WO2022173182A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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battery module
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module with enhanced safety and a battery pack including the same.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the battery module in order to protect the battery cell stack from external impact, heat, or vibration, the front and back of the open front and rear may include a module frame for accommodating the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which components constituting the battery module of FIG. 1 are combined.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2 .
  • the conventional battery module 10 includes a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked in one direction, and a battery cell stack 12 accommodating the
  • the module frame 30 , the end plate 15 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 , and the bus bar frame 13 formed between the end plate 15 and the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 ) includes
  • the module frame 30 includes a lower frame 30 covering the lower and both sides of the battery cell stack 12 and an upper plate 40 covering the upper surface of the battery cell stack 12 .
  • a compression pad 20 is positioned between a pair of adjacent battery cells in the battery cell stack 12 .
  • the compression pad 20 included in the conventional battery module 10 may be in contact with one surface of the battery cell 11 .
  • the battery cell stack 12 may apply stress to the module frame 30 and the upper plate 40 , which may decrease module rigidity.
  • the compression pad 20 may absorb a swelling phenomenon.
  • the compression pad 20 alone has little effect of reducing the heat propagation time when ignition occurs within the module, and it is difficult to prevent ignition.
  • the secondary cell fires due to external heat conduction due to the flame generated in the battery cells 11 as well as heat conduction between the neighboring battery cells 11, and the risk may be very high. .
  • An object of the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the same for preventing ignition in the module and effectively delaying the speed of heat propagation between battery cells.
  • a battery module includes a battery cell stack formed by stacking a plurality of battery cells; a module frame for accommodating the battery cell stack; and a compression pad disposed between the battery cells, wherein the compression pad has a porous structure.
  • the porous structure may include a plurality of holes, and a protective substrate may be formed in the plurality of holes.
  • the protective substrate may include at least one of a heat absorbing member and a heat insulating member.
  • the material forming the defense substrate may flow out of the hole by swelling of the battery cell to form a barrier film.
  • the barrier layer may include a first barrier layer formed between the battery cell and the compression pad.
  • the barrier film may further include a second barrier film formed between the battery cell stack and the upper plate of the module frame.
  • the hole may have an elliptical shape.
  • the hole may have an elliptical shape elongated in a direction in which the electrode lead of the battery cell protrudes.
  • the heat absorbing member or heat insulating member may include an extinguishing agent comprising at least one of sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and first ammonium phosphate.
  • the compression pad may be formed of at least one of urethane, polyurethane, low-density polyether, and polyester.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • a compression pad having a porous structure interposed between a pair of adjacent battery cells may be formed, and a protective substrate may be formed inside the porous structure of the compression pad.
  • the protective substrate may be released from the inside of the porous structure to the outside by the pressure applied to the battery cell when the battery cell is ignited to form a barrier film. Therefore, it is possible to delay the speed of heat propagation between neighboring battery cells.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which components constituting the battery module of FIG. 1 are combined.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a compression pad included in the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view illustrating a state before and after the compression pad of FIG. 5 is subjected to external pressure.
  • FIG. 7 is a view illustrating that the compression pad according to the present embodiment forms a barrier film by receiving the external pressure of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is an enlarged view of part B of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of part B of FIG. 7 .
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference portion means to be located above or below the reference portion, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity not.
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • the compression pad 20 described with reference to FIGS. 1 to 3 may have a uniform cross-section and may have a constant thickness.
  • the compression pad 20 may serve to prevent cell swelling, and may delay heat propagation to some extent when the cell is ignited. In preparation for this, the compression pad according to an embodiment of the present invention will be described later in detail.
  • FIG. 4 is a plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and is a view of the battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • 5 is a view illustrating a cross-section of a compression pad included in the battery module of FIG. 4 .
  • the battery module according to this embodiment is a battery cell stack 120 formed by stacking a plurality of battery cells 110, a module frame for accommodating the battery cell stack 120 ( 130), and a compression pad 150 disposed between neighboring battery cells 110 among the plurality of battery cells 110 .
  • the battery module according to the present embodiment shown in FIG. 4 may be a view of the battery module of FIG. 2 from above. Therefore, the direction from the top to the bottom of FIG. 4 may be the x-axis direction of FIG. 2 , and although not shown in FIG. 4 , the battery module according to this embodiment is an upper plate (not shown) covering the battery module of FIG. ) may be further included.
  • the compression pad 150 has a porous structure, and the porous structure according to the present embodiment includes a plurality of holes 140 .
  • a protective substrate 160 may be formed inside the plurality of holes 140 .
  • the protective substrate 160 may include at least one of a heat absorbing member and a heat insulating member.
  • the compression pad 150 is not only formed between the battery cells 110 positioned inside the battery cell stack 120 , but also the outermost battery cell and the outermost battery included in the battery cell stack 120 . It may be located between a cell and an adjacent battery cell.
  • a compression pad 150 is formed between the outermost battery cell adjacent to the module frame 130 and the battery cell adjacent to the outermost battery cell and between the battery cells 110 positioned inside the battery cell stack 120 . By doing so, it is possible to prevent the flame generated in the battery cell 110 from propagating to the neighboring battery cell 110 or from being transmitted to the outside of the module. It can also delay heat propagation within the module.
  • the protective substrate 160 positioned inside the hole 140 is subjected to pressure, and the compression pad 150 is crushed to cause the protective substrate ( The material forming the 160 may flow out of the hole 140 and come out.
  • the barrier film 200 may be formed between the battery cell 110 and the compression pad 150 .
  • the protective substrate 160 positioned inside the hole 140 is subjected to pressure, the compression pad 150 is crushed, and the hole 140 has an elliptical shape.
  • the elliptical shape may be an elliptical shape in which an electrode lead (not shown) of the battery cell 110 is elongated in a protruding direction.
  • the hole 140 may have an oval shape in various directions depending on the direction of the external pressure applied to the hole 140 by the swelling of the battery cell 110 , but is not limited thereto.
  • the compression pad 150 having a porous structure may be selected from materials having an inherently porous structure, such as urethane, polyurethane, low-density polyether, and polyester.
  • the porous structure may be formed by scanning a laser when the compression pad 150 is formed, or the hole 140 may be formed together when the compression pad 150 is formed, but is not limited thereto.
  • the compression pad 150 selected from the material or the porous structure of the compression pad 150 formed through the above method may include a plurality of holes 140 , and the protective substrate 160 may be interposed inside the holes 140 . .
  • at least one hole 140 may be formed on the compression pad 150 , and as the number of holes 140 increases, the number of intervening defense substrates 160 may increase.
  • the hole 140 on the compression pad 150 may be preferably formed at a level capable of maintaining the function of the compression pad 150 for absorbing cell swelling, but is not limited thereto.
  • FIG. 6 is a view showing a state before and after the compression pad receives external pressure.
  • FIG. 7 is a view illustrating that the compression pad according to the embodiment forms a barrier film by receiving the external pressure of FIG. 6 .
  • 8 and 9 are enlarged views of part B of FIG. 7 .
  • the protective substrate 160 interposed in the hole 140 of the compression pad 150 flows out from the hole 140 of the compression pad 150 as an external pressure is applied to the barrier film. (200) can be formed. This is because, as described above, the shape of the hole 140 of the compression pad 150 is changed by external pressure, and as the protective substrate 160 interposed in the hole 140 is pushed out from the compression pad 150 , the barrier A film 200 is formed.
  • the barrier film 200 is a first barrier film 200a formed between the battery cell 110 and the compression pad 150 , between the battery cell stack 120 and the module frame 130 , in particular, the battery cell.
  • a second barrier layer 200b formed between the stacked body 120 and the upper plate (not shown) of the module frame 130 may be included.
  • the second barrier layer may further include a third barrier layer 200c formed between the compression pad 150 and the module frame 130 , in particular, the upper plate of the module frame 130 .
  • the first barrier film 200a may cover part or all of the space between the battery cell 110 and the compression pad 150
  • the second barrier film 200b is formed between the battery cell stack 120 and the module frame ( 130), in particular, may cover part or all of the space between the upper plates of the module frame 130
  • the third barrier layer 200c is formed between the compression pad 150 and the module frame 130 .
  • Part or all of the space between the module frame 130 in particular, the space between the compression pad 150 and the upper plate of the module frame 130 may be covered. Accordingly, the degree of flow of the protective substrate 160 from the hole 140 is controlled according to the applied pressure, whereby the degree of formation of the barrier layer may be controlled.
  • the first barrier film 200a , the second barrier film 200b , and the third barrier film 200c cover a part or the whole of the space to prevent ignition due to a temperature increase in the module.
  • the protective substrate 160 flows out from the hole 140 of the compression pad 150 and forms a barrier film 200 between the compression pad 150 and the battery cell 110 adjacent thereto.
  • the protective substrate 160 forming the barrier film 200 may include a heat absorbing member or a heat insulating member.
  • the heat absorbing member or the heat insulating member may be an extinguishing agent, and more specifically, the extinguishing agent may be a liquid extinguishing agent or a powder extinguishing agent.
  • the extinguishing agent may include at least one of sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and primary ammonium phosphate, but is not limited thereto.
  • one or more battery modules according to an embodiment of the present invention may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 형성된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀들 사이에 배치되어 있는 압축 패드를 포함하고, 상기 압축 패드는 다공성 구조를 갖는다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 02월 9일자 한국 특허 출원 제10-2021-0018468호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안전성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈을 구성하는 구성 요소들을 결합한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30), 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15) 및 엔드 플레이트(15)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(13)을 포함한다. 모듈 프레임(30)은 전지셀 적층체(12)의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임(30)과 전지셀 적층체(12)의 상면을 덮는 상부 플레이트(40)를 포함한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 전지셀 적층체(12)에서 서로 이웃하는 한 쌍의 전지셀 사이에 압축 패드(20)가 위치한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)에 포함되는 압축 패드(20)는 전지셀(11)의 일면에 접할 수 있다. 전지셀(11)이 스웰링 되는 경우 전지셀 적층체(12)가 모듈 프레임(30) 및 상부 플레이트(40)에 스트레스를 가할 수 있고, 이로 인해 모듈 강성을 떨어뜨릴 수 있다. 압축 패드(20)는 스웰링 현상을 흡수할 수 있을 수 있다. 하지만, 압축 패드(20)만으로는 모듈 내 발화가 일어나는 경우에 열 전파 시간을 단축하는 효과가 적고 발화를 방지하기는 어렵다. 특히, 전지셀(11) 발화 시, 이웃하는 전지셀(11)간 열전도와 더불어 전지셀(11)에서 발생되는 화염으로 인한 외부 열전도로 인해 2차 셀 발화가 발생하여 그 위험이 매우 클 수 있다.
이에 따라, 종래와 달리 스웰링 현상을 흡수함은 물론, 모듈 내 발화를 방지하고 전지셀 간의 열 전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 모듈 내의 발화를 방지하고 전지셀 간의 열 전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 형성된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀들 사이에 배치되어 있는 압축 패드를 포함하고, 상기 압축 패드는 다공성 구조를 갖는다.
상기 다공성 구조는 복수의 홀을 포함하고, 상기 복수의 홀에는 방어 기재가 형성되어 있을 수 있다.
상기 방어 기재는 흡열 부재 및 단열 부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전지셀의 스웰링에 의해 상기 방어 기재를 형성하는 소재가 상기 홀 외부로 유동하여 배리어막을 형성할 수 있다.
상기 배리어막은 상기 전지셀과 상기 압축 패드 사이에 형성되는 제1 배리어막을 포함할 수 있다.
상기 배리어막은 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 상부 플레이트 사이에 형성되는 제2 배리어막을 더 포함할 수 있다.
상기 홀은 타원 형상을 가질 수 있다.
상기 홀은 상기 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향으로 길게 형성된 타원 형상을 가질 수 있다.
상기 흡열 부재 또는 단열 부재는 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 및 제1 인산암모늄 중 적어도 하나를 포함하는 소화약제를 포함할 수 있다.
상기 압축 패드는 우레탄, 폴리우레탄, 저밀도 폴리에테르 및 폴리에스테르 중 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 이웃하는 한 쌍의 전지셀 사이에 개재되는 다공성 구조의 압축 패드를 형성하고, 상기 압축 패드의 다공성 구조 내부에 방어 기재를 형성할 수 있다. 이때, 전지셀 발화 시 전지셀에 가해지는 압력에 의해 상기 방어 기재가 상기 다공성 구조 내부로부터 외부로 방출되어 배리어막을 형성할 수 있다. 따라서, 이웃하는 전지셀 간 열 전파 속도를 지연시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈을 구성하는 구성 요소들을 결합한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 평면도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 압축 패드를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 압축 패드가 외부 압력을 받기 전후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 압축 패드가 도 6의 외부 압력을 받아 배리어막을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 압축 패드(20)는 비교예로서, 균일한 단면을 가질 수 있고, 일정한 두께를 가질 수 있다. 압축 패드(20)는 셀 스웰링을 방지하는 역할을 할 수 있고, 셀 발화 시 어느 정도 열 전파를 지연시킬 수 있다. 이에 대비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 패드에 대해 자세히 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 위에서 바라본 도면이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 포함된 압축 패드의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀(110)이 적층되어 형성되는 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(130), 복수의 전지셀(110) 중 서로 이웃하는 전지셀(110) 사이에 배치되는 압축 패드(150)를 포함한다. 이때, 도 4에서 도시한 본 실시예에 따른 전지 모듈은 도 2의 전지 모듈을 위에서 바라본 모습을 도시한 것일 수 있다. 그러므로, 도 4의 상부에서 하부를 향하는 방향은 도 2의 x축 방향일 수 있으며, 도 4에서는 도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 도 4의 전지 모듈을 덮는 상부 플레이트(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
압축 패드(150)는 다공성 구조를 가지며, 본 실시예에 따른 다공성 구조는 복수의 홀(140)을 포함한다. 복수의 홀(140) 내부에는 방어 기재(160)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 방어 기재(160)는 흡열 부재 및 단열 부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 압축 패드(150)는 전지셀 적층체(120) 내부에 위치하는 전지셀(110)들 사이에 형성될 뿐만 아니라, 전지셀 적층체(120)에 포함된 최외각 전지셀과 최외각 전지셀과 인접하는 전지셀 사이에 위치할 수 있다. 모듈 프레임(130)에 인접하는 최외각 전지셀과 최외각 전지셀과 인접하는 전지셀 사이 및 전지셀 적층체(120) 내부에 위치하는 전지셀(110)들 사이에 압축 패드(150)를 형성함으로써, 전지셀(110)에서 발생하는 화염이 이웃하는 전지셀(110)로 전파되거나, 모듈 외부로 화염이 전달되는 것을 차단할 수 있다. 뿐만 아니라 모듈 내 열 전파를 지연시킬 수도 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따르면, 전지셀(110)의 스웰링이 발생하면 홀(140) 내부에 위치하는 방어 기재(160)가 압력을 받게 되고, 압축 패드(150)가 찌그러져서 방어 기재(160)를 형성하는 소재가 홀(140) 외부로 유동하여 빠져 나올 수 있다. 이러한 방어 기재(160)를 형성하는 소재가 빠져 나오면, 전지셀(110)과 압축 패드(150) 사이에 배리어막(200)을 형성할 수 있다.
이때, 전지셀(110)의 스웰링이 발생하면 홀(140) 내부에 위치하는 방어 기재(160)가 압력을 받게 되고, 압축 패드(150)가 찌그러지며, 홀(140)은 타원 형상을 가질 수 있다. 상기 타원 형상으로 인해 홀(140) 외부로 방어 기재(160)가 빠져 나오기 용이할 수 있다. 상기 타원 형상은 전지셀(110)의 전극 리드(도시하지 않음)가 돌출된 방향으로 길게 형성된 타원 형상 일 수 있다. 또한, 전지셀(110)의 스웰링에 의해 홀(140)에 가해지는 외부 압력의 방향에 따라 홀(140)은 다양한 방향의 타원 형상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 다공성 구조를 갖는 압축 패드(150)는 우레탄, 폴리우레탄, 저밀도 폴리에테르 및 폴리에스테르와 같은 본래 다공성 구조를 갖는 소재에서 선택될 수 있다. 또한, 압축 패드(150) 형성 시 레이저를 주사하여 상기 다공성 구조를 형성하거나, 압축 패드(150) 형성 시 홀(140)을 함께 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 소재로부터 선택된 압축 패드(150) 또는 상기 방법을 통해 형성된 압축 패드(150)의 다공성 구조는 복수의 홀(140)을 포함하고, 홀(140) 내부에 방어 기재(160)를 개재할 수 있다. 또한, 홀(140)은 압축 패드(150) 상에 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 홀(140)의 수가 많아질수록 개재할 수 있는 방어 기재(160)의 수가 늘어날 수 있다. 다만, 압축 패드(150) 상의 홀(140)은 셀 스웰링을 흡수하는 압축 패드(150)의 역할 수행을 유지할 수 있는 수준으로 형성되는 것이 바람직할 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6은 압축 패드가 외부 압력을 받기 전후의 모습을 나타내는 도면이다. 도 7은 실시예에 따른 압축 패드가 도 6의 외부 압력을 받아 배리어막을 형성하는 것을 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9는 도 7의 B 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참고하면, 압축 패드(150)의 홀(140)에 개재되는 방어 기재(160)는 외부 압력이 가해짐에 따라 압축 패드(150)의 홀(140)로부터 흘러나와 배리어막(200)을 형성할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 외부 압력에 의해 압축 패드(150)의 홀(140)의 형상 변화가 일어나기 때문이며, 홀(140)의 내부에 개재되는 방어 기재(160)가 압축 패드(150)로부터 밀려 나오면서 배리어막(200)이 형성된다.
이때, 배리어막(200)은 전지셀(110)과 압축 패드(150) 사이에 형성되는 제1 배리어막(200a), 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(130) 사이, 특히, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(130)의 상기 상부 플레이트(도시하지 않음) 사이에 형성되는 제2 배리어막(200b)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 배리어막은 압축 패드(150)와 모듈 프레임(130), 특히 모듈 프레임(130)의 상기 상부 플레이트 사이에 형성되는 제3 배리어막(200c)을 더 포함할 수 있다.
제1 배리어막(200a)은 전지셀(110)과 압축 패드(150) 사이의 공간의 일부 또는 전체를 덮을 수 있고, 제2 배리어막(200b)은 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(130) 사이의 공간, 특히, 모듈 프레임(130)의 상기 상부 플레이트 사이의 공간의 일부 또는 전체를 덮을 수 있다. 특히, 제2 배리어막(200b) 중 압축 패드(150)와 모듈 프레임(130) 사이에, 특히 모듈 프레임(130)의 상기 상부 플레이트 사이에 제3 배리어막(200c)은 압축 패드(150)와 모듈 프레임(130) 사이의 공간, 특히, 압축 패드(150)와 모듈 프레임(130)의 상기 상부 플레이트 사이의 공간의 일부 또는 전체를 덮을 수 있다. 따라서, 가해지는 압력에 따라 홀(140)로부터 방어 기재(160)가 흘러나오는 정도가 조절됨으로써 배리어막의 형성 정도가 조절될 수 있다.
또한, 제1 배리어막(200a), 제2 배리어막(200b) 및 제3 배리어막(200c)은 상기 공간의 일부 또는 전체를 덮음으로써 모듈 내의 온도 상승에 의한 발화를 방지할 수 있다. 또한, 전지셀(110)에서 발생하는 화염이 이웃하는 전지셀(110)로 전파되거나, 모듈 외부로 화염이 전달되는 것을 차단할 수 있다. 특히, 압축 패드(150)의 홀(140)로부터 방어 기재(160)가 유동하여 빠져 나와, 압축 패드(150)와 이에 인접하는 전지셀(110) 사이에 배리어막(200)을 형성할 뿐만 아니라 모듈 프레임(130)과 전지셀 적층체(120) 또는 모듈 프레임(130)과 압축 패드(150) 사이의 공간에도 배리어막(200)을 형성함으로써 모듈 내의 전체적인 열 전파 속도를 지연시킬 수 있다.
또한, 도 7 내지 도 9에서는 B 부분에 한정하여 본 발명을 설명하였으나, B 부분과 대응되는 도 7 내지 도 9의 하단 부분 또한 상기와 동일하게 설명될 수 있다.
배리어막(200)을 형성하는 방어 기재(160)는 흡열 부재 또는 단열 부재를 포함할 수 있다. 상기 흡열 부재 또는 단열 부재는 소화약제 일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 소화약제는 액체 소화약제 또는 분말 소화약제일 수 있다. 상기 소화약제는 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 및 제1 인산암모늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
130: 모듈 프레임
140: 홀
150: 압축 패드
160: 방어 기재
200: 배리어막
200a: 제1 배리어막
200b: 제2 배리어막
200c: 제3 배리어막

Claims (11)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 형성된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀들 사이에 배치되어 있는 압축 패드를 포함하고,
    상기 압축 패드는 다공성 구조를 갖는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 다공성 구조는 복수의 홀을 포함하고,
    상기 복수의 홀에는 방어 기재가 형성되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 방어 기재는 흡열 부재 및 단열 부재 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 전지셀의 스웰링에 의해 상기 방어 기재를 형성하는 소재가 상기 홀 외부로 유동하여 배리어막을 형성하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 배리어막은 상기 전지셀과 상기 압축 패드 사이에 형성되는 제1 배리어막을 포함하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 배리어막은 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임의 상부 플레이트 사이에 형성되는 제2 배리어막을 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 홀은 타원 형상을 갖는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 홀은 상기 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향으로 길게 형성된 타원 형상을 갖는 전지 모듈.
  9. 제3항에서,
    상기 흡열 부재 또는 단열 부재는 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 및 제1 인산암모늄 중 적어도 하나를 포함하는 소화약제를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 압축 패드는 우레탄, 폴리우레탄, 저밀도 폴리에테르 및 폴리에스테르 중 적어도 하나의 소재로 형성되는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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