KR20240051012A - Battery module, battery pack and energy storage system including the same - Google Patents
Battery module, battery pack and energy storage system including the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240051012A KR20240051012A KR1020230060685A KR20230060685A KR20240051012A KR 20240051012 A KR20240051012 A KR 20240051012A KR 1020230060685 A KR1020230060685 A KR 1020230060685A KR 20230060685 A KR20230060685 A KR 20230060685A KR 20240051012 A KR20240051012 A KR 20240051012A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cell stack
- battery
- module
- battery module
- module housing
- Prior art date
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 21
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 9
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 35
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 7
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 6
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 6
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001335 Galvanized steel Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000008397 galvanized steel Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
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
- H01M50/20—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
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/105—Pouches or flexible bags
-
- 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
- H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings 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
- H01M50/204—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
- H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
-
- 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
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
-
- 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)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
본 발명의 배터리 모듈은 전극 조립체가 수용된 수용부, 상기 수용부 주위에 길이 방향을 따르는 제1 에지부 및 제2 에지부와, 폭 방향을 따르는 제3 에지부 및 제4 에지부를 구비하는 복수개의 배터리 셀이, 상기 수용부가 대면하여 상하 방향으로 적층되어 형성되는 셀 적층체를 포함하고, 상기 배터리 셀은 상기 제1 에지부에 리실링부를 포함하고, 상기 제2 에지부는 실링부 또는 미실링부를 포함하며, 상기 셀 적층체의 양 측면에 상기 상하 방향을 따라 상기 제1 에지부와 제2 에지부가 번갈아 위치하고 있는 것이다. The battery module of the present invention includes a receiving portion in which an electrode assembly is accommodated, a plurality of first and second edge portions along the longitudinal direction around the accommodating portion, and third edge portions and fourth edge portions along the width direction. The battery cell includes a cell stack formed by stacking the receiving portion in an upward and downward direction, wherein the battery cell includes a resealing portion on the first edge portion, and the second edge portion includes a sealing portion or an unsealed portion. Included, the first edge portion and the second edge portion are alternately positioned along the vertical direction on both sides of the cell stack.
Description
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발화 방지 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 ESS에 관한 것이다. The present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and an Energy Storage System (ESS), and more specifically, to an ignition-proof battery module, a battery pack including the same, and an ESS.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, ESS 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.As technology development and demand for various mobile devices, electric vehicles, ESS, etc. increase significantly, interest in and demand for secondary batteries as an energy source are rapidly increasing. Conventionally, nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries were widely used as secondary batteries, but recently, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, allowing for free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density. Batteries are widely used.
리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.Lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates each coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
일반적으로 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.In general, secondary batteries can be classified into can-type batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
최근에는 전기 자동차나 ESS와 같은 중대형 장치에 구동용이나 ESS용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 배터리 팩은 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은 모듈 하우징의 내부에 복수개의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 배터리 팩의 경우, 복수개의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 하우징 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다. 특히, 파우치형 배터리 셀의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다.Recently, battery packs are widely used for driving or ESS in medium to large-sized devices such as electric vehicles or ESS. The battery pack includes one or more battery modules inside the pack case and a control unit that controls charging and discharging of the battery pack. Here, the battery module is configured to include a plurality of battery cells inside the module housing. That is, in the case of a battery pack, a plurality of battery cells (secondary batteries) are stored inside a module housing to form each battery module, and one or more of these battery modules are stored inside a pack case to form a battery pack. In particular, pouch-type battery cells have advantages in many aspects, such as light weight and small dead space when stacked, but they are vulnerable to external shocks and have somewhat poor assembly properties. Therefore, it is common to manufacture a battery pack by first modularizing a plurality of battery cells and then storing them inside a pack case.
파우치형 배터리 셀은 우수한 전기적 특성을 가지고 있지만, 과충전, 과방전, 고온 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지의 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해 반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고, 이로 인해 이차 전지가 팽창하는 이른바 스웰링(swelling) 현상이 일어나는 문제점이 있다. 스웰링 현상은 이러한 분해반응을 가속화시켜 열폭주(thermal runaway) 현상에 의한 배터리 셀의 폭발 및 발화를 초래하기도 한다.Pouch-type battery cells have excellent electrical characteristics, but under abnormal operating conditions such as overcharging, overdischarging, exposure to high temperatures, and electrical short circuits, decomposition reactions of the battery's components, such as active materials and electrolytes, are triggered, generating heat and gas. There is a problem in which the so-called swelling phenomenon, in which the secondary battery expands, occurs. The swelling phenomenon accelerates this decomposition reaction, resulting in explosion and ignition of the battery cell due to thermal runaway phenomenon.
즉, 배터리 셀의 열폭주 시에는 실링이 약한 부분으로 섬광처럼 튀어나오는 화염인 플레어(flare), 내부 전극의 탈리와 알루미늄 집전체의 용융에 의해 방출되는 고열을 갖는 입자인 스파크(spark), 그리고 고온의 벤트 가스(vent gas)가 발생하게 된다. 특히 이들은 해당 위치에만 머무르는 것이 아니라 인근에 위치하는 배터리 셀을 포함하여 주변의 모듈까지 이동하기 때문에 큰 사고로 이어질 가능성이 크다.That is, in the event of a thermal runaway of a battery cell, there is a flare, which is a flame that comes out like a flash through a weak seal, and a spark, which is a particle with high heat released by the detachment of the internal electrode and melting of the aluminum current collector, and High temperature vent gas is generated. In particular, they are highly likely to lead to a serious accident because they do not just stay in that location but also move to surrounding modules, including battery cells located nearby.
기존의 배터리 발화 억제 분야에서 배터리 셀의 디렉셔널 벤팅(directional venting), 화염 방향성에 대해서는 없다고 취급하여 스파크와 화염을 물리적 격벽 등으로 차단하는 기술이 지배적이었다. 또한 이를 통해 배터리 발화를 해결하는데 열원의 배치를 조절하지 않고 차단 방식만 바꾸는 것은 에너지 밀도가 높아지는 경우에 열 전이(thermal propagation) 해결에 있어서 한계에 도달하게 되었다.In the existing battery ignition suppression field, directional venting of battery cells and flame directionality were treated as non-existent, and technologies that blocked sparks and flames with physical partitions, etc. were dominant. Additionally, in solving battery ignition, changing only the blocking method without adjusting the arrangement of the heat source has reached its limit in solving thermal propagation when the energy density increases.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배터리 화재, 특히 자연 발화(auto ignition)를 동반하는 폭발성 화재를 막을 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다. The present invention was created in consideration of the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a battery module that can prevent battery fires, especially explosive fires accompanied by auto ignition.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 발화 방지 배터리 모듈을 포함함으로써 안전성이 증대된 배터리 팩과 ESS를 제공하는 것이다. Another problem that the present invention seeks to solve is to provide a battery pack and ESS with increased safety by including such an ignition-prevention battery module.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 배터리 모듈은 전극 조립체가 수용된 수용부, 상기 수용부 주위에 길이 방향을 따르는 제1 에지부 및 제2 에지부와, 폭 방향을 따르는 제3 에지부 및 제4 에지부를 구비하는 복수개의 배터리 셀이, 상기 수용부가 대면하여 상하 방향으로 적층되어 형성되는 셀 적층체를 포함하고, 상기 배터리 셀은 상기 제1 에지부에 리실링부를 포함하고, 상기 제2 에지부는 실링부 또는 미실링부를 포함하며, 상기 셀 적층체의 양 측면에 상기 상하 방향을 따라 상기 제1 에지부와 제2 에지부가 번갈아 위치하고 있는 것이다.The battery module of the present invention for solving the above problems includes an accommodating portion in which the electrode assembly is accommodated, a first edge portion and a second edge portion along the longitudinal direction around the accommodating portion, and a third edge portion and a fourth edge portion along the width direction. A plurality of battery cells having an edge portion include a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells in an upward and downward direction while facing the receiving portion, wherein the battery cell includes a resealing portion at the first edge portion, and the second edge portion It includes a sealed portion or an unsealed portion, and the first edge portion and the second edge portion are alternately positioned along the vertical direction on both sides of the cell stack.
본 발명의 일 예에 따른 배터리 모듈은 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하고, 상기 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체는 이격되어 공간부를 형성하는 것일 수 있다. The battery module according to an example of the present invention further includes a module housing for accommodating the cell stack, the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack, and the side plates and the cell stack may be spaced apart to form a space.
상기 모듈 하우징과 상기 셀 적층체의 측면 사이에 PC(polycarbonate) 시트와 마이카(mica) 시트를 더 포함할 수 있다. A polycarbonate (PC) sheet and a mica sheet may be further included between the module housing and a side of the cell stack.
상기 복수개의 배터리 셀 중 대략 절반의 제1 에지부는 상기 사이드 플레이트 중 어느 하나를 바라보고, 상기 복수개의 배터리 셀 중 나머지의 제1 에지부는 상기 사이드 플레이트 중 다른 하나를 바라볼 수 있다.The first edge portion of approximately half of the plurality of battery cells may face one of the side plates, and the first edge portion of the remainder of the plurality of battery cells may face the other one of the side plates.
본 발명의 다른 예에 따른 배터리 모듈은 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며, 상기 탑 플레이트의 두께보다 상기 사이드 플레이트의 두께가 더 두꺼운 것일 수 있다.A battery module according to another example of the present invention further includes a module housing for accommodating the cell stack, wherein the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and an upper part of the cell stack. It includes a top plate that covers, and the thickness of the side plate may be thicker than the thickness of the top plate.
본 발명의 또 다른 예에 따른 배터리 모듈은 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며, 상기 탑 플레이트의 비열보다 상기 사이드 플레이트의 비열이 더 높은 소재로 이루어져 있는 것일 수 있다.A battery module according to another example of the present invention further includes a module housing for accommodating the cell stack, wherein the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and the cell stack. It includes a top plate that covers the upper part, and may be made of a material whose specific heat of the side plate is higher than that of the top plate.
본 발명의 또 다른 예에 따른 배터리 모듈은 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하며, 상기 사이드 플레이트의 외측으로 방열 핀이 형성되어 있는 것일 수 있다. A battery module according to another example of the present invention further includes a module housing for accommodating the cell stack, wherein the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack, and the side plates Heat dissipation fins may be formed on the outside of the plate.
본 발명의 또 다른 예에 따른 배터리 모듈은 상기 모듈 하우징과 상기 셀 적층체의 측면 사이에 써멀 스프레더(thermal spreader)를 더 포함할 수 있다.A battery module according to another example of the present invention may further include a thermal spreader between the module housing and a side surface of the cell stack.
본 발명의 배터리 모듈은 상기 셀 적층체의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에 위치하는 완충 패드를 더 포함할 수 있다.The battery module of the present invention may further include a shock absorbing pad located at least one of the upper and lower portions of the cell stack.
본 발명의 배터리 모듈은 상기 셀 적층체의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에 위치하는 절연 플레이트를 더 포함할 수도 있다.The battery module of the present invention may further include an insulating plate located on one or more of the upper and lower portions of the cell stack.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체를 지지하는 베이스 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 더 포함하며, 상기 베이스 플레이트는 상기 사이드 플레이트의 하측 단부를 바깥쪽에서 감싸 고정할 수 있는 U 프레임 구조일 수 있다.The module housing further includes a base plate supporting the cell stack and a top plate covering the top of the cell stack, and the base plate is a U frame that can wrap and secure the lower end of the side plate from the outside. It could be a structure.
여기서, 상기 탑 플레이트와 상기 사이드 플레이트가 서로 연결되어 U 프레임 구조를 이룰 수 있다.Here, the top plate and the side plate may be connected to each other to form a U frame structure.
본 발명의 배터리 모듈은 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며, 상기 모듈 하우징은 상기 길이 방향으로 모듈 개방부가 형성되고, 상기 모듈 하우징은 상기 모듈 개방부를 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 더 포함할 수 있다.The battery module of the present invention further includes a module housing for accommodating the cell stack, wherein the module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top covering the top of the cell stack. It includes a plate, and the module housing has a module opening formed in the longitudinal direction, and the module housing may further include a bus bar frame assembly covering the module opening.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트는 상기 길이 방향 일측 단부가 상기 셀 적층체를 향하도록 절곡되어 형성된 한 쌍의 스파크 방향 전환부를 구비할 수 있다.In the present invention, the pair of side plates may include a pair of spark direction change portions formed by bending one end in the longitudinal direction toward the cell stack.
여기서, 상기 모듈 하우징은 상기 한 쌍의 스파크 방향 전환부 사이를 연결하며, 그 중심부가 비어 있는 형태를 갖는 체결 프레임을 더 포함할 수 있다.Here, the module housing connects the pair of spark direction change parts and may further include a fastening frame whose center is hollow.
또한, 상기 배터리 셀은 상기 제3 에지부 및 제4 에지부에 전극 리드를 포함하고, 상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 더 포함하며, 상기 모듈 하우징은 상기 길이 방향으로 모듈 개방부가 형성되고, 상기 모듈 하우징은 상기 모듈 개방부를 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 더 포함하며, 상기 버스바 프레임 어셈블리는 상기 스파크 방향 전환부 및 체결 프레임에 밀착될 수 있다. In addition, the battery cell includes electrode leads at the third edge portion and the fourth edge portion, the module housing further includes a top plate covering an upper portion of the cell stack, and the module housing extends in the longitudinal direction. A module opening is formed, and the module housing further includes a bus bar frame assembly that covers the module opening, and the bus bar frame assembly may be in close contact with the spark direction change portion and the fastening frame.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공한다. In order to solve the above other problems, the present invention provides a battery pack including such a battery module.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩을 포함하는 ESS도 제공한다. In addition, the present invention also provides an ESS including such a battery module or battery pack.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈, 배터리 팩 등을 만들기 위해 배터리 셀 적층시 리실링부를 지그재그로 적층하여 리실링부가 한 쪽 방향으로만 쏠리지 않게 한다. 지그재그 적층은 실링부를 셀 적층체의 양 측면, 즉 양 방향 배치하게 한다. 비교적 실링이 취약한 리실링부가 열리면서 양방향 디렉셔널 벤팅이 되거나 열에너지 분산을 할 수 있다. 이를 통해 다량의 스파크와 배터리 셀 열 폭주로부터 분출되는 고온 고압의 플레어가 분산되어 압력을 낮추고 배터리 모듈이나 배터리 팩 외벽이 500℃ 이하가 되게 하여, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생되는 자연 발화 및 폭발을 차단시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, when stacking battery cells to make a battery module, battery pack, etc., the resealing parts are stacked in a zigzag manner to prevent the resealing parts from being tilted in only one direction. Zigzag stacking allows sealing parts to be placed on both sides of the cell stack, that is, in both directions. The re-sealing part, which is relatively weak in sealing, is opened to enable two-way directional venting or heat energy dispersion. Through this, a large amount of sparks and high-temperature, high-pressure flares emitted from battery cell thermal runaway are dispersed, lowering the pressure, and keeping the outer wall of the battery module or battery pack below 500°C, causing spontaneous combustion that occurs when it meets hydrogen and oxygen in the surrounding vent gas. and explosion can be prevented.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 모듈 하우징을 개선함으로써 리실링부를 통한 벤트 가스 배출이 있더라도 모듈 하우징 중 사이드 플레이트의 온도를 500℃ 이하가 되게 관리할 수 있다. 그러므로, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생되는 자연 발화를 효과적으로 방지할 수 있다. According to another aspect of the present invention, by improving the module housing, the temperature of the side plate of the module housing can be managed to be below 500°C even if vent gas is discharged through the resealing portion. Therefore, it is possible to effectively prevent spontaneous combustion that occurs when it meets hydrogen and oxygen of the surrounding vent gas.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 모듈 하우징을 개선함으로써 배터리 셀의 열폭주 시 발생하는 플레어와 스파크 등의 이동을 차단하여 화재가 발생하지 않도록 하거나, 인근에 위치하는 배터리 모듈로 화염이 이동하는 것을 방지할 수 있다. According to another aspect of the present invention, by improving the module housing, the movement of flares and sparks that occur during thermal runaway of battery cells is blocked to prevent fires from occurring, or to prevent flames from moving to battery modules located nearby. It can be prevented.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 5는 셀 적층체의 다른 예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 비교예에 따른 셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 도 3에 도시한 배터리 모듈의 변형예에 따른 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시한 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 13은 도 11의 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 분해 사시도이다.
도 14는 도 11의 배터리 모듈의 후방측에 위치하는 일부 부품의 분해 사시도이다.
도 15는 도 11의 배터리 모듈의 전방측에 위치하는 일부 부품의 분해 사시도이다.
도 16은 도 11의 배터리 모듈의 부분 절개 사시도다.
도 17은 도 11의 배터리 모듈에서 길이 방향에 평행한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 ESS의 개략도이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later, so the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a perspective view of a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exploded perspective view of the cell stack included in the battery module of Figure 3.
Figure 5 is an exploded perspective view showing another example of a cell stack.
Figure 6 is an exploded perspective view of a cell stack according to a comparative example.
FIGS. 7 to 10 are diagrams according to a modified example of the battery module shown in FIG. 3.
Figure 11 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an exploded perspective view of the battery module shown in FIG. 11.
FIG. 13 is an exploded perspective view of the cell stack included in the battery module of FIG. 11.
FIG. 14 is an exploded perspective view of some components located on the rear side of the battery module of FIG. 11.
FIG. 15 is an exploded perspective view of some components located on the front side of the battery module of FIG. 11.
FIG. 16 is a partially cut away perspective view of the battery module of FIG. 11.
FIG. 17 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the battery module of FIG. 11.
18 is a schematic diagram of a battery pack including a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 19 is a schematic diagram of an ESS including a battery module according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing the present application, various options that can replace them are available. It should be understood that equivalents and variations may exist.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 사시도이다.1 is a perspective view of a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 배터리 셀(10)은 파우치 외장재(20)와 전극 조립체(미도시)를 포함하고, 파우치 외장재(20) 외측으로 한 쌍의 전극 리드(30)가 돌출되어 있다. 그리고, 배터리 셀(10)은 실링부(40)와 리실링부(50)를 포함하고 있다. 이와 같이, 배터리 셀(10)은 파우치형 배터리 셀이다. Referring to FIG. 1, the
여기서, 전극 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 배터리 셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.Here, the electrode assembly is a jelly-roll type assembly composed of a long sheet-shaped anode and cathode with a separator interposed between them and then wound, or a stack-type assembly composed of a rectangular anode and cathode stacked with a separator interposed between them. , a stack-folding type assembly in which unit cells are wound by a long separation film, or a lamination-stack type assembly in which battery cells are stacked with a separator interposed between them and attached to each other, but is not limited thereto.
또한, 전해질은 일반적으로 통용되는 액체전해질 외에도, 고체전해질이나, 고체전해질에 첨가제를 부가하여 액체와 고체 중간형태를 띄는 겔 형태의 준고체전해질로 치환되어도 문제가 없음은 당연하다.In addition, it is natural that, in addition to the commonly used liquid electrolyte, the electrolyte can be replaced with a solid electrolyte or a semi-solid electrolyte in the form of a gel that is in an intermediate form between a liquid and a solid by adding additives to the solid electrolyte.
상기와 같은 전극 조립체는 파우치 외장재(20)에 수용되며, 파우치 외장재(20)는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 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, 폴리에틸렌 아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이 에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.The electrode assembly as described above is accommodated in the
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어 층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.The metal layer in contact with the inner layer serves as a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside, and a lightweight aluminum thin film with excellent formability can be used as a preferred material for this metal layer.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.In addition, an external layer is provided on the other side of the metal layer, and this external layer can be made of a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeation prevention, and air permeation prevention to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly. As an example, nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
한편, 한 쌍의 전극 리드(30)는 양극 리드와 음극 리드로 이루어지며, 전극 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 파우치 외장재(20) 외부로 노출되거나, 탭을 생략하고 전극 조립체와 직접 연결되어도 무방하다. Meanwhile, the pair of electrode leads 30 consists of a positive electrode lead and a negative electrode lead, and the positive and negative electrode tabs of the electrode assembly are each electrically connected and then exposed to the outside of the
배터리 셀(10)은 전극 조립체가 수용된 수용부(R) 및 수용부(R) 주위에 에지부(E1~E4)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(10)은 길이 방향(도면의 X축 방향)을 따르는 제1 에지부(E1) 및 제2 에지부(E2)를 구비하고, 폭 방향(도면의 Y축 방향)을 따르는 제3 에지부(E3) 및 제4 에지부(E4)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 배터리 셀(10)은 4개의 에지부(E1~E4)를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 전극 리드(30)는 제3 에지부(E3) 및 제4 에지부(E4)에 포함되어 있다. 파우치 외장재(20)에서 전극 리드(30)가 돌출되어 있는 양 단부 사이가 배터리 셀(10)의 길이 방향으로 정의될 수 있다. 이와 같이, 전극 리드(30)는 배터리 셀(10)의 길이 방향에 전후방 양단부, 즉 배터리 셀(10)의 전단과 후단에 구비될 수 있다. The
제1 에지부(E1)는 리실링부(50)를 포함한다. 제3 에지부(E3)와 제4 에지부(E4)는 실링부(40)를 포함한다. 4면 실링 방식에 의하는 경우, 제2 에지부(E2)도 실링부(40)를 포함한다. 3면 실링 방식에 의하는 경우, 제2 에지부(E2)만 미실링부를 포함할 수 있다. 여기서, 미실링부는 파우치 외장재가 접혀진 부분을 뜻한다. 도시한 예에서는 4면 실링 방식의 예를 들고 있다. 따라서, 제1 에지부(E1)는 리실링부(50)를 포함하고, 제2 에지부(E2), 제3 에지부(E3) 및 제4 에지부(E4)는 실링부(40)를 포함하고 있다. The first edge portion E1 includes a resealing
실링부(40)는 파우치 외장재(20)가 접합되어 수용부(R)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 리실링부(50)는 배터리 셀(10)의 디개싱(degassing) 공정 후 이루어지는 리실링 작업으로 발생하는 실링부를 말한다. The sealing
배터리 셀을 사용하여 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성함에 있어서, 배터리 모듈 사이즈를 최소화함으로써 디바이스 내에서 배터리 셀이 차지하는 공간을 작게 하여 공간 활용을 증대시키거나, 또는 일정한 배터리 모듈 사이즈에 대하여 실링부가 차지하는 영역을 최소화함으로써 이로 인한 잉여 부분을 전극 조립체의 크기를 증대시킴으로써 이차 전지의 용량 증대를 도모할 수 있다. 후자를 위해, 배터리 셀의 측면에 위치한 실링부를 접어 폴딩부를 형성함으로써 치수 관리하는 경우가 대부분이다. 도시한 예에서는 제1 에지부(E1)의 리실링부(50)와 제2 에지부(E2)의 실링부(40)를 접어두고 있다. 그런데 단지 접어두기만 하면 폴딩부 자체의 스프링백(back) 셀 스웰링 현상에 의해 펼쳐지는 일이 있기 때문에 이를 방지하기 위해 폴딩부를 테이핑할 수 있다. 참조번호 60이 테이핑 부재이다. When constructing a battery module or battery pack using battery cells, the space occupied by the battery cell within the device is reduced by minimizing the battery module size to increase space utilization, or the area occupied by the sealing part for a certain battery module size is increased. By minimizing the resulting surplus portion, it is possible to increase the capacity of the secondary battery by increasing the size of the electrode assembly. For the latter, in most cases, size is controlled by folding the sealing portion located on the side of the battery cell to form a folding portion. In the illustrated example, the resealing
이상 설명한 배터리 셀(10)은 복수개가 Z축 방향을 따라 적층되어 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 배터리 셀(10)이 XY 평면을 따라 납작한 형상을 가지므로, 배터리 셀(10)은 Z축 방향을 따라 조밀하게 적층하기 매우 유리하다. A plurality of the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a battery cell included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
배터리 셀(10)은 이차 전지를 조립하는 공정과 이차 전지를 활성화하는 공정 등을 거쳐서 제조된다. The
파우치 외장재(20)는 전극 조립체가 수용되는 하부 외장재와, 하부 외장재의 상부를 밀봉하는 상부 외장재로 이루어질 수 있다. 4면 실링 방식의 경우 하부 외장재와 상부 외장재는 서로 분리된 2장의 시트이다. 3면 실링 방식의 경우 1장의 시트인 파우치 외장재를 접어 하부 외장재와 상부 외장재로 할 수 있다.The
전극 조립체를 하부 외장재의 수용부(R)에 수용한 다음, 하부 외장재 수용부(R) 주위의 가장자리와 이에 대응되는 상부 외장재의 가장자리를 밀착시키고 밀착된 일부분을 열융착한 후 전해액을 넣고 나머지 부분을 진공 실링하면 이차 전지가 조립된다. 수용부(R)는 상부 외장재에도 형성되어 있을 수 있다. 4면 실링 방식에 의해 4개의 에지부(E1~E4)가 일단 모두 실링부(40)로 되어 있다. After accommodating the electrode assembly in the receiving portion (R) of the lower exterior material, the edge around the lower exterior material receiving portion (R) and the corresponding edge of the upper exterior material are brought into close contact, the closely adhered portion is heat-sealed, electrolyte is added, and the remaining portion is The secondary battery is assembled by vacuum sealing. The receiving portion (R) may also be formed in the upper exterior material. By the four-side sealing method, all four edge parts (E1 to E4) are formed as sealing parts (40).
활성화 공정에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 지그에 이차 전지를 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충방전 등의 처리를 수행하게 된다. 이차 전지에 있어서는 그 특성상 첫 사이클시 양극활물질의 활성화 및 음극에서의 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface) 생성을 위해 이러한 활성화 과정이 필수적으로 선행되어야 한다. 활성화 과정에서는 이차 전지 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이후 발생된 가스는 개봉되거나 절개된 배출구를 통하여 제거되며, 가스 배출 부위는 다시 열융착되어 실링된다. 상기와 같이 이차 전지 내부의 가스를 배출시키고, 그 배출 통로를 열융착시키는 공정을 흔히 디개스 또는 디개싱 공정이라 한다. 그리고, 다시 열융착되어 실링된 부위가 바로 리실링부(50)이다. 본 실시예에서 리실링부(50)는 제1 에지부(E1)에 포함이 되어 있다. 리실링부(50) 바깥쪽 부분의 잉여 파우치 외장재(20)는 커팅하여 제거한다. In the activation process, the secondary battery is mounted on a predetermined jig to ensure smooth flow of current, and processes such as charging and discharging are performed under the conditions necessary for activation. Due to the nature of secondary batteries, this activation process must be preceded in order to activate the positive electrode active material and create a stable surface film (SEI, Solid Electrolyte Interface) on the negative electrode during the first cycle. During the activation process, a large amount of gas is generated inside the secondary battery. The generated gas is then removed through the opened or cut outlet, and the gas discharge area is heat-sealed and sealed again. The process of discharging the gas inside the secondary battery and heat-sealing the discharge passage as described above is commonly referred to as a degassing or degassing process. And, the area that has been heat-sealed and sealed again is the re-sealing
제1 에지부(E1)의 리실링부(50)는 디개싱 절차 후 다시 실링에 들어가서 형성된 부분이기 때문에, 반대쪽 제2 에지부(E2)의 실링부(40)보다 열 폭주 발생시 실링 강도가 취약하여 가장 먼저 찢어지는 경향을 띤다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 또한, 모듈 하우징 내에 복수개의 배터리 셀(10)을 수용할 때 이러한 리실링부(50)가 어느 한쪽으로 몰려있을 경우 모듈 하우징이 알루미늄 외함이라면 녹을 수 있다는 것을 알게 되었다. 뿐만 아니라, 복수개의 배터리 셀(10)을 수용할 때 이러한 리실링부(50)가 어느 한쪽으로 몰려있을 경우 모듈 하우징이 스틸 계열이라면 녹지는 않더라도 외벽 온도가 800℃ 이상까지 고온이 되는 것을 알게 되었다. 이때 주변을 흐르는 벤트 가스에 있는 수소가 505℃만 넘어도 산소와 혼합되어 폭발할 수 있는 가능성이 커진다. 이것이 자연 발화이다. 본 발명자들은 리실링부(50)의 배치를 조절하여 모듈 하우징 온도를 제어하면 배터리 모듈의 자연 발화를 방지할 수 있음에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다. Since the resealing
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 배터리 셀 및 배터리 모듈의 길이 방향에 수직으로 폭 방향을 따라 자른 단면을 도시한다. 도 4는 도 3의 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 분해 사시도이다. 도 5는 셀 적층체의 다른 예를 나타내는 분해 사시도이다. Figure 3 is a cross-sectional view of a battery module according to an embodiment of the present invention. A cross section cut along the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the battery cell and battery module is shown. Figure 4 is an exploded perspective view of the cell stack included in the battery module of Figure 3. Figure 5 is an exploded perspective view showing another example of a cell stack.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 배터리 모듈(100)은 앞서 설명한 바와 같은 배터리 셀(10)을 복수개 포함하는 셀 적층체(110)와 이러한 셀 적층체(110)를 수용하는 모듈 하우징(120)을 포함한다. 특히, 셀 적층체(110) 안에 배터리 셀(10)의 리실링부(50)를 분산시켜 적층하는 구성을 가지고 있다.3 to 5, the
복수개의 배터리 셀(10)은 수용부(R)가 대면하여 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(110)를 형성한다. 상하 방향은 수직 방향, Z축 방향이라고도 할 수 있다. 본 발명에서, 모든 배터리 셀(10)의 리실링부(50)가 어느 한쪽 방향을 향하지는 않도록 적층한다. 예를 들어, 셀 적층체(110) 내에서 리실링부(50)를 폭 방향의 양방향으로 배치한다. 예를 들어 Z축 방향을 따라 가면서 어느 하나의 리실링부(50)는 좌측에 놓이고 다른 하나의 리실링부(50)는 우측에 놓이도록 지그재그 적층한다. 이에 따라, 셀 적층체(110)의 양 측면에 상하 방향을 따라 리실링부(50)를 포함하는 제1 에지부(E1)와 그렇지 않은 제2 에지부(E2)가 번갈아 위치하고 있게 된다. 제2 에지부(E2)는 앞서 언급한 바와 같이 실링부(40) 또는 미실링부를 포함하고 있다. A plurality of
이 때, 도 4에 나타낸 바와 같이 셀 적층체(110)의 양 측면에 상하 방향을 따라 리실링부(50)를 포함하는 제1 에지부(E1)와 그렇지 않은 제2 에지부(E2)가 1개씩 번갈아 위치할 수도 있고, 도 5에 나타낸 바와 같이 리실링부(50)를 포함하는 제1 에지부(E1) 여러 개와 그렇지 않은 제2 에지부(E2) 여러 개가 번갈아 위치하여도 된다. 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이 2개 이상씩 번갈아 위치할 수도 있다. At this time, as shown in FIG. 4, a first edge portion (E1) including a resealing portion (50) and a second edge portion (E2) that do not include a resealing portion (50) along the vertical direction on both sides of the
어느 경우이든, 바람직하기로, 상기의 모듈 하우징(120) 내에 리실링부(50)를 대략 절반씩 (폭 방향으로 양측에 놓인) 좌측 벽면과 우측 벽면 쪽으로 분산시켜 교대로 복수개의 배터리 셀(10)을 적층한다. 이를 통해 셀 적층체(110) 내에서 모듈 하우징(120)의 양측 벽면에 집중되는 압력과 온도를 현저히 낮출 수 있다. 예를 들어 배터리 셀(10)의 개수가 2n인 경우, n개의 배터리 셀(10)은 그 리실링부(50)를 좌측 벽면 쪽으로 배치하고 나머지 n개의 배터리 셀(10)은 그 리실링부(50)를 우측 벽면 쪽으로 배치한다. 배터리 셀(10)의 개수가 2n+1인 경우, n개 또는 n+1개의 배터리 셀(10)은 그 리실링부(50)를 좌측 벽면 쪽으로 배치하고 나머지 n+1개 또는 n개의 배터리 셀(10)은 그 리실링부(50)를 우측 벽면 쪽으로 배치한다. In any case, preferably, the resealing
이와 같이 제1 에지부(E1)와 제2 에지부(E2)를 상하 방향을 따라 번갈아 반복적으로 적층하더라도, 제3 에지부(E3)간이나 제4 에지부(E4)간이나 제3 에지부(E3) 및 제4 에지부(E4)간은 전방 및 후방에서 상하 방향으로 정렬되어, 전극 리드(30)는 셀 적층체(110)의 전방 및 후방에 상하 방향으로 일렬로 정렬되면서 적층될 수 있다. 전방에 놓이는 전극 리드(30)의 극성은 모두 동일하거나, 상하 방향을 따라 반대 극성이 놓일 수 있음을 당연히 알 수 있을 것이다. 또한 전극 리드(30)의 극성과 리실링부(50)의 배치를 고려하여 일부 배터리 셀(10)은 뒤집어져서 적층될 수 있음을 알 수 있을 것이다. In this way, even if the first edge portion E1 and the second edge portion E2 are alternately and repeatedly stacked along the vertical direction, between the third edge portion E3, between the fourth edge portion E4, or between the third edge portion (E3) and the fourth edge portion (E4) are aligned in the vertical direction at the front and rear, so that the electrode leads 30 can be stacked while aligned in the vertical direction at the front and rear of the
도 3에 나타낸 모듈 하우징(120)은 배터리 셀(10)들을 내부에 수납할 수 있는 내부 공간을 가지며, 수납된 배터리 셀(10)들에 대한 기계적 지지력을 제공하고 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 한다. 도 3을 보다 상세히 살펴보면, 모듈 하우징(120)은 셀 적층체(110)의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트(130)를 포함한다. 모듈 하우징(120)은 셀 적층체(110)의 상부를 커버하는 탑 플레이트(140)와 셀 적층체(110)를 지지하는 베이스 플레이트(150)를 더 포함할 수도 있다. The
사이드 플레이트(130)와 셀 적층체(110)는 이격되어 공간부(S)를 형성할 수 있다. 이러한 공간부(S)는 스웰링시 분출되는 플레어와 스파크를 가두도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 사이드 플레이트(130)는 셀 적층체(110)의 폭(W)보다 조금 더 큰 간격으로 이격된 채 서로 마주보게 됨으로써 공간부(S)를 형성할 수 있다. The
