WO2018230797A1 - 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
WO2018230797A1
WO2018230797A1 PCT/KR2018/000138 KR2018000138W WO2018230797A1 WO 2018230797 A1 WO2018230797 A1 WO 2018230797A1 KR 2018000138 W KR2018000138 W KR 2018000138W WO 2018230797 A1 WO2018230797 A1 WO 2018230797A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery module
cell stack
module
fire extinguishing
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/000138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
유재욱
강달모
김수창
문정오
윤지수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to JP2019524458A priority Critical patent/JP6780109B2/ja
Priority to EP18817851.1A priority patent/EP3525256B1/en
Priority to CN201880004065.XA priority patent/CN109891625B/zh
Priority to US16/341,409 priority patent/US10874889B2/en
Publication of WO2018230797A1 publication Critical patent/WO2018230797A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/10—Containers destroyed or opened by flames or heat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08—Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10—Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/14—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with frangible vessels
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a battery module having improved safety, and more particularly, to a battery module having improved safety against fire and explosion by including a fire extinguishing unit including an extinguishing agent therein.
  • rechargeable batteries can be recharged by active development of high-tech fields such as digital cameras, cellular phones, laptop computers, power tools, electric bicycles, electric vehicles, hybrid vehicles, and large-capacity power storage devices. Research is ongoing.
  • lithium secondary batteries have a higher energy density per unit weight and can be rapidly charged compared to other secondary batteries such as lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries, thereby increasing their use actively. It's going on.
  • Lithium secondary battery is used as a power source for portable electronic devices with an operating voltage of 3.6V or more, or by connecting a plurality of batteries in series or in parallel to high power electric vehicles, hybrid vehicles, power tools, electric bicycles, power storage devices, UPS, etc. Used.
  • Lithium secondary batteries have a three times higher operating voltage than nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, and are also rapidly being used because of their excellent energy density per unit weight.
  • the lithium secondary battery may be classified into a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium ion polymer battery using a polymer solid electrolyte according to the type of electrolyte.
  • Lithium ion polymer batteries can be divided into fully solid lithium ion polymer batteries containing no electrolyte solution and lithium ion polymer batteries using gel polymer electrolyte containing electrolyte solution, depending on the type of polymer solid electrolyte.
  • a cylindrical or rectangular metal can is used as a container by welding sealing. Since the can-type secondary battery using such a metal can as a container has a fixed shape, there is a disadvantage in restricting the design of an electric product using the same as a power source, and it is difficult to reduce the volume. Therefore, a pouch type secondary battery using an electrode assembly and an electrolyte in a pouch packaging material made of a film and sealing it has been developed and used.
  • the lithium secondary battery is one of the important problems to ensure safety because there is a risk of explosion when overheating.
  • Overheating of the lithium secondary battery is caused by a variety of causes, one of which is the case in which overcurrent flows beyond the limit through the lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery When the overcurrent flows, the lithium secondary battery generates heat by Joule heat, so the internal temperature of the battery increases rapidly. The rapid rise in temperature also causes decomposition reactions of the electrolyte, causing thermal runaway, which eventually leads to battery explosion.
  • the overcurrent is a rush current due to a breakdown of the insulation between the positive electrode and the negative electrode due to a sharp metal object penetrating the lithium secondary battery, the contraction of the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, or an abnormality in the charging circuit or load connected to the outside. Is applied to the battery.
  • a lithium secondary battery is used in combination with a protection circuit to protect the battery from an abnormal situation such as the occurrence of an overcurrent.
  • the protection circuit includes a fuse device irreversibly disconnecting a line through which charge or discharge current flows when an overcurrent occurs. It is common to include.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an arrangement structure and an operation mechanism of a fuse device among components of a protection circuit coupled to a battery pack including a lithium secondary battery.
  • the protection circuit operates the fuse device 1 when the overcurrent occurs by monitoring the fuse device 1, the sense resistor 2 for sensing the overcurrent, and the overcurrent generation to protect the battery pack when the overcurrent occurs.
  • the fuse element 1 is installed on a main line connected to the outermost terminal of the battery pack.
  • the main line is the wiring through which the charging or discharging current flows.
  • the fuse element 1 is shown installed in a high potential line Pack +.
  • the fuse element 1 is a three-terminal element component, and two terminals are connected to a main line through which charge or discharge current flows, and one terminal is connected to the switch 4.
  • the inside includes a fuse 1a connected in series with the main line and having a carpet at a specific temperature, and a resistor 1b for applying heat to the fuse 1a.
  • the microcontroller 3 periodically detects a voltage across the sense resistor 2 to monitor whether overcurrent occurs, and turns on the switch 4 when it is determined that overcurrent has occurred. Then, current flowing in the main line is bypassed to the fuse element 1 and applied to the resistor 1b. Accordingly, Joule heat generated from the resistor 1b is conducted to the fuse 1a to raise the temperature of the fuse 1a, and when the temperature of the fuse 1a rises to the melting temperature, the fuse 1a is fused. The track is irreversibly disconnected. If the main line is disconnected, the overcurrent no longer flows, thus eliminating the problem caused by the overcurrent.
  • the above-described prior art has various problems. That is, when a failure occurs in the microcontroller 3, the switch 4 is not turned on even in a situation in which an overcurrent occurs. In this case, since the current does not flow into the resistor 1b of the fuse device 1, there is a problem that the fuse device 1 does not operate. In addition, a space for disposing the fuse element 1 in the protection circuit is required separately, and a program algorithm for controlling the operation of the fuse element 1 must be loaded in the microcontroller 3. Therefore, there is a disadvantage in that the space efficiency of the protection circuit is lowered and the load of the microcontroller 3 is increased.
  • the present invention was devised in consideration of the above-described problems, and it is to provide a battery module structure that can greatly improve safety in the use of secondary batteries by preventing occurrence of events such as ignition / explosion even without complicated structure of the battery module.
  • the purpose is to provide a battery module structure that can greatly improve safety in the use of secondary batteries by preventing occurrence of events such as ignition / explosion even without complicated structure of the battery module.
  • Battery module for solving the above technical problem, a plurality of battery cells are formed by stacking a cell stack; A module frame coupled to one side or both sides of the cell stack; And a fire extinguishing unit accommodated in the module frame to eject a fire extinguishing agent above a reference temperature.
  • the module frame may include a main frame disposed at the center of the cell stack to accommodate the fire extinguishing unit; And a plurality of subframes disposed at both sides of the main frame and interposed between adjacent battery cells.
  • the main frame may include a plurality of injection holes for ejecting the extinguishing agent.
  • the injection hole may have a tapered shape so that the outlet portion becomes wider as it faces upward.
  • the subframe may support the sealing part and the electrode lead of the battery cell.
  • the fire extinguishing unit may be located in an accommodation space formed in the main frame and may be in contact with an accommodating portion of each of two cells located at a center of a plurality of battery cells constituting the cell stack.
  • the extinguishing unit may include a extinguishing agent vaporized at a reference temperature or higher; And an accommodation container containing the extinguishing agent and broken at or above the reference temperature.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention, the battery module; And a pack housing accommodating at least one battery module.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an arrangement structure and an operation mechanism of a fuse device among components of a protection circuit coupled to a battery module.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery cell applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery cell stack applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a module frame applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a view showing a direction in which the fire extinguishing agent is injected to operate the fire extinguishing agent in the battery module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module includes a cell stack 20 formed by stacking a plurality of battery cells 10 and a module coupled to at least one side of the cell stack 20. It may be implemented in a form including a fire extinguishing unit 40 (see FIG. 6) accommodated in the frame 30 and the module frame 30.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery cell applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery cell 10 applied to a battery module may include an electrode assembly (not shown), a pouch case 11, an electrode lead 12, and a sealant 13. Include.
  • the electrode assembly (not shown) has a form in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked at least once, and a separator is preferably positioned at the outermost side to ensure insulation.
  • Such an electrode sol-body may have various structures such as a wound type, a stacked type, or a stack / fold type according to an embodiment.
  • the positive electrode plate has a form in which a positive electrode active material is coated on at least one side of a positive electrode current collector plate made of a conductive plate, and likewise, the negative electrode plate has a form in which a negative electrode active material is coated on at least one side of a negative electrode current collector plate made of a conductive plate.
  • the positive electrode plate and the negative electrode plate have a non-coating region where the positive electrode active material and the negative electrode active material are not coated, and the non-coating region functions as an electrode tab coupled with the electrode lead.
  • the separator may be positioned between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically insulate the positive electrode plate and the negative electrode plate, and may have a porous membrane form to allow lithium ions to move between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • a separator may be made of, for example, a porous membrane using polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or a composite film thereof.
  • the pouch case 11 may be formed of an exterior material having a multi-layered film form including a metal layer and a resin layer surrounding the metal layer, and may include an upper case and a lower case.
  • the pouch case 11 when the pouch case 11 is composed of an upper case and a lower case, the lower case includes a receiving portion 11a that protrudes convex to accommodate the electrode assembly.
  • the upper case may include a receiving portion 11a protrudingly convex, or may have a flat shape in which the receiving portion 11a is not formed.
  • the battery cell may be a two-sided protruding battery cell of which both sides protrude, or alternatively, one side of the protruding battery cell of one protruding form.
  • the battery cell for convenience of drawing, only the case where the battery cell is a one-sided protruding cell is illustrated, but the present invention is not limited thereto.
  • each of the upper case and the lower case may include sealing portions 11b and 11c corresponding to the outer circumferential region of the accommodating portion 11a.
  • the lower case includes sealing portions 11b and 11c corresponding to the outer circumferential region of the accommodating portion 11a
  • the upper case includes a sealing portion of the upper case ( Sealing parts 11b and 11c formed in the area
  • the pouch case 11 is sealed by accommodating the electrode assembly in the accommodating part 11a and sealing the heat-sealed portions 11b and 11c of the upper case and the lower case, respectively.
  • the sealing parts 11b and 11c of the upper case and the lower case may be made of a resin material having thermal fusion so that the sealing portions 11b and 11c of the upper case and the lower case may be joined by thermal fusion.
  • the electrode lead 12 is connected to the electrode tab of the electrode assembly and is drawn out to the outside of the pouch case 11 to serve as a medium that electrically connects the electrode assembly and the external components. And a cathode lead connected to the anode lead and the anode plate. More specifically, the positive lead is connected to the positive electrode non-coating portion provided in the positive electrode plate, the negative electrode lead is connected to the negative electrode non-coating portion provided in the negative electrode plate.
  • the sealing portions 11b and 11c may include a terrace portion 11b positioned in a direction in which the electrode lead 12 is drawn out and a wing portion 11c positioned in a direction perpendicular to the direction in which the electrode lead 12 is drawn out. Include.
  • the wing portion 11c may be folded toward the side of the receiving portion 11a to minimize the volume of the battery cell 10, and thus, when the wing portion 11c is folded, the receiving portion ( 11a) and the wing portion 11c may be joined to each other by an adhesive or the like.
  • the sealant 13 is a sealing part 11b to prevent a decrease in sealing force between the electrode lead 12 drawn out of the pouch case 11 and the inner surfaces of the sealing parts 11b and 11c. , And is interposed between the inner surface of the electrode 11c and the electrode lead 12.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery cell stack applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the cell stack 20 is formed by stacking a plurality of battery cells 10 to face each other.
  • Each of the battery cells 10 constituting the cell stack 20 may be fixed by an adhesive and / or an adhesive tape applied between opposing surfaces.
  • the battery cells 10 may include a receiving portion 11a (see FIG. 3) of the cell stack 20. It may be arranged to face the center. In this case, the pair of battery cells 10 positioned at the center of the cell stack 20 is arranged in such a manner that the receiving portions 11a abut each other.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a module frame applied to the battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a partial cross-sectional view taken along the line AA 'of Figure 2
  • Figure 7 is a view of the present invention
  • the module frame 30 is implemented in a form including one main frame 31 and a plurality of subframes 32 positioned at both sides of the main frame 31. .
  • the module frame 30 is coupled to one or both sides of the cell stack 20 to support the terrace portion 11b and the electrode lead 12 of the battery cell 10, and further includes a fire extinguishing unit 40. To provide accommodation space.
  • the module frame 30 may have a form in which the main frame 31 and the subframe 32 are connected to each other, or alternatively, the main frame 31 and the subframe 32 may be separated from each other. .
  • the main frame 31 has a seating surface formed by the receiving portions 11a of each of the pair of battery cells 10 positioned at the center of the stacking direction of the cell stack 20, that is, of the cell stack 20. It is disposed on the side of each of the pair of battery cells 10 located in the center of the stacking direction.
  • the main frame 31 has a plurality of injection holes 31a formed along the width direction of the battery cell 10, that is, the length direction of the main frame 31, and accommodates the fire extinguishing unit 40 therein. It is provided with the accommodating space S formed so that it may be carried out.
  • the accommodation space S in which the fire extinguishing unit 40 is accommodated is kept closed so as not to communicate with the outside except the injection hole 31a.
  • this is to increase the ejection pressure during the ejection of the extinguishing agent to be described later.
  • the injection hole 31a may have a tapered shape such that the outlet portion thereof becomes wider as the outlet portion is directed upward.
  • the injection hole 31a may have a wider range when the extinguishing agent is injected. This can maximize the efficiency of the digestive effect.
  • the subframe 32 is disposed on both sides of the main frame 31, and is disposed on the side of the receiving portion 11a of the battery cell 10 to support the terrace portion 11b and the electrode lead 12. .
  • the electrode leads 12 positioned on one side of the main frame 31 are coupled to each other to form one electrode lead assembly, and the opposite side to the one side of the main frame 32 is formed of the electrode leads 12.
  • the electrode leads 12 positioned on the other side are coupled to each other to form another lead assembly, and the subframe 32 may function as a support structure to keep the lead assembly in a stable coupling state.
  • the fire extinguishing unit 40 is accommodated inside the module frame 30, in particular, inside the main frame 31, and is disposed at a central portion of one side of the cell stack 20 at a reference temperature or higher. Fire extinguishing agent to suppress the fire generated in the battery module, or to prevent the occurrence of fire in advance.
  • the fire extinguishing unit 40 is accommodated in the accommodating space S (see FIG. 5) formed inside the main frame 31, and the battery cells 10 constituting the cell stack 20. It is disposed on the side of the receiving portion (11a) of each of the pair of battery cells 10 located in the center in the stacking direction. Since the arrangement position of the fire extinguishing unit 40 is a region adjacent to the electrode lead 12 having a relatively high heat generation in the battery cell 10, the fire extinguishing unit 40 is disposed at such a position so that the fire extinguishing unit 40 according to the temperature rise. ) Can be operated quickly.
  • the extinguishing unit 40 is configured to swell as the powder or liquid extinguishing agent evaporates at a reference temperature or higher to eject with a high pressure. That is, the fire extinguishing unit 40 includes a receiving container made of a resin that is maintained in a sealed state at a normal use temperature of the battery module and melts and breaks at a reference temperature or higher, and a powder or liquid extinguishing agent contained therein.
  • any type of extinguishing agent commonly used for extinguishing a fire can be used without limitation, and the principle of extinguishing can also be applied to both asphyxiation, cooling extinguishing, or extinguishing using both of these principles. Do.
  • a separate gas may be filled in the accommodating container in addition to the extinguishing agent.
  • the gas whose volume is expanded further exerts a high pressure on the inner wall of the container, and when the temperature reaches the melting point of the container, the gas filled in the container is broken while the weakened container is broken. Together with the extinguishing agent may be ejected.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention described above may be accommodated in a pack housing (not shown) to form one battery pack.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may include at least one battery module according to an embodiment of the present invention, and may be implemented in a form in which such battery module (s) are accommodated in a pack housing.
  • the battery pack according to one embodiment of the present invention when the temperature in the pack housing rises above the reference temperature to prevent fire suppression and / or ignition of fire due to the injection of the extinguishing agent through the injection hole (11a) This has a possible structure.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;을 포함한다.

Description

안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩
본 발명은, 안전성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 내부에 소화약제를 포함하는 소화 유닛을 구비하여 화재 및 폭발에 대한 안전성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 06월 16일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2017-0076763호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 구조를 복잡화 하지 않더라도 발화/폭발 등의 이벤트 발생을 방지하여 이차전지 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 구조를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;을 포함한다.
상기 모듈 프레임은, 상기 셀 적층체의 중심부에 배치되어 상기 소화 유닛을 수용하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 양 측부에 배치되며, 서로 인접한 배터리 셀 사이마다 개재되는 복수의 서브 프레임;를 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임은, 상기 소화 약제가 분출되도록 하는 복수의 분사 홀을 구비할 수 있다.
상기 분사 홀은, 출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 가질 수 있다.
상기 서브 프레임은, 상기 배터리 셀의 실링부 및 전극리드를 지지할 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 메인 프레임에 형성된 수용 공간 내에 위치하며, 상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 중심부에 위치하는 두 개의 셀 각각의 수용부와 접촉할 수 있다.
상기 소화 유닛은, 기준 온도 이상에서 기화되는 소화 약제; 및 상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 파단되는 수용 용기;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈; 및 적어도 하나의 상기 배터리 모듈을 수용하는 팩 하우징;을 포함하는 형태로 구현된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 구조를 복잡화하지 않으면서도 배터리 모듈 내에 구비된 배터리 셀의 발화/폭발 등의 이벤트 발생의 가능성을 현저히 낮춤으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
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 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀 적층체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 소화 유닛이 작동되어 소화 약제가 분사되는 방향을 나타내는 도면이다.
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.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구조를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 부분 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀(10)이 적층되어 형성된 셀 적층체(20), 셀 적층체(20)의 적어도 일 측에 결합되는 모듈 프레임(30) 및 모듈 프레임(30) 내에 수용되는 소화 유닛(40, 도 6 참조)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
다음은, 도 3을 참조하여, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(10)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀(10)은, 전극조립체(미도시), 파우치 케이스(11), 전극 리드(12) 및 실란트(13)를 포함한다.
상기 전극 조립체(미도시)는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적어도 1회 이상 적층된 형태를 가지며, 절연성의 확보를 위해 최 외각에는 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 전극졸비체는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등의 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 양극판은 도전성 플레이트로 이루어지는 양극 집전판의 적어도 일 면 상에 양극 활물질이 코팅된 형태를 가지며, 마찬가지로, 상기 음극판은 도전성 플레이트로 이루어지는 음극 집전판의 적어도 일 면 상에 음극 활물질이 코팅된 형태를 갖는다.
상기 양극판 및 음극판은 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되지 않는 무지부 영역을 가지며, 이러한 무지부 영역은 전극리드와 결합되는 전극탭으로서 기능한다.
상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 이동할 있도록 다공성 막 형태를 가질 수 있다. 이러한 세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(11)는, 금속층 및 이를 감싸는 수지층을 포함하는 다층구조의 필름 형태를 갖는 외장재로 이루어지며, 상부 케이스와 하부 케이스로 구성될 수 있다.
이처럼 상기 파우치 케이스(11)가 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되는 경우, 하부 케이스는 전극조립체를 수용하기 위해 볼록하게 돌출된 수용부(11a)를 구비한다. 또한, 상기 상부 케이스는 볼록하게 돌출된 수용부(11a)를 구비할 수도 있고, 이러한 수용부(11a)가 형성되지 아니한 평평한 형상을 가질 수도 있다.
즉, 상기 배터리 셀은, 양 면이 돌출된 형태의 양 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있고, 이와는 달리 일 면만이 돌출된 형태의 일 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있는 것이다. 본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 배터리 셀이 일면 돌출형 셀인 경우만을 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 배터리 셀이 양 방향 돌출형 셀인 경우에 있어서, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은, 수용부(11a)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(11b, 11c)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀이 일 방향 돌출형 셀인 경우에 있어서는, 하부 케이스는 수용부(11a)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(11b, 11c)를 구비하고, 상부 케이스는 상부 케이스의 실링부(11b, 11c)와 맞닿는 영역에 형성되는 실링부(11b, 11c)를 구비할 수 있다.
상기 파우치 케이스(11)는 수용부(11a) 내에 전극조립체를 수용하고 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 실링부(11b, 11c)가 맞닿아 열 융착 됨으로써 밀봉된다. 이처럼, 상부 케이스 및 하부 케이스의 실링부(11b, 11c)는 상호 맞닿은 상태에서 열 융착에 의해 접합될 수 있도록, 열 융착성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극리드(12)는 전극조립체의 전극탭에 연결되어 파우치 케이스(11)의 외부로 인출됨으로써 전극조립체와 외부 부품 사이를 전기적으로 연결시켜주는 매개체의 역할을 하는 구성요소로서, 양극판에 연결되는 양극리드 및 음극판에 연결되는 음극리드를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 양극리드는 양극판에 구비된 양극 무지부에 연결되고, 음극리드는 음극판에 구비된 음극 무지부에 연결된다.
한편, 상기 실링부(11b, 11c)는 전극리드(12)가 인출되는 방향에 위치하는 테라스부(11b) 및 전극리드(12)가 인출되는 방향과 수직한 방향에 위치하는 윙부(11c)를 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 윙부(11c)는 배터리 셀(10)의 체적 최소화를 위해 수용부(11a)의 측면을 향해 폴딩될 수 있으며, 이처럼 윙부(11c)가 폴딩된느 경우 수용부(11a)와 윙부(11c)는 접착제 등에 의해 상호 접합될 수도 있다.
상기 실란트(13)는, 파우치 케이스(11)의 외부로 인출되는 전극리드(12)와 실링부(11b, 11c)의 내측 면 사이에서 밀봉력의 저하가 발생되는 것을 방지하기 위해 실링부(11b, 11c)의 내측면과 전극리드(12) 사이에 개재된다.
다음은, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀 적층체의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 셀 적층체(20)는 복수개의 배터리 셀(10)이 서로 대면하도록 적층되어 형성된다.
본 발명의 도면에서는, 하나의 셀 적층체(20)가 6개의 배터리 셀(10)로 이루어지는 경우만을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이며, 이로서 셀 적층체(20)를 이루는 배터리 셀(10)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 적용되는 셀 적층체(20)는 필요에 따라 다양한 개수의 배터리 셀(10)로 구성될 수 있는 것이다.
상기 셀 적층체(20)를 이루는 각각의 배터리 셀(10)들은 대향하는 면 사이에 적용되는 접착제 및/또는 접착 테이프 등에 의해 고정될 수 있다. 또한, 상기 셀 적층체(20)를 이루는 각각의 배터리 셀(10)이 일 면 돌출형 셀인 경우에는, 배터리 셀(10)들은 수용부(11a, 도 3 참조)가 셀 적층체(20)의 중심부를 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 셀 적층체(20)의 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10)은 수용부(11a)가 서로 맞닿는 형태로 배치된다.
다음은, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임(30)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 모듈 프레임(30)은, 하나의 메인 프레임(31) 및 메인 프레임(31)의 양 측에 위치하는 복수의 서브 프레임(32)을 포함하는 형태로 구현된다.
상기 모듈 프레임(30)은, 셀 적층체(20)의 일 측 또는 양 측에 결합되어 배터리 셀(10)의 테라스부(11b) 및 전극리드(12)를 지지하고, 또한 소화 유닛(40)의 수용 공간을 제공한다.
상기 모듈 프레임(30)은, 메인 프레임(31)과 서브 프레임(32)이 상호 연결된 형태를 가질 수도 있고, 이와는 달리 메인 프레임(31)과 서브 프레임(32)이 서로 분리된 형태를 가질 수도 있다.
상기 메인 프레임(31)은, 셀 적층체(20)의 적층방향 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 수용부(11a)가 만나 이루는 안착면, 즉 셀 적층체(20)의 적층방향 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 측면 상에 배치된다. 상기 메인 프레임(31)은, 배터리 셀(10)의 폭 방향, 즉 메인 프레임(31)의 길이 방향을 따라 복수개 형성되는 분사 홀(31a)을 구비하며, 또한 내부에 소화 유닛(40)을 수용할 수 있도록 형성된 수용 공간(S)을 구비한다.
상기 메인 프레임(31)이 셀 적층에(20)에 결합되었을 때, 소화 유닛(40)이 수용되는 수용 공간(S)은 분사 홀(31a)을 제외하고는 외부와 통하지 않도록 밀폐 상태를 유지하는 것이 바람직한데, 이는 후술할 소화 약제의 분출 시에 분출압을 높이기 위함이다.
상기 분사 홀(31a)은, 출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 가질 수 있는데, 분사 홀(31a)이 이러한 형상을 갖는 경우, 소화 약제의 분사 시에 분사 범위가 좀 더 넓어지도록 함으로써 소화 효과의 효율성을 극대화 할 수 있다.
상기 서브 프레임(32)은, 메인 프레임(31)의 양 측에 배치되되, 배터리 셀(10)의 수용부(11a) 측면 상에 배치되어 테라스부(11b) 및 전극리드(12)를 지지한다.
즉, 메인 프레임(31)을 기준으로 하여 일 측에 위치하는 전극 리드(12)들은 상호 간에 결합되어 하나의 전극 리드 결합체를 형성하고, 메인 프레임(32)을 기준으로 하여 상기 일 측과 반대편인 타 측에 위치하는 전극 리드(12)들은 상호 간에 결합하여 또 하나의 리드 결합체를 형성하는데, 서브 프레임(32)은 이러한 리드 결합체가 안정된 결합상태를 유지할 수 있도록 하는 지지 구조물로서 기능할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 소화 유닛(40)에 대해서 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 소화 유닛(40)은, 모듈 프레임(30)의 내부, 특히 메인 프레임(31)의 내부에 수용되며, 셀 적층체(20)의 일측 중심부에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분사하여 배터리 모듈에 발생된 화재를 진압하거나, 화재의 발생을 미연에 방지하는 구성요소이다.
좀 더 구체적으로, 상기 소화 유닛은(40)은, 메인 프레임(31)의 내부에 형성된 수용 공간(S, 도 5 참조) 내에 수용되며, 셀 적층체(20)를 이루는 배터리 셀(10)들 중 적층 방향으로 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 수용부(11a) 측면 상에 배치된다. 이러한 소화 유닛(40)의 배치 위치는 배터리 셀(10)에 있어서 비교적 발열량이 큰 전극리드(12)에 인접한 영역이기 때문에 이러한 위치에 소화 유닛(40)이 배치됨으로써 온도 상승에 따른 소화 유닛(40)의 신속한 작동이 가능하게 된다.
상기 소화 유닛(40)은, 기준 온도 이상에서 분말 또는 액상의 소화 약제가 기화 되면서 팽창하여 높은 압력을 가지고 분출할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 상기 소화 유닛(40)은, 배터리 모듈의 정상적인 사용 온도에서는 밀폐된 상태를 유지하다가 기준 온도 이상에서 녹아 파단되는 수지로 이루어지는 수용 용기 및 그 안에 수용되는 분말 또는 액상의 소화 약제를 포함한다.
본 발명에 적용되는 소화 약제로는, 통상적으로 화재 진압에 사용되는 종류의 소화 약제라면 제한 없이 사용 가능하며, 소화의 원리 또한 질식 소화, 냉각 소화 또는 이들 두 가지 원리를 모두 이용한 소화가 모두 적용 가능하다.
단락의 발생 등 비정상적인 사용 상태로 인해 배터리 모듈의 온도가 상승되고, 이로써 소화 유닛(40)이 배치된 위치의 온도가 기준 온도 이상이 되어 수용 용기가 녹아 파단 되면, 강한 압력으로 내부의 소화 약제가 분출되고, 이로써 화재의 진압 또는 발화의 차단을 수행할 수 있는 것이다.
일정 온도 이상에서 소화 약제가 파단된 수용 용기 외부로 강한 압력으로 분출될 수 있도록 하기 위해서, 수용 용기 내에는 소화 약제 이 외에도 별도의 기체를 높은 압력으로 충진해 놓을 수 있다. 이 경우, 온도의 상승에 따라 부피가 더욱 팽창된 기체가 수용 용기의 내벽에 높은 압력을 가하게 되고, 온도가 수용 용기의 녹는점에 도달하게 되면 녹아서 약해진 수용 용기가 파단 되면서 수용 용기 내에 충진된 기체와 함께 소화 약제가 분출될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일 실시에에 따른 배터리 모듈은, 팩 하우징(미도시) 내에 수용되어 하나의 배터리 팩을 이룰 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 구비하며, 이러한 배터리 모듈(들)을 팩 하우징 내에 수용시킨 형태로 구현될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징 내의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하게 되는 경우에 있어서 분사 홀(11a)을 통한 소화 약제의 분사로 인해 화재의 진압 및/또는 발화의 예방이 가능한 구조를 갖는다.
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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 프레임은,
    상기 셀 적층체의 중심부에 배치되어 상기 소화 유닛을 수용하는 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임의 양 측부에 배치되며, 서로 인접한 배터리 셀 사이마다 개재되는 복수의 서브 프레임;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 프레임은,
    상기 소화 약제가 분출되도록 하는 복수의 분사 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사 홀은,
    출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서브 프레임은,
    상기 배터리 셀의 실링부 및 전극리드를 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    상기 메인 프레임에 형성된 수용 공간 내에 위치하며, 상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 중심부에 위치하는 두 개의 셀 각각의 수용부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    기준 온도 이상에서 기화되는 소화 약제; 및
    상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 파단되는 수용 용기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈; 및
    적어도 하나의 상기 배터리 모듈을 수용하는 팩 하우징;
    을 포함하는 배터리 팩.
PCT/KR2018/000138 2017-06-16 2018-01-03 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩 WO2018230797A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019524458A JP6780109B2 (ja) 2017-06-16 2018-01-03 安全性が向上したバッテリーモジュール及びバッテリーパック
EP18817851.1A EP3525256B1 (en) 2017-06-16 2018-01-03 Battery module and battery pack with improved safety
CN201880004065.XA CN109891625B (zh) 2017-06-16 2018-01-03 具有改进的安全性的电池模块和电池组
US16/341,409 US10874889B2 (en) 2017-06-16 2018-01-03 Battery module and battery pack with improved safety

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170076763A KR102250161B1 (ko) 2017-06-16 2017-06-16 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩
KR10-2017-0076763 2017-06-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018230797A1 true WO2018230797A1 (ko) 2018-12-20

Family

ID=64659329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/000138 WO2018230797A1 (ko) 2017-06-16 2018-01-03 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10874889B2 (ko)
EP (1) EP3525256B1 (ko)
JP (1) JP6780109B2 (ko)
KR (1) KR102250161B1 (ko)
CN (1) CN109891625B (ko)
WO (1) WO2018230797A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102512593B1 (ko) 2019-02-26 2023-03-27 한국자동차연구원 배터리 모듈
KR20210035522A (ko) * 2019-09-24 2021-04-01 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
CN110797476A (zh) * 2019-10-24 2020-02-14 桑顿新能源科技(长沙)有限公司 一种自动灭火的电池模块
KR20210109315A (ko) * 2020-02-27 2021-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 그것을 포함하는 배터리 랙, 및 전력 저장 시스템
KR20210135141A (ko) 2020-05-04 2021-11-12 주식회사 엘지에너지솔루션 소화부가 구비된 전지 모듈
EP4309228A2 (en) 2021-09-27 2024-01-24 QuantumScape Battery, Inc. Electrochemical stack and method of assembly thereof
CN114129942A (zh) * 2021-10-27 2022-03-04 江苏河马自动化设备有限公司 一种带有水电联防切换功能的消防设备电源监测装置
KR102639748B1 (ko) * 2021-12-27 2024-02-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차
KR20230171266A (ko) * 2022-06-13 2023-12-20 에스케이온 주식회사 소화 장치를 포함하는 파우치형 이차전지
KR102616790B1 (ko) * 2022-12-09 2023-12-27 주식회사 포투원 화재안전 배터리 팩

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100852727B1 (ko) * 2007-02-21 2008-08-19 주식회사 에이티티알앤디 배터리 팩
US20130288100A1 (en) * 2010-10-04 2013-10-31 Li-Tec Battery Gmbh Housing for accommodating a flat electrochemical cell
KR101500222B1 (ko) * 2013-12-18 2015-03-06 현대자동차주식회사 배터리 과충전 방지 장치
KR20170061582A (ko) * 2015-11-26 2017-06-05 주식회사 엘지화학 소화 장치가 포함된 배터리 팩 및 이를 이용한 제어 방법
KR20170067014A (ko) * 2015-12-07 2017-06-15 주식회사 엘지화학 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20170076763A (ko) 2014-12-05 2017-07-04 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 탄화규소 단결정의 제조 방법 및 탄화규소 단결정 기판

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4186500B2 (ja) 2002-04-11 2008-11-26 日本電気株式会社 扁平型二次電池を内包したモジュール
JP5150193B2 (ja) * 2007-10-15 2013-02-20 シャープ株式会社 電池パック
JP5181743B2 (ja) * 2008-03-11 2013-04-10 パナソニック株式会社 電力供給機器とそれを用いた電子機器
US20110274951A1 (en) 2009-02-24 2011-11-10 Shunsuke Yasui Battery module and battery module assembly using same
DE102010034826A1 (de) * 2010-08-19 2012-02-23 Li-Tec Battery Gmbh Elektrochemischer Energiespeicher mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen
DE102011075318A1 (de) * 2011-05-05 2012-11-08 Sb Limotive Company Ltd. Batteriegehäuse für Lithium-Ionen-Zellen
JP5760713B2 (ja) * 2011-06-03 2015-08-12 トヨタ自動車株式会社 電池パック
KR101270796B1 (ko) 2011-06-20 2013-06-05 세방전지(주) 안전장치가 구비된 배터리
EP2755275B1 (en) 2011-09-08 2017-06-07 LG Chem, Ltd. Apparatus for extinguishing a battery-pack fire
DE102012003017A1 (de) * 2012-02-15 2013-08-22 Key Safety Systems, Inc. Brandvorbeugung oder Brandbeseitigung in einem elektrochemischen Energiespeicher
JP2014049226A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 二次電池モジュール
JP6042734B2 (ja) 2013-01-28 2016-12-14 ホーチキ株式会社 消火装置
JP6228319B2 (ja) 2014-02-13 2017-11-08 浙江吉利汽車研究院有限公司Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｇｅｅｌｙ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ 自動車用電池の熱管理および自動消火システム
JP2015162285A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 日産自動車株式会社 電池モジュール
CN104091904A (zh) * 2014-03-04 2014-10-08 许玉林 一种安全电池包
KR101841803B1 (ko) 2014-09-17 2018-03-23 주식회사 엘지화학 전지셀 압력 상태 모니터링에 의하여 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2017090866A1 (ko) * 2015-11-26 2017-06-01 주식회사 엘지화학 소화 장치가 포함된 배터리 팩 및 이를 이용한 제어 방법
CN205508970U (zh) * 2016-03-18 2016-08-24 山东泰汽新能源工程研究院有限公司 一种新型高安全标准的锂离子电池包被动消防灭火结构
CN205564849U (zh) * 2016-04-06 2016-09-07 广州橙行智动汽车科技有限公司 一种自动灭火电动汽车电池模组支架
JP2017060805A (ja) 2016-11-16 2017-03-30 ホーチキ株式会社 電気自動車向け消火システム
CN106730498A (zh) * 2017-01-17 2017-05-31 华霆（合肥）动力技术有限公司 电源装置及供电系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100852727B1 (ko) * 2007-02-21 2008-08-19 주식회사 에이티티알앤디 배터리 팩
US20130288100A1 (en) * 2010-10-04 2013-10-31 Li-Tec Battery Gmbh Housing for accommodating a flat electrochemical cell
KR101500222B1 (ko) * 2013-12-18 2015-03-06 현대자동차주식회사 배터리 과충전 방지 장치
KR20170076763A (ko) 2014-12-05 2017-07-04 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 탄화규소 단결정의 제조 방법 및 탄화규소 단결정 기판
KR20170061582A (ko) * 2015-11-26 2017-06-05 주식회사 엘지화학 소화 장치가 포함된 배터리 팩 및 이를 이용한 제어 방법
KR20170067014A (ko) * 2015-12-07 2017-06-15 주식회사 엘지화학 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3525256A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN109891625B (zh) 2022-03-04
EP3525256B1 (en) 2023-07-26
US20200038698A1 (en) 2020-02-06
CN109891625A (zh) 2019-06-14
KR20180137292A (ko) 2018-12-27
EP3525256A4 (en) 2020-01-08
JP2020500401A (ja) 2020-01-09
JP6780109B2 (ja) 2020-11-04
EP3525256A1 (en) 2019-08-14
US10874889B2 (en) 2020-12-29
KR102250161B1 (ko) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018230797A1 (ko) 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩
WO2019050152A1 (ko) 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈
WO2013157722A1 (ko) 이차전지, 이에 적용되는 이차전지용 부품 및 이차전지의 제조 방법
WO2015046878A1 (ko) 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 조립체
JP7037019B2 (ja) コネクター破断装置を備えるバッテリーモジュール
WO2018216870A1 (ko) 안전성이 향상된 배터리 모듈
WO2019009625A1 (ko) 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2013081375A1 (ko) 배터리 모듈 및 배터리 모듈에 적용되는 버스 바
KR102203248B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2022031056A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2014021519A1 (ko) 이차전지용 커넥팅 부품, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩
WO2018199425A1 (ko) 안전성이 향상된 배터리 셀
WO2015046725A1 (ko) 전기 절연성 부재를 포함하는 전지팩
WO2022149923A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022050731A1 (ko) 배터리 모듈, 및 배터리 팩, 및 자동차
WO2016200147A1 (ko) 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2023113122A1 (ko) 전해액 누액 검출기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022255787A1 (ko) 배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차
WO2024072047A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2023038435A1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022149831A1 (ko) 배터리 팩, 전동 휠체어, 및 자동차

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18817851

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019524458

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018817851

Country of ref document: EP

Effective date: 20190507

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE