도 부재(150)를 마주볼 수 있다. 따라서, 복수개의 전지셀(101)에서 발생한 열이 열전도 부재(150) 및 하우징(110)을 통해 히트 싱크(160)로 신속하게 전도될 수 있다.
예를 들어, 열전도 부재(150)는 복수개의 전지셀(101)의 하측에 위치할 수 있고, 히트 싱크(160)는 하우징(110)의 저면에 접촉할 수 있다. 즉, 열전도 부재(150)와 히트 싱크(160)는 로어 플레이트(112)를 사이에 두고 서로 마주볼 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 분해 사시도이고, 도 6는 도 5에 도시된 흡수재에 쿨링액을 흡수시키는 모습이 도시된 개략도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 외관이 도시된 도면이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 제1실시예에 따른 흡열체(120)의 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체(120)는, 앞서 설명한 바와 같이 전지셀(101)에서 발생한 열을 흡수할 수 있다.
좀 더 상세히, 흡열체(120)는, 쿨링액(121)을 흡수하는 흡수재(130)와, 흡수재(130)가 쿨링액(121)을 흡수한 상태로 수용되는 외장재(140)를 포함한다.
쿨링액(121)은 열흡수 능력이 좋은 액체일 수 있다. 바람직하게는, 쿨링액(121)은 물일 수 있다. 물은 비열(1.0 kcal/kg) 및 증발 잠열(539 kcal/kg)을 통한 열흡수 능력이 뛰어나서 냉각 소화에 유리하다. 또한, 물은 기화 팽창률이 대략 1700배로 매우 크므로, 기화된 수증기가 연소면을 덮어 질식 소화가 가능하다.
쿨링액(121)에는 첨가제가 혼합될 수 있다. 상기 첨가제는 쿨링액(121)의 소화 능력을 향상시키는 물질일 수 있다. 첨가제는 한정되지 않으며, 쿨링액(121)의 소화 능력을 향상시킬 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
쿨링액(121)이 물일 경우, 상기 첨가제는 물의 빙점을 낮추는 부동액, 물의 표면 장력을 낮춰 침투 효과를 높이는 침투제, 물의 점도를 높여 물의 유실을 방지하는 증점제, 밀도개선제, 고 비점 유류에 대한 소화 효과를 높이는 유화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 종류의 첨가제들은 주지의 물질들이므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 첨가제는, 가연 물질의 연속적인 연쇄반응이 일어나지 않도록 하는 부촉매제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 염류, 좀 더 상세히는 알칼리 금속염의 탄산칼륨 및 인산암모늄을 포함할 수 있다.
또한, 시판되는 소화제를 첨가제로서 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, Hazard Control Technologies 사의 F-500 Encapsulator Agent(F-500 EA)가 첨가제로 사용될 수 있다.
흡수재(130)는, 쿨링액(120)을 충분히 흡수하기 위해, 높은 흡수성을 갖는 재질을 가질 수 있다. 바람직하게는, 고흡수성 폴리머(Super Absorbent Polymer, SAP) 또는 고흡수성 섬유(Super Absorbent Fiber, SAF)를 포함할 수 있다.
초흡수성 폴리머 및 고흡수성 섬유는, 자체 무게에 비해 수십배 내지 수백배의 용액을 흡수할 수 있다. 이들은, 미세한 기공(pore)이 형성되는 3차원 망상 구조(network structure)를 가지고, 다량의 친수기를 가지므로, 물과 같은 용액에 녹지 않고 다량의 용액을 흡수할 수 있다. 특히, 초흡수성 폴리머는 용액을 흡수하게 되면 기존의 형태에서 벗어나 크게 부풀어 오르며 겔(Gel) 형태로 변화할 수 있다.
외장재(140)는, 쿨링액(121)을 흡수한 흡수재(130)를 수용한 후 밀봉될 수 있다.
예를 들어, 외장재(140)는 라미네이트 시트를 성형하여 제조될 수 있다. 상기 라미네이트 시트는, 일반적인 파우치형 전지 케이스로 성형되는 주지의 구성일 수 있다. 좀 더 상세히, 외장재(140)는, 최외측에 위치한 아우터 폴리머층과, 최내측에 위치한 이너 폴리머층과, 아우터 폴리머층 및 이너 폴리머층의 사이에 위치한 금속층을 포함할 수 있다.
상기 금속층은, 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 쿨링액의 누수를 방지하며 방열성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속층은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 아우터 폴리머층은, 외부와의 마찰 및 충돌로부터 흡열체(120)를 보호할 수 있다. 예를 들어, 아우터 폴리머층은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질로 이루어질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 아우터 폴리머층을 이루는 물질은 필요에 따라 다양하게 채택될 수 있다.
상기 이너 폴리머층은, 외장재(140)의 실링 시 서로 융착되는 층일 수 있다. 이너 폴리머층은 쿨링액과 접촉하므로 내식성을 가지며, 내부를 완전히 밀폐해야 하므로 높은 실링성을 가질 수 있다. 즉, 이너 폴리머층끼리 접착된 실링부는 우수한 열 접착 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 이너 폴리머층은, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 재질로 이루어질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 이너 폴리머층을 이루는 물질은 필요에 따라 다양하게 채택될 수 있다.
한편, 외장재(140)는 제1외장재(141)와 제2외장재(142)를 포함할 수 있다. 제1외장재(141)와 제2외장재(142) 중 적어도 하나에는, 흡수재(130)가 수용되는 오목한 형상의 수용부(144)가 형성될 수 있다.
제1외장재(141)와 제2외장재(142)는 폴딩부(143)로 연결되어 있으며, 폴딩부(143)가 폴딩되면 흡수재(130)는 제1외장재(141)와 제2외장재(142)의 사이에 수용될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1외장재(141)와 제2외장재(142)가 서로 분리되어 별도로 제조되는 것도 가능하다.
제1외장재(141)와 제2외장재(142)가 서로 맞닿는 영역은, 열과 압력에 의해 서로 융착되어 실링될 수 있고, 상기 영역을 실링부(145)로 명명할 수 있다.
실링부(145)는 수용부(144)의 둘레 중 적어도 일부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 수용부(144)의 네 변 중 세 변에는 실링부(145)가 위치할 수 있고, 나머지 한 변에는 폴딩부(143)가 위치할 수 있다. 만일 제1외장재(141)와 제2외장재(142)가 서로 분리되어 별도로 제조되는 경우, 수용부(144)의 네 변에는 실링부(145)가 위치할 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
다만, 외장재(140)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 쿨링액을 흡수한 흡수재(130)(도 6)를 수용할 수 있다면 그 구성은 한정되지 아니한다. 다른 예로, 외장재(140)는 일 단부가 개방된 케이스와, 상기 케이스를 밀폐시키는 캡을 포함할 수도 있다.
한편, 외장재(140)에는, 쿨링액(121)이 기화하여 외장재(140)의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부(147)가 구비될 수 있다. 벤팅부(147)의 구성은 한정되지 않으며, 당업자는 다양한 방식으로 벤팅부(147)를 구현할 수 있다.
예를 들어, 벤팅부(147)는, 쿨링액(121)이 기화하여 외장재(140)의 내압이 증가하면 우선적으로 파단되도록 구성된 약실링부를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 약실링부의 도면 부호를 벤팅부와 동일하게'147'로 표시한다.
상기 약실링부(147)는, 실링부(145) 중 일부가 주변보다 약하게 실링되어 형성될 수 있다.. 좀 더 상세히, 전지셀(101)에서 화재 등이 발생하여 온도가 과도하게 상승하면, 흡열체(120)에서 흡수한 열에 의해 흡수재(130)에 흡수된 쿨링액(121)이 기화하여 외장재(140)의 내압이 증가하게 되고 약실링부(147)가 우선적으로 파단될 수 있다. 이로써, 쿨링액(121)이 기화한 증기가 전지 모듈(100) 내로 신속하게 확산되며 소화 기능을 수행할 수 있다.
더욱 상세히, 외장재(140)의 실링부(145)는 제1실링부(146) 상기 제1실링부(146)보다 낮은 실링 강도를 갖는 제2실링부(147)를 포함할 수 있다. 상기 제2실링부(147)는 약실링부로 명명될 수 있다.
실링부(145)는, 실링툴에 의해 가해지는 열과 압력에 의해, 외장재(140)의 이너 폴리머층끼리 융착되어 형성될 수 있다. 이러한 과정에서, 실링툴의 압력, 온도, 가압 시간 등을 서로 다르게 하여 제1실링부(146)와 제2실링부(147)의 실링 강도를 다르게 형성할 수 있다. 또는, 상기 이너 폴리머층의 폴리머 재결정화 과정을 통해 실링 강도를 서로 다르게 형성할 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 고온에서 실링 강도를 약화시키는 물질을 제2실링부(147)에 삽입하는 것도 가능하다. 좀 더 상세히, 상기 물질은 쿨링액(121)이 기화되는 온도와 동일 또는 유사한 온도에서 용융될 수 있고, 상기 물질이 용융되면 제2실링부(147)의 실링 강도가 취약해져 신속하게 파단이 발생할 수 있다. 상기 물질의 종류는 한정되지 않는다.
제2실링부(147)의 면적은, 제1실링부(146)의 면적보다 좁을 수 있다. 이로써, 실링부(145)의 전체적인 실링 강도는 높게 유지될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 벤팅부(147)의 구성이 약실링부로 한정되는 것은 아니며, 다른 방식으로 구현되는 것도 가능하다. 예를 들어, 벤팅부(147)는, 외장재(140)의 내압에 따라 기구적으로 개폐되는 벤팅 밸브를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 벤팅 벨브는, 통로가 형성된 시트와, 상기 통로를 개폐하는 밸브체와, 상기 통로를 막는 방향으로 상기 밸브체에 힘을 가하는 탄성 부재를 포함할 수 있다. 벤팅 밸브는 주지의 구성이므로 당업자는 그 구성 및 작용을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
이하, 흡열체(120)의 작용에 대해 설명한다.
흡열체(120)는, 전지셀(101)의 충방전시 발생하는 열을 흡수하여 전지셀(101)의 온도를 낮게 유지시킬 수 있다. 특히, 흡열체(120) 내의 쿨링액(121)은 높은 열흡수 능력을 가지므로, 높은 방열 효과를 얻을 수 있다.
전지셀(101)에서 열폭주나 화재 등과 같은 안전성 문제가 발생한 경우, 고열에 의해 흡열체(120) 내의 쿨링액(121)이 증기로 기화할 수 있고, 외장재(140)의 벤팅부(147)를 통해 전지 모듈(100) 내로 배출될 수 있다. 상기 증기에는 소화 능력을 향상시키는 첨가제가 혼합되어 있으므로, 전지셀(101)에서 발생하는 가연성 가스의 온도를 낮추고, 전지셀(101)에서 발생하는 고체 방출 입자(예를 들어, 스파크)을 제거하여 화염의 발생 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
한편, 외장재(140)에 구비된 벤팅부(147)는, 하우징(110)에 형성된 벤팅홀(111a)(도 1 참조)의 관통 방향에 대해, 상기 벤팅홀(111a)과 논오버랩될 수 있다. 좀 더 상세히, 하우징(110)의 상면에는 적어도 하나의 벤팅홀(111a)이 형성될 수 있고, 벤팅부(147)는 수직 방향에 대해 상기 벤팅홀(111a)과 논 오버랩될 수 있다.
이로써, 벤팅부(147)로부터 배출된 기화된 쿨링액이 하우징(110)의 벤팅홀(111a)로 빠져나가는 것을 지연시키고, 전지 모듈(100) 내에 머무르며 소화 작용을 지속적이고 신뢰성있게 수행할 수 있다.
도 8는 본 발명의 제1실시예에 따른 흡열체의 제조 방법의 순서도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 원용한다.
상기 흡열체(120)의 제조 방법은, 쿨링액(121)을 흡수재(130)에 흡수시키는 단계(S20), 흡수재(130)를 외장재(140)에 수용하는 단계(S30) 및 외장재(140)를 실링하는 단계(S40)를 포함할 수 있다. 상기 제조 방법은, 쿨링액(121)을 준비하는 단계(S10)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 쿨링액(121)을 준비하는 단계(S10) 시, 물에 첨가제를 혼합하여 쿨링액(121)을 제조할 수 있다.
쿨링액(121)을 흡수재(130)에 흡수시키는 단계(S20)와 흡수재(130)를 외장재(140)에 수용하는 단계(S30)는 순차적으로 이루어질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 흡수재(130)를 외장재(140), 좀 더 상세히는 수용부(144)에 수용한 상태에서 흡수재(130)에 쿨링액(121)을 흡수시키는 것도 가능할 것이다.
외장재(140)를 실링하는 단계(S40) 시, 실링 툴로 외장재(140), 좀 더 상세히는 제1외장재(141)와 제2외장재(142)가 서로 맞닿는 영역에 열과 압력을 가하여 실링부(145)를 형성할 수 있다.
좀 더 상세히, 외장재(140)를 실링하는 단계(S40)는, 제1실링부(146)를 형성하는 과정 및 제1실링부(146)보다 낮은 실링 강도를 갖는 제2실링부(147)를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1실링부(146)를 형성하는 과정과 제2실링부(147)를 형성하는 과정은, 실링툴의 압력, 온도, 가압 시간 등을 서로 다를 수 있다. 또는, 제2실링부(147)를 형성하는 과정 시, 고온에서 실링 강도를 약화시키는 물질을 제2실링부(147)가 될 부분에 삽입할 수 있다.
또는, 외장재(140)를 실링하는 단계(S40) 시에, 제1외장재(141)와 제2외장재(142)의 사이에 벤팅 밸브를 함께 실링할 수 있다. 이 경우, 상기 벤팅 벨브는 실링부(145)에 고정될 수 있으며, 벤팅부(147)로 작용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다. 도 9에 도시된 흡열체(120)는 앞서 설명한 제1흡열체(120a)이다.
제2실시예에 따른 전지 모듈(100)에 있어서, 흡열체(120)의 외장재(140)에서 벤팅부(147)가 구비된 변은, 전지셀(101)에서 전극 리드(102)가 돌출된 변과 대응될 수 있다.
일례로 도 9에 도시된 바와 같이, 전극 리드(102)는 전지셀(101)의 양 단변(101a)에서 돌출될 수 있다. 이 경우, 벤팅부(147)는 흡열체(120)의 외장재(140)의 양 단변에 구비될 수 있다.
이로써, 전지셀(101)의 전극 리드(102)의 주변 부분으로 배출된 가연성 가스가, 벤팅부(147)로 배출되는 기화된 쿨링액에 의해 신속하게 소화될 수 있다.
전지셀(101)의 비정상 동작 등에 의한 이상 고온이나 열폭주가 발생할 경우, 전지셀(101)에서 상대적으로 밀봉력이 취약한 전극 리드(102)의 주변 부분의 실링이 파괴되고, 가연성 가스가 급격하게 배출될 수 있다. 흡열체(120)의 벤팅부(147)가 전지셀(101)에서 가연성 가스가 배출되는 지점, 즉 전극 리드(102)의 주변 부분과 근접하게 위치하므로, 상기 가연성 가스에 대한 소화 기능이 향상될 수 있다.
또한, 제2실시예에 따른 전지 모듈(100)에 있어서, 흡열체(120)의 벤팅부(147)는 전지셀(101)의 전극 리드(102)를 향할 수 있다. 좀 더 상세히, 흡열체(120)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 적층 방향(Y축과 나란한 방향) 또는 전폭 방향(Z축과 나란한 방향)에 대해, 전지셀(101)의 전극 리드(102)를 향할 수 있다. 전극 리드(102)는, 전지셀(101)에서 돌출된 부분뿐만 아니라, 전지셀(101) 내부에 위치한 부분까지 포함할 수 있다.
더욱 상세히, 제1흡열체(120a)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 적층 방향(Y축과 나란한 방향)에 대해 전지셀(101)의 전극 리드(102)를 향할 수 있다. 도 9에 도시되어 있지는 않으나, 제2흡열체(120b)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 전폭 방향(Z축과 나란한 방향)에 대해 전지셀(101)의 전극 리드(102)를 향할 수 있다.
이로써, 전지셀(101)의 전극 리드(102)의 주변 부분으로 배출된 화염 및/또는 가스가, 벤팅부(147)로 배출되는 기화된 쿨링액에 의해 신속하게 소화될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다. 도 10에 도시된 흡열체(120)는 앞서 설명한 제1흡열체(120a)이다.
전지셀(101)에는, 전지셀(101)의 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤팅부(103)가 구비될 수 있다. 전지셀(101)의 내압이 상승하면, 전지셀(101) 내의 가스는 가스 벤팅부(103)을 통해 배출될 수 있다.
도 10에는 가스 벤팅부(103)가 전지셀(101)의 장변(101b)에 구비된 모습이 개시되어 있다. 그러나 가스 벤팅부(103)의 위치는 한정되지 않으며, 가스 벤팅부(103)가 전지셀(101)의 단변(101a)에 구비되는 것도 가능함은 물론이다.
가스 벤팅부(103)의 구성은 한정되지 않으며, 당업자는 다양한 방식으로 가스 벤팅부(103)를 구현할 수 있다.
일례로, 가스 벤팅부(103)는, 전지셀(101)의 내압이 증가하면 우선적으로 파단되도록 구성된 약실링부를 포함할 수 있다. 상기 약실링부는, 파우치의 실링부 중 일부가 주변보다 약하게 실링되어 형성될 수 있다.
가스 벤팅부(103)의 구성이 약실링부로 한정되는 것은 아니며, 다른 방식으로 구현되는 것도 가능하다. 다른 예로, 가스 벤팅부(103)는, 전지셀(101)의 내압에 따라 기구적으로 개폐되는 벤팅 밸브를 포함할 수 있다. 또다른 예로, 가스 벤팅부(103)는, 가스가 투과되는 투과 부재를 포함할 수 있다. 상기 투과 부재는, 올리핀계 고분자나, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등의 불소계 고분자 재질을 가질 수 있다.
제3실시예에 따른 전지 모듈(100)에 있어서, 흡열체(120)의 외장재(140)에서 벤팅부(147)가 구비된 변은, 전지셀(101)에서 가스 벤팅부(103)가 구비된 변과 대응될 수 있다.
일례로 도 10에 도시된 바와 같이, 가스 벤팅부(103)는 전지셀(101)의 장변(101b)에 구비될 수 있다. 이 경우, 벤팅부(147)는 흡열체(120)의 외장재(140)의 장변에 구비될 수 있다.
이로써, 전지셀(101)의 가스 벤팅부(103)로 배출된 가연성 가스가, 흡열체(120)의 벤팅부(147)로 배출되는 기화된 쿨링액에 의해 신속하게 소화될 수 있다.
전지셀(101)의 비정상 동작 등에 의한 이상 고온이나 열폭주가 발생할 경우, 전지셀(101)의 내압이 상승하고 가연성 가스가 가스 벤팅부(103)로 급격하게 배출될 수 있다. 흡열체(120)의 벤팅부(147)가 전지셀(101)에서 가연성 가스가 배출되는 지점, 즉 가스 벤팅부(103)와 근접하게 위치하므로, 상기 가연성 가스에 대한 소화 기능이 향상될 수 있다.
또한, 제3실시예에 따른 전지 모듈(100)에 있어서, 흡열체(120)의 벤팅부(147)는 전지셀(101)의 가스 벤팅부(103)를 향할 수 있다. 좀 더 상세히, 흡열체(120)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 적층 방향(Y축과 나란한 방향) 또는 전폭 방향(Z축과 나란한 방향)에 대해, 전지셀(101)의 가스 벤팅부(103)를 향할 수 있다.
더욱 상세히, 제1흡열체(120a)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 적층 방향(Y축과 나란한 방향)에 대해 전지셀(101)의 가스 벤팅부(103)를 향할 수 있다. 도 10에 도시되어 있지는 않으나, 제2흡열체(120b)의 벤팅부(147)는, 전지셀(101)의 전폭 방향(Z축과 나란한 방향)에 대해 전지셀(101)의 가스 벤팅부(103)를 향할 수 있다.
이로써, 전지셀(101)의 전극 리드(102)의 주변 부분으로 배출된 화염 및/또는 가스가, 벤팅부(147)로 배출되는 기화된 쿨링액에 의해 신속하게 소화될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 흡열체와 전지셀의 배열이 도시된 개략도이다. 도 11에 도시된 흡열체(120')는 앞서 설명한 제1흡열체(120a)이다.
본 실시예에 따른 흡열체(120')는, 쿨링액을 흡수한 흡수재(130)(도 6)를 수용하는 외장재(140')와, 쿨링액(121)이 기화하여 외장재(140)의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부(149)를 포함할 수 있다.
벤팅부(149)의 구성은 한정되지 않으며, 당업자는 다양한 방식으로 벤팅부(149)를 구현할 수 있다. 일례로, 외장재(140')에는 개구가 형성되고, 상기 개구를 덮는 커버가 외장재(140')에 실링되어 벤팅부(149)를 이룰 수 있다. 이 경우, 외장재(140')의 내압이 일정 수준을 넘어가면 상기 커버와 외장재(140') 간 실링이 파괴되어 기화된 쿨링액이 상기 개구로 배출될 수 있다.
외장재(140')에는 한 쌍의 벤팅부(149)가 구비될 수 있다. 한 쌍의 벤팅부(149)는 서로 다른 전지셀(101)을 향할 수 있다.
좀 더 상세히, 한 쌍의 벤팅부(149)는 외장재(140')의 양 면에 구비될 수 있다. 더욱 상세히, 한 쌍의 벤팅부(149) 중 일 벤팅부(149)는 외장재(140')의 일 면에 구비되고 일 전지셀(101)을 향할 수 있다. 또한, 한 쌍의 벤팅부(149) 중 타 벤팅부(149)는 외장재(140')의 타 면에 구비될 수 있다. 상기 일 벤팅부를 제1벤팅부로, 상기 타 벤팅부를 제2벤팅부로 명명할 수 있다.
흡열체(120') 내의 내압이 상승할 경우, 한 쌍의 벤팅부(149) 중 화염이 발생하거나 가연성 가스가 배출되는 이상 전지셀(101) 쪽을 향하는 벤팅부(149)가 먼저 개방될 수 있다. 즉, 벤팅부(149)는 고온에 의해 개방이 촉진되도록 구성됨이 바람직하다. 예를 들어, 외장재(140')에 형성된 개구를 덮는 커버와 외장재(140')의 사이에, 고온에서 실링 강도를 약화시키는 물질을 삽입한 상태로 실링할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
이로써, 화염이 발생하거나 가연성 가스가 배출되는 전지셀(101) 쪽을 향하는 벤팅부(149)로부터 기화된 쿨링액이 배출될 수 있고, 소화 작용이 더욱 신속하게 이뤄질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전지 모듈 101: 전지셀
110: 하우징 120: 흡열체
121: 쿨링액 130: 흡수재
140: 외장재 150: 열전달 부재
160: 히트 싱크

Claims (20)

  1. 전지셀에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열체에 있어서,
    쿨링액을 흡수하는 흡수재; 및
    상기 흡수재가 상기 쿨링액을 흡수한 상태로 수용되는 외장재를 포함하는 흡열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링액은 첨가제가 혼합된 물이고,
    상기 첨가제는, 상기 쿨링액의 소화 능력을 향상시키는 물질인 흡열체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수재는, 고흡수성 폴리머 또는 고흡수성 섬유를 포함하는 흡열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장재에는,
    상기 쿨링액이 기화하여 상기 외장재의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부가 구비된 흡열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장재는,
    상기 흡수재을 수용하는 수용부; 및
    상기 수용부의 둘레 중 적어도 일부에 위치한 실링부를 포함하고,
    상기 실링부는,
    제1실링부; 및
    상기 제1실링부보다 낮은 실링 강도를 갖는 제2실링부를 포함하는 흡열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2실링부의 면적은, 상기 제1실링부의 면적보다 좁은 흡열체.
  7. 하우징;
    상기 하우징에 수용된 복수개의 전지셀; 및
    상기 하우징에 수용되며 상기 전지셀과 접촉하는 적어도 하나의 흡열체를 포함하고,
    상기 흡열체는,
    쿨링액을 흡수하는 흡수재; 및
    상기 흡수재가 상기 쿨링액을 흡수한 상태로 수용되는 외장재를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡열체는, 상기 복수개의 전지셀의 사이에 배치된 전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 흡열체는,
    제1두께를 갖는 일 흡열체; 및
    상기 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 가지며 상기 일 흡열체보다 내측에 위치한 타 흡열체를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수개의 전지셀 및 상기 흡열체와 접촉하는 열전도 부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡열체는, 상기 복수개의 전지셀과 상기 하우징의 내면 사이에 배치된 전지 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수개의 전지셀과 접촉하며 상기 복수개의 전지셀을 사이에 두고 상기 흡열체의 반대편에 배치된 열전도 부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  13. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 하우징의 외면에 접촉하며 상기 하우징을 사이에 두고 상기 열전도 부재를 마주보는 히트 싱크를 더 포함하는 전지 모듈.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 외장재에는,
    상기 쿨링액이 기화하여 상기 외장재의 내압이 증가하면 기화된 쿨링액이 배출되도록 구성된 벤팅부가 구비되는 전지 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외장재에서 상기 벤팅부가 구비된 변은, 상기 전지셀에서 전극 리드가 돌출된 변과 대응되는 전지 모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 벤팅부는, 상기 전지셀의 적층 방향 또는 전폭 방향에 대해, 상기 전지셀의 전극 리드를 향하는 전지 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 전지셀에는, 상기 전지셀의 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤팅부가 구비되고,
    상기 외장재에서 상기 벤팅부가 구비된 변은, 상기 전지셀에서 상기 가스 벤팅부가 구비된 변과 대응되는 전지 모듈.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 전지셀에는, 상기 전지셀의 내부 가스가 배출되도록 구성된 가스 벤팅부가 구비되고,
    상기 벤팅부는, 상기 복수개의 전지셀의 적층 방향 또는 전폭 방향에 대해 상기 전지셀의 상기 가스 벤팅부를 향하는 전지 모듈.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징에는 적어도 하나의 벤팅홀이 형성되고,
    상기 벤팅홀의 관통 방향에 대해, 상기 벤팅부는 상기 벤팅홀과 논오버랩되는 전지 모듈.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 벤팅부는, 서로 다른 전지셀을 향하는 한 쌍이 구비되는 전지 모듈.
KR1020230035225A 2022-03-18 2023-03-17 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈 KR20230136565A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2023/003609 WO2023177266A1 (ko) 2022-03-18 2023-03-17 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220034316 2022-03-18
KR1020220034316 2022-03-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230136565A true KR20230136565A (ko) 2023-09-26

Family

ID=88191319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230035225A KR20230136565A (ko) 2022-03-18 2023-03-17 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230136565A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220132353A (ko) 냉각수를 활용한 배터리 셀의 열확산 방지 구조를 갖춘 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
US20130040173A1 (en) Battery pack
JP2013131428A (ja) 冷却部付き電池
KR20120139970A (ko) 안전장치가 구비된 배터리
KR20220070835A (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR20220070834A (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR20220035770A (ko) 배터리 모듈들 간의 열확산 방지구조를 적용한 배터리 팩
JP7531968B2 (ja) 熱拡散抑制構造を有する電池パック
KR20220070837A (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR20230136565A (ko) 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20230099637A (ko) 안전성이 향상된 전지 팩
JP7558615B2 (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
JP7558614B2 (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
JP2023525010A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
KR20220168911A (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2023177266A1 (ko) 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈
US20240250345A1 (en) Prismatic secondary battery
KR102693507B1 (ko) 이차전지용 리드 필름 및 이를 구비하는 이차전지
US20240234874A1 (en) Prismatic secondary battery with built-in heat absorber
CN220753571U (zh) 设置有隔热垫的电池模块及包括该电池模块的电池组
JP7531973B2 (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
US20240258614A1 (en) Battery pack
KR20230154343A (ko) 냉각성능이 강화된 배터리 팩
KR20230148731A (ko) 배터리 팩
CN117296188A (zh) 电池组