이와 더불어 배터리 모듈(100)은 PC 시트(160)와 마이카 시트(170)를 더 포함할 수 있다. PC 시트(160)와 마이카 시트(170)는 모듈 하우징(120)과 셀 적층체(110)의 측면 사이에 포함될 수 있다. 특히 본 실시예에서는 사이드 플레이트(130)와 셀 적층체(110)의 측면 사이에 포함된다. PC 시트(160)와 마이카 시트(170)는 셀 적층체(110)의 양 측면에 위치할 수 있다. 마이카 시트(170)는 고온의 벤트 가스 및 스파크에 견딜 수 있도록 내열성이 뛰어나다. PC 시트(160)와 마이카 시트(170)는 연성을 갖거나 형상 변경이 용이하며, 어느 하나의 배터리 셀(10)에서 화염이 발생할 때, 다른 배터리 셀(10)이나 사이드 플레이트(130) 측으로 화염이나 화염에 의한 열이 전파되는 것을 차단할 수 있다. In addition, the
셀 적층체(110)에 포함된 복수개의 배터리 셀(10) 중 대략 절반의 제1 에지부(E1)는 사이드 플레이트(130) 중 어느 하나인 좌측 사이드 플레이트(130a)를 바라보고, 복수개의 배터리 셀(10) 중 나머지의 제1 에지부(E1)는 사이드 플레이트(130) 중 다른 하나인 우측 사이드 플레이트(130b)를 바라보게 된다. 이를 통해 셀 적층체(110) 내에서 리실링부(50)를 통한 벤트시 양측 사이드 플레이트(130a, 130b)에 집중되는 압력과 온도를 양측으로 균등하게 배분할 수 있고, 리실링부(50)가 어느 한 쪽에 쏠리는 경우에 비하여는 그와 대면하고 있는 사이드 플레이트의 온도를 현저히 낮출 수 있다. Approximately half of the first edge portion E1 of the plurality of
도 6은 비교예로서 리실링부(50)를 어느 한쪽 방향으로만, 예를 들어 좌측으로만 배치한 셀 적층체(110’)를 도시하고 있다. 이러한 셀 적층체(110’)에서 리실링부(50) 8개는 모두 모듈 하우징의 한쪽 벽면을 바라보면서 배터리 모듈로 구성되게 된다. 이와 같이 리실링부(50)가 한쪽으로 쏠릴 경우 단시간 고온 고압에 노출되어 가스 폭발로 이어질 수 있다. 취약한 리실링부(50)가 한쪽에 모여 있으면 온도 상승이 극대화되어 가연성, 폭발성 벤트 가스와 만나 폭발하는 자연 발화가 발생하기 때문이다. As a comparative example, Figure 6 shows a cell stack 110' in which the resealing
리실링부(50)는 디개싱 절차 후 다시 실링에 들어가 만들어진 부분이기 때문에, 반대쪽의 실링부(40) 또는 미실링부보다 취약하여 열 폭주 발생시 가장 먼저 찢어질 수 있다. 이러한 리실링부(50)가 비교예에서처럼 어느 한쪽으로 몰려있을 경우 모듈 하우징이 알루미늄 외함이라면 녹아 버리고, 모듈 하우징이 스틸 계열이라면 녹지는 않더라도 외벽 온도가 800℃ 이상까지 고온이 되고 만다. 주변을 흐르는 벤트 가스에 있는 수소가 505℃만 넘어도 산소와 혼합되어 폭발하는 자연 발화가 발생한다. 이 때문에, 비교예의 셀 적층체(110’)를 포함하는 배터리 모듈은 화재에 취약할 수밖에 없다.Since the re-sealed
이에 반해, 본 발명의 배터리 모듈(100)에 포함되는 셀 적층체(110)에서는 리실링부(50)의 배치가 조절되어 자연 발화가 방지된다. 본 발명에서는 배터리 모듈(100), 이러한 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 팩 등을 만들기 위해 배터리 셀(10) 적층시, 즉 셀 적층체(110) 제조시, 리실링부(50)를 지그재그로 적층하여 어느 한 쪽 방향으로 리실링부(50)가 쏠리지 않게 한다. 지그재그 적층은 리실링부(50)를 서로 마주보며 나란한 양 방향으로 배치하게 한다. 양 방향으로 위치하는 리실링부(50)는 실링부(40) 또는 미실링부보다 먼저 열리고, 리실링부(50)가 양 방향 배치되어 있으므로 양 방향 디렉셔널 벤팅이 될 수 있다. 또한 양 방향으로 열에너지 분산을 할 수 있다. 이를 통해 다량의 스파크와 배터리 셀(10)의 열 폭주로부터 분출되는 고온 고압의 플레어가 분산되어 압력을 낮추고 모듈 하우징(120) 외벽 온도를 500℃ 이하가 되게 할 수 있다. 그러므로, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생되는 자연 발화 및 폭발을 차단시킬 수 있다. On the other hand, in the
한편, 비록 도 3에서는 베이스 플레이트(150), 탑 플레이트(140) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(130) 모두가 별도로 제작된 후 결합되는 것으로 도시하고 있으나, 베이스 플레이트(150)와 한 쌍의 사이드 플레이트(130), 또는 탑 플레이트(140)와 한 쌍의 사이드 플레이트(130)를 일체로 제작한 후 조립하는 것도 가능하다. 베이스 플레이트(150), 탑 플레이트(140) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(130)는 모두 동일한 소재로 이루어져 있을 수 있다. 또한, 도 3에는 베이스 플레이트(150), 탑 플레이트(140) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(130)의 형태를 간략하게 개념적으로 도시하였다. 리실링부(50)의 분산 배치에 따른 효과는 다음에 설명하는 다양한 모듈 하우징(120)의 실시예와 결합되어 극대화될 수 있다.Meanwhile, although FIG. 3 shows that the
도 7은 도 3에 도시한 배터리 모듈(100)의 변형예로서, 개선된 모듈 하우징(120)을 포함하고 있다. 본 실시예에서, 탑 플레이트(140)의 두께(d1)보다 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)가 더 두껍게 되어 있다(d1<d2). FIG. 7 is a modified example of the
셀 적층체(110)의 구조상, 리실링부(50)로부터 배출되는 벤트 가스는 사이드 플레이트(130)에 처음 맞게 된다. 벤트 가스에 의한 사이드 플레이트(130)의 열량 변화는 Qin(사이드 플레이트(130)으로 들어오는 열량)-Qout(사이드 플레이트(130)에서 나가는 열량)이고 이는 Cp×M×△T와 같다고 할 수 있다. 여기서 Cp는 사이드 플레이트(130)의 비열, M는 사이드 플레이트(130)의 질량, △T는 변화된 온도이다. Qin-Qout이 일정할 때에 M을 증가시키면 △T를 작게 할 수 있다. 다시 말해, 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)를 두껍게 하면 M을 증가시켜 온도 변화를 작게 할 수가 있다. 그렇다고 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)를 마냥 두껍게 하는 것은 재료비 상승과 전체 배터리 모듈(100)의 중량 증가를 초래하여 바람직하지 않다. 적절한 버짓 안에서 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)를 증가시킨다. 예를 들어 현재 사용 중인 모듈 하우징(120)의 두께가 1.6mm라면 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)는 그보다 두꺼운 1.8mm 등으로 한다. 또한, 전체 재료비와 중량을 유지하기 위해, 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)를 증가시키는 만큼, 감소된 두께(d1)의 탑 플레이트(140)를 구성할 수도 있다. 이와 같이, 도 7의 배터리 모듈(100)에서 탑 플레이트(140)의 두께(d1)보다 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)가 더 두껍게 되어 있다. 예를 들어, 탑 플레이트(140)의 두께(d1)는 1.6mm이고 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)는 그보다 두꺼운 1.8mm로 하는 식이다. Due to the structure of the
탑 플레이트(140)의 두께(d1)와 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)는 재료비, 중량, 화재 방지, 내구성 등 각종 조건을 고려하여 결정될 수 있으며, 탑 플레이트(140)와 사이드 플레이트(130)가 동일 소재로 이루어져 있으면 두께 차이에 의해 발행하는 열 응력이나 열 변형 등의 요소도 고려하여 결정될 수도 있다. 예를 들어 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)는 탑 플레이트(140)의 두께(d1)보다 5% 내지 50% 사이의 범위에서 더 두꺼워지도록 결정될 수 있다. The thickness d1 of the
이와 같이 사이드 플레이트(130)의 두께(d2)를 증가시켜 사이드 플레이트(130)의 M을 크게 함으로써, 리실링부(50)를 통한 벤트 가스 배출이 있더라도 사이드 플레이트(130)의 온도를 500℃ 이하가 되게 관리할 수 있다. 그러므로, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생되는 자연 발화를 효과적으로 방지할 수 있다. In this way, by increasing the thickness (d2) of the
도 8은 도 3에 도시한 배터리 모듈(100)의 다른 변형예로서, 역시 개선된 모듈 하우징(120)을 포함하고 있다. 본 실시예에서, 탑 플레이트(140)의 비열보다 사이드 플레이트(130)의 비열이 더 높은 소재로 이루어져 있다. 즉, 탑 플레이트(140)의 소재와 사이드 플레이트(130)의 소재가 상이하면서 사이드 플레이트(130)의 비열이 더 높다. FIG. 8 is another modified example of the
앞서도 언급한 바와 같이, 셀 적층체(110)의 구조상, 리실링부(50)로부터 배출되는 벤트 가스는 사이드 플레이트(130)에 처음 맞게 된다. 벤트 가스에 의한 사이드 플레이트(130)의 열량 변화 Qin-Qout = Cp×M×△T에서, Qin-Qout이 일정하다면 Cp를 증가시켜도 △T를 작게 할 수 있다. 다시 말해, 사이드 플레이트(130)의 비열을 증가시켜 온도 변화를 작게 할 수가 있다는 것이다. 그렇다고 사이드 플레이트(130)의 비열을 마냥 크게 하는 것은 재료비 상승과 적당한 소재 선정의 어려움 등이 있어 바람직하지 않다. 적절한 버짓 안에서 사이드 플레이트(130)의 비열을 증가시킨다. 예를 들어 현재 사용 중인 모듈 하우징(120)이 비열 0.461(J/gC)로 이루어진 소재라고 하면 사이드 플레이트(130)의 비열은 그보다 큰 0.48 내지 0.5(J/gC) 등으로 하는 것이다.As previously mentioned, due to the structure of the
또한, 비열 증가를 위한 합금 비용이 비싸다면, 전체 재료비 등을 유지하기 위해, 사이드 플레이트(130)의 비열을 증가시키는 만큼 탑 플레이트(140)의 비열을 감소시킬 수도 있다. 이와 같이, 도 8의 배터리 모듈(100)에서 탑 플레이트(140)의 비열보다 사이드 플레이트(130)의 비열이 더 크게 구성되어 있다. 예를 들어, 탑 플레이트(140)는 아연 도금 강판으로 하고, 사이드 플레이트(130)는 비열이 아연이나 철보다 높은 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 실리콘과 같은 금속을 합금이나 도금의 형태로 더 포함하게 하여 구성하는 식으로 사이드 플레이트(130)의 비열을 증가시킬 수 있다. Additionally, if the alloy cost for increasing specific heat is expensive, the specific heat of the
이와 같이 사이드 플레이트(130)의 비열을 증가시켜 사이드 플레이트(130)의 열량 변화인 Qin-Qout을 관리해 △T를 작게 함으로써, 리실링부(50)를 통한 벤트 가스 배출이 있더라도 사이드 플레이트(130)의 온도를 500℃ 이하가 되게 관리할 수 있다. 그러므로, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생되는 자연 발화를 효과적으로 방지할 수 있다. In this way, by increasing the specific heat of the
도 9는 도 3에 도시한 배터리 모듈(100)의 또 다른 변형예로서, 개선된 모듈 하우징(120)을 포함하고 있다. 본 실시예에서, 사이드 플레이트(130)의 외측으로 방열 핀(135)이 형성되어 있다. FIG. 9 is another modified example of the
셀 적층체(110)의 구조상, 리실링부(50)로부터 배출되는 벤트 가스는 사이드 플레이트(130)에 처음 맞게 됨을 여러 차례 강조하였다. 본 실시예에서는 사이드 플레이트(130)에 방열 핀(135)을 포함함에 따라 사이드 플레이트(130)에 열이 축적되지 않고 외부로 발산되도록 할 수 있다. 방열 핀(135)은 효과적인 방열을 위해 표면적을 극대화할 수 있게 구성된다. 이를 통해, 리실링부(50)를 통한 벤트 가스 배출이 있더라도 사이드 플레이트(130)의 온도를 500℃ 이하가 되게 관리해, 자연 발화를 효과적으로 방지할 수 있다. Due to the structure of the
도 10은 도 3에 도시한 배터리 모듈(100)의 또 다른 변형예로서, 본 실시예에서는 사이드 플레이트(130)와 셀 적층체(110)의 측면 사이에 써멀 스프레더(180)를 더 포함한다. FIG. 10 is another modified example of the
여기서, 써멀 스프레더(180)는 직접적인 열 접촉을 통해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 써멀 스프레더(180)는 열의 전도와 복사에 특화된 재질과 구조를 가질 수 있어, 열을 발생시키는 배터리 셀(10)로부터 열을 빼앗아 주변으로 방출할 수 있다. 예를 들어, 써멀 스프레더(180)는 사이드 플레이트(130)의 안쪽에 부착, 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 전개·방출하는 부재일 수 있다. 써멀 스프레더(180)는 실리콘이나 아크릴 또는 흑연 재질을 포함할 수 있다. Here, the
써멀 스프레더(180) 이외에, 배터리 모듈(100)은 서로 다른 구성요소 사이에 열 전달 성능을 높이기 위한, TIM(Thermal Interface Material) 층을 더 포함할 수도 있다. TIM 층은 부재간 접촉 열저항 감소를 위한 것이다. 이러한 TIM 층은 금속, 폴리머 또는 세라믹 등 다양한 열전도성 물질을 포함할 수 있으며, 겔(gel) 타입으로 구성되거나 상 변화 물질(phase change material)로 구성될 수 있다. 예를 들어, TIM 층은 써멀 레진이라고 불리는 열전도성 수지일 수 있다. In addition to the
써멀 스프레더(180)를 포함함에 따라 사이드 플레이트(130)에 열이 축적되지 않고 외부로 발산되도록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(10)의 열 배출 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 리실링부(50)를 통한 벤트 가스 배출이 있더라도 사이드 플레이트(130)의 온도를 500℃ 이하가 되게 관리해, 자연 발화를 효과적으로 방지할 수 있다. By including the
한편, 본 발명에 따른 리실링부(50)의 분산 배치에 따른 효과는 다음에 설명하는 스파크 포켓 구조의 배터리 모듈에서 더욱 극대화될 수 있다. Meanwhile, the effect of the distributed arrangement of the resealing
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다. Figure 11 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 외형은 대략 직육면체로서 금속 재질로 이루어진 모듈 하우징(220)을 포함하고 있다. 이러한 배터리 모듈(200)은 대략 직육면체 상태를 이루어, 팩 케이스 안에 낭비되는 공간없이 정연하게 늘어놓을 수 있다. Referring to FIG. 11, the external shape of the
도 12는 도 11에 도시한 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 13은 도 11의 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 분해 사시도이다.FIG. 12 is an exploded perspective view of the battery module shown in FIG. 11, and FIG. 13 is an exploded perspective view of the cell stack included in the battery module of FIG. 11.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 모듈 하우징(220) 내측에 셀 적층체(110)가 수용되어 있으며, 셀 적층체(110)에 관한 구체적인 설명은 앞선 실시예에서 설명한 바와 거의 동일하다. Referring to FIGS. 11 to 13 , the
복수개의 배터리 셀(10)은 면대면 적층될 수 있다. 파우치 외장재(20) 표면이 미끄러운 경우 복수개의 배터리 셀(10)을 적층할 때 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 배터리 셀(10)들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 파우치 외장재(20)의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재(70)를 부착하여 셀 적층체(110)를 형성할 수 있다. A plurality of
또한, 배터리 모듈(200)은 셀 적층체(110)의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에 위치하는 완충 패드(260)를 더 포함할 수 있다. Additionally, the
하나 이상의 완충 패드(260)는 적층된 배터리 셀(10)들의 상부와 하부 중 어느 하나 이상에 위치하며, 필요에 따라서는 배터리 셀(10)들 사이에 개재될 수도 있다. 이러한 완충 패드(260)는 외부 가압 힘에 따라 부피가 쉽게 변화하는 소재로 이루어지며, 예를 들면 스폰지 또는 부직포 등일 수 있다. One or
나아가, 셀 적층체(110)의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상에 위치하는 절연 플레이트(270)를 더 포함할 수 있다. Furthermore, it may further include an insulating
절연 플레이트(270)는 적층된 배터리 셀(10)들의 상부와 하부 중 어느 하나 이상, 물론 완충 패드(260)가 장착된 경우에는 완충 패드(260)의 외측에 위치하여 배터리 셀(10)의 모든 면을 균일하게 가압함과 동시에 금속재인 모듈 하우징(220)과 배터리 셀(10)들 사이의 통전 방지를 목적으로 한다. 절연 플레이트(270)는 배터리 모듈(200)의 경량화와 절연을 위해 플라스틱으로 제조하는 것이 좋다. The insulating
도 11 및 도 12에서와 같이, 모듈 하우징(220)은 셀 적층체(110)의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트(230)와, 셀 적층체(110)의 상부를 커버하는 탑 플레이트(240)와, 셀 적층체(110)를 지지하는 베이스 플레이트(250)를 포함하여 구성된다. 11 and 12, the
배터리 모듈(200)은 사이드 플레이트(230)와 셀 적층체(110)의 측면 사이에 앞서 설명한 바와 같이 PC 시트(160)와 마이카 시트(170)를 더 포함할 수 있다.The
베이스 플레이트(250)는 사이드 플레이트(230)의 하측 단부를 바깥쪽에서 감싸 고정할 수 있는 U 프레임 구조이다. 베이스 플레이트(250)는 하나의 플레이트의 양측 단부를 절곡하여 U 프레임 구조로 만들 수 있다. 절곡하는 구성은 프레스(press) 또는 롤 포밍(roll forming)과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. The
탑 플레이트(240)와 사이드 플레이트(230)는 서로 연결되어 U 프레임 구조를 이룰 수 있다. 탑 플레이트(240)와 사이드 플레이트(230)는 서로 별개 구성을 용접, 접착, 끼움 결합, 후크 결합 또는 볼트 결합 중 어느 하나에 의해 U 프레임 구조로 만들 수 있다. 대신에 베이스 플레이트(250)를 만드는 방법처럼 하나의 플레이트의 양측 단부를 절곡하여 탑 플레이트(240)와 사이드 플레이트(230)를 만들 수 있다. 이 경우, 사이드 플레이트(230)는 탑 플레이트(240)의 양측 단부로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. The
배터리 모듈(200)은 길이 방향 일측에 형성되는 모듈 개방부(200a)를 구비한다. 모듈 개방부(200a)는 배터리 모듈(200)의 길이 방향 타측에도 형성될 수 있다. 배터리 모듈(200) 내부에서 발생되는 벤트 가스는 모듈 개방부(200a)를 통해 배출되게 할 수 있다. 본 실시예에서 모듈 개방부(200a)는 배터리 셀(10)의 길이 방향 전단과 후단에 각각 형성되어 있다. The
배터리 모듈(200)은 모듈 하우징(220)의 길이 방향 일측에 형성되는 모듈 개방부(200a)를 커버하는 버스바 프레임 어셈블리(290)를 더 포함할 수 있다. The
한 쌍의 사이드 플레이트(230)는 그 길이 방향 일측 단부가 셀 적층체(110)를 향하도록 절곡되어 형성된 스파크 방향 전환부(230a)를 구비할 수 있다. The pair of
모듈 하우징(220)의 길이 방향 일측에 형성되는 모듈 개방부(200a)는 한 쌍의 사이드 플레이트(230) 각각에 구비된 한 쌍의 스파크 방향 전환부(230a) 사이에 형성된다. 배터리 셀(10)의 전극 리드(30)는 한 쌍의 스파크 방향 전환부(230a) 사이에 형성된 모듈 개방부(200a)를 통해 모듈 하우징(220)의 외측으로 노출될 수 있다.The
도 14는 도 11의 배터리 모듈의 후방측에 위치하는 일부 부품의 분해 사시도이다. 도 15는 도 11의 배터리 모듈의 전방측에 위치하는 일부 부품의 분해 사시도이다.FIG. 14 is an exploded perspective view of some components located on the rear side of the battery module of FIG. 11. FIG. 15 is an exploded perspective view of some components located on the front side of the battery module of FIG. 11.
도 14 및 도 15를 참조하면, 모듈 하우징(220)은 한 쌍의 스파크 방향 전환부(230a) 사이를 연결하며, 그 중심부가 비어 있는 형태를 갖는 체결 프레임(232)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 14 and 15 , the
본 발명의 모듈 하우징(220)에 구비되는 모듈 개방부(200a)는 모듈 하우징(220)의 길이 방향 양 측에 모두 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 스파크 방향 전환부(230a) 역시 모듈 하우징(220)의 길이 방향 일측 및 타측에 모두 구비될 수 있다.The
버스바 프레임 어셈블리(290)는 버스바 프레임(292) 및 적어도 하나의 버스바(294)를 포함한다. 버스바 프레임 어셈블리(290)는 한 쌍이 구비될 수 있으며, 이 경우 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(290) 각각은 모듈 하우징(220)의 길이 방향 일측에 형성된 모듈 개방부(200a) 및 타측에 형성된 모듈 개방부(200a)를 커버한다.
버스바 프레임(292)은 모듈 하우징(220)에 형성된 모듈 개방부(200a)를 커버하며 배터리 셀(10)의 전극 리드(30)가 통과되는 복수개의 프레임 슬릿(292a)을 구비하며, 절연 재질로 되어 있다. The
버스바 프레임(292)은 모듈 하우징(220)의 길이 방향 일측 단부 및/또는 타측 단부와 대응되는 형상을 가지며 모듈 하우징(220)에 밀착된다. 모듈 하우징(220)이 상술한 바와 같이 체결 프레임(232)을 구비하는 경우, 버스바 프레임(292)은 스파크 방향 전환부(230a) 및 체결 프레임(232)에 밀착된다. The
버스바(294)는 버스바 프레임(292)의 외측면 상에 배치되어 프레임 슬릿(292a)을 통과한 전극 리드(30)와 결합되며, 이로써 복수개의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결할 수 있다. 버스바(294)는 전극 리드(30)가 통과되는 버스바 슬릿(294a)을 구비하며 금속 재질이 평판 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 버스바 슬릿(294a)과 프레임 슬릿(292a)은 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. The
스파크 방향 전환부(230a) 및 체결 프레임(232)은 플레어와 스파크 등을 가둘 수 있도록 변형이 가능하다. 이 경우, 변형된 외형에 대응할 수 있도록 버스바 프레임(292)도 함께 변경될 수 있음은 자명하다. The spark direction change
도 16은 도 11의 배터리 모듈의 부분 절개 사시도이고, 도 17은 도 11의 배터리 모듈에서 길이 방향에 평행한 단면도이다.FIG. 16 is a partially cut away perspective view of the battery module of FIG. 11, and FIG. 17 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the battery module of FIG. 11.
도 11 내지 도 17을 참조하여, 전술한 구성을 포함하는 배터리 모듈(200)의 조립 과정을 설명하면, 절연 플레이트(270), 완충 패드(260), 복수개의 배터리 셀(10), 완충 패드(260), 및 절연 플레이트(270) 순으로 적층하여 셀 적층체(110)를 준비하고, 배터리 셀(10)의 전극 리드(30)들은 버스바 프레임(292)의 프레임 슬릿(292a)을 통과시킨다. 이 때, 배터리 셀(10)의 리실링부(50)를 앞서 설명한 바와 같이 좌우로 분산 배치함에 주목하여야 한다. 이후, 전극 리드(30)들을 버스바(294)의 버스바 슬릿(294a)을 관통시킨 후 절곡하고 용접 등 공지의 접합 수단을 통해 고정시킨다.11 to 17, when describing the assembly process of the
이렇게 준비된 셀 적층체(110)는 베이스 플레이트(250), 탑 플레이트(240), 그리고 한 쌍의 사이드 플레이트(230)에 의해 감싸진 형태로 수용된다. 이 때, 탑 플레이트(240)와 한 쌍의 사이드 플레이트(230)가 결합되어 U 프레임 구조를 이루고, 이러한 U 프레임은 셀 적층체(110)의 양쪽 측면과 상면을 감싸게 되며, 셀 적층체(110)를 수용하면서 전면과 후면과 하부면이 개방된 형태가 된다. The
베이스 플레이트(250)는 사이드 플레이트(230) 하측 단부를 바깥에서 감싸도록 상기 U 프레임에 결합된다. 결합은 용접도 가능하지만 본 실시예에서는 테이프(252) 및 볼트(254) 결합의 예를 들고 있다. The
스파크 방향 전환부(230a) 및 체결 프레임(232)에 버스바 프레임(292)을 밀착하며, 버스바 프레임(292)이 모듈 하우징(220)의 모듈 개방부(200a)를 커버하는 역할을 수행한다. The
특히 도 17을 참조하여, 배터리 모듈(200)에 있어서 벤팅 가스 및 스파크의 이동 경로를 설명할 수 있다. In particular, with reference to FIG. 17 , the movement path of venting gas and spark in the
도 17을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 상술한 바와 같이 스파크 방향 전환부(230a)를 구비함으로써 배터리 셀(10)의 벤팅 시에 배출되는 고온의 스파크가 모듈 하우징(220)의 길이 방향을 따라 모듈 하우징(220)의 외측으로 분출되지 않도록 한다. 즉, 배터리 셀(10)의 벤팅 시에 셀 적층체(110)를 이루는 각각의 배터리 셀(10)의 폭 방향 양 측부, 즉, 번갈아 배치된 리실링부(50)를 통해 분출되는 고온의 스파크는 배터리 모듈(200)의 길이 방향 일측 단부 및/또는 타측 단부를 향해 이동하다가 셀 적층체(110)를 향하는 방향으로 그 이동 방향이 전환된다(도 17에 도시된 점선 화살표 방향 참조). 나아가, 스파크 방향 전환부(230a)에 의한 공간에 플레어와 스파크는 갇힌 상태가 되므로, 외부로 방출될 수 없을 뿐만 아니라 전극 리드(30)가 있는 방향으로도 이동이 제한되어 전극 리드(30)와 직접적으로 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 이와 같이 스파크 방향 전환부(230a)는 스파크 포켓 구조를 구현한다. Referring to FIG. 17, the
특정 배터리 셀에서 열폭주가 발생하면, 플레어, 스파크, 고압의 벤트 가스 및 뜨거운 열기가 분출하며, 산소 및 가연물질과 이들이 함께 공존하면 화재나 폭발로 이어진다. 본 발명의 배터리 모듈(200)의 사이드 플레이트(230)는 플레어와 스파크 등 열폭주 생성물들이 모듈 하우징(220) 외측으로 튀어나오지 못하게 하고, 또 벤트 가스와 열기를 모듈 개방부(200a)를 통해 배출하며, 이 과정에서 모듈 하우징(220) 내측에 충만해 있던 공기가 함께 배출되기 때문에 화염이 생성될 수 없는 상태가 된다. When thermal runaway occurs in a specific battery cell, flares, sparks, high-pressure vent gases, and hot heat erupt, and when these coexist with oxygen and combustible materials, they lead to fire or explosion. The
본 발명에서는 배터리 셀(10)의 리실링부(50)를 지그재그로 적층하여 한 쪽 방향으로 리실링부(50)가 쏠리지 않게 하므로, 다량의 스파크와 셀 열 폭주로부터 분출되는 고온 고압의 플레어가 분산되어 압력을 낮출 수가 있다. 이에 따라, 주변 벤트 가스의 수소, 산소와 만나 발생하는 자연 발화 및 폭발 차단 효과가 있다. 또한, 예를 들어, 도 16 및 도 17에서 제1 에지부(E1)가 좌측에 놓임에 따라 리실링부(50)가 좌측에 배치된 특정 배터리 셀(10)에서 열폭주가 발생했다고 가정할 시, 플레어나 스파크는 좌측에 위치하는 공간부, 특히 좌측에 있는 스파크 방향 전환부(230a)로 둘러싸인 공간에 차단된 상태로 모인다. 따라서, 버스바(294)가 위치하는 전방이나 후방으로 이동하지 않을 뿐만 아니라 배터리 셀(10)의 우측으로도 이동하지 못한다. 한편 모듈 하우징(220)과 셀 적층체(110)는 완벽한 기밀 상태를 유지하지는 않기 때문에 발생한 벤트 가스는 버스바 프레임(292) 인근으로 모듈 개방부(200a)를 통해 배출된다. In the present invention, the resealing
결과적으로, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생하더라도 벤트 가스와 함께 공기가 외부로 배출되기 때문에 모듈 하우징(220) 내부에는 발화에 필요한 산소가 부족하고, 가연성 물질들은 모듈 하우징(220) 외부로 방출되지 않아 갇힌 상태이고, 게다가 공기 배출시 뜨거운 열기가 함께 배출되어 발화점 미만을 유지하기 때문에 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다. As a result, even if a thermal event occurs in one of the battery cells, the air is discharged to the outside along with the vent gas, so there is a lack of oxygen required for ignition inside the
이와 같이 스파크 포켓을 구현하는 모듈 하우징(220)을 포함함에 따라, 배터리 모듈(200)은 화재 안전성이 증대된다. 나아가, 본 발명 고유의 리실링부(50) 분산 배치에 따라, 자연 발화가 일어나지 않을 정도의 온도로 모듈 하우징(220)의 온도를 통제할 경우, 열 폭주 발생 후 내부 전이 상황에서 폭발성 발화로 이어지는 것을 막을 수 있다. As the
또한, 이를 포함하는 배터리 팩에서는 화염을 총체적으로 차단할 수 있다. 전술한 구성을 갖는 배터리 모듈(100, 200)은 별도의 팩 케이스에 수용되거나 수용되지 않고도 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있고, 게다가 배터리 모듈이나 배터리 팩은 ESS, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등과 같이 대용량 전원을 포함하는 각종 설비나 디바이스에 사용될 수 있다. Additionally, a battery pack containing this can completely block flames. The
도 18은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 개략도이다. 18 is a schematic diagram of a battery pack including a battery module according to the present invention.
도 18에서와 같이, 복수개의 배터리 모듈(100 또는 200)을 폭 방향을 따라 서로 인접하게 배치하여 배터리 팩(300)을 구성할 수 있다. 배터리 팩(300)은 폭 방향으로 배터리 모듈(100, 200)의 일측에 결합되는 BMS 어셈블리(310)를 더 포함할 수 있다. 배터리 팩(300)은 배터리 팩(300)의 길이 방향 일측 또는 양측에 결합되는 덕트(320)를 포함할 수도 있다. 배터리 팩(300)은 이러한 배터리 모듈(100, 200)을 수용하는 팩 케이스(미도시)를 더 포함할 수도 있다. As shown in FIG. 18 , the
BMS 어셈블리(310)는 서로 인접 배치되는 복수개의 배터리 모듈(100, 200)로 구성되는 모듈 결합체의 폭 방향 일측에 결합될 수 있다. 도면에 상세히 도시되어 있지는 않으나, BMS 어셈블리(310)는 복수개의 배터리 모듈(100, 200)의 충방전을 제어하는 적어도 하나의 BMS(Battery management system)를 포함한다. BMS 어셈블리(310)는 BMS에 결합되는 BMS 프레임을 더 포함할 수도 있다. 상기 BMS 프레임은 상기 모듈 결합체 및/또는 덕트(320)에 체결될 수 있다.The
덕트(320)는 배터리 모듈(100, 200)과 덕트(320) 사이에 팩 유로(미도시)가 형성되도록 배터리 모듈(100, 200)의 길이 방향과 이격된다. 특히 배터리 모듈(200)의 경우 모듈 개방부(200a)와 이격된다. 덕트(320)는 폭 방향 일 측 또는 양 측에 형성된 덕트 개방부를 구비한다. 상기 덕트 개방부는 상기 팩 유로와 연통된다. 따라서, 배터리 모듈(200)에 형성된 모듈 개방부(200a)를 따라 배터리 모듈(200)의 외부로 배출된 벤팅 가스는 상기 팩 유로를 따라 덕트(320)의 폭 방향 일 측 또는 양 측으로 이동하여 덕트 개방부를 통해 배터리 팩(300)의 외부로 배출된다.The
최근에 주목받고 있는 ESS는 생산된 전기를 배터리에 저장해 두었다가 전기가 필요할 때 수요자에게 공급함으로써 전력 사용 효율을 극대화할 수 있는 장치이다. ESS는 다수개의 배터리 모듈이 하나의 랙을 이루며, 수십 개 내지 수백 개의 랙들이 모여 하나의 시스템을 구성한다. 그리고 갑작스러운 전력공급 중단이나 이상에 대응하여 전력 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 UPS(무정전 전원 장치)와 태양빛을 전기에너지로 변환하는 발전 장치인 태양광발전 시스템 등과 연동하여 사용되기도 한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈(100, 200)은 발화 방지가 탁월하므로 ESS용 배터리 모듈로 특히 적합하다. ESS, which has been attracting attention recently, is a device that can maximize power use efficiency by storing generated electricity in a battery and supplying it to consumers when electricity is needed. In ESS, multiple battery modules form one rack, and dozens to hundreds of racks gather to form one system. It is also used in conjunction with UPS (uninterruptible power supply), which ensures stable power supply in response to sudden power supply interruptions or abnormalities, and solar power generation systems, which are power generation devices that convert sunlight into electrical energy. The
도 19는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 ESS의 개략도이다. 본 발명에 따른 ESS(400)는 본 발명에 따른 배터리 모듈(100 또는 200)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 ESS(400)는 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100, 200)이 서로 전기적으로 연결된 형태로 복수 개 포함되도록 할 수 있다. 이 밖에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(400)는 본 발명의 출원 시점에 공지된 ESS의 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 ESS(400)는 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 장소나 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(400)는 가정용 주택, 사무용 주택이나 빌딩 등에서 에너지를 저장하기 위해 사용되는 가정용 또는 사무용으로써의 주택용(건물용) ESS일 수 있다. Figure 19 is a schematic diagram of an ESS including a battery module according to the present invention. The
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.Meanwhile, in this specification, terms indicating directions such as up, down, left, right, front, and back are used, but these terms are only for convenience of explanation and may vary depending on the location of the target object or the location of the observer. It is obvious to those skilled in the art that this can be done.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the description below will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the claims.
10 : 배터리 셀
40 : 실링부
50 : 리실링부
100, 200 : 배터리 모듈
110 : 셀 적층체
120, 220 : 모듈 하우징
130, 230 : 사이드 플레이트
135 : 방열 핀
140, 240 : 탑 플레이트
150, 250 : 베이스 플레이트
160 : PC 시트
170 : 마이카 시트
180 : 써멀 스프레더
230a : 스파크 방향 전환부
232 : 체결 프레임
260 : 완충 패드
270 : 절연 플레이트
290 : 버스바 프레임 어셈블리
292 : 버스바 프레임
294 : 버스바
300 : 배터리 팩
400 : ESS10: battery cell 40: sealing part
50: resealing
110:
130, 230: side plate 135: heat dissipation fin
140, 240:
160: PC sheet 170: Mica sheet
180:
232: fastening frame 260: buffer pad
270: Insulating plate 290: Busbar frame assembly
292: bus bar frame 294: bus bar
300: Battery pack 400: ESS
Claims (18)
상기 배터리 셀은 상기 제1 에지부에 리실링부를 포함하고, 상기 제2 에지부는 실링부 또는 미실링부를 포함하며,
상기 셀 적층체의 양 측면에 상기 상하 방향을 따라 상기 제1 에지부와 제2 에지부가 번갈아 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. A plurality of battery cells including an accommodating portion in which the electrode assembly is accommodated, a first edge portion and a second edge portion along the longitudinal direction around the accommodating portion, and a third edge portion and a fourth edge portion along the width direction, the accommodating portion. It includes a cell stack formed by stacking the parts facing each other in the vertical direction,
The battery cell includes a re-sealed portion at the first edge portion, and the second edge portion includes a sealed portion or an unsealed portion,
A battery module, characterized in that the first edge portion and the second edge portion are alternately positioned along the vertical direction on both sides of the cell stack.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하고,
상기 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체는 이격되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. The method of claim 1, further comprising a module housing accommodating the cell stack,
The module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack,
A battery module, wherein the side plate and the cell stack are spaced apart to form a space.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며, 상기 탑 플레이트의 두께보다 상기 사이드 플레이트의 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1, further comprising a module housing accommodating the cell stack,
The module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top plate that covers the top of the cell stack, and the thickness of the side plate is thicker than the thickness of the top plate. Featured battery module.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며, 상기 탑 플레이트의 비열보다 상기 사이드 플레이트의 비열이 더 높은 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. The method of claim 1, further comprising a module housing accommodating the cell stack,
The module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top plate that covers the top of the cell stack, and is made of a material whose specific heat is higher than that of the top plate. A battery module characterized in that it consists of.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하며,
상기 사이드 플레이트의 외측으로 방열 핀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1, further comprising a module housing accommodating the cell stack,
The module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack,
A battery module, characterized in that heat dissipation fins are formed on the outside of the side plate.
상기 모듈 하우징은 상기 셀 적층체의 양 측면에 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트와 상기 셀 적층체의 상부를 커버하는 탑 플레이트를 포함하며,
상기 모듈 하우징은 상기 길이 방향으로 모듈 개방부가 형성되고,
상기 모듈 하우징은 상기 모듈 개방부를 커버하는 버스바 프레임 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. The battery module of claim 1, wherein the battery module further includes a module housing for accommodating the cell stack,
The module housing includes a pair of side plates located on both sides of the cell stack and a top plate covering the top of the cell stack,
The module housing has a module opening portion formed in the longitudinal direction,
The battery module, wherein the module housing further includes a bus bar frame assembly covering the module opening.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/KR2023/010083 WO2024080505A1 (en) | 2022-10-12 | 2023-07-14 | Battery module, and battery pack and energy storage system including same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220130431 | 2022-10-12 | ||
KR20220130431 | 2022-10-12 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240051012A true KR20240051012A (en) | 2024-04-19 |
KR102677094B1 KR102677094B1 (en) | 2024-06-20 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP4087039A1 (en) | Battery module including partition wall and heat insulation layer for fire suppression | |
US11936022B2 (en) | Battery module | |
CN111668404A (en) | Battery module and battery pack | |
JP2022551433A (en) | Battery packs and devices containing them | |
JP6812056B2 (en) | Battery cells with improved safety including heat-expandable tape and methods for manufacturing them | |
JP7483028B2 (en) | Battery pack and device including same | |
KR102677094B1 (en) | Battery module, battery pack and energy storage system including the same | |
KR20240051012A (en) | Battery module, battery pack and energy storage system including the same | |
JP2022551237A (en) | Battery packs and devices containing them | |
WO2024080505A1 (en) | Battery module, and battery pack and energy storage system including same | |
US20230128563A1 (en) | Battery module having pocket capable of capturing flare and spark ejected during swelling | |
EP4250452A1 (en) | Battery pack and device including same | |
EP4376200A1 (en) | Battery pack, battery module, and vehicle including same | |
EP4199230A1 (en) | Flame arrester and battery pack including same | |
EP4395039A2 (en) | Battery module with a fire-extinguishing sheet | |
EP4395038A1 (en) | Battery pack, battery module and vehicle comprising same | |
US20240030559A1 (en) | Battery pack and device including the same | |
KR20240083794A (en) | battery module and battery pack including the same | |
KR20220023497A (en) | Battery Module Having Pocket For Collecting Flare and Spark | |
KR20240039485A (en) | Battery pack and energy storage system including the same | |
KR20220003876A (en) | Battery Module Having Pocket For Collecting Flare and Spark | |
JP2022550521A (en) | Battery packs and devices containing them | |
KR20240083790A (en) | Battery module and Battery Pack including the same | |
KR20240030969A (en) | Battery pack, battery module and vehicle including the same | |
KR20230133621A (en) | Battery pack and energy storage system including the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |