WO2022108290A1 - 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩 - Google Patents

열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
WO2022108290A1
WO2022108290A1 PCT/KR2021/016707 KR2021016707W WO2022108290A1 WO 2022108290 A1 WO2022108290 A1 WO 2022108290A1 KR 2021016707 W KR2021016707 W KR 2021016707W WO 2022108290 A1 WO2022108290 A1 WO 2022108290A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery pack
water tank
hole
battery cell
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/016707
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김경우
조영범
문정오
윤현기
신은규
지호준
박진용
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP21895058.2A priority Critical patent/EP4120443A1/en
Priority to JP2023500415A priority patent/JP2023534413A/ja
Priority to CN202180061424.7A priority patent/CN116250118A/zh
Priority to US18/011,656 priority patent/US20230335856A1/en
Publication of WO2022108290A1 publication Critical patent/WO2022108290A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/023—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance the extinguishing material being expelled by compressed gas, taken from storage tanks, or by generating a pressure gas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/10—Containers destroyed or opened by flames or heat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • 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
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular 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
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports
    • H01M50/636—Closing or sealing filling ports, e.g. using lids
    • 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
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/673—Containers for storing liquids; Delivery conduits therefor
    • H01M50/682—Containers for storing liquids; Delivery conduits therefor accommodated in battery or cell casings
    • 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
    • A62C3/07—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in vehicles, e.g. in road vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack including a thermal diffusion suppressing structure. Specifically, it relates to a battery pack including a thermal diffusion suppressing structure to directly inject cooling water into the ignited battery cells in order to prevent the flame ignited from spreading in the battery cells inside the battery pack.
  • lithium secondary batteries As a result of continuous research and development on lithium secondary batteries, it is possible to manufacture and commercialize lithium secondary batteries with increased capacity and improved output. In addition, the demand for lithium secondary batteries as an energy source that can replace fossil fuels having a problem of environmental pollution is increasing.
  • the application of the lithium secondary battery to various devices is increasing, for example, it is widely used as an energy source for a wireless mobile device, which is a multifunctional small product, or a wearable device worn on the body. Not only that, it is also used as an energy source or power storage system (ESS) for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are suggested as an alternative to the existing gasoline and diesel vehicles.
  • ESS energy source or power storage system
  • the lithium secondary battery As such, as the lithium secondary battery is used as an energy source of large capacity and high output, the problem of securing the safety of the lithium secondary battery has become an important subject of interest.
  • the power storage device uses a method of injecting water into a battery module or battery pack by using a separate water injection device when a fire occurs in a battery cell accommodated therein.
  • a method of blocking heat transfer between battery cells or cooling a ignited battery cell may be used by disposing an insulating material or a fire extinguishing agent inside or outside the battery module or battery pack.
  • Patent Document 1 discloses that an envelope containing water is positioned on the upper part of the battery, and the envelope is formed of a material having a relatively low melting point, and when the battery temperature increases, the envelope Discloses a device in which melts and the water therein is discharged to the battery.
  • Patent Document 1 since the entire bag is made of a material with a low melting point, when the battery temperature increases, water is not discharged only from a specific part of the bag, but the water inside is completely poured out while the bag is melted.
  • a middle case and an inner case are accommodated in the outer case, a plurality of single cells are accommodated in the middle case, the extinguishing agent is accommodated in the inner case, and when the single cell heats up to an upper limit temperature or more, the single cell is placed in the middle case Includes an injection tube for injecting the extinguishing agent. When the unit cell generates heat above the upper limit temperature, the injection tube is opened and the extinguishing agent accommodated in the inner case is injected into the middle case.
  • Patent Document 2 includes a compressed gas for spraying a fire extinguishing agent, a nozzle used as an injection pipe, and an inner case containing a fire extinguishing agent. will occur additionally.
  • Patent Document 3 discloses a cell assembly, a heat sink positioned so as to be in contact with an outer surface of the cell assembly and having a refrigerant passage configured to move a refrigerant therein, and a heat-shrinkable tube in which the cell assembly and the heat sink are in close contact with each other.
  • a battery module comprising a.
  • the heat dissipation effect of the cell assembly can be obtained by disposing the heat sink in close contact with the cell assembly, but when the cell assembly is ignited, it does not exhibit the function of preventing the flame from spreading to the adjacent battery module.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-523622 (2014.09.11)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-252909 (2012.12.20)
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 2020-0030964 (2020.03.23)
  • the present invention extinguishes the ignition of the battery cell when the battery cell ignites and explodes, and furthermore, a fire extinguishing function that can prevent the flame from being transmitted to adjacent battery cells and suppression of thermal diffusion
  • An object of the present invention is to provide a battery pack including a structure.
  • a battery pack according to the present invention for achieving this object includes a battery module accommodating a plurality of battery cells, a battery pack case in which two or more battery modules are accommodated, and a heat sink located under the battery modules, , the battery module may include a plurality of battery cells, a water tank positioned above the plurality of battery cells, and a module case accommodating the plurality of battery cells and the water tank.
  • a flow path for guiding the flow of the inflow and outflow coolant may be formed inside the heat sink.
  • the water tank may be mounted integrally with the inner surface of the upper surface of the module case.
  • the module case may have an open top, and the water tank may be coupled to the module case in a form that covers the open upper surface of the module case.
  • the water tank may have a through hole formed on one surface facing the plurality of battery cells, and a sealing member may be added to the through hole.
  • the sealing member may be made of a material melted by a high-temperature gas or sparks emitted from the battery cell.
  • the through-hole is opened by melting of the sealing member, and the cooling water accommodated in the water tank may be introduced into the battery cell through the through-hole.
  • the through hole may be formed in a form in which a plurality of holes are uniformly dispersed on one surface of the water tank.
  • a partition wall may be added between the module cases.
  • the sealing member fills the through hole, and may include an extension part extending outward from the periphery of the through hole on the outer surface of the water tank.
  • the battery cell may be a pouch-type battery cell, a prismatic battery cell, or a cylindrical battery cell.
  • the battery pack according to the present invention has a water tank inside the battery pack, so that the fired battery cells can be rapidly cooled without increasing the external shape of the battery pack, thereby preventing the thermal runaway phenomenon of the battery cells. can be suppressed for sure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' in the battery pack shown in FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a situation in which a flame is extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the first embodiment.
  • FIG 5 is an exploded perspective view of the battery module according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery pack according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a situation in which a flame is extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the second embodiment.
  • FIG 8 is an exploded perspective view of the battery module according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery pack according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a situation in which a flame is extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a line A-A' in the battery pack shown in FIG. It is a cross-sectional view cut along
  • the battery pack according to the present invention includes a battery module 200 accommodating a plurality of battery cells 120 , a battery pack case 100 in which two or more battery modules 200 are accommodated, and a battery It includes a heat sink 300 positioned below the modules 200 , and the battery module 200 includes a plurality of battery cells 120 , and a water tank 210 positioned above the plurality of battery cells 120 . , and a module case 110 accommodating the plurality of battery cells 120 and the water tank 210 .
  • a through hole is formed on the lower surface of the water tank 210 , and a sealing member 220 is added to prevent the coolant from being discharged through the through hole when the battery pack is in a normal state. Since the sealing member 220 is added to the lower surface of the water tank, it is invisible from the outer surface of the battery pack.
  • the plurality of battery cells 120 may be pouch-type battery cells, and in a state in which the pouch-type battery cells are stacked so that the electrode assembly receiving part is in close contact with each other, the bottom of the electrode assembly receiving part is perpendicular to the ground It may be in a state arranged so that it becomes this.
  • the pouch-type battery cell may be a bidirectional battery cell in which a positive electrode lead and a negative electrode lead protrude in opposite directions, or a unidirectional battery cell in which a positive electrode lead and a negative electrode lead protrude in the same direction.
  • the module case 110 may have a shape surrounding both ends parallel to the bottom of the electrode assembly accommodating part and upper and lower surfaces in a battery cell stack disposed so that the bottom of the electrode assembly accommodating part is perpendicular to the ground.
  • the water tank 210 is disposed on the upper part of the battery cell stack in the module case 110, and the battery cell stack and the water tank 210 may be disposed adjacently, or spaced apart between the battery cell stack and the water tank. It may be arranged such that a gap exists.
  • the water tank 210 may be mounted integrally with the upper surface of the module case 110 , and the water tank 210 may be the upper surface of the module case 210 .
  • the module case 110 may be formed in a U-shape surrounding both ends and a lower surface parallel to the bottom of the electrode assembly accommodating part in the battery cell stack.
  • the module case 110 may be in the form of a box covering the outer surface of the battery cell stack except for the upper surface of the battery cell stack and may have an open upper portion, and the water tank 210 covers the upper surface of the open module case 110 . It can be combined with the module case (110).
  • the water tank 230 since the water tank 230 is disposed on the upper surface of the battery cell stack, it can serve as a cover of the module case 230 with the upper surface open.
  • the water tank 210 may have a wide rectangular parallelepiped shape with a lower surface facing the battery module housing 110 and an upper surface opposite thereto, wherein the area of the upper surface and the lower surface is a plurality of battery cells accommodated in the module case 110 . It is made of a size that covers the upper surface of the 120.
  • the battery pack according to the present invention includes a plurality of water tanks 210 sized to be mounted inside the module case. It is a form that can extinguish a fire by using a water tank.
  • a through hole is formed on the lower surface of the water tank 210 according to the present invention, and a sealing member 220 is added to prevent the coolant from being discharged through the through hole when the battery pack is in a normal state.
  • a flow path is formed inside the heat sink 300 to guide the flow of the coolant flowing in and out, so that the temperature of the coolant flowing into and out of the heat sink 300 can be maintained at a constant level. Therefore, even if the battery cell 120 generates heat due to repeated charging and discharging of the lithium secondary battery, it is possible to suppress an increase in the temperature of the overall battery pack.
  • the module case can be expanded, by adding a partition wall 101 between the module case 110 and the module case 110, the volume expansion of the module cases 110 affects the adjacent module case. It can be minimized and further fixedly support the module cases 110 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a situation in which a flame is extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the first embodiment.
  • a plurality of module cases 110 are disposed in the battery pack case 100 , and a plurality of battery cells 120 are accommodated in the module case 110 , and a plurality of battery cells
  • the water tank 210 is disposed on the upper portion of the 120 , and the water tank 210 is filled with cooling water for lowering the temperature of the battery cell that is heated or ignited.
  • a through hole is formed on one surface of the water tank 210 facing the plurality of battery cells 120 , and a sealing member 220 is added to the through hole to seal the through hole.
  • the sealing member 220 is made of a material melted by a high-temperature gas or sparks emitted from the battery cell 120 . That is, when the battery cell 120 is in a normal state, the sealing member 220 seals the through hole, but the temperature of the ignited battery cell such as the battery cell 120' increases and a flame is generated. When it spreads to the sealing member located in the upper part, the sealing member 220 having a low melting temperature is melted and the through-hole 230 is opened, so that the coolant in the water tank 210 can be directly injected into the battery cell.
  • the cooling water accommodated in the water tank 210 is vaporized due to the ignition of the battery cells and increases in volume to become a high-pressure state. .
  • the coolant can be ejected only from the through hole from which the sealing member is removed.
  • the additive contained in the cooling water does not contain a combustible material.
  • the amount of the additive is sufficient to prevent secondary explosion of the pouch-type battery cell, and at the same time, it may be used as an antifreeze to prevent freezing of the coolant. .
  • the sealing member may be a thermoplastic polymer resin having a melting point of about 200 °C or less, for example, materials having a melting point of about 100 °C or more and 200 °C or less, such as polyethylene, polypropylene, etc., may be used as the thermoplastic polymer resin.
  • the sealing member 220 of FIG. 2 fills the through hole, and may include an extension part 225 extending outwardly from the outer surface of the water tank further than the circumference of the through hole.
  • the extension portion 225 is a portion extending further from the outer surface of the water tank, and in a normal state, the bonding force of the sealing member 220 to the water tank can be improved, and when the battery cell is ignited, the temperature rises
  • the through-hole may be opened by melting from the extension.
  • a thermal runaway phenomenon of the battery cell may occur.
  • the temperature of the battery cell may rise to about 260 °C, which is the temperature at which gas venting occurs.
  • the temperature of the battery cell may continue to rise while gas venting occurs.
  • a battery cell in a thermal runaway state may cause a chain reaction in which thermal runaway occurs by heating an adjacent battery cell. Therefore, when thermal runaway battery cells occur in the battery pack case, thermal runaway of a plurality of battery cells is caused, which can cause great damage because it can spread more widely. As such, when a plurality of battery cells enter a thermal runaway state, a temperature of about 1,000° C. or higher may be reached, which continues until the battery cells are burned out, and thus a user may be in a dangerous situation.
  • the battery pack according to the present invention includes a water tank 210 containing coolant at a position adjacent to the upper portion of the module case 110, and a sealing member with a low melting point seals the through hole through which the coolant flows.
  • a sealing member with a low melting point seals the through hole through which the coolant flows.
  • the flame of the battery cell can be quickly suppressed, thereby ensuring the safety of the user.
  • the through hole 230 formed in the water tank 210 may be formed in a form in which a plurality of holes are uniformly dispersed on one surface of the water tank. can be Therefore, even if a battery cell in a certain position is ignited, the coolant may be directly injected into the ignited battery cell regardless of the position of the battery cell. That is, the number of through holes formed in the water tank may be designed in consideration of the size and number of the module case, the shape, size, and number of battery cells disposed in the module case.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the battery module according to the second embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery pack according to the second embodiment
  • FIG. 7 is a situation in which a flame is extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the second embodiment It is a schematic diagram to explain.
  • the battery pack includes a battery module 200 accommodating a plurality of battery cells 120 , a battery pack case 100 accommodating two or more battery modules 200 , and a battery module 200 . and a heat sink 300 positioned under the It includes a module case 110 accommodating the battery cells 120 and the water tank 210 .
  • the plurality of battery cells 120 have a hexahedral structure as a whole and are prismatic battery cells in which an electrode assembly is accommodated in a battery case made of a metal material, and the positive and negative terminals protrude from the upper surface to face the water tank 210 .
  • the prismatic battery cells may be arranged in close contact so that side surfaces having relatively large areas are stacked adjacently.
  • the water tank 210 has a through hole formed on one surface facing the plurality of battery cells, and a sealing member 220 made of a material having a low melting point is added to the through hole. As the sealing member is melted, the through hole is opened, and the cooling water accommodated in the water tank can be directly introduced into the battery cell 120 through the through hole.
  • the description of the battery pack according to the second embodiment may be equally applied to the description of the battery pack according to the first embodiment.
  • the same reference numerals are applied to the same objects in the same range among the components of the first and second embodiments.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the battery pack according to the third embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery pack according to the third embodiment
  • FIG. 10 is a situation in which flames are extinguished when ignition occurs in the battery pack according to the third embodiment It is a schematic diagram to explain.
  • the battery pack includes a battery module 200 accommodating a plurality of battery cells 120 , a battery pack case 100 accommodating two or more battery modules 200 , and a battery module 200 . and a heat sink 300 positioned under the It includes a module case 110 accommodating the battery cells 120 and the water tank 210 .
  • the plurality of battery cells 120 have a cylindrical structure as a whole, and an electrode assembly is accommodated in a battery case made of a metal material. .
  • the water tank 210 has a through hole formed on one surface facing the plurality of battery cells, and a sealing member 220 made of a material having a low melting point is added to the through hole. As the sealing member is melted, the through hole is opened, and the cooling water accommodated in the water tank can be directly introduced into the battery cell 120 through the through hole.
  • the description of the battery pack according to the third embodiment may be equally applied to the description of the battery pack according to the first embodiment.
  • the same reference numerals are applied to the same objects in the same range among the components of the first and third embodiments.

Landscapes

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

Abstract

본 발명은, 복수의 전지셀들을 수용하는 전지모듈, 상기 전지모듈이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스, 및 상기 전지모듈들의 하부에 위치하는 히트싱크를 포함하고, 상기 전지모듈은, 복수의 전지셀들, 상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하는 워터탱크, 및 상기 복수의 전지셀들과 워터탱크를 수용하는 모듈케이스를 포함하는 전지팩에 대한 것으로서, 전지셀의 발화시 신속하고 정확하게 발화된 전지셀의 화염이 퍼지는 것을 방지할 수 있다.

Description

열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
본 출원은 2020년 11월 23일자 한국 특허 출원 제2020-0157821호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩에 대한 것이다. 구체적으로, 전지팩 내부에 있는 전지셀에서 발화된 화염이 확산되는 것을 방지하기 위하여, 발화된 전지셀로 직접 냉각수를 주입할 수 있도록 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩에 대한 것이다.
리튬 이차전지에 대한 지속적인 연구 개발의 결과, 용량이 증가하고 출력이 향상된 리튬 이차전지의 제조 및 상용화가 가능해지고 있다. 또한, 환경 오염의 문제가 있는 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 리튬 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
이에, 다양한 디바이스에 대한 리튬 이차전지의 적용이 증가하고 있는 바, 예를 들어, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
이와 같이, 리튬 이차전지가 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용됨에 따라 상기 리튬 이차전지의 안전성을 확보하는 문제가 중요 관심 대상이 되고 있다.
일반적으로, 전력저장장치는 내부에 수용된 전지셀에서 화재가 발생하는 경우, 별도의 주수장치를 이용하여 전지모듈이나 전지팩 내부로 물을 주입하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같은 경우, 상기 주수장치를 구비하기 위한 시설과 공간이 필요하며, 전지셀의 벤팅(venting)으로 배출된 가스의 센싱 시점에서 주수까지 걸리는 시간차로 인해 발화가 확산되는 문제가 있다.
또는, 전지모듈이나 전지팩 내부 또는 외부에 단열재나 소화약재 등을 배치하여, 전지셀들 간에 열이 전달되는 것을 차단하거나 발화된 전지셀을 냉각하는 방법을 사용할 수 있다.
그러나, 단열재를 사용하는 경우 화염이 전파되는 것은 막을 수 있으나 소화기능을 발휘할 수 없는 문제가 있다. 소화약재를 사용하는 경우에는 에너지밀도를 고려하여 전지팩 내부의 빈 공간에 소화약재를 배치한 결과, 소화약재가 화재 발생 지점에 정확하게 뿌려지지 못하는 문제가 있다.
이와 같이, 전지팩의 열 폭주를 방지하기 위한 기술로서, 특허문헌 1은 배터리 상부에 물을 포함하는 봉투가 위치하고, 상기 봉투는 융점이 비교적 낮은 재료로 형성되어, 상기 배터리 온도가 증가하면 상기 봉투가 녹아서 내부에 있는 물이 상기 배터리로 배출되는 장치를 개시한다.
특허문헌 1은 봉투 전체가 융점이 낮은 재료로 이루어지기 때문에, 배터리 온도가 증가하는 경우 봉투의 특정 부분에서만 물이 배출되는 것이 아니라, 봉투가 용융되면서 내부의 물이 완전히 쏟아져 나오게 된다.
따라서, 봉투가 전지셀의 하부에 오도록 배치되는 경우에는 물이 전지셀로 주입될 수 없어서 소화기능을 발휘할 수 없다. 따라서, 봉투가 전지셀의 상부에 배치되도록 용기의 방향을 일정한 방향으로만 사용해야하는 제약이 있다.
특허문헌 2는 외케이스 안에 중 케이스와 내 케이스가 수용되고, 복수의 단전지가 상기 중 케이스에 수용되고, 소화제는 상기 내 케이스에 수용되며, 상기 단전지가 상한 온도 이상으로 발열하면 상기 중 케이스 안으로 상기 소화제를 투입하기 위한 주입관을 포함한다. 상기 단전지가 상한 온도 이상으로 발열하면 상기 주입관이 열려서 상기 내 케이스에 수용된 소화제가 중 케이스로 안으로 주입된다.
특허문헌 2는 소화제를 분사하기 위한 압축가스, 주입관으로 사용하는 노즐 및 소화제를 내장하는 내 케이스를 포함하고 있는 바, 이들을 구비하기 위한 추가 공간이 필요하고 소화제 및 압축가스를 구비하기 위한 비용도 추가로 발생하게 된다.
특허문헌 3은 셀 어셈블리, 상기 셀 어셈블리의 외측면과 접하도록 위치하고, 내부에 냉매가 이동하도록 구성된 냉매 유로가 형성된 히트 싱크, 및 상기 셀 어셈블리와 상기 히트싱크가 서로 밀착되도록 열 수축된 열수축성 튜브를 포함하는 배터리 모듈을 개시한다.
특허문헌 3은 히트 싱크를 셀 어셈블리와 밀착되도록 배치함으로써 셀 어셈블리의 방열 효과를 얻을 수 있으나, 셀 어셈블리가 발화된 경우에 화염이 인접하는 전지모듈로 번지는 것을 방지하는 기능을 발휘하지는 못한다.
이와 같이, 전지팩 내부에 수용된 전지셀이 발화되는 경우, 화염이 확산되는 것을 최소화할 수 있으면서, 추가 공간을 필요로 하지 않고, 에너지밀도가 낮아지는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 제2014-523622호 (2014.09.11)
(특허문헌 2) 일본 공개특허공보 제2012-252909호 (2012.12.20)
(특허문헌 3) 한국 공개특허공보 제2020-0030964호 (2020.03.23)
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지셀의 발화 및 폭발시 해당 전지셀의 발화를 진화시키고, 나아가 인접하는 전지셀들로 화염이 전달되는 것을 방지할 수 있는 소화기능과 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀들을 수용하는 전지모듈, 상기 전지모듈이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스, 및 상기 전지모듈들의 하부에 위치하는 히트싱크를 포함하고, 상기 전지모듈은, 복수의 전지셀들, 상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하는 워터탱크, 및 상기 복수의 전지셀들과 워터탱크를 수용하는 모듈케이스를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 히트싱크 내부에는 유입 및 배출되는 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 유로가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 워터탱크는 상기 모듈케이스의 상면 내측면과 일체형으로 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 모듈케이스는 상부가 개방된 형태이고, 상기 워터탱크는 개방된 상기 모듈케이스의 상면을 덮는 형태로 상기 모듈케이스와 결합할 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 워터탱크는, 상기 복수의 전지셀들과 대면하는 일면에 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구에는 밀봉부재가 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 밀봉부재는 상기 전지셀에서 방출하는 고온 가스 또는 스파크에 의해 용융되는 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 밀봉부재의 용융에 의해 상기 관통구가 개방되고, 상기 관통구를 통해 상기 워터탱크 내부에 수용된 냉각수가 상기 전지셀로 투입될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 관통구는, 상기 워터탱크 일면에 복수의 구멍들이 균일하게 분산된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 모듈케이스들 사이에는 격벽이 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 밀봉부재는 상기 관통구를 채우고 있으며, 상기 워터탱크의 외측면에서 상기 관통구의 둘레보다 외측으로 더 연장된 연장부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 전지셀, 각형 전지셀 또는 원통형 전지셀일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 전지팩은 전지팩 내부에 워터탱크를 구비함으로써 전지팩의 외형을 증가시키지 않으면서 발화된 전지셀을 빠르게 냉각할 수 있는 바, 전지셀의 열 폭주 현상을 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 전지셀들과 대면하는 워터탱크의 일면에 밀봉부재를 부가하기 때문에, 상기 밀봉부재가 용융되어 제거되는 경우, 전지팩의 위치 및 방향과 관계없이 발화된 전지셀을 향해 냉각수의 분사가 가능하다.
또한, 워터냉크의 일면에 관통구를 형성하고, 밀봉부재가 상기 관통구를 채우고 있는 형태인 바, 밀봉부재의 부가로 인해 전지팩의 무게가 증가하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 전지셀 스택을 구성하는 전체 전지셀들 가운데 어느 하나의 전지셀이 발화되더라도, 발화된 전지셀에 정확하게 냉각수의 주입이 가능한 형태인 바, 대용량의 전지팩에 적용하더라도 열 확산 차단의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 단가가 높은 소화약재 대신 물을 사용하는 경우, 생산원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전지팩에서 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 전지팩의 단면도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 제3 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 전지팩의 단면도이다
도 10은 제3 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩의 사시도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 전지팩에서 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본원발명에 따른 전지팩은 복수의 전지셀(120)들을 수용하는 전지모듈(200), 전지모듈(200)들이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스(100), 전지모듈(200)들의 하부에 위치하는 히트싱크(300)를 포함하고, 전지모듈(200)은 복수의 전지셀(120)들, 복수의 전지셀(120)들의 상부에 위치하는 워터탱크(210), 및 복수의 전지셀(120)들과 워터탱크(210)를 수용하는 모듈케이스(110)를 포함한다.
워터탱크(210)의 하면에는 관통구가 형성되어 있고, 전지팩이 정상 상태일 때 상기 관통구를 통해 냉각수가 배출되는 것을 방지하기 위하여 밀봉부재(220)가 부가되어 있다. 밀봉부재(220)는 워터탱크의 하면에 부가되기 때문에 전지팩의 외면에서는 보이지 않는 상태이나, 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 밀봉부재(220)를 점선으로 도시하였다.
하나의 구체적인 예에서, 복수의 전지셀(120)들은 파우치형 전지셀일 수 있고, 상기 파우치형 전지셀들이 전극조립체 수납부가 서로 밀착되도록 적층된 상태에서 상기 전극조립체 수납부의 바닥이 지면에 대해 수직이 되도록 배치된 상태일 수 있다.
상기 파우치형 전지셀은 양극리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 양방향 전지셀일 수 있고, 또는 양극리드와 음극리드가 서로 동일한 방향으로 돌출되는 단방향 전지셀일 수 있다.
모듈케이스(110)는, 전극조립체 수납부의 바닥이 지면에 대해 수직이 되도록 배치된 전지셀 스택에서 전극조립체 수납부의 바닥과 평행한 양 끝단과 상면 및 하면을 감싸는 형태일 수 있다.
모듈케이스(110) 내에서 전지셀 스택의 상부에 워터탱크(210)가 배치되는 바, 전지셀 스택과 워터탱크(210)는 인접하게 배치될 수 있고, 또는 전지셀 스택과 워터탱크 사이에 이격 간격이 존재하도록 배치될 수 있다.
워터탱크(210)는 모듈케이스(110)의 상면과 일체형으로 장착될 수 있는 바, 워터탱크(210)가 모듈케이스(210)의 상면이 될 수 있다.
다른 하나의 실시예에서, 모듈케이스(110)는 전지셀 스택에서 전극조립체 수납부의 바닥과 평행한 양 끝단과 하면을 감싸는 U자 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 모듈케이스(110)는 전지셀 스택의 상면을 제외한 나머지 외면을 감싸는 상자 형태로서 상부가 개방된 형태일 수 있는 바, 워터탱크(210)는 개방된 모듈케이스(110)의 상면을 덮는 형태로 모듈케이스(110)와 결합할 수 있다.
즉, 워터탱크(230)가 전지셀 스택의 상면에 배치됨으로써 상면이 개방된 모듈케이스(230)의 덮개 역할을 할 수 있다
워터탱크(210)는 전지모듈 하우징(110)과 대면하는 하면 및 이와 반대 방향인 상면이 넓은 직육면체 형태로 이루어질 수 있는 바, 상기 상면 및 하면의 면적은 모듈케이스(110)에 수용된 복수의 전지셀들(120)들의 상면을 덮는 크기로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 모듈케이스 내부에 장착되는 크기로 이루어진 워터탱크(210)를 복수의 개수로 포함하고 있는 바, 특정한 전지모듈 내의 전지셀이 발화되는 경우, 해당 전지모듈에 포함된 워터탱크에 의한 화재진압이 가능한 형태이다.
따라서, 인접하는 전지모듈로 열확산이 일어나는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 발화된 전지셀을 포함하는 전지모듈만 교체 사용이 가능한 형탱이다.
본 발명에 따른 워터탱크(210)의 하면에는 관통구가 형성되어 있고, 전지팩이 정상 상태일 때 상기 관통구를 통해 냉각수가 배출되는 것을 방지하기 위하여 밀봉부재(220)가 부가되어 있다.
히트싱크(300) 내부에는 유입 및 배출되는 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 유로가 형성되어 있는 바, 히트싱크(300)에 유입 및 배출되는 냉각수의 온도가 일정한 수준을 유지할 수 있다. 따라서, 리튬 이차전지의 반복적인 충방전으로 인해 전지셀(120)이 발열하더라도 전체적인 전지팩의 온도가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
전지셀(120)은 반복적인 충방전 과정에서 전극조립체의 팽창과 수축이 발생할 뿐 아니라, 충방전의 부산물로 가스가 생성된다. 따라서, 모듈케이스가 팽창될 수 있는 바, 모듈케이스(110)와 모듈케이스(110) 사이에 격벽(101)을 부가하여, 모듈케이스(110)들의 부피 팽창이 인접하는 모듈케이스에 영향을 주는 것을 최소화하고 나아가 모듈케이스(110)들을 고정 지지할 수 있다.
도 4는 제1 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
상기 도 3과 도 4를 참조하면, 전지팩 케이스(100) 안에 복수의 모듈케이스(110)들이 배치되고, 모듈케이스(110) 내부에는 복수의 전지셀(120)들이 수납되고, 복수의 전지셀(120)들의 상부에는 워터탱크(210)가 배치되는 바, 워터탱크(210) 내부에는 발열 또는 발화된 전지셀의 온도를 낮추기 위한 냉각수가 채워져 있다.
워터탱크(210)에서 복수의 전지셀(120)들과 대면하는 일면에 관통구가 형성되어 있고, 관통구에는 밀봉부재(220)가 부가되어 관통구를 밀봉하고 있다. 밀봉부재(220)는 전지셀(120)에서 방출하는 고온 가스 또는 스파크에 의해 용융되는 소재로 이루어진다. 즉, 전지셀(120)이 정상 상태일 때는 밀봉부재(220)가 관통구를 밀봉한 상태가 유지되지만, 전지셀(120')과 같이 발화된 전지셀의 온도가 증가하고 화염이 발생하여 인접하게 위치하는 밀봉부재로 퍼지게 되면, 용융온도가 낮은 밀봉부재(220)가 용융되어 관통구(230)가 개방되는 바, 워터탱크(210) 내부의 냉각수가 전지셀로 직접 투입될 수 있다.
워터탱크(210)에 수용된 냉각수는 전지셀의 발화로 인해 기화되어 부피가 증가하여 고압 상태가 되는 바, 관통구(230)가 개방될 때, 발화된 전지셀을 향해 강한 압력으로 분사될 수 있다.
이 때, 발화된 전지셀(120')과 인접하지 않은 밀봉부재(220)는 용융되지 않고 형태가 유지될 수 있는 바, 밀봉부재가 제거된 관통구에서만 냉각수의 분출이 이루어질 수 있다.
상기 냉각수가 파우치형 전지셀 내부로 직접 주입되는 점을 고려할 때, 냉각수의 주입으로 인하여 상기 파우치형 전지셀의 화염이 커지거나 폭발이 일어나는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 상기 냉각수에 포함되는 첨가제로는 가연성 물질이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 또는, 상기 첨가제로서 가연성 물질이 포함되는 경우로서, 상기 첨가제의 양은 파우치형 전지셀에 대한 2차 폭발을 방지할 수 있는 정도인 동시에, 상기 냉각수의 어는 것을 방지하기 위해 부동액으로 사용되는 정도일 수 있다.
상기 밀봉부재는 용융점이 약 200 ℃ 이하인 열가소성의 고분자 수지가 적용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 열가소성의 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 용융점이 약 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 물질들이 사용될 수 있다.
도 2의 밀봉부재(220)는 관통구를 채우고 있으며, 상기 워터탱크의 외측면에서 상기 관통구의 둘레보다 외측으로 더 연장된 연장부(225)를 포함할 수 있다. 연장부(225)는 워터탱크의 외측면에서 더 연장되는 부분인 바, 정상 상태일 때는 워터탱크에 대한 밀봉부재(220)의 결합력을 향상시킬 수 있고, 전지셀의 발화 발생시에는 온도 상승에 따라 연장부부터 용융되어 관통구가 개방될 수 있다.
리튬 이차전지로 이루어진 전지셀에서, 전지셀에 결함이 생기거나, 과충전 내지 과열되었을 때, 전지셀의 열폭주 현상이 발생할 수 있다. 전지셀이 열폭주 상태가 되면 전지셀의 온도는 가스 벤팅이 일어나는 온도인 약 260 ℃까지 올라갈 수 있다. 또한, 가스 벤팅이 일어나는 동안에도 전지셀의 온도는 계속 상승할 수 있다.
복수의 전지셀을 전지팩 케이스에 수용하여 전지팩을 제조하는 경우, 하나의 전지셀이 열폭주 상태가 되면, 고열 및 화염은 인접하는 전지셀로 전달되어 인접하는 전지셀도 과열되고 열폭주 상태가 될 수 있다. 다시, 열폭주 상태가 된 전지셀은 인접하는 전지셀을 가열하여 열폭주가 일어나는 연쇄 반응이 일어날 수 있다. 따라서, 열폭주된 전지셀이 전지팩 케이스 내에 발생하면, 복수의 전지셀들의 열폭주를 초래하고, 이는 보다 광범위하게 번질 수 있기 때문에 큰 손해를 일으킬 수 있다. 이와 같이 복수의 전지셀들이 열폭주 상태가 되면 약 1,000 ℃ 이상의 온도에 도달할 수 있으며, 이는 전지셀이 전소될 때까지 지속되는 바, 사용자가 위험한 상황에 처하게 될 수 있다.
따라서, 발화된 전지셀의 화염 및 고열이 인접하는 전지셀로 번지기 전에 발화된 전지셀을 소화시키는 것이 매우 중요한 문제이다.
이에, 본원발명에 따른 전지팩은, 모듈케이스(110)의 상부와 인접한 위치에 냉각수를 담고 있는 워터탱크(210)를 구비하고, 상기 냉각수가 흘러나오는 관통구를 용융점이 낮은 밀봉부재가 밀봉하고 있는 바, 발화된 전지셀에 의해 밀봉부재(220)가 용융되면 관통구(230)가 개방된다. 따라서, 상기 관통구를 통해 워터탱크(210) 내부에 수용된 냉각수가 전지셀(120)로 직접 투입된다. 이와 같은 과정에 의해, 과열 또는 발화된 파우치형 전지셀을 빠르게 소화 내지 냉각시킴으로써 열 폭주가 확대되는 것을 신속하게 방지할 수 있는 바, 외부에 있는 주수시설을 이용하여 전지셀의 화염을 진화하는데 필요한 시간을 확보할 수 있다.
또한, 본원발명의 전지팩이 전기자동차와 같이 사용자와 밀접하게 장착되더라도, 전지셀의 화염을 빠르게 진압할 수 있는 바, 사용자의 안전성을 확보할 수 있다.
워터탱크(210)에 형성된 관통구(230)는, 워터탱크 일면에 복수의 구멍들이 균일하게 분산된 형태로 이루어질 수 있는 바, 어떤 전지셀에서 발화가 일어나더라도 이와 인접하게 위치하는 밀봉부재가 용융될 수 있다. 따라서, 어떤 위치에 있는 전지셀이 발화되더라도, 전지셀의 위치에 상관없이 발화된 전지셀에 대한 직접적인 냉각수의 주입이 이루어질 수 있다. 즉, 워터탱크에 형성된 관통구의 개수는 모듈케이스의 크기와 개수, 상기 모듈케이스에 배치되는 전지셀의 형태, 크기 및 개수 등을 고려하여 설계될 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 전지모듈의 분해사시도이고, 도 6은 제2 실시예에 따른 전지팩의 단면도이며, 도 7은 제2 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 전지팩은 복수의 전지셀(120)들을 수용하는 전지모듈(200), 전지모듈(200)이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스(100), 전지모듈(200)들의 하부에 위치하는 히트싱크(300)를 포함하고, 전지모듈(200)은 복수의 전지셀(120)들, 복수의 전지셀(120)들의 상부에 위치하는 워터탱크(210), 및 복수의 전지셀(120)들과 워터탱크(210)를 수용하는 모듈케이스(110)를 포함한다.
복수의 전지셀(120)들은 전체적으로 육면체 구조로 이루어지고 금속 소재로 이루어진 전지케이스에 전극조립체가 수납된 각형 전지셀이며, 양극단자 및 음극단자는 워터탱크(210)와 대면하도록 상면에서 돌출되는 형태일 수 있다. 각형 전지셀들은 상대적으로 면적이 넓은 측면들이 인접하게 적층되도록 밀착되어 배치될 수 있다.
또한, 워터탱크(210)는 복수의 전지셀들과 대면하는 일면에 관통구가 형성되고, 상기 관통구에는 용융점이 낮은 소재로 이루어진 밀봉부재(220)가 부가되어 있는 바, 전지셀의 발화시 밀봉부재가 용융되면서 상기 관통구가 개방되고, 상기 관통구를 통해 워터탱크 내부에 수용된 냉각수가 전지셀(120)로 직접 투입될 수 있다.
이 외에, 상기 제2실시예에 따른 전지팩에 대한 설명은 상기 제1실시예에 따른 전지팩에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 제1실시예와 제2실시예의 구성요소 가운데 그 대상이 동일한 범위에서 동일한 도면부호가 적용된다.
도 8은 제3 실시예에 따른 전지팩의 분해사시도이고, 도 9는 제3 실시예에 따른 전지팩의 단면도이며, 도 10은 제3 실시예에 따른 전지팩에서 발화 발생시 화염이 진화되는 상황을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 전지팩은 복수의 전지셀(120)들을 수용하는 전지모듈(200), 전지모듈(200)이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스(100), 전지모듈(200)들의 하부에 위치하는 히트싱크(300)를 포함하고, 전지모듈(200)은 복수의 전지셀(120)들, 복수의 전지셀(120)들의 상부에 위치하는 워터탱크(210), 및 복수의 전지셀(120)들과 워터탱크(210)를 수용하는 모듈케이스(110)를 포함한다.
복수의 전지셀(120)들은 전체적으로 원통형 구조로 이루어지고 금속 소재로 이루어진 전지케이스에 전극조립체가 수납된 원통형 전지셀이며, 양극단자가 워터탱크(210)와 대면하도록 상향 돌출되는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 워터탱크(210)는 복수의 전지셀들과 대면하는 일면에 관통구가 형성되고, 상기 관통구에는 용융점이 낮은 소재로 이루어진 밀봉부재(220)가 부가되어 있는 바, 전지셀의 발화시 밀봉부재가 용융되면서 상기 관통구가 개방되고, 상기 관통구를 통해 워터탱크 내부에 수용된 냉각수가 전지셀(120)로 직접 투입될 수 있다.
이 외에, 상기 제3 실시예에 따른 전지팩에 대한 설명은 상기 제1 실시예에 따른 전지팩에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 제1 실시예와 제3 실시예의 구성요소 가운데 그 대상이 동일한 범위에서 동일한 도면부호가 적용된다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 전지팩 케이스
101: 격벽
110: 모듈케이스
120, 120': 전지셀
200: 전지모듈
210: 워터탱크
220: 밀봉부재
225: 연장부
230: 관통구
300: 히트싱크

Claims (11)

  1. 복수의 전지셀들을 수용하는 전지모듈;
    상기 전지모듈이 둘 이상 수납된 전지팩 케이스; 및
    상기 전지모듈들의 하부에 위치하는 히트싱크;
    를 포함하고,
    상기 전지모듈은,
    복수의 전지셀들, 상기 복수의 전지셀들의 상부에 위치하는 워터탱크, 및 상기 복수의 전지셀들과 워터탱크를 수용하는 모듈케이스를 포함하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트싱크 내부에는 유입 및 배출되는 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 유로가 형성되어 있는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 워터탱크는 상기 모듈케이스의 상면 내측면과 일체형으로 장착되어 있는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈케이스는 상부가 개방된 형태이고,
    상기 워터탱크는 개방된 상기 모듈케이스의 상면을 덮는 형태로 상기 모듈케이스와 결합하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 워터탱크는, 상기 복수의 전지셀들과 대면하는 일면에 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구에는 밀봉부재가 부가되어 있는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀봉부재는 상기 전지셀에서 방출하는 고온 가스 또는 스파크에 의해 용융되는 소재로 이루어진 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 밀봉부재의 용융에 의해 상기 관통구가 개방되고,
    상기 관통구를 통해 상기 워터탱크 내부에 수용된 냉각수가 상기 전지셀로 투입되는 전지팩.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 관통구는, 상기 워터탱크 일면에 복수의 구멍들이 균일하게 분산된 형태로 형성되어 있는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈케이스들 사이에는 격벽이 부가되어 있는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉부재는 상기 관통구를 채우고 있으며, 상기 워터탱크의 외측면에서 상기 관통구의 둘레보다 외측으로 더 연장된 연장부를 포함하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 전지셀, 각형 전지셀 또는 원통형 전지셀인 전지팩.
PCT/KR2021/016707 2020-11-23 2021-11-16 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩 WO2022108290A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21895058.2A EP4120443A1 (en) 2020-11-23 2021-11-16 Battery pack including structure for suppressing thermal diffusion
JP2023500415A JP2023534413A (ja) 2020-11-23 2021-11-16 熱拡散抑制構造を含む電池パック
CN202180061424.7A CN116250118A (zh) 2020-11-23 2021-11-16 包括热扩散抑制结构的电池组
US18/011,656 US20230335856A1 (en) 2020-11-23 2021-11-16 Battery pack including thermal spread inhibition structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200157821A KR20220070838A (ko) 2020-11-23 2020-11-23 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR10-2020-0157821 2020-11-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022108290A1 true WO2022108290A1 (ko) 2022-05-27

Family

ID=81709402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/016707 WO2022108290A1 (ko) 2020-11-23 2021-11-16 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230335856A1 (ko)
EP (1) EP4120443A1 (ko)
JP (1) JP2023534413A (ko)
KR (1) KR20220070838A (ko)
CN (1) CN116250118A (ko)
WO (1) WO2022108290A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117748011B (zh) * 2024-02-09 2024-06-11 合众新能源汽车股份有限公司 电池模组和用电设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008258027A (ja) * 2007-04-05 2008-10-23 Denso Corp 集合電池
JP2009219257A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Panasonic Corp 電力供給機器とそれを用いた電子機器
JP2012252909A (ja) 2011-06-03 2012-12-20 Toyota Motor Corp 電池パック
KR20130078953A (ko) * 2012-01-02 2013-07-10 현대모비스 주식회사 차량용 배터리안전장치
JP2014523622A (ja) 2011-07-07 2014-09-11 フェデラル エクスプレス コーポレイション バッテリ冷却方法およびシステム
KR20180038310A (ko) * 2016-10-06 2018-04-16 주식회사 엘지화학 히트 싱크가 일체형으로 결합된 모듈 케이스를 포함하는 전지모듈
KR20200030964A (ko) 2018-09-13 2020-03-23 주식회사 엘지화학 열수축성 튜브를 포함하는 배터리 모듈

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008258027A (ja) * 2007-04-05 2008-10-23 Denso Corp 集合電池
JP2009219257A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Panasonic Corp 電力供給機器とそれを用いた電子機器
JP2012252909A (ja) 2011-06-03 2012-12-20 Toyota Motor Corp 電池パック
JP5760713B2 (ja) * 2011-06-03 2015-08-12 トヨタ自動車株式会社 電池パック
JP2014523622A (ja) 2011-07-07 2014-09-11 フェデラル エクスプレス コーポレイション バッテリ冷却方法およびシステム
KR20130078953A (ko) * 2012-01-02 2013-07-10 현대모비스 주식회사 차량용 배터리안전장치
KR20180038310A (ko) * 2016-10-06 2018-04-16 주식회사 엘지화학 히트 싱크가 일체형으로 결합된 모듈 케이스를 포함하는 전지모듈
KR20200030964A (ko) 2018-09-13 2020-03-23 주식회사 엘지화학 열수축성 튜브를 포함하는 배터리 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220070838A (ko) 2022-05-31
CN116250118A (zh) 2023-06-09
US20230335856A1 (en) 2023-10-19
EP4120443A1 (en) 2023-01-18
JP2023534413A (ja) 2023-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022004972A1 (ko) 방열부재를 포함하는 전지모듈 및 상기 방열부재의 제조방법
WO2022108286A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2022108285A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2018230797A1 (ko) 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩
WO2022203278A1 (ko) 냉각수를 활용한 배터리 셀의 열확산 방지 구조를 갖춘 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2021071138A1 (ko) 단열부재를 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2023282609A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022220605A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022108290A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2022108284A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2022265460A1 (ko) 개선된 벤팅 성능을 갖는 배터리 모듈
WO2022108288A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2022108289A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2023282711A1 (ko) 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩
WO2022108291A1 (ko) 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2024019467A1 (ko) 냉각부를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩
WO2024071938A1 (ko) 냉각 부재 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2024019414A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2023068688A1 (ko) 안전성이 강화된 배터리 모듈
WO2023128462A1 (ko) 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차
WO2023075524A1 (ko) 안전성이 향상된 배터리 팩
WO2023177266A1 (ko) 흡열체 및 이를 포함하는 전지 모듈
WO2024096588A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2024063485A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치
WO2022186564A1 (ko) 화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈

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: 21895058

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021895058

Country of ref document: EP

Effective date: 20221013

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023500415

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE