WO2022260286A1 - Battery module and battery pack including same - Google Patents

Battery module and battery pack including same Download PDF

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WO2022260286A1
WO2022260286A1 PCT/KR2022/006380 KR2022006380W WO2022260286A1 WO 2022260286 A1 WO2022260286 A1 WO 2022260286A1 KR 2022006380 W KR2022006380 W KR 2022006380W WO 2022260286 A1 WO2022260286 A1 WO 2022260286A1
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WO
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battery
module
barrier layer
module frame
battery cell
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/006380
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김광모
성준엽
정혜미
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342Non-re-sealable arrangements
    • HELECTRICITY
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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/375Vent means sensitive to or responsive to temperature

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 attracting much attention as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles as well as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, and laptop computers.
  • a battery pack mainly consists of a battery module composed of at least one battery cell, and is constructed by adding other components using the at least one battery module. Since the battery cells constituting the battery module are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such high-output and large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process.
  • 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
  • 2 is a view showing a state in which a thermal runaway phenomenon is transferred when internal ignition of a conventional battery module occurs.
  • the conventional battery module 10 includes a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked, a frame 20 for accommodating the battery cell stack 12, It includes end plates 40 and the like formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 .
  • a compression pad 19 may be provided between the outermost battery cell 11 of the battery cell stack 12 or some battery cells 11 adjacent to each other, and the compression pad 19 is a battery generated during charging and discharging. By being deformed corresponding to the change in volume of the cells 11, it is possible to prevent excessive pressure from being applied to the battery cells 11 of the battery cell stack 12.
  • the battery cell stack 12 may be located in a closed structure by the combination of the frame 20 and the end plate 40 .
  • the frame 20 may have an empty inner space as shown in the A-A section of FIG. 1, and the battery cells 11 are stacked in one direction as shown in FIG. 2 in the empty inner space of the frame 20. can be located
  • the plurality of battery cells 11 are densely located in one space without being isolated from each other in the frame 20, when an ignition phenomenon occurs in one battery cell 11 due to overcharging or the like, adjacent A thermal runaway phenomenon may be quickly transferred to other battery cells 11 . Since the temperature of the battery cell 11 can rise to 1000° C. or higher and the pressure to 2 bar level when ignited, even if the compression pad 19 is located between some of the battery cells 11, it is difficult to delay this thermal runaway phenomenon. was difficult.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the battery module that prevents the thermal runaway phenomenon from being transferred between battery cells when an ignition phenomenon occurs in the battery module.
  • a battery module is a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in one direction, accommodating the battery cell stack, and combining a module frame having an inner surface and an outer surface and the module frame, , A first cell assembly including an end plate covering the front or rear surface of the battery cell stack, and including at least one battery cell of the battery cell stack inside the module frame, the first cell assembly and Adjacent to it, a second cell assembly including at least one battery cell of the battery cell stack is disposed, and a separation member separating the first cell assembly and the second cell assembly from each other is positioned.
  • the separation member may extend from the top and bottom of the module frame and be provided in the form of a barrier rib between the first cell assembly and the second cell assembly.
  • the module frame and the spacer may be integral.
  • the module frame includes at least two subspaces separated by the spacer, and at least one hole-shaped venting part defining an inlet formed on the inner surface and an outlet formed on the outer surface is formed in each of the subspaces. It can be.
  • the venting part may be formed above the module frame.
  • the battery cell includes an electrode assembly and a cell case accommodating the electrode assembly, the electrode assembly is sealed by a sealing part of the cell case, and the sealing part of the cell case connects both ends of the cell case to each other.
  • the sealing portion may be formed in the longitudinal direction of the battery cell.
  • the venting part may be formed in the end plate.
  • a discharge direction of the venting unit may form an acute angle with one surface of the module frame on which the venting unit is formed, and a discharge direction of the venting unit may be in a direction from the inlet to the outlet.
  • the hole of the venting part may be covered by a barrier layer.
  • the barrier layer may include a material having a melting point of about 300 °C or less.
  • the barrier layer may include heat-resistant plastic, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica-based material, Ceramic-based material, or silicon.
  • the barrier layer may include one or more fire extinguishing agents selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates.
  • the barrier layer may be positioned between one surface of the module frame on which the venting portion is formed and the battery cell stack.
  • the barrier layer may fill an inner space of the hole of the venting part.
  • the barrier layer may include a first barrier layer filling an inner space of the hole of the venting part and a second barrier layer positioned between one surface of the module frame on which the venting part is formed and the battery cell stack.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • a continuous thermal runaway phenomenon inside the battery module may be prevented by providing the battery module with a module frame having a modified internal shape.
  • the module frame having holes is provided in the battery module, continuous thermal runaway inside the battery module may be prevented.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which a thermal runaway phenomenon is transferred when internal ignition of a conventional battery module occurs.
  • FIG 3 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a module frame included in the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 5 is ignited inside.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a module frame included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 8 is ignited inside.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a state of the battery module of FIG. 11 when internally ignited.
  • FIG. 13 is an enlarged view of portion P in FIG. 11 .
  • planar it means when the corresponding part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross section of the corresponding part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked along one direction, and a battery cell stack 120 ) May include a module frame 200 for accommodating, and an end plate 400 covering the front and / or rear surfaces of the battery cell stack 120.
  • the battery cell 110 may be provided in a pouch type capable of maximizing the number of stacks per unit area.
  • the battery cell 110 provided in a pouch type may be manufactured by housing an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a cell case 114 of a laminate sheet and then heat-sealing a sealing portion of the cell case 114.
  • the battery cell 110 does not necessarily have to be provided in the form of a pouch, and may be provided in a prismatic, cylindrical, or other various shapes under a level at which a storage capacity required by a device to be mounted in the future is achieved.
  • the battery cell 110 may include two electrode leads 111 and 112 .
  • the electrode leads 111 and 112 may each protrude from one end of the cell body 113 .
  • one end of each electrode lead 111 and 112 is electrically connected to the positive electrode or negative electrode of the electrode assembly by being located inside the battery cell 110, and the other end of each electrode lead 111 and 112 is located outside the battery cell 110.
  • it can be electrically connected to a separate member, for example, the bus bar 500.
  • FIG. 4 shows that the positive and negative leads of the battery cell 110 protrude in opposite directions, this is not necessarily the case, and it is possible for the electrode leads of the battery cell 110 to protrude in the same direction.
  • both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side portion 114c connecting them are bonded while the electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114.
  • the battery cell 110 has a total of three sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc, and the sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other side may be made of the connecting portion 115.
  • the sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc may include a sealing part 114sc formed in the longitudinal direction of the battery cell and a sealing part 114sa, 114sb formed in the width direction of the battery cell.
  • the sealing part 114sc formed in the longitudinal direction of the battery cell has a structure of a single folding bent once (once), a non-folding without a bent part, and various types of sealing parts 114sc.
  • a space between both ends 114a and 114b of the battery case 114 is defined in the longitudinal direction of the battery cell 110, and one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114
  • a space between the and the connecting portion 115 may be defined in the width direction of the battery cell 110 .
  • the cell case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • the cell case surface is made of an O (oriented)-nylon layer
  • an adhesive member such as adhesive adhesive such as double-sided tape or chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion is applied to the surface of the cell case 114. It can be attached to form the battery cell stack 120.
  • connection part 115 may refer to an area extending along the length direction from one end of the cell case 114 where the above-described sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc are not located.
  • a protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear may be formed at an end of the connecting portion 115 .
  • the terrace portion 116 includes the electrode leads 111 and 112 whose parts protrude outside the cell case 114 based on the edge of the cell case 114 and the inside of the cell case 114. It may refer to an area between the cell bodies 113 located at .
  • the battery cell stack 120 may include a plurality of electrically connected battery cells 110 stacked along one direction.
  • the direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked (hereinafter referred to as 'stacking direction') may be the y-axis direction (or -y-axis direction) as shown in FIG. ' can be interpreted as including both +/- directions).
  • electrode leads of the battery cells 110 may be positioned on one side or one side and the other side facing the one side of the battery cell stack 120 .
  • the surface on which the electrode leads are located in the battery cell stack 120 may be referred to as the front or rear surface of the battery cell stack 120, where the direction from the front to the rear of the battery cell stack 120 , or the opposite direction may be defined as the longitudinal direction of the battery cell stack 120, may be the x-axis direction.
  • the longitudinal direction of the battery cell stack 120 may be substantially the same as the longitudinal direction of the battery cell 110 .
  • the side on which the outermost battery cell 110 is located in the battery cell stack 120 may be referred to as a side surface of the battery cell stack 120, and the side surfaces of the battery cell stack 120 are relative to each other on the y-axis. It can be described as two opposite sides.
  • the module frame 200 may be for protecting the battery cell stack 120 and electrical components connected thereto from external physical impact.
  • the module frame 200 may be accommodated in the internal space of the battery cell stack 120 and the electrical component module frame 200 connected thereto.
  • the module frame 200 includes an inner surface and an outer surface, and the inner space of the module frame 200 may be defined by the inner surface.
  • the structure of the module frame 200 may vary.
  • the structure of the module frame 200 may be a structure of a mono frame.
  • the mono frame may be in the form of a metal plate material in which the upper surface, the lower surface, and both sides are integrated.
  • the mono frame can be made by extrusion molding.
  • the structure of the module frame 200 may be a structure in which a U-shaped frame and an upper plate (upper surface) are combined.
  • the structure of the module frame 200 may be formed by combining the upper plate with the upper side of the U-shaped frame, which is a metal plate material in which the lower surface and both sides are combined or integrated, Each frame or plate can be made by press molding.
  • the structure of the module frame 200 may be provided in an L-shaped frame structure in addition to a mono frame or a U-shaped frame, and may be provided in various structures not described in the above examples.
  • the structure of the module frame 200 may be provided in an open form along the longitudinal direction of the battery cell stack 120 . Front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may not be covered by the module frame 200 . The front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may be covered by a bus bar frame or end plate 400, which will be described later, through which the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 are protected from external physical impact. can be protected
  • the top/bottom, front/rear, and both sides of the module frame 200 may be described based on the contents of the battery cell stack 120 described above.
  • the upper and lower surfaces of the module frame 200 are two surfaces facing each other on the z-axis
  • the front and rear surfaces of the module frame 200 are two surfaces facing each other on the x-axis
  • both sides of the module frame 200 are It can be described as two planes facing each other on the y-axis.
  • a direction from the front to the rear or from the rear to the front may be the length direction of the module frame 200 .
  • a compression pad may be positioned between the battery cell stack 120 and the inner surface of the module frame 200 .
  • the compression pad may be located between the side of the battery cell stack 120 and the side of the module frame 200, at least of the two battery cells 110 at both ends of the battery cell stack 120 You can face one and the other side.
  • a thermally conductive resin may be injected between the inner surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200, and the battery cell stack 120 and the module frame 200 are separated by the injected thermal conductive resin.
  • a thermally conductive resin layer (not shown) may be formed between the inner surfaces. At this time, the thermally conductive resin layer may be formed between the lower surface of the battery cell stack 120 and the lower surface of the module frame 200 (or bottom surface, may be referred to as a bottom part).
  • the end plate 400 may be to protect the battery cell stack 120 and electrical components connected thereto from external physical impact by sealing the open surface of the module frame 200 .
  • the end plate 400 may be made of a material having a predetermined strength.
  • the end plate 400 may include a metal such as aluminum.
  • the end plate 400 may be combined (bonded, sealed, or sealed) with the module frame 200 while covering the bus bar frame or bus bar 500 located on one surface of the battery cell stack 120 .
  • Each corner of the end plate 400 may be coupled to a corresponding corner of the module frame 200 by welding or the like.
  • an insulating cover for electrical insulation may be positioned between the end plate 400 and the bus bar frame. The insulating cover may be located on the inner surface of the end plate 400 and may come into close contact with the inner surface of the end plate 400, but this is not necessarily the case.
  • the end plate 400 may be two, and may include a first end plate positioned on the front surface of the battery cell stack 120 and a second end plate positioned on the rear surface of the battery cell stack 120.
  • the above-described battery module 100 may be provided with a bus bar frame.
  • the bus bar frame is located on one side of the battery cell stack 120, covers one side of the battery cell stack 120, and guides the connection between the battery cell stack 120 and an external device. can At least one of the bus bar 500 and the module connector may be mounted on the bus bar frame.
  • the bus bar frame may include an electrically insulating material. The bus bar frame may limit the contact of the bus bar 500 with other parts of the battery cells 110 other than the parts bonded to the electrode leads 111 and 112 and prevent an electrical short circuit from occurring.
  • the bus bar frame may be located on the front or rear surface of the battery cell stack 120 .
  • One surface of the bus bar frame may be connected to the front or rear surface of the battery cell stack 120, and the other surface of the bus bar frame may be connected to the bus bar 500.
  • the bus bar 500 may be mounted on one surface of the bus bar frame and electrically connect the battery cell stack 120 or the battery cells 110 and an external device circuit.
  • the bus bar 500 is positioned between the battery cell stack 120 or the bus bar frame and the end plate 400, so that it can be protected from external impact, etc., and durability degradation caused by external moisture can be minimized.
  • the bus bar 500 may be electrically connected to the battery cell stack 120 through the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may be connected to the bus bar 500 by being bent after passing through slits formed in the bus bar frame.
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 by the bus bar 500 may be connected in series or parallel.
  • the bus bar 500 may include a terminal bus bar for forming an electrical connection between the battery modules 100 . At least a portion of the terminal bus bar may be exposed to the outside of the end plate 400 in order to be connected to another external battery module 100, and the end plate 400 will be provided with a terminal bus bar opening 400H for this purpose.
  • the terminal bus bar may be connected to another battery module 100 or a battery disconnect unit (BDU) through a protrusion exposed through the terminal bus bar opening 400H, and may form a high voltage (HV) connection with them.
  • BDU battery disconnect unit
  • the battery module 100 may include a sensing member that detects and controls phenomena such as overvoltage, overcurrent, and overheating of the battery cell 110 .
  • the sensing member is for low voltage (LV) connection, where the LV connection may mean a sensing connection for sensing and controlling a voltage of a battery cell. Voltage information and temperature information of the battery cell 110 may be transferred to an external battery management system (BMS) through the sensing member.
  • BMS battery management system
  • the sensing member includes a temperature sensor for sensing the temperature inside the battery module, a sensing terminal for sensing the voltage value of the bus bar 500, and a module for transmitting collected data to an external control device and receiving signals from the external control device.
  • a connector and/or a connecting member for connecting them may be included.
  • the connecting member is disposed in a form extending along the longitudinal direction from the upper surface of the battery cell stack 120, and may be a flexible printed circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • FFC flexible flat cable
  • the module connector may be mounted on the above-described bus bar frame, and at least a portion of the module connector may be exposed to the outside through a module connector opening formed in the end plate 400 .
  • an ignition phenomenon may occur inside the battery module 100 in which the battery cells 110 are stacked at a high density.
  • an ignition phenomenon occurs in one battery cell 110, since heat, gas or flame may be transferred to the battery cell 110 adjacent thereto, continuous ignition may occur in the battery cell stack 120. Accordingly, there is a problem in that durability and stability of the battery module 100 or a battery pack including the battery module 100 are deteriorated.
  • the module frame 200 capable of improving durability and stability of the battery module 100 by preventing continuous ignition between the battery cells 110 will be described.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a module frame included in the battery module of FIG. 3 .
  • 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 5 is ignited inside.
  • the module frame 200 of this embodiment may include a plurality of spacer members 210 partitioning its internal space.
  • the spacer member 210 may be for dividing a space in which the battery cells 110 are located.
  • the module frame 200 may include a plurality of sub-spaces isolated from each other. Accordingly, the battery cells 110 located in the module frame 200 of the conventional battery module 100 may be divided and disposed in the above-described sub-space.
  • a cell assembly including at least one battery cell 110 may be disposed in the sub-space. For example, a first cell assembly and a second cell assembly adjacent to each other may be disposed with the separation member 210 interposed therebetween. In this case, the first cell assembly and the second cell assembly may be isolated from each other by the separation member 210 . If the number of battery cells 110 existing in the conventional module frame 200 was N, the number of battery cells 110 present in the subspace of the module frame 200 of this embodiment is N/2, N/3, or N/2. may be less than that. Here, N may be a natural number.
  • the spacer member 210 may be provided in various forms.
  • the spacer member 210 may be a plate-shaped member provided in the form of a barrier rib.
  • the separation member 210 provided in the form of a barrier rib may extend vertically between the upper and lower surfaces of the module frame 200 .
  • the separation member 210 provided in the form of a barrier rib may be integrated with the module frame 200 .
  • both ends of the separation member 210 provided in the form of a barrier rib may be coupled to the upper or lower surface of the module frame 200, but this is not necessarily the case, and heat, flame, spark, etc. of the battery cell 110 If transmission beyond the separation member 210 can be prevented, both ends of the separation member 210 may be spaced apart from at least one of the upper or lower surface of the module frame 200 .
  • the separation member 210 may be provided in a box shape.
  • the box-shaped spacer 210 may have a hollow square tube shape open in the longitudinal direction. Since a plurality of spacer members 210 having a square tube shape are provided in the inner space of the module frame 200, spaces in which the battery cells 110 are located may be separated.
  • the spacer member 210 is located inside the module frame 200, volume expansion due to swelling of the battery cells 110 can be suppressed. Since the spacer 210 is located between the battery cells 110 located in the two sub-spaces, the effect of the volume expansion phenomenon generated in one sub-space on the battery cells 110 in the other sub-space can be minimized. can
  • the compression pad may be omitted from the battery module 100, but this is not necessarily the case, and both the separation member 210 and the compression pad are included in the battery module 100. may be provided. If a compression pad or the like is positioned between the spacer member 210 and the battery cell 110 that are in surface contact with each other, the swelling of the battery cell 110 may be absorbed to some extent through the compression pad. Examples of materials used for the compression pad include polyurethane pads and silicon pads.
  • the spacer member 210 may be positioned between the battery cells 110 in the module frame 200 to form a heat transfer path from the battery cells 110 toward the module frame 200 . Since the battery cells 110 are sealed inside the module frame 200, the heat of the battery cells 110 is mainly discharged to the outside through the module frame 200. At this time, the battery cells 110 from the module frame ( 200), heat transfer may not be smooth. However, when the spacer 210 is positioned between the battery cells 110, the battery cells 110 positioned close to the spacer 210 are dissipated through the spacer 210 to the module frame 200. Since it is easy, the battery cells 110 in the module frame 200 can be prevented from overheating.
  • the spacer 210 may form a subspace within the module frame 200 to limit the continuous thermal runaway between the battery cells 110 within a certain range or delay the thermal runaway.
  • the battery cells 110 may be divided and positioned in sub-spaces of the module frame 200 .
  • the number of battery cells 110 located in the isolated space is reduced, continuous ignition of the battery cells 110 is prevented, or even if continuous ignition occurs, the phenomenon is within a certain range. can be limited to
  • three spacer members 210 provided in the form of barrier ribs may be positioned within the battery module 100, and thus the battery module 100 may have four sub-spaces. have.
  • N the number of battery cells 110 that can be accommodated in the battery module 100
  • N/4 battery cells 110 may be positioned in each sub-space.
  • thermal runaway may be easily transferred to the battery cells 110 located in the sub-space, but battery cells located in the other sub-space ( 110), thermal runaway may not be transferred.
  • the battery module 100 has at least two sub-spaces by the spacer member 210, thereby limiting thermal runaway between the battery cells 110 within a certain range, and additional damage can be prevented.
  • the spacer member 210 may be made of various materials.
  • the spacer member 210 may be made of a material having a high heat transfer rate.
  • the spacer member 210 may be made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, or an alloy including these having a high heat transfer rate.
  • the separation member 210 may be made of a material that can withstand a predetermined pressure and temperature.
  • the spacer member 210 may be made of a material having higher rigidity than conventional compression pads, specifically, a SUS-based metal having excellent heat resistance.
  • the spacer member 210 may be made of a material similar to that of the module frame 200 .
  • the separation member 210 may be made of metal such as aluminum or copper.
  • the battery module 100 to be described below is similar to the content of the above-described embodiment except that the shape of the module frame 200 is provided differently. Therefore, detailed descriptions of the contents overlapping with those described above will be omitted.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a module frame included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 8 is ignited inside.
  • the module frame 200 of this embodiment may include a venting portion 220 penetrating the inner and outer surfaces of the module frame 200 .
  • the module frame 200 of this embodiment prevents the thermal runaway phenomenon of the battery cell 110 from being transferred beyond a certain range through the spacer member 210, and increases the internal temperature and pressure through the venting part 220. By preventing the thermal runaway inside the battery module 100 can be effectively delayed.
  • the battery module 100 of the present embodiment includes a spacer member 210 that prevents transfer of heat and pressure between sub-spaces and a venting part 220 that minimizes pressure and temperature rises, so that the battery module 100 Even if internal ignition occurs, transfer of thermal runaway to other subspaces can be minimized.
  • the venting part 220 may communicate the inside of the battery module 100 sealed by the module frame 200 and the end plate 400 and the outside of the battery module 100 .
  • the venting unit 220 may be for discharging heat, gas, or flame generated when the battery module 100 internally ignites to the outside of the battery module 100 .
  • the venting unit 220 may have a hole shape communicating an inlet 220a formed on the inner surface of the module frame 200 and an outlet 220b formed on the outer surface of the module frame 200 .
  • the venting part 220 may be formed on at least one surface of the module frame 200 .
  • the venting part 220 may be formed on top of the module frame 200 . Also, although not shown, the venting part 220 may be formed on a side surface of the module frame 200 .
  • the venting unit 220 can prevent a continuous thermal runaway phenomenon by alleviating an internal ignition phenomenon of the module frame 200 and minimizing an increase in pressure or temperature. Specifically, when ignition occurs inside the module frame 200, heat, gas, spark, flame, etc. caused by ignition of the battery cell 110 are discharged to the outside of the battery module 100 through the venting unit 220, The fire is extinguished quickly, and the ignition phenomenon can be more mitigated. In addition, as heat, gas, etc. are discharged through the venting unit 220, an excessive increase in pressure or temperature inside the battery module 100 can be prevented, and the speed at which thermal runaway is transferred in the internal space can also be delayed. can
  • the venting part 220 may be formed in a subspace of the module frame 200 .
  • a vent 220 may be formed on an upper surface of the subspace.
  • the venting part 220 may be formed in each sub-space.
  • the thermal runaway phenomenon inside the battery module 100 may mainly depend on the amount of heat transferred between the battery cells 110 and the heat accumulated accordingly.
  • the thermal runaway phenomenon inside the battery module 100 may depend on a high-temperature and high-pressure gas generated during ignition or a convection phenomenon caused by the gas. Since the size of each subspace is smaller than the size of the conventional internal space of the module frame 200, when the battery module 100 internally ignites, the internal temperature or internal pressure may increase rapidly due to heat conduction, heat accumulation, or gas. However, when the venting unit 220 is formed in each subspace, heat, gas, flame, spark, etc. are discharged through the venting unit 220, so that the temperature and pressure of the subspace in which thermal runaway occurs may not greatly increase. . As such, since the temperature and pressure of the sub-space are not excessively increased by the venting unit 220, the thermal runaway phenomenon in the sub-space may be delayed.
  • the venting unit 220 As the temperature and pressure of each sub-space are not significantly increased by the venting unit 220, the amount of heat or pressure transferred from the sub-space where the ignition phenomenon has occurred to the adjacent sub-space may be reduced. As such, since the venting part 220 is formed in the sub-space, the effect of the separation member 210 to concentrate the increase in heat or pressure due to internal ignition into one sub-space can be more easily achieved.
  • the venting part 220 when the venting part 220 is not formed, when the battery module 100 is ignited, heat, gas, etc. may be compressed in the internal space of the module frame 200, and as a result, the module frame 200 collapses. Or the battery cell 110 inside the module frame 200, the bus bar frame, and the bus bar 500 may be damaged.
  • the spacer member 210 when the spacer member 210 is located in the module frame 200 as in the present embodiment, since heat, gas, etc. are more easily compressed in the sub-space when internal combustion occurs, high pressure is formed within a short period of time to sub-space. There is a risk that the separation member 210 separating the spaces may be damaged.
  • the venting part 220 is formed in each subspace as shown in FIG. 10, since the increase in temperature and pressure in the subspace is minimized by the venting part 220, the separation member 210 controls the temperature inside the subspace, It can be prevented from being damaged by pressure or the like. Therefore, the spacer member 210 is provided to subdivide the enclosed space in the module frame 200, and in order for the effect of the spacer member 210 to appear as intended, the venting part 220 or the venting part 220 and Structures having similar functions may need to be provided in the module frame 200 .
  • venting part 220 may be formed on the upper surface of each sub-space. As the number of vents 220 formed in each sub-space increases, the ignition phenomenon of the sub-space can be alleviated more quickly.
  • the venting units 220 may be arranged in rows along one direction and in columns along a direction perpendicular to the one direction.
  • venting part 220 may be entirely formed on one surface of the module frame 200 or the subspace as in the above-described drawings, but not necessarily, and part of one surface of the module frame 200 or the subspace. may be formed in
  • the venting part 220 is formed on the module frame 200, but the venting part 220 is formed on the end plate 400 or both the module frame 200 and the end plate 400.
  • bus bars 500 or electrode leads may be intensively disposed in subspaces located at both ends of the module frame 200, and the bus bars 500 or electrode leads charge and discharge the battery cells 110. It may be a configuration that is easy to generate heat. Therefore, in order to prevent continuous ignition inside the battery module 100, it may be preferable to promote heat dissipation of the bus bar 500 or the electrode lead by forming the venting portion 220 on the end plate 400. .
  • the shape of the inlet 220a and the outlet 220b of the venting part 220 may be a round shape having a curvature as shown in the drawings, but this is not necessarily the case, and the inlet 220a and The outlet 220b may be provided in a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape having vertices.
  • the size of the outlet 220b is provided larger than that of the inlet 220a. It could be.
  • a direction from the inlet 220a of the venting unit 220 toward the outlet 220b may be a discharge direction in which gas inside the battery module 100 is discharged to the outside.
  • the direction from the inlet 220a of the venting unit 220 to the outlet 220b is perpendicular to one surface of the module frame 200 on which the venting unit 220 is formed, but this is not necessarily the case.
  • a hole structure may be formed so that the discharge direction forms an acute angle with one surface of the module frame 200 by changing the positions of the inlet 220a and the outlet 220b of the ting part 220 .
  • the hole of the venting part 220 since the hole of the venting part 220 has an inclined structure, exposure of the inside of the battery module 100 is minimized, and a phenomenon in which foreign substances floating in the air enter the inside of the battery module 100 by gravity can be prevented. have.
  • the discharge direction is formed at an angle (acute angle) by changing the positions of the inlet 220a and the outlet 220b of the venting unit 220, the direction of heat, gas or flame discharged from the venting unit 220 is changed (adjusted). ) can be As a result, the length of the discharge path may increase, and the gas discharged through the outlet 220b of the venting unit 220 may have a lower temperature.
  • the venting portion 220 is formed in a direction in which the battery modules 100 are not adjacent to each other, a phenomenon in which heat propagates between adjacent battery modules 100 may be minimized.
  • discharge directions of the plurality of venting units 220 may be the same or different from each other.
  • gas or the like discharged from the venting units 220 may spread toward a wider space outside the battery module 100 in various directions. Accordingly, gas can be quickly discharged from the battery module 100, and effects such as heat generation prevention of the battery module 100 can be achieved.
  • the venting part 220 for communicating the inside and outside of the module frame 200 when the venting part 220 for communicating the inside and outside of the module frame 200 is provided as in the present embodiment, dust and impurities outside the module frame 200 may pass through the hole structure of the venting part 220. It can come into the module frame 200 through.
  • the module frame 200 internally ignites, a phenomenon in which external oxygen is supplied along the vent 220 to promote internal ignition may occur. Accordingly, it may be desirable to provide a separate member for closing the hole in the venting part 220 .
  • the battery module 100 described below is similar to the content of the above-described embodiments except that the barrier layer 230 is provided on the module frame 200 . Therefore, detailed descriptions of the contents overlapping with those described above will be omitted.
  • the venting portion 220 may also be formed in the end plate 400, and the barrier layer 230 described below may be provided to cover the hole formed in the end plate 400. make clear in advance
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a state of the battery module of FIG. 11 when internally ignited.
  • FIG. 13 is an enlarged view of portion P in FIG. 11 .
  • the battery module 100 may include a barrier layer 230 covering the opening of the hole structure of the vent 220 .
  • the expression 'barrier layer' is intended to express the form of a film for blocking the hole of the venting part 220, so it may be used as a cover, a stopper, a hood, a lid, a cap or the like. It is made clear in advance that it can be expressed by changing to other words.
  • the barrier layer 230 may be provided in a plate shape to cover the hole of the vent 220 .
  • the barrier layer 230 may be provided in the form of a pad to cover the hole of the venting part 220 .
  • the barrier layer 230 may cover the hole of the venting part 220 by being disposed to cover the inlet 220a or the outlet 220b.
  • the barrier layer 230 may be positioned under one surface of the module frame 200 or the end plate 400 on which the vent 220 is formed.
  • the barrier layer 230 may be positioned between the upper surface of the battery cell stack 120 and the upper surface of the module frame 200 .
  • the barrier layer 230 may be positioned between the side of the battery cell stack 120 and the side of the module frame 200 when the vent 220 is formed on the side of the module frame 200.
  • the venting portion 220 is formed on the end plate 400
  • the barrier layer 230 may be positioned between the front or rear surface of the battery cell stack 120 and the end plate 400.
  • the barrier layer 230 may be attached to the inner surface 200a of the module frame 200 or the inner surface of the end plate 400, but this is not necessarily the case.
  • the barrier layer 230 may be provided in the sub-space.
  • a vent 220 may be formed in the subspace, and the barrier layer 230 may be disposed to correspond to the vent 220 .
  • the venting part 220 may be formed in each sub space divided by the spacer 210
  • the barrier layer 230 may also be provided in each sub space divided by the spacer 210 .
  • the venting part 220 and the barrier layer 230 provided in each sub-space may be described as including those formed on the end plate 400 as well as those formed on the module frame 200 .
  • the barrier layer 230 generally closes the hole of the venting part 220 to prevent external oxygen, dust or impurities from entering the battery module 100, but internal ignition of the battery module 100 occurs. At this time, the hole of the venting part 220 may be opened.
  • the barrier layer 230 may be made of a material that can withstand a high temperature and high pressure environment for a certain period of time.
  • the barrier layer 230 may be made of heat-resistant plastic, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica-based material, or Ceramic-based material.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • GFRP Glass Fiber Reinforced Plastics
  • Mica-based material or Ceramic-based material.
  • the barrier layer 230 may be an injection molding material that can withstand a high temperature and high pressure environment for a certain period of time.
  • the barrier layer 230 may be a silicon pad made of silicon.
  • the barrier layer 230 may include a material that is melted by the internal temperature of the battery module 100 .
  • the barrier layer 230 may include a material that is melted by heat, high-temperature gas, or sparks emitted from the battery cell 110 .
  • the barrier layer 230 may be made of a material having a melting point below a predetermined range.
  • the barrier layer 230 may be provided with a material having a melting point of 300 °C or less.
  • the barrier layer 230 may include a thermoplastic polymer resin having a melting point of about 200 °C or less. More specifically, the barrier layer 230 may be made of materials having a melting point of about 100 °C or higher and 200 °C or lower, such as polyethylene or polypropylene.
  • the barrier layer 230 may include a material for mitigating an ignition phenomenon when the battery module 100 internally ignites.
  • the barrier layer 230 may include a fire extinguishing agent.
  • the battery module 100 may have a self-extinguishing function.
  • the fire extinguishing agent may be a powdered fire extinguishing agent material.
  • the fire extinguishing agent may generate carbon dioxide and water vapor through a thermal decomposition reaction when the battery module 100 internally ignites, and the generated carbon dioxide and water vapor prevent external oxygen from entering the battery module 100, thereby suppressing the flame. can do.
  • the fire extinguishing agent can absorb heat generated in the battery module by performing a pyrolysis reaction, which is an endothermic reaction, and can also block external oxygen supply by generating carbon dioxide and water vapor. Accordingly, flame and heat propagation speed inside the battery module 100 can be effectively delayed and safety of the battery module can be improved.
  • the barrier layer 230 may include one or more fire extinguishing agents selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates. More specific examples of extinguishing agent substances include sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 3 ), and "potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) and urea ((NH 2 ) 2 CO)" and the like.
  • the barrier layer 230 includes potassium hydrogen carbonate (KHCO3), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), water vapor (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) are generated through a thermal decomposition reaction of potassium hydrogen carbonate.
  • the fire extinguishing agent material of this embodiment is not limited thereto, and any material that performs a fire extinguishing function may be used without limitation.
  • the barrier layer 230 may be manufactured and provided with materials having the above-described physical properties, but may also be provided with a material having a plurality of properties or a composite of materials including each property.
  • the barrier layer 230 may be provided to include a material that can withstand a high-pressure environment for a certain period of time and has a melting point of about 300 °C or less.
  • the barrier layer 230 may be provided as a silicone pad containing an extinguishing agent.
  • the barrier layer 230 may be provided with a thermoplastic polymer resin containing a fire extinguishing agent.
  • the barrier layer 230 around the ignition phenomenon is physically damaged by heat or pressure. It may be torn or chemically melted and penetrated (penetrating), and thus the hole of the venting part 220 may be opened. Heat, gas, or spark inside the battery module 100 can be discharged through the open vent 220, and ignition of the battery module 100 can be alleviated.
  • a process in which the barrier layer 230 is pierced, ie, opened, may be accompanied by an endothermic reaction, and as the barrier layer 230 absorbs internal heat, the temperature inside the battery module 100 may be somewhat lowered. Heat, gas, etc.
  • the thermal runaway phenomenon of adjacent battery modules 100 may not be promoted.
  • the effect of the barrier layer 230 has been mainly described based on the fact that the barrier layer 230 is opened through a chemical reaction.
  • the barrier layer 230 is physically opened by pressure or the like, since the kinetic energy of gas or spark inside the barrier layer 230 is reduced, heat, gas, etc. emitted to the outside of the venting unit 220 Energy may be lost so as not to affect adjacent battery modules 100, and sparks may lose energy and be changed into particles so that thermal runaway of adjacent battery modules 100 may not be promoted.
  • the barrier layer 230 can be opened only when heat or pressure of a predetermined range or higher is applied, only the venting parts 220 located around where ignition occurs can be individually opened.
  • the barrier layer 230 may prevent thermal runaway from accelerating due to additional oxygen inflow by opening only some of the plurality of vents 220 .
  • the first battery cell 110 located in one sub-space is ignited.
  • the first portion of the barrier layer 230 located in the subspace may be pierced, and accordingly, flames generated by opening the venting part 220 may be discharged.
  • the first venting part 220 corresponding to the first part is opened, but other venting parts 220 in the sub-space may not be open. have.
  • the second part of the barrier layer 230 located on top of the second battery cell 110 where no ignition phenomenon has occurred in the subspace may not be opened and corresponds to the second part of the venting part 220.
  • the second venting part 220 may be in a closed state.
  • the other vents 220 are closed by the barrier layer 230, so that additional inflow of external oxygen into the sub-space is blocked. and the amplification of flames generated inside the subspace by the introduced oxygen can be suppressed.
  • the barrier layer 230 is shown to be located at the inlet 220a of the venting part 220, but the barrier layer 230 fills the hole of the venting part 220, Likewise, it may be provided in the form of a stopper filling the inner space of the hole of the venting part 220 .
  • the barrier layer 230 includes a first barrier layer filling the hole of the venting part 220 and a second barrier layer formed on the inner surface of the module frame 200 where the inlet 220a of the venting part 220 is located. may be provided to do so.
  • the space occupied by the barrier layer 230 inside the battery module 100 is the same, but the venting portion 220 of the battery module 100 Since the two layers of the barrier layer 230 must be opened to open, the fire suppression effect by the barrier layer 230 may be greater.
  • the first layer and the second layer may be integrally configured in a combined state, but this is not necessarily the case, and may be provided separately in a separated state.
  • the venting part 220 described in this embodiment may be formed on the top of the module frame 200 facing the sealing part 110a.
  • the sealing portion 110a corresponds to the sealing portion 114sc formed on one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the cell case 114 to each other in the battery cell 110 described in FIG.
  • the portion 114sc may be formed in the longitudinal direction of the battery cell.
  • FIG. 13 a structure in which the sealing portion 110a is folded several times may be shown.
  • the battery pack may include one or more battery modules according to the present embodiment, and may have a structure in which a battery management system (BMS) for managing temperature or voltage of the battery, a cooling device, and the like are added and packed. .
  • BMS battery management system
  • a battery module and a battery pack including the battery module may be applied to various devices.
  • Such a device may be applied to means of transportation such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the battery module, which is also applicable to the present invention. It belongs to the scope of the rights of the invention.

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Abstract

A battery module according to an embodiment of the present invention comprises: a battery cell stack comprising a plurality of battery cells stacked in one direction; a module frame accommodating the battery cell stack and having an inner surface and an outer surface; and an end plate coupled to the module frame and covering a front side or a rear side of the battery cell stack, wherein a spacing member for isolating one of two adjacent battery cells from the other is located inside the module frame.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩Battery module and battery pack including the same
관련 출원(들)과의 상호 인용Cross-citation with related application(s)
본 출원은 2021년 06월 07일자 한국 특허 출원 제10-2021-0073331호 및 2022년 04월 28일자 한국 특허 출원 제10-2022-0053104호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.This application claims the benefit of priority based on Korean Patent Application No. 10-2021-0073331 dated June 7, 2021 and Korean Patent Application No. 10-2022-0053104 dated April 28, 2022, and All material disclosed in the literature is incorporated as part of this specification.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안전성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.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.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Accordingly, a lot of research on secondary batteries that can meet various needs has been conducted.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.Secondary batteries are attracting much attention as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles as well as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, and laptop computers.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다. 전지 팩은 주로 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 구성된다. 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.Recently, as the need for a high-capacity secondary battery structure, including the use of secondary batteries as an energy storage source, has increased, the demand for medium-large module structure battery packs in which a plurality of secondary batteries are connected in series / parallel to a battery module is increasing. . A battery pack mainly consists of a battery module composed of at least one battery cell, and is constructed by adding other components using the at least one battery module. Since the battery cells constituting the battery module are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such high-output and large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process.
도 1은 종래 전지 모듈의 분해 사시도를 나타낸 도면이다. 도 2는 종래 전지 모듈의 내부 발화시 열폭주 현상이 전이되는 모습을 나타낸 도면이다.1 is an exploded perspective view of a conventional battery module. 2 is a view showing a state in which a thermal runaway phenomenon is transferred when internal ignition of a conventional battery module occurs.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체(12)의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(40)등을 포함한다. 전지셀 적층체(12)의 최외각 전지셀(11) 또는 서로 인접한 일부 전지셀(11)들 사이에는 압축 패드(19)가 제공될 수 있으며, 압축 패드(19)는 충방전시 발생하는 전지셀(11)의 부피변화에 대응하여 변형됨으로써, 전지셀 적층체(12)의 전지셀(11)들에 과도한 압력이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 1 and 2, the conventional battery module 10 includes a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked, a frame 20 for accommodating the battery cell stack 12, It includes end plates 40 and the like formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 . A compression pad 19 may be provided between the outermost battery cell 11 of the battery cell stack 12 or some battery cells 11 adjacent to each other, and the compression pad 19 is a battery generated during charging and discharging. By being deformed corresponding to the change in volume of the cells 11, it is possible to prevent excessive pressure from being applied to the battery cells 11 of the battery cell stack 12.
전지셀 적층체(12)는 프레임(20) 및 엔드 플레이트(40)의 결합에 의해 밀폐된 구조 내에 위치할 수 있다. 이 때, 프레임(20)은 도 1의 A-A 절단면과 같이 빈 내부 공간을 가질 수 있으며, 프레임(20)의 빈 내부 공간에는 도 2에 도시된 것과 같이 전지셀(11)들이 일 방향으로 적층되어 위치할 수 있다. The battery cell stack 12 may be located in a closed structure by the combination of the frame 20 and the end plate 40 . At this time, the frame 20 may have an empty inner space as shown in the A-A section of FIG. 1, and the battery cells 11 are stacked in one direction as shown in FIG. 2 in the empty inner space of the frame 20. can be located
한편, 프레임(20) 내에서 복수의 전지셀(11)들은 서로 격리됨이 없이 하나의 공간에 밀집되어 위치하므로, 과충전 등의 이유로 하나의 전지셀(11)에 발화 현상이 발생하는 경우에는 인접한 다른 전지셀(11)들로 열폭주 현상이 빠르게 전이될 수 있다. 전지셀(11)은 발화시 그 온도가 1000℃ 이상, 압력이 2bar 수준으로 상승할 수 있으므로, 일부 전지셀(11)들 사이에 압축 패드(19)가 위치하고 있다고 하더라도 이러한 열폭주 현상을 지연시키기에는 무리가 있었다. On the other hand, since the plurality of battery cells 11 are densely located in one space without being isolated from each other in the frame 20, when an ignition phenomenon occurs in one battery cell 11 due to overcharging or the like, adjacent A thermal runaway phenomenon may be quickly transferred to other battery cells 11 . Since the temperature of the battery cell 11 can rise to 1000° C. or higher and the pressure to 2 bar level when ignited, even if the compression pad 19 is located between some of the battery cells 11, it is difficult to delay this thermal runaway phenomenon. was difficult.
이처럼, 프레임(20) 내부에 존재하는 다수의 전지셀(11) 중 하나에만 열폭주 현상이 발생하더라도, 전지셀(11)의 외부로 고온의 열, 가스 또는 화염이 방출됨으로써 전지 모듈(10) 내에 발화 현상이 촉진될 수 있는 바, 연속적인 발화 현상을 방지함으로써 내구성 및 안전성이 향상된 전지 모듈(10)의 개발이 필요한 실정이다. As such, even if the thermal runaway phenomenon occurs in only one of the plurality of battery cells 11 existing inside the frame 20, high-temperature heat, gas or flame is released to the outside of the battery cell 11, thereby causing the battery module 10 The development of a battery module 10 with improved durability and safety by preventing a continuous ignition phenomenon is required since the ignition phenomenon can be promoted within the bar.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 전지셀들 사이에서 열폭주 현상이 전이되는 것을 방지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the battery module that prevents the thermal runaway phenomenon from being transferred between battery cells when an ignition phenomenon occurs in the battery module.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and can be variously extended within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀들이 일방향으로 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하고, 내부면 및 외부면을 갖는 모듈 프레임 및 상기 모듈 프레임과 결합하고, 상기 전지셀 적층체의 전면 또는 후면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 내부에는 상기 전지셀 적층체 중 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 제1 셀 어셈블리와, 상기 제1 셀 어셈블리와 인접하고, 상기 전지셀 적층체 중 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 제2 셀 어셈블리가 배치되고, 상기 제1 셀 어셈블리와 상기 제2 셀 어셈블리를 서로 격리하는 이격 부재가 위치한다.A battery module according to an embodiment of the present invention is a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked in one direction, accommodating the battery cell stack, and combining a module frame having an inner surface and an outer surface and the module frame, , A first cell assembly including an end plate covering the front or rear surface of the battery cell stack, and including at least one battery cell of the battery cell stack inside the module frame, the first cell assembly and Adjacent to it, a second cell assembly including at least one battery cell of the battery cell stack is disposed, and a separation member separating the first cell assembly and the second cell assembly from each other is positioned.
상기 이격 부재는 상기 모듈 프레임의 상부와 하부로부터 연장되어 상기 제1 셀 어셈블리와 상기 제2 셀 어셈블리 사이에 격벽 형태로 제공될 수 있다. The separation member may extend from the top and bottom of the module frame and be provided in the form of a barrier rib between the first cell assembly and the second cell assembly.
상기 모듈 프레임과 상기 이격 부재는 일체형일 수 있다.The module frame and the spacer may be integral.
상기 모듈 프레임은 상기 이격 부재에 의해 구분된 적어도 2개의 서브 공간을 포함하고, 각각의 상기 서브 공간에는 상기 내부면에 형성된 유입구 및 상기 외부면에 형성된 배출구를 정의하는 홀 형태의 벤팅부가 적어도 하나 형성될 수 있다. The module frame includes at least two subspaces separated by the spacer, and at least one hole-shaped venting part defining an inlet formed on the inner surface and an outlet formed on the outer surface is formed in each of the subspaces. It can be.
상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상부에 형성될 수 있다. The venting part may be formed above the module frame.
상기 전지셀은 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 셀 케이스를 포함하고, 상기 전극 조립체는 상기 셀 케이스의 실링부에 의해 밀봉되며, 상기 셀 케이스의 실링부는 상기 셀 케이스의 양단부를 서로 연결하는 일측부에 형성되고, 상기 실링부는 상기 전지셀의 길이 방향으로 형성될 수 있다.The battery cell includes an electrode assembly and a cell case accommodating the electrode assembly, the electrode assembly is sealed by a sealing part of the cell case, and the sealing part of the cell case connects both ends of the cell case to each other. Formed on the side, the sealing portion may be formed in the longitudinal direction of the battery cell.
상기 벤팅부는 상기 엔드 플레이트에 형성될 수 있다.The venting part may be formed in the end plate.
상기 벤팅부의 배출 방향은 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 예각을 이루고, 상기 벤팅부의 배출 방향은 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향하는 방향일 수 있다. A discharge direction of the venting unit may form an acute angle with one surface of the module frame on which the venting unit is formed, and a discharge direction of the venting unit may be in a direction from the inlet to the outlet.
상기 벤팅부의 홀은 배리어층에 의해 덮여 있을 수 있다. The hole of the venting part may be covered by a barrier layer.
상기 배리어층은 용융점이 약 300 ℃이하인 물질을 포함할 수 있다.The barrier layer may include a material having a melting point of about 300 °C or less.
상기 배리어층은 내열 플라스틱, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica 계열 소재, Ceramic 계열 소재, 또는 실리콘을 포함할 수 있다. The barrier layer may include heat-resistant plastic, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica-based material, Ceramic-based material, or silicon.
상기 배리어층은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함할 수 있다. The barrier layer may include one or more fire extinguishing agents selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates.
상기 배리어층은 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치할 수 있다. The barrier layer may be positioned between one surface of the module frame on which the venting portion is formed and the battery cell stack.
상기 배리어층은 상기 벤팅부의 홀의 내부 공간을 채울 수 있다. The barrier layer may fill an inner space of the hole of the venting part.
상기 배리어층은, 상기 벤팅부의 홀의 내부 공간을 채우는 제1 배리어층 및 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 제2 배리어층을 포함할 수 있다. The barrier layer may include a first barrier layer filling an inner space of the hole of the venting part and a second barrier layer positioned between one surface of the module frame on which the venting part is formed and the battery cell stack.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상술한 전지 모듈을 포함한다.A battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
실시예들에 따르면, 내부 형상이 변형된 모듈 프레임이 전지 모듈에 제공됨으로써 전지 모듈 내부의 연속적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다. According to embodiments, a continuous thermal runaway phenomenon inside the battery module may be prevented by providing the battery module with a module frame having a modified internal shape.
실시예들에 따르면, 홀이 형성된 모듈 프레임이 전지 모듈에 제공됨으로써, 전지 모듈 내부의 연속적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다. According to embodiments, since the module frame having holes is provided in the battery module, continuous thermal runaway inside the battery module may be prevented.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 종래 전지 모듈의 분해 사시도를 나타낸 도면이다. 1 is an exploded perspective view of a conventional battery module.
도 2는 종래 전지 모듈의 내부 발화시 열폭주 현상이 전이되는 모습을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a state in which a thermal runaway phenomenon is transferred when internal ignition of a conventional battery module occurs.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다. 5 is a perspective view illustrating a module frame included in the battery module of FIG. 3 .
도 6은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 5;
도 7은 도 5의 모듈 프레임이 제공되는 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 5 is ignited inside.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view showing a module frame included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
도 9는 도 8의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.9 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 8;
도 10은 도 8의 모듈 프레임이 제공되는 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 8 is ignited inside.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
도 12는 도 11의 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a view showing a state of the battery module of FIG. 11 when internally ignited.
도 13은 도 11의 P 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.FIG. 13 is an enlarged view of portion P in FIG. 11 .
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be implemented in many different forms other than those described below, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily enlarged or reduced for convenience of description, it is obvious that the contents of the present invention are not limited to those shown. In the following drawings, the thickness of each layer is shown enlarged in order to clearly express various layers and regions. Also, in the following drawings, for convenience of description, thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 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 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다. Also, when a portion of a layer, film, region, board, etc. is described as being "on" or "on" another portion, this means that the layer, film, region, board, etc. portion in question is "directly on" the other portion. In addition, it should be construed as including the case where there is another part in between. Conversely, when a part of a corresponding layer, film, region, plate, etc. is described as being "directly on" another part, it may mean that there is no other part in between. In addition, to be "on" or "on" a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located "above" or "on" in the opposite direction of gravity does not mean It may not be. On the other hand, similar to the description of being "above" or "on" another part, the description of being "below" or "below" another part will also be understood with reference to the above-described content.
또한, 특정 부재의 상면/하면은 어느 방향을 기준으로 하느냐에 따라서 상이하게 판단될 수 있으므로, 명세서 전체에서, ‘상면’ 또는 ‘하면’은 해당 부재에서 z축상 마주보는 두 면을 의미하는 것으로 정의한다. In addition, since the upper/lower surface of a specific member can be determined differently depending on which direction it is based, 'upper surface' or 'lower surface' is defined as meaning two surfaces facing each other on the z-axis in the entire specification. .
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a certain part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when it is referred to as "planar", it means when the corresponding part is viewed from above, and when it is referred to as "cross-section", it means when the cross section of the corresponding part cut vertically is viewed from the side.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. Hereinafter, a battery module according to an embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.3 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention. 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 일방향을 따라 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200), 및 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면을 덮는(covering) 엔드 플레이트(400)를 포함할 수 있다. 3 and 4, the battery module 100 according to an embodiment of the present invention includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked along one direction, and a battery cell stack 120 ) May include a module frame 200 for accommodating, and an end plate 400 covering the front and / or rear surfaces of the battery cell stack 120.
전지셀(110)은 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있는 파우치형으로 제공될 수 있다. 파우치형으로 제공되는 전지셀(110)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 라미네이트 시트의 셀 케이스(114)에 수납한 뒤 셀 케이스(114)의 실링부를 열융착함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 전지셀(110)이 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 향후 장착될 디바이스가 요구하는 저장 용량이 달성되는 수준 하에서 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있다.The battery cell 110 may be provided in a pouch type capable of maximizing the number of stacks per unit area. The battery cell 110 provided in a pouch type may be manufactured by housing an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a cell case 114 of a laminate sheet and then heat-sealing a sealing portion of the cell case 114. However, the battery cell 110 does not necessarily have to be provided in the form of a pouch, and may be provided in a prismatic, cylindrical, or other various shapes under a level at which a storage capacity required by a device to be mounted in the future is achieved.
도 4를 참조하면, 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111,112)를 포함할 수 있다. 전극 리드(111,112)는 셀 본체(113)의 일단으로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 각 전극 리드(111,112)의 일단은 전지셀(110)의 내부에 위치함으로써 전극 조립체의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되고, 각 전극 리드(111,112)의 타단은 전지셀(110)의 외부로 도출됨으로써 별도의 부재, 예를 들어, 버스바(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편 도 4에서는 전지셀(110)의 양극 리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 것을 도시하였으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 전지셀(110)의 전극 리드들이 동일한 방향으로 돌출되는 것도 가능하다.Referring to FIG. 4 , the battery cell 110 may include two electrode leads 111 and 112 . The electrode leads 111 and 112 may each protrude from one end of the cell body 113 . Specifically, one end of each electrode lead 111 and 112 is electrically connected to the positive electrode or negative electrode of the electrode assembly by being located inside the battery cell 110, and the other end of each electrode lead 111 and 112 is located outside the battery cell 110. By being drawn out, it can be electrically connected to a separate member, for example, the bus bar 500. Meanwhile, although FIG. 4 shows that the positive and negative leads of the battery cell 110 protrude in opposite directions, this is not necessarily the case, and it is possible for the electrode leads of the battery cell 110 to protrude in the same direction.
한편, 전지 셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. Meanwhile, in the battery cell 110, both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side portion 114c connecting them are bonded while the electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114. It can be manufactured by In other words, the battery cell 110 according to this embodiment has a total of three sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc, and the sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc are sealed by a method such as thermal fusion. , the other side may be made of the connecting portion 115.
특히, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 전지 셀의 길이 방향으로 형성되는 실링부(114sc)와 전지 셀의 폭 방향으로 형성되는 실링부(114sa, 114sb)를 포함할 수 있다. 이때, 전지 셀의 길이 방향으로 형성되는 실링부(114sc)는 한 번(1회) 절곡된 싱글 폴딩(single folding), 절곡된 부분을 갖지 않는 무폴딩, 및 다양한 형태의 실링부(114sc) 구조를 포함할 수 있다. 이때, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이를 전지 셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지 셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.In particular, the sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc may include a sealing part 114sc formed in the longitudinal direction of the battery cell and a sealing part 114sa, 114sb formed in the width direction of the battery cell. At this time, the sealing part 114sc formed in the longitudinal direction of the battery cell has a structure of a single folding bent once (once), a non-folding without a bent part, and various types of sealing parts 114sc. can include At this time, a space between both ends 114a and 114b of the battery case 114 is defined in the longitudinal direction of the battery cell 110, and one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114 A space between the and the connecting portion 115 may be defined in the width direction of the battery cell 110 .
셀 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 셀 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈(100)을 형성하기 위하여 다수의 전지셀(110)들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀(110)들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 셀 케이스(114)의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.The cell case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer. For example, when the cell case surface is made of an O (oriented)-nylon layer, when a plurality of battery cells 110 are stacked to form a medium or large battery module 100, they are easily slipped by external impact. there is a tendency Therefore, in order to prevent this and maintain a stable stacked structure of the battery cells 110, an adhesive member such as adhesive adhesive such as double-sided tape or chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion is applied to the surface of the cell case 114. It can be attached to form the battery cell stack 120.
연결부(115)는 상술한 실링부(114sa, 114sb, 114sc)가 위치하지 않은 셀 케이스(114)의 일 단에서 길이 방향을 따라 연장되는 영역을 지칭하는 것일 수 있다. 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 또, 테라스(Terrace)부(116)는 셀 케이스(114)의 가장자리를 기준으로, 셀 케이스(114)의 외부로 그 일부가 돌출된 전극 리드(111, 112)와 셀 케이스(114)의 내부에 위치하는 셀 본체(113) 사이의 영역을 지칭하는 것일 수 있다. The connection part 115 may refer to an area extending along the length direction from one end of the cell case 114 where the above-described sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc are not located. A protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear may be formed at an end of the connecting portion 115 . In addition, the terrace portion 116 includes the electrode leads 111 and 112 whose parts protrude outside the cell case 114 based on the edge of the cell case 114 and the inside of the cell case 114. It may refer to an area between the cell bodies 113 located at .
전지셀 적층체(120)는 전기적으로 연결된 복수의 전지셀(110)이 일 방향을 따라 적층된 것일 수 있다. 복수의 전지셀(110)이 적층된 방향(이하에서는 ‘적층 방향’으로 지칭됨)은 후술할 도 7에서 도시된 것과 같이 y축 방향(또는 -y축 방향일 수 있으며, 이하에서는 ‘축 방향’이라는 표현이 +/-방향을 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있음)일 수 있다. The battery cell stack 120 may include a plurality of electrically connected battery cells 110 stacked along one direction. The direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked (hereinafter referred to as 'stacking direction') may be the y-axis direction (or -y-axis direction) as shown in FIG. ' can be interpreted as including both +/- directions).
한편, 전지셀(110)이 일방향을 따라 배치됨으로써 전지셀(110)의 전극 리드들은 전지셀 적층체(120)의 일면 또는 일면 및 일면과 마주보는 타면에 위치할 수 있다. 이처럼, 전지셀 적층체(120)에서 전극 리드들이 위치되는 면은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면으로 지칭될 수 있으며, 여기서, 전지셀 적층체(120)의 전면으로부터 후면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(120)의 길이 방향으로 정의될 수 있으며, x축 방향일 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 길이 방향은 전지셀(110)의 길이 방향과 실질적으로 동일할 수 있다.Meanwhile, since the battery cells 110 are disposed along one direction, electrode leads of the battery cells 110 may be positioned on one side or one side and the other side facing the one side of the battery cell stack 120 . As such, the surface on which the electrode leads are located in the battery cell stack 120 may be referred to as the front or rear surface of the battery cell stack 120, where the direction from the front to the rear of the battery cell stack 120 , or the opposite direction may be defined as the longitudinal direction of the battery cell stack 120, may be the x-axis direction. The longitudinal direction of the battery cell stack 120 may be substantially the same as the longitudinal direction of the battery cell 110 .
또, 전지셀 적층체(120)에서 최외각 전지셀(110)이 위치한 면은 전지셀 적층체(120)의 측면으로 지칭될 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 측면은 y축 상에서 서로 마주보는 두 면으로 설명될 수 있다. In addition, the side on which the outermost battery cell 110 is located in the battery cell stack 120 may be referred to as a side surface of the battery cell stack 120, and the side surfaces of the battery cell stack 120 are relative to each other on the y-axis. It can be described as two opposite sides.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품 모듈 프레임(200)의 내부 공간에 수용할 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200)은 내부면 및 외부면을 포함하며, 모듈 프레임(200)의 내부 공간은 내부면에 의해 정의될 수 있다.The module frame 200 may be for protecting the battery cell stack 120 and electrical components connected thereto from external physical impact. The module frame 200 may be accommodated in the internal space of the battery cell stack 120 and the electrical component module frame 200 connected thereto. Here, the module frame 200 includes an inner surface and an outer surface, and the inner space of the module frame 200 may be defined by the inner surface.
모듈 프레임(200)의 구조는 다양할 수 있다. 일 예로, 모듈 프레임(200)의구조는 모노 프레임의 구조일 수 있다. 여기서, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있다. 모노 프레임은 압출 성형으로 제조될 수 있다. 다른 예로, 모듈 프레임(200)의 구조는 U자형 프레임과 상부 플레이트(상면)가 결합된 구조일 수 있다. U자형 프레임과 상부 플레이트가 결합된 구조의 경우, 모듈 프레임(200)의 구조는 하면 및 양 측면이 결합된 또는 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으며, 각 프레임 또는 플레이트는 프레스 성형으로 제조될 수 있다. 또, 모듈 프레임(200)의 구조는 모노 프레임 또는 U자형 프레임 외에 L형 프레임의 구조로 제공될 수도 있으며, 상술한 예에서 설명하지 않은 다양한 구조로 제공될 수도 있을 것이다. The structure of the module frame 200 may vary. For example, the structure of the module frame 200 may be a structure of a mono frame. Here, the mono frame may be in the form of a metal plate material in which the upper surface, the lower surface, and both sides are integrated. The mono frame can be made by extrusion molding. As another example, the structure of the module frame 200 may be a structure in which a U-shaped frame and an upper plate (upper surface) are combined. In the case of a structure in which a U-shaped frame and an upper plate are combined, the structure of the module frame 200 may be formed by combining the upper plate with the upper side of the U-shaped frame, which is a metal plate material in which the lower surface and both sides are combined or integrated, Each frame or plate can be made by press molding. In addition, the structure of the module frame 200 may be provided in an L-shaped frame structure in addition to a mono frame or a U-shaped frame, and may be provided in various structures not described in the above examples.
모듈 프레임(200)의 구조는 전지셀 적층체(120)의 길이 방향을 따라 개방된 형태로 제공될 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 모듈 프레임(200)에 의해 가려지지 않을 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 후술할 버스바 프레임 또는 엔드 플레이트(400) 등에 의해 가려질 수 있으며, 이를 통해 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 외부의 물리적 충격 등으로부터 보호될 수 있을 것이다. The structure of the module frame 200 may be provided in an open form along the longitudinal direction of the battery cell stack 120 . Front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may not be covered by the module frame 200 . The front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may be covered by a bus bar frame or end plate 400, which will be described later, through which the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 are protected from external physical impact. can be protected
모듈 프레임(200)의 상면/하면, 전면/후면, 양 측면은 전술한 전지셀 적층체(120)의 내용에 기초하여 설명될 수 있다. 구체적으로, 모듈 프레임(200)의 상면/하면은 z축상 서로 마주보는 두 면으로, 모듈 프레임(200)의 전면/후면은 x축상 서로 마주보는 두 면으로, 모듈 프레임(200)의 양 측면은 y축 상 서로 마주보는 두 면으로 설명될 수 있다. 여기서, 전면으로부터 후면 또는 후면으로부터 전면을 향하는 방향은 모듈 프레임(200)의 길이 방향일 수 있다. The top/bottom, front/rear, and both sides of the module frame 200 may be described based on the contents of the battery cell stack 120 described above. Specifically, the upper and lower surfaces of the module frame 200 are two surfaces facing each other on the z-axis, the front and rear surfaces of the module frame 200 are two surfaces facing each other on the x-axis, and both sides of the module frame 200 are It can be described as two planes facing each other on the y-axis. Here, a direction from the front to the rear or from the rear to the front may be the length direction of the module frame 200 .
한편, 도시되지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에는 압축 패드가 위치할 수 있다. 이 때, 압축 패드는 전지셀 적층체(120)의 측면과 모듈 프레임(200)의 측면 사이에 위치할 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 양 단에 있는 두 전지셀(110)중 적어도 하나와 면을 마주할 수 있다. Meanwhile, although not shown, a compression pad may be positioned between the battery cell stack 120 and the inner surface of the module frame 200 . At this time, the compression pad may be located between the side of the battery cell stack 120 and the side of the module frame 200, at least of the two battery cells 110 at both ends of the battery cell stack 120 You can face one and the other side.
또, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지에 의하여 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다. 이 때, 열전도성 수지층은 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 하면(또는 바닥면, 바닥부로 지칭될 수 있음) 사이에 형성될 수 있다.In addition, a thermally conductive resin may be injected between the inner surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200, and the battery cell stack 120 and the module frame 200 are separated by the injected thermal conductive resin. A thermally conductive resin layer (not shown) may be formed between the inner surfaces. At this time, the thermally conductive resin layer may be formed between the lower surface of the battery cell stack 120 and the lower surface of the module frame 200 (or bottom surface, may be referred to as a bottom part).
엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 면을 밀폐함으로써, 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(400)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. The end plate 400 may be to protect the battery cell stack 120 and electrical components connected thereto from external physical impact by sealing the open surface of the module frame 200 . To this end, the end plate 400 may be made of a material having a predetermined strength. For example, the end plate 400 may include a metal such as aluminum.
엔드 플레이트(400)는 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하는 버스바 프레임 또는 버스바(500)를 덮으면서 모듈 프레임(200)과 결합(접합, 밀봉 또는 밀폐)될 수 있다. 엔드 플레이트(400)의 각 모서리는 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 또한, 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임 사이에는 전기절 절연을 위한 절연 커버가 위치할 수 있다. 절연 커버는 엔드 플레이트(400)의 내부면에 위치할 수 있으며, 엔드 플레이트(400)의 내부면에 밀착될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. The end plate 400 may be combined (bonded, sealed, or sealed) with the module frame 200 while covering the bus bar frame or bus bar 500 located on one surface of the battery cell stack 120 . Each corner of the end plate 400 may be coupled to a corresponding corner of the module frame 200 by welding or the like. In addition, an insulating cover for electrical insulation may be positioned between the end plate 400 and the bus bar frame. The insulating cover may be located on the inner surface of the end plate 400 and may come into close contact with the inner surface of the end plate 400, but this is not necessarily the case.
엔드 플레이트(400)는 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면 상에 위치하는 제1 엔드 플레이트 및 전지셀 적층체(120)의 후면 상에 위치하는 제2 엔드 플레이트를 포함할 수 있다.The end plate 400 may be two, and may include a first end plate positioned on the front surface of the battery cell stack 120 and a second end plate positioned on the rear surface of the battery cell stack 120. can
한편, 상술한 전지 모듈(100)에는 버스바 프레임이 제공될 수 있다. 버스바 프레임은 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하여, 전지셀 적층체(120)의 일면을 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내하기 위한 것일 있다. 버스바 프레임에는 버스바(500) 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 버스바 프레임은 전기적으로 절연인 소재를 포함할 수 있다. 버스바 프레임은, 버스바(500)가 전극 리드(111,112)와 접합된 부분 외에 전지셀(110)들의 다른 부분과 접촉하는 것을 제한할 수 있으며, 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the above-described battery module 100 may be provided with a bus bar frame. The bus bar frame is located on one side of the battery cell stack 120, covers one side of the battery cell stack 120, and guides the connection between the battery cell stack 120 and an external device. can At least one of the bus bar 500 and the module connector may be mounted on the bus bar frame. The bus bar frame may include an electrically insulating material. The bus bar frame may limit the contact of the bus bar 500 with other parts of the battery cells 110 other than the parts bonded to the electrode leads 111 and 112 and prevent an electrical short circuit from occurring.
버스바 프레임은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면 상에 위치할 수 있다. 버스바 프레임의 일면은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면과 연결되고, 버스바 프레임의 타면은 버스바(500)와 연결될 수 있다. 버스바 프레임은 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면과 제1 엔드 플레이트 사이에 위치하는 제1 버스바 프레임 및 전지셀 적층체(120)의 후면과 제2 엔드 플레이트 사이에 위치하는 제2 버스바 프레임을 포함할 수 있다.The bus bar frame may be located on the front or rear surface of the battery cell stack 120 . One surface of the bus bar frame may be connected to the front or rear surface of the battery cell stack 120, and the other surface of the bus bar frame may be connected to the bus bar 500. There may be two bus bar frames, and between the first bus bar frame and the rear surface of the battery cell stack 120 and the second end plate located between the front side of the battery cell stack 120 and the first end plate. It may include a second bus bar frame positioned.
버스바(500)는 버스바 프레임의 일면 상에 장착되고, 전지셀 적층체(120) 또는 전지셀(110)들과 외부 기기 회로를 전기적으로 연결하기 위한 것일 수 있다. 버스바(500)는 전지셀 적층체(120) 또는 버스바 프레임과 엔드 플레이트(400) 사이에 위치함으로써 외부의 충격 등으로부터 보호될 수 있으며, 외부의 수분 등에 의한 내구성 저하가 최소화될 수 있다.The bus bar 500 may be mounted on one surface of the bus bar frame and electrically connect the battery cell stack 120 or the battery cells 110 and an external device circuit. The bus bar 500 is positioned between the battery cell stack 120 or the bus bar frame and the end plate 400, so that it can be protected from external impact, etc., and durability degradation caused by external moisture can be minimized.
버스바(500)는 전지셀(110)의 전극 리드(111,112)를 통해 전지셀 적층체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 전지셀(110)의 전극 리드(111,112)는 버스바 프레임에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(500)와 연결될 수 있다. 버스바(500)에 의해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. The bus bar 500 may be electrically connected to the battery cell stack 120 through the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 . Specifically, the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may be connected to the bus bar 500 by being bent after passing through slits formed in the bus bar frame. The battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 by the bus bar 500 may be connected in series or parallel.
한편, 버스바(500)는 전지 모듈(100)들 사이에 전기적 연결을 형성하기 위한 터미널 버스바를 포함할 수 있다. 외부의 다른 전지 모듈(100)과 연결되기 위해서 터미널 버스바의 적어도 일부는 엔드 플레이트(400)의 외부로 노출될 수 있으며, 엔드 플레이트(400)에는 이를 위한 터미널 버스바 개구부(400H)가 구비될 수 있다. 터미널 버스바는 터미널 버스바 개구부(400H)를 통해 노출된 돌출부를 통해 다른 전지 모듈(100)이나 BDU(Battery Disconnect Unit)와 연결될 수 있으며, 이들과 HV(High voltage) 연결을 형성할 수 있다.Meanwhile, the bus bar 500 may include a terminal bus bar for forming an electrical connection between the battery modules 100 . At least a portion of the terminal bus bar may be exposed to the outside of the end plate 400 in order to be connected to another external battery module 100, and the end plate 400 will be provided with a terminal bus bar opening 400H for this purpose. can The terminal bus bar may be connected to another battery module 100 or a battery disconnect unit (BDU) through a protrusion exposed through the terminal bus bar opening 400H, and may form a high voltage (HV) connection with them.
도시되지 않았으나, 전지 모듈(100)은 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어하는 센싱 부재를 포함할 수 있다. 센싱 부재는 LV(Low voltage) 연결을 위한 것으로, 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압 등을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미할 수 있다. 센싱 부재를 통해 전지셀(110)의 전압 정보 및 온도 정보가 외부 BMS(Battery Management System)에 전달될 수 있다.Although not shown, the battery module 100 may include a sensing member that detects and controls phenomena such as overvoltage, overcurrent, and overheating of the battery cell 110 . The sensing member is for low voltage (LV) connection, where the LV connection may mean a sensing connection for sensing and controlling a voltage of a battery cell. Voltage information and temperature information of the battery cell 110 may be transferred to an external battery management system (BMS) through the sensing member.
센싱 부재는 전지 모듈 내부의 온도를 감지하는 온도 센서, 버스바(500)의 전압 값을 센싱하는 센싱 단자, 수집된 데이터를 외부의 제어 장치에 전달하며, 외부의 제어 장치로부터 신호를 수신하는 모듈 커넥터 및/또는 이를 연결하기 위한 연결 부재를 포함할 수 있다.The sensing member includes a temperature sensor for sensing the temperature inside the battery module, a sensing terminal for sensing the voltage value of the bus bar 500, and a module for transmitting collected data to an external control device and receiving signals from the external control device. A connector and/or a connecting member for connecting them may be included.
여기서, 연결 부재는 전지셀 적층체(120)의 상면에서 길이 방향을 따라 연장되는 형태로 배치되며, 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다.Here, the connecting member is disposed in a form extending along the longitudinal direction from the upper surface of the battery cell stack 120, and may be a flexible printed circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC). can
또 여기서, 모듈 커넥터는 상술한 버스바 프레임에 장착될 수 있으며, 모듈 커넥터의 적어도 일부는 엔드 플레이트(400)에 형성된 모듈 커넥터 개구부를 통해 외부로 노출될 수 있다. Also, the module connector may be mounted on the above-described bus bar frame, and at least a portion of the module connector may be exposed to the outside through a module connector opening formed in the end plate 400 .
한편, 상술한 것과 같이 전지셀(110)이 높은 밀도로 적층된 전지 모듈(100)의 내부에서는 발화 현상이 나타날 수 있다. 하나의 전지셀(110)에서 발화 현상이 발생하면, 열, 가스 또는 화염 등이 그와 인접한 전지셀(110)에 전달될 수 있으므로, 전지셀 적층체(120)에는 연속적인 발화 현상이 발생할 수 있고, 이에 따라 전지 모듈(100) 또는 이를 포함하는 전지 팩의 내구성 및 안정성이 저하되는 문제가 있었다. On the other hand, as described above, an ignition phenomenon may occur inside the battery module 100 in which the battery cells 110 are stacked at a high density. When an ignition phenomenon occurs in one battery cell 110, since heat, gas or flame may be transferred to the battery cell 110 adjacent thereto, continuous ignition may occur in the battery cell stack 120. Accordingly, there is a problem in that durability and stability of the battery module 100 or a battery pack including the battery module 100 are deteriorated.
따라서, 이하에서는 위와 같은 전지셀(110)들 간의 연속적인 발화를 방지함으로써 전지 모듈(100)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 모듈 프레임(200)에 관하여 설명하기로 한다. Accordingly, hereinafter, the module frame 200 capable of improving durability and stability of the battery module 100 by preventing continuous ignition between the battery cells 110 will be described.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 7은 도 5의 모듈 프레임이 제공되는 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 5 is a perspective view illustrating a module frame included in the battery module of FIG. 3 . 6 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 5; FIG. 7 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 5 is ignited inside.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예의 모듈 프레임(200)은 그 내부 공간을 구획하는 다수의 이격 부재(210)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , the module frame 200 of this embodiment may include a plurality of spacer members 210 partitioning its internal space.
이격 부재(210)는 전지셀(110)들이 위치하는 공간을 분할하기 위한 것일 수 있다. 이격 부재(210)에 의해, 모듈 프레임(200)은 서로 격리된 다수의 서브 공간을 포함할 수 있다. 이에 따라, 종래의 전지 모듈(100)의 모듈 프레임(200) 내에 위치하는 전지셀(110)들은 상술한 서브 공간에 나누어 배치될 수 있다. 서브 공간에는 적어도 하나의 전지셀(110)을 포함하는 셀 어셈블리가 배치될 수 있다. 가령, 서로 이웃하는 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리가 이격 부재(210)를 사이에 두고 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리와 상기 제2 셀 어셈블리는 이격 부재(210)에 의해 서로 격리될 수 있다. 종래의 모듈 프레임(200)에 존재하던 전지셀(110)들이 N개였다면, 본 실시예의 모듈 프레임(200)의 서브 공간에 존재하는 전지셀(110)들은 N/2개, N/3개 또는 그 이하일 수 있다. 여기서, N은 자연수일 수 있다. The spacer member 210 may be for dividing a space in which the battery cells 110 are located. By the spacer 210, the module frame 200 may include a plurality of sub-spaces isolated from each other. Accordingly, the battery cells 110 located in the module frame 200 of the conventional battery module 100 may be divided and disposed in the above-described sub-space. A cell assembly including at least one battery cell 110 may be disposed in the sub-space. For example, a first cell assembly and a second cell assembly adjacent to each other may be disposed with the separation member 210 interposed therebetween. In this case, the first cell assembly and the second cell assembly may be isolated from each other by the separation member 210 . If the number of battery cells 110 existing in the conventional module frame 200 was N, the number of battery cells 110 present in the subspace of the module frame 200 of this embodiment is N/2, N/3, or N/2. may be less than that. Here, N may be a natural number.
이격 부재(210)는 다양한 형태로 제공될 수 있다. The spacer member 210 may be provided in various forms.
일 예로, 도 6에 도시된 것과 같이, 이격 부재(210)는 격벽의 형태로 제공되는 판상형 부재일 수 있다. 여기서, 격벽의 형태로 제공되는 이격 부재(210)는 모듈 프레임(200)의 상면과 하면 사이에서 수직으로 연장되는 것일 수 있다. 격벽의 형태로 제공되는 이격 부재(210)는 모듈 프레임(200)과 일체화될 수 있다. 단, 여기서, 격벽의 형태로 제공되는 이격 부재(210)의 양단은 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면과 결합될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 전지셀(110)의 열, 화염, 스파크 등이 이격 부재(210) 너머로 전달되는 것을 방지할 수 있다면, 이격 부재(210)의 양단은 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나와 간격을 두고 위치할 수도 있다.For example, as shown in FIG. 6 , the spacer member 210 may be a plate-shaped member provided in the form of a barrier rib. Here, the separation member 210 provided in the form of a barrier rib may extend vertically between the upper and lower surfaces of the module frame 200 . The separation member 210 provided in the form of a barrier rib may be integrated with the module frame 200 . However, here, both ends of the separation member 210 provided in the form of a barrier rib may be coupled to the upper or lower surface of the module frame 200, but this is not necessarily the case, and heat, flame, spark, etc. of the battery cell 110 If transmission beyond the separation member 210 can be prevented, both ends of the separation member 210 may be spaced apart from at least one of the upper or lower surface of the module frame 200 .
다른 예로, 이격 부재(210)는 박스 형태로 제공될 수도 있다. 박스형으로 제공되는 이격 부재(210)는 길이 방향상 개방된 중공형의 사각관 형상을 가질 수 있다. 사각관 형상의 이격 부재(210)가 모듈 프레임(200)의 내부 공간에 복수로 제공됨으로써, 전지셀(110)들이 위치하는 공간이 분리될 수 있다. As another example, the separation member 210 may be provided in a box shape. The box-shaped spacer 210 may have a hollow square tube shape open in the longitudinal direction. Since a plurality of spacer members 210 having a square tube shape are provided in the inner space of the module frame 200, spaces in which the battery cells 110 are located may be separated.
이격 부재(210)는 모듈 프레임(200) 내부에 위치함으로써, 전지셀(110)들의 스웰링에 따른 부피 팽창을 억제할 수 있다. 이격 부재(210)는 두 서브 공간에 위치하는 전지셀(110)들 사이에 위치하므로, 하나의 서브 공간에서 발생된 부피 팽창 현상이 다른 서브 공간의 전지셀(110)들에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. Since the spacer member 210 is located inside the module frame 200, volume expansion due to swelling of the battery cells 110 can be suppressed. Since the spacer 210 is located between the battery cells 110 located in the two sub-spaces, the effect of the volume expansion phenomenon generated in one sub-space on the battery cells 110 in the other sub-space can be minimized. can
이격 부재(210)가 모듈 프레임(200)에 형성됨으로써, 전지 모듈(100)에서 압축 패드는 생략될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 이격 부재(210)와 압축 패드가 모두 전지 모듈(100)에 제공될 수도 있다. 서로 면접촉하는 이격 부재(210)와 전지셀(110) 사이에 압축 패드 등이 위치하면, 압축 패드를 통해 전지셀(110)의 스웰링 현상이 어느 정도 흡수될 수 있을 것이다. 압축 패드에 사용되는 소재의 일 예로는 폴리우레탄 패드, 실리콘 패드등을 들 수 있다. Since the separation member 210 is formed on the module frame 200, the compression pad may be omitted from the battery module 100, but this is not necessarily the case, and both the separation member 210 and the compression pad are included in the battery module 100. may be provided. If a compression pad or the like is positioned between the spacer member 210 and the battery cell 110 that are in surface contact with each other, the swelling of the battery cell 110 may be absorbed to some extent through the compression pad. Examples of materials used for the compression pad include polyurethane pads and silicon pads.
이격 부재(210)는 모듈 프레임(200) 내의 전지셀(110)들 사이에 위치하여, 전지셀(110)들로부터 모듈 프레임(200)을 향하는 열전달 통로를 형성할 수 있다. 전지셀(110)들은 모듈 프레임(200) 내부에 밀폐되어 있으므로, 전지셀(110)의 열은 주로 모듈 프레임(200)을 통해 외부로 방출되게 되는데, 이 때 전지셀(110)로부터 모듈 프레임(200) 사이에 열전달이 원할하지 않을 수 있다. 그러나 이격 부재(210)가 전지셀(110)들 사이에 위치되면, 이격 부재(210)와 가까이 위치하는 전지셀(110)들은 이격 부재(210)를 통해 모듈 프레임(200)으로 열이 방출되기 쉬우므로, 모듈 프레임(200) 내에서 전지셀(110)들이 과열되는 것이 방지될 수 있다. The spacer member 210 may be positioned between the battery cells 110 in the module frame 200 to form a heat transfer path from the battery cells 110 toward the module frame 200 . Since the battery cells 110 are sealed inside the module frame 200, the heat of the battery cells 110 is mainly discharged to the outside through the module frame 200. At this time, the battery cells 110 from the module frame ( 200), heat transfer may not be smooth. However, when the spacer 210 is positioned between the battery cells 110, the battery cells 110 positioned close to the spacer 210 are dissipated through the spacer 210 to the module frame 200. Since it is easy, the battery cells 110 in the module frame 200 can be prevented from overheating.
이격 부재(210)는 모듈 프레임(200) 내에 서브 공간을 형성함으로써, 전지셀(110)들 사이의 연속적인 열폭주 현상을 일정 범위내로 제한하거나, 열폭주 현상을 지연시킬 수 있다. The spacer 210 may form a subspace within the module frame 200 to limit the continuous thermal runaway between the battery cells 110 within a certain range or delay the thermal runaway.
도 7을 참조하면, 전지셀(110)들은 모듈 프레임(200)의 서브 공간에 나누어 위치할 수 있다. 종래의 전지 모듈과 비교하여 격리된 공간 내에 위치하는 전지셀(110)의 수가 줄어듦에 따라, 전지셀(110)들의 연속적인 발화 현상이 방지되거나, 연속적인 발화 현상이 발생하더라도 그 현상이 일정 범위 내로 한정될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the battery cells 110 may be divided and positioned in sub-spaces of the module frame 200 . Compared to conventional battery modules, as the number of battery cells 110 located in the isolated space is reduced, continuous ignition of the battery cells 110 is prevented, or even if continuous ignition occurs, the phenomenon is within a certain range. can be limited to
구체적으로, 도 7에 도시된 것과 같이 전지 모듈(100) 내에는 격벽 형태로 제공되는 3개의 이격 부재(210)가 위치할 수 있고, 이에 따라 전지 모듈(100)은 4개의 서브 공간을 가질 수 있다. 전지 모듈(100) 내에 수용 가능한 전지셀(110)들의 수가 N개일 때, 각 서브 공간에는 N/4개의 전지셀(110)들이 위치할 수 있다. 이때, 서브 공간에 위치하는 전지셀(110)들 중 하나에서 발화가 발생하면, 서브 공간 내에 위치하는 전지셀(110)들로는 열폭주가 전이되기 쉬울 수 있으나, 다른 서브 공간에 위치하는 전지셀(110)들에는 열폭주가 전이되지 않을 수 있다. 이처럼, 전지 모듈(100)은 이격 부재(210)에 의해 적어도 2개의 서브 공간을 가짐으로써, 전지셀(110)들 사이의 열폭주를 일정 범위 내로 제한할 수 있고, 전지셀(110)의 추가적인 손상을 방지할 수 있다. Specifically, as shown in FIG. 7 , three spacer members 210 provided in the form of barrier ribs may be positioned within the battery module 100, and thus the battery module 100 may have four sub-spaces. have. When the number of battery cells 110 that can be accommodated in the battery module 100 is N, N/4 battery cells 110 may be positioned in each sub-space. At this time, when ignition occurs in one of the battery cells 110 located in the sub-space, thermal runaway may be easily transferred to the battery cells 110 located in the sub-space, but battery cells located in the other sub-space ( 110), thermal runaway may not be transferred. As such, the battery module 100 has at least two sub-spaces by the spacer member 210, thereby limiting thermal runaway between the battery cells 110 within a certain range, and additional damage can be prevented.
이격 부재(210)는 다양한 소재로 제조될 수 있다. 일 예로, 이격 부재(210)는 열전달율이 높은 물질로 제조될 수 있다. 이격 부재(210)가 열전달율이 높은 소재로 제조되면, 이격 부재(210)가 종래의 냉각핀 기능을 가지게 되므로, 전지셀(110)들의 열방출이 보다 쉽게 달성될 수 있다. 구체적으로, 이격 부재(210)는 열전달율이 높은 알루미늄, 금, 은, 구리, 백금 또는 이들을 포함하는 합금 등으로 제조될 수 있다. 다른 예로, 이격 부재(210)는 소정의 압력 및 온도를 견딜 수 있는 소재로 제조될 수 있다. 이격 부재(210)는 종래의 압축 패드보다 강성이 뛰어난 물질, 구체적으로, 내열성이 뛰어난 SUS계열의 금속으로 제조될 수 있다. 또 다른 예로, 이격 부재(210)는 모듈 프레임(200)과 유사한 소재로 제조될 수 있다. 이격 부재(210)가 모듈 프레임(200)과 유사한 소재로 제조되면, 두 부재 사이의 결합 등이 용이할 수 있다. 구체적으로, 이격 부재(210)는 알루미늄, 구리 등의 금속으로 제조될 수 있다. The spacer member 210 may be made of various materials. For example, the spacer member 210 may be made of a material having a high heat transfer rate. When the spacer member 210 is made of a material having a high heat transfer rate, since the spacer member 210 has a conventional cooling fin function, heat dissipation of the battery cells 110 can be more easily achieved. Specifically, the spacer member 210 may be made of aluminum, gold, silver, copper, platinum, or an alloy including these having a high heat transfer rate. As another example, the separation member 210 may be made of a material that can withstand a predetermined pressure and temperature. The spacer member 210 may be made of a material having higher rigidity than conventional compression pads, specifically, a SUS-based metal having excellent heat resistance. As another example, the spacer member 210 may be made of a material similar to that of the module frame 200 . When the separation member 210 is made of a material similar to that of the module frame 200, coupling between the two members may be facilitated. Specifically, the separation member 210 may be made of metal such as aluminum or copper.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(200)의 형상이 달리 제공되는 것 외에는 상술한 실시예의 내용과 유사하다. 따라서, 상술한 것과 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, a battery module according to another embodiment of the present invention will be described. The battery module 100 to be described below is similar to the content of the above-described embodiment except that the shape of the module frame 200 is provided differently. Therefore, detailed descriptions of the contents overlapping with those described above will be omitted.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 포함된 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다. 도 9는 도 8의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다. 도 10은 도 8의 모듈 프레임이 제공되는 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다.8 is a perspective view showing a module frame included in a battery module according to another embodiment of the present invention. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 8; FIG. 10 is a view showing a state when the battery module provided with the module frame of FIG. 8 is ignited inside.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예의 모듈 프레임(200)은 모듈 프레임(200)의 내부면과 외부면을 관통하는 벤팅부(220)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 모듈 프레임(200)은 이격 부재(210)를 통해 전지셀(110)의 열폭주 현상이 일정 범위 이상으로 전이되는 것을 방지하고, 벤팅부(220)를 통해 내부 온도 및 압력의 상승을 방지함으로써 전지 모듈(100) 내부의 열폭주 현상을 효과적으로 지연시킬 수 있다. 본 실시예의 전지 모듈(100)은 서브 공간 사이의 열 및 압력의 전달을 방지하는 이격 부재(210) 및 압력과 온도의 상승을 최소화하는 벤팅부(220)를 포함함으로써, 전지 모듈(100)에 내부 발화가 발생되더라도, 열폭주 현상이 다른 서브 공간으로는 전이되는 것을 최소화할 수 있다.Referring to FIGS. 8 to 10 , the module frame 200 of this embodiment may include a venting portion 220 penetrating the inner and outer surfaces of the module frame 200 . The module frame 200 of this embodiment prevents the thermal runaway phenomenon of the battery cell 110 from being transferred beyond a certain range through the spacer member 210, and increases the internal temperature and pressure through the venting part 220. By preventing the thermal runaway inside the battery module 100 can be effectively delayed. The battery module 100 of the present embodiment includes a spacer member 210 that prevents transfer of heat and pressure between sub-spaces and a venting part 220 that minimizes pressure and temperature rises, so that the battery module 100 Even if internal ignition occurs, transfer of thermal runaway to other subspaces can be minimized.
벤팅부(220)는 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(400) 등에 의해 밀폐된전지 모듈(100)의 내부와 전지 모듈(100)의 외부를 연통하기 위한 것일 수 있다. 벤팅부(220)는 전지 모듈(100)의 내부 발화시, 발생하는 열, 가스 또는 화염 등을 전지 모듈(100)의 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다. The venting part 220 may communicate the inside of the battery module 100 sealed by the module frame 200 and the end plate 400 and the outside of the battery module 100 . The venting unit 220 may be for discharging heat, gas, or flame generated when the battery module 100 internally ignites to the outside of the battery module 100 .
벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 내부면에 형성된 유입구(inlet, 220a) 및 외부면에 형성된 배출구(outlet, 220b)를 연통하는 홀(hole) 형태를 가질 수 있다.The venting unit 220 may have a hole shape communicating an inlet 220a formed on the inner surface of the module frame 200 and an outlet 220b formed on the outer surface of the module frame 200 .
벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 상부에 형성될 수 있다. 또, 도시되지는 않았으나, 벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 측면에 형성될 수도 있다.The venting part 220 may be formed on at least one surface of the module frame 200 . The venting part 220 may be formed on top of the module frame 200 . Also, although not shown, the venting part 220 may be formed on a side surface of the module frame 200 .
벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 내부 발화 현상을 완화시키고, 압력 또는 온도의 상승을 최소화함으로써 연속적인 열폭주 현상을 방지할 수 있다. 구체적으로 모듈 프레임(200) 내부에서 발화가 발생한 경우, 전지셀(110)의 발화에 의한 열, 가스, 스파크, 화염 등이 벤팅부(220)를 통해 전지 모듈(100)의 외부로 배출됨으로써 내부 화재가 빠르게 진압되고, 발화 현상이 보다 완화될 수 있다. 또, 벤팅부(220)를 통해 열, 가스 등이 배출됨에 따라 전지 모듈(100) 내부의 압력 또는 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지될 수 있고, 내부 공간에서 열폭주가 전이되는 속도 또한 지연될 수 있다. The venting unit 220 can prevent a continuous thermal runaway phenomenon by alleviating an internal ignition phenomenon of the module frame 200 and minimizing an increase in pressure or temperature. Specifically, when ignition occurs inside the module frame 200, heat, gas, spark, flame, etc. caused by ignition of the battery cell 110 are discharged to the outside of the battery module 100 through the venting unit 220, The fire is extinguished quickly, and the ignition phenomenon can be more mitigated. In addition, as heat, gas, etc. are discharged through the venting unit 220, an excessive increase in pressure or temperature inside the battery module 100 can be prevented, and the speed at which thermal runaway is transferred in the internal space can also be delayed. can
도 10을 참조하면, 벤팅부(220)는 모듈 프레임(200)의 서브 공간에 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)에서, 서브 공간의 상면에는 벤팅부(220)가 형성될 수 있다. 벤팅부(220)는 각 서브 공간에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10 , the venting part 220 may be formed in a subspace of the module frame 200 . In the module frame 200, a vent 220 may be formed on an upper surface of the subspace. The venting part 220 may be formed in each sub-space.
전지 모듈(100) 내부의 열폭주 현상은 주로 전지셀(110) 사이에서 전달되는 열과 그에 따라 축적되는 열의 크기에 좌우될 수 있다. 또, 전지 모듈(100) 내부의 열폭주 현상은 발화시 발생되는 고온 고압의 가스, 또는 그 가스에 의한 대류 현상에 좌우될 수 있다. 각 서브 공간의 크기는 종래의 모듈 프레임(200) 내부 공간의 크기보다 작으므로, 전지 모듈(100)의 내부 발화시 열전도, 열축적 또는 가스에 따른 내부 온도 또는 내부 압력의 상승이 빠를 수 있다. 그러나, 각 서브 공간에 벤팅부(220)가 형성되면, 벤팅부(220)를 통해 열, 가스, 화염, 스파크 등이 배출됨으로써 열폭주가 발생한 서브 공간의 온도 및 압력이 크게 증가하지 않을 수 있다. 이처럼 벤팅부(220)에 의해 서브 공간의 온도 및 압력이 과도하게 상승하지 않음으로써, 서브 공간 내의 열폭주 현상이 지연될 수 있다. The thermal runaway phenomenon inside the battery module 100 may mainly depend on the amount of heat transferred between the battery cells 110 and the heat accumulated accordingly. In addition, the thermal runaway phenomenon inside the battery module 100 may depend on a high-temperature and high-pressure gas generated during ignition or a convection phenomenon caused by the gas. Since the size of each subspace is smaller than the size of the conventional internal space of the module frame 200, when the battery module 100 internally ignites, the internal temperature or internal pressure may increase rapidly due to heat conduction, heat accumulation, or gas. However, when the venting unit 220 is formed in each subspace, heat, gas, flame, spark, etc. are discharged through the venting unit 220, so that the temperature and pressure of the subspace in which thermal runaway occurs may not greatly increase. . As such, since the temperature and pressure of the sub-space are not excessively increased by the venting unit 220, the thermal runaway phenomenon in the sub-space may be delayed.
또, 벤팅부(220)에 의해 각 서브 공간의 온도 및 압력이 크게 증가하지 않음에 따라, 발화 현상이 발생된 서브 공간에서 인접한 서브 공간으로 전달되는 열 또는 압력의 크기가 줄어들게 될 수 있다. 이처럼 벤팅부(220)가 서브 공간에 형성됨으로써, 내부 발화에 따른 열 또는 압력의 상승을 하나의 서브 공간에 집중하고자 하는 이격 부재(210)에 의한 효과가 보다 쉽게 달성될 수 있다.In addition, as the temperature and pressure of each sub-space are not significantly increased by the venting unit 220, the amount of heat or pressure transferred from the sub-space where the ignition phenomenon has occurred to the adjacent sub-space may be reduced. As such, since the venting part 220 is formed in the sub-space, the effect of the separation member 210 to concentrate the increase in heat or pressure due to internal ignition into one sub-space can be more easily achieved.
한편, 벤팅부(220)가 형성되지 않는 경우, 전지 모듈(100)의 내부 발화시 모듈 프레임(200)의 내부 공간에는 열, 가스 등이 압축될 수 있고, 이로 인해 모듈 프레임(200)이 붕괴되거나 모듈 프레임(200) 내부의 전지셀(110) 및 버스바 프레임, 버스바(500) 등이 손상될 수 있다. 또, 본 실시예와 같이 모듈 프레임(200) 내에 이격 부재(210)가 위치하는 경우에는, 내부 발화시 서브 공간에 열, 가스 등이 압축되기 더 쉬우므로, 짧은 시간 내 높은 압력이 형성되어 서브 공간을 분리하는 이격 부재(210)가 손상될 우려가 있다. Meanwhile, when the venting part 220 is not formed, when the battery module 100 is ignited, heat, gas, etc. may be compressed in the internal space of the module frame 200, and as a result, the module frame 200 collapses. Or the battery cell 110 inside the module frame 200, the bus bar frame, and the bus bar 500 may be damaged. In addition, when the spacer member 210 is located in the module frame 200 as in the present embodiment, since heat, gas, etc. are more easily compressed in the sub-space when internal combustion occurs, high pressure is formed within a short period of time to sub-space. There is a risk that the separation member 210 separating the spaces may be damaged.
그러나, 도 10 과 같이 각 서브 공간에 벤팅부(220)가 형성되면, 벤팅부(220)에 의해 서브 공간 내의 온도 및 압력이 상승이 최소화되므로, 이격 부재(210)가 서브 공간 내부의 온도, 압력 등에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 모듈 프레임(200)에 밀폐된 공간을 세분화하는 이격 부재(210)가 제공되고, 이격 부재(210)에 의한 효과가 의도한 대로 나타나기 위해서는, 벤팅부(220) 또는 벤팅부(220)와 유사한 기능을 가지는 구조가 모듈 프레임(200)에 제공되어야 할 수 있다. However, when the venting part 220 is formed in each subspace as shown in FIG. 10, since the increase in temperature and pressure in the subspace is minimized by the venting part 220, the separation member 210 controls the temperature inside the subspace, It can be prevented from being damaged by pressure or the like. Therefore, the spacer member 210 is provided to subdivide the enclosed space in the module frame 200, and in order for the effect of the spacer member 210 to appear as intended, the venting part 220 or the venting part 220 and Structures having similar functions may need to be provided in the module frame 200 .
여기서, 각 서브 공간의 상면에 형성된 벤팅부(220)는 적어도 하나 이상일 수 있다. 각 서브 공간에 형성된 벤팅부(220)의 수가 많을수록, 서브 공간의 발화 현상은 더욱 빠르게 완화될 수 있다. 벤팅부(220)가 복수인 경우, 벤팅부(220)는 일방향을 따라 나열된 행 및 상기 일방향과 수직하는 방향을 따라 나열된 열을 이루어 배치될 수 있다. Here, at least one venting part 220 may be formed on the upper surface of each sub-space. As the number of vents 220 formed in each sub-space increases, the ignition phenomenon of the sub-space can be alleviated more quickly. When there are a plurality of venting units 220 , the venting units 220 may be arranged in rows along one direction and in columns along a direction perpendicular to the one direction.
이 때, 벤팅부(220)는 상술한 도면들과 같이 모듈 프레임(200) 또는 서브 공간의 일면 상에 전체적으로 형성될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 모듈 프레임(200) 또는 서브 공간의 일면 중 일부에 형성될 수도 있다. At this time, the venting part 220 may be entirely formed on one surface of the module frame 200 or the subspace as in the above-described drawings, but not necessarily, and part of one surface of the module frame 200 or the subspace. may be formed in
한편, 이상에서는 벤팅부(220)가 모듈 프레임(200)에 형성되는 것을 기준으로 설명하였으나, 벤팅부(220)는 엔드 플레이트(400)에 형성되거나 모듈 프레임(200)과 엔드 플레이트(400) 모두에 형성될 수도 있다. 구체적으로, 모듈 프레임(200)의 양 단에 위치하는 서브 공간에는 버스바(500) 또는 전극 리드가 집중적으로 배치될 수 있고, 버스바(500) 또는 전극 리드는 전지셀(110)의 충방전시 발열되기 쉬운 구성일 수 있다. 따라서, 전지 모듈(100) 내부의 연속적인 발화 현상을 방지하기 위해서는 벤팅부(220)가 엔드 플레이트(400)에 형성됨으로써, 버스바(500) 또는 전극 리드의 방열을 촉진하는 것이 바람직할 수 있다.Meanwhile, in the above description, the venting part 220 is formed on the module frame 200, but the venting part 220 is formed on the end plate 400 or both the module frame 200 and the end plate 400. may be formed in Specifically, bus bars 500 or electrode leads may be intensively disposed in subspaces located at both ends of the module frame 200, and the bus bars 500 or electrode leads charge and discharge the battery cells 110. It may be a configuration that is easy to generate heat. Therefore, in order to prevent continuous ignition inside the battery module 100, it may be preferable to promote heat dissipation of the bus bar 500 or the electrode lead by forming the venting portion 220 on the end plate 400. .
벤팅부(220)가 가지는 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 형상은 상술한 도면들과 같이 곡률을 가지는 라운드 형상일 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 벤팅부(220)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)는 원형, 타원형 또는 꼭지점을 가지는 다각형으로 제공될 수도 있다. 또, 벤팅부(220)를 통해 배출되는 열, 가스 또는 화염은 전지 모듈(100)의 외부로 보다 빠르게 확산되는 것이 바람직하므로, 배출구(220b)의 크기는 유입구(220a)의 크기보다 더 크게 제공될 수도 있을 것이다. The shape of the inlet 220a and the outlet 220b of the venting part 220 may be a round shape having a curvature as shown in the drawings, but this is not necessarily the case, and the inlet 220a and The outlet 220b may be provided in a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape having vertices. In addition, since heat, gas, or flame discharged through the venting part 220 is preferably diffused more quickly to the outside of the battery module 100, the size of the outlet 220b is provided larger than that of the inlet 220a. It could be.
한편, 벤팅부(220)의 유입구(220a)로부터 배출구(220b)를 향하는 방향은 전지 모듈(100) 내부의 가스가 외부로 배출되는 배출 방향일 수 있다. 상술한 도면에서는 벤팅부(220)의 유입구(220a)로부터 배출구(220b)를 향하는 방향이 벤팅부(220)가 형성된 모듈 프레임(200)의 일면과 수직하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 벤팅부(220)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 위치를 변경함으로써 배출 방향이 상기 모듈 프레임(200)의 일면과 예각을 이루도록 홀 구조가 형성될 수도 있다. 이처럼 벤팅부(220)의 홀이 경사진 구조를 가짐으로써, 전지 모듈(100) 내부의 노출이 최소화되고, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 전지 모듈(100) 내부로 들어가는 현상이 방지될 수 있다.Meanwhile, a direction from the inlet 220a of the venting unit 220 toward the outlet 220b may be a discharge direction in which gas inside the battery module 100 is discharged to the outside. In the above drawings, the direction from the inlet 220a of the venting unit 220 to the outlet 220b is perpendicular to one surface of the module frame 200 on which the venting unit 220 is formed, but this is not necessarily the case. A hole structure may be formed so that the discharge direction forms an acute angle with one surface of the module frame 200 by changing the positions of the inlet 220a and the outlet 220b of the ting part 220 . As such, since the hole of the venting part 220 has an inclined structure, exposure of the inside of the battery module 100 is minimized, and a phenomenon in which foreign substances floating in the air enter the inside of the battery module 100 by gravity can be prevented. have.
벤팅부(220)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 위치를 변경함으로써 배출 방향이 각(예각)을 이루게 되면, 벤팅부(220)로부터 배출되는 열, 가스 또는 화염의 방향이 전환(조절)될 수 있다. 이로 인해 배출 경로의 길이가 증가할 수 있고, 벤팅부(220)의 배출구(220b)를 통해 배출되는 가스 등이 좀 더 낮은 온도를 가질 수 있다. 또한, 벤팅부(220)의 배출 방향이 인접한 전지 모듈(100)이 위치하지 않는 방향으로 형성된 경우에는, 인접한 전지 모듈(100) 사이에 열이 전파되는 현상이 최소화될 수도 있을 것이다.When the discharge direction is formed at an angle (acute angle) by changing the positions of the inlet 220a and the outlet 220b of the venting unit 220, the direction of heat, gas or flame discharged from the venting unit 220 is changed (adjusted). ) can be As a result, the length of the discharge path may increase, and the gas discharged through the outlet 220b of the venting unit 220 may have a lower temperature. In addition, when the venting portion 220 is formed in a direction in which the battery modules 100 are not adjacent to each other, a phenomenon in which heat propagates between adjacent battery modules 100 may be minimized.
벤팅부(220)가 복수인 경우, 복수의 벤팅부(220)의 배출방향은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. 복수의 벤팅부(220)의 배출 방향이 서로 상이하게 형성되면 벤팅부(220)로부터 배출되는 가스 등이 다양한 방향을 향해 전지 모듈(100) 외부의 더 넓은 공간으로 확산될 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100)로부터 가스 배출이 신속하게 이루어 질 수 있고, 전지 모듈(100)의 발열 방지와 같은 효과가 달성될 수 있다.When there are a plurality of venting units 220 , discharge directions of the plurality of venting units 220 may be the same or different from each other. When the plurality of venting units 220 have different discharge directions, gas or the like discharged from the venting units 220 may spread toward a wider space outside the battery module 100 in various directions. Accordingly, gas can be quickly discharged from the battery module 100, and effects such as heat generation prevention of the battery module 100 can be achieved.
한편, 본 실시예와 같이 모듈 프레임(200)에 내부와 외부를 연통하기 위한 벤팅부(220)가 구비되는 경우, 모듈 프레임(200) 외부의 먼지, 불순물 등이 벤팅부(220)의 홀 구조를 통해 모듈 프레임(200) 내부로 들어올 수 있다. 또, 모듈 프레임(200) 내부 발화시, 벤팅부(220)를 따라 외부의 산소가 공급됨으로써 내부 발화가 촉진되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 벤팅부(220)에는 홀을 폐쇄(closing)하기 위한 별도의 부재가 제공되는 것이 바람직할 수 있다. On the other hand, when the venting part 220 for communicating the inside and outside of the module frame 200 is provided as in the present embodiment, dust and impurities outside the module frame 200 may pass through the hole structure of the venting part 220. It can come into the module frame 200 through. In addition, when the module frame 200 internally ignites, a phenomenon in which external oxygen is supplied along the vent 220 to promote internal ignition may occur. Accordingly, it may be desirable to provide a separate member for closing the hole in the venting part 220 .
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(200)에 배리어층(230)이 제공되는 것 외에는 상술한 실시예들의 내용과 유사하다. 따라서, 상술한 것과 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. 한편, 이상에서 설명한 것과 같이 벤팅부(220)는 엔드 플레이트(400)에도 형성될 수 있는 바, 이하에서 설명되는 배리어층(230)은 엔드 플레이트(400)에 형성된 홀을 덮도록 제공될 수도 있음을 미리 밝혀 둔다. Hereinafter, a battery module according to another embodiment of the present invention will be described. The battery module 100 described below is similar to the content of the above-described embodiments except that the barrier layer 230 is provided on the module frame 200 . Therefore, detailed descriptions of the contents overlapping with those described above will be omitted. Meanwhile, as described above, the venting portion 220 may also be formed in the end plate 400, and the barrier layer 230 described below may be provided to cover the hole formed in the end plate 400. make clear in advance
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 단면도이다. 도 12는 도 11의 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 13은 도 11의 P 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.11 is a cross-sectional view showing a battery module according to another embodiment of the present invention. FIG. 12 is a view showing a state of the battery module of FIG. 11 when internally ignited. FIG. 13 is an enlarged view of portion P in FIG. 11 .
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 벤팅부(220)의 홀 구조의 개구를 가리는(덮는, covering) 배리어층(230)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 11 , the battery module 100 according to an embodiment of the present invention may include a barrier layer 230 covering the opening of the hole structure of the vent 220 .
여기서‘배리어층’이라는 표현은 벤팅부(220)의 홀을 막기 위한 막의 형태를 표현하기 위한 것이므로, 커버(cover), 마개, 후드(hood), 뚜껑(lid), 캡(cap) 또는 이와 유사한 다른 단어들로 변경하여 표현될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.Here, the expression 'barrier layer' is intended to express the form of a film for blocking the hole of the venting part 220, so it may be used as a cover, a stopper, a hood, a lid, a cap or the like. It is made clear in advance that it can be expressed by changing to other words.
배리어층(230)은 벤팅부(220)의 홀을 가리기 위한 판상 형태로 제공될 수 있다. 배리어층(230)은 벤팅부(220)의 홀을 가리기 위한 패드 형태로 제공될 수 있다. 배리어층(230)은 유입구(220a) 또는 배출구(220b)를 가리도록 배치됨으로써 벤팅부(220)의 홀을 커버할 수 있다. The barrier layer 230 may be provided in a plate shape to cover the hole of the vent 220 . The barrier layer 230 may be provided in the form of a pad to cover the hole of the venting part 220 . The barrier layer 230 may cover the hole of the venting part 220 by being disposed to cover the inlet 220a or the outlet 220b.
배리어층(230)은 벤팅부(220)가 형성된 모듈 프레임(200) 또는 엔드 플레이트(400)의 일면 아래에 위치할 수 있다. 일 예로, 도 11에서와 같이, 배리어층(230)은 전지셀 적층체(120)의 상면과 모듈 프레임(200)의 상면 사이에 위치할 수 있다. 다른 예로, 배리어층(230)은 벤팅부(220)가 모듈 프레임(200)의 측면에 형성되는 경우에는 전지셀 적층체(120)의 측면과 모듈 프레임(200)의 측면 사이에 위치할 수도 있다. 또 다른 예로, 배리어층(230)은 벤팅부(220)가 엔드 플레이트(400)에 형성되는 경우에는, 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면과 엔드 플레이트(400) 사이에 위치할 수도 있다. 여기서, 조립의 편의를 위해, 배리어층(230)은 모듈 프레임(200)의 내부면(200a) 또는 엔드 플레이트(400)의 내부면에 부착될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. The barrier layer 230 may be positioned under one surface of the module frame 200 or the end plate 400 on which the vent 220 is formed. For example, as shown in FIG. 11 , the barrier layer 230 may be positioned between the upper surface of the battery cell stack 120 and the upper surface of the module frame 200 . As another example, the barrier layer 230 may be positioned between the side of the battery cell stack 120 and the side of the module frame 200 when the vent 220 is formed on the side of the module frame 200. . As another example, when the venting portion 220 is formed on the end plate 400, the barrier layer 230 may be positioned between the front or rear surface of the battery cell stack 120 and the end plate 400. . Here, for convenience of assembly, the barrier layer 230 may be attached to the inner surface 200a of the module frame 200 or the inner surface of the end plate 400, but this is not necessarily the case.
배리어층(230)은 서브 공간에 제공될 수 있다. 전지 모듈(100)에서, 서브 공간에는 벤팅부(220)가 형성될 수 있고, 배리어층(230)은 벤팅부(220)와 대응되도록 배치될 수 있다. 여기서, 벤팅부(220)는 이격 부재(210)에 의해 구분된 각 서브 공간에 형성될 수 있으며, 배리어층(230) 또한 이격 부재(210)에 의해 구분된 각 서브 공간에 제공될 수 있다. 여기서 각 서브 공간에 제공되는 벤팅부(220) 및 배리어층(230)은 모듈 프레임(200)에 형성된 것뿐만 아니라 엔드 플레이트(400)에 형성되는 것 또한 포함하는 것으로 설명될 수 있다. The barrier layer 230 may be provided in the sub-space. In the battery module 100 , a vent 220 may be formed in the subspace, and the barrier layer 230 may be disposed to correspond to the vent 220 . Here, the venting part 220 may be formed in each sub space divided by the spacer 210 , and the barrier layer 230 may also be provided in each sub space divided by the spacer 210 . Here, the venting part 220 and the barrier layer 230 provided in each sub-space may be described as including those formed on the end plate 400 as well as those formed on the module frame 200 .
한편, 배리어층(230)은 일반적으로는 벤팅부(220)의 홀을 폐쇄함으로써 외부의 산소, 먼지 또는 불순물 등이 전지 모듈(100) 내부로 들어오는 것을 방지하나, 전지 모듈(100)의 내부 발화시에는 벤팅부(220)의 홀을 개방할 수 있다. Meanwhile, the barrier layer 230 generally closes the hole of the venting part 220 to prevent external oxygen, dust or impurities from entering the battery module 100, but internal ignition of the battery module 100 occurs. At this time, the hole of the venting part 220 may be opened.
배리어층(230)은 고온 고압 환경에서 일정 시간 견딜 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 배리어층(230)은 내열 플라스틱, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica 계열 소재, 또는 Ceramic 계열 소재로 제조될 수 있다. 배리어층(230)은 고온 고압 환경에서 일정 시간 견딜 수 있는 사출물일 수 있다. 다른 예를 들어, 배리어층(230)은 실리콘으로 제조된 실리콘 패드일 수 있다. The barrier layer 230 may be made of a material that can withstand a high temperature and high pressure environment for a certain period of time. For example, the barrier layer 230 may be made of heat-resistant plastic, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica-based material, or Ceramic-based material. The barrier layer 230 may be an injection molding material that can withstand a high temperature and high pressure environment for a certain period of time. For another example, the barrier layer 230 may be a silicon pad made of silicon.
배리어층(230)은 전지 모듈(100)의 내부온도에 의해 용융되는 소재를 포함할 수 있다. 배리어층(230)은 전지셀(110)로부터 방출되는 열, 고온의 가스 또는 스파크에 의해 용융되는 소재를 포함할 수 있다. 배리어층(230)은 용융점이 소정의 범위 이하인 물질로 제조될 수 있다. 배리어층(230)은 용융점이 300 ℃이하인 물질로 제공될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 배리어층(230)은 용융점이 약 200 ℃이하인 열가소성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 배리어층(230)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 용융점이 약 100 ℃ 이상 200℃ 이하인 물질들로 제조될 수 있다. The barrier layer 230 may include a material that is melted by the internal temperature of the battery module 100 . The barrier layer 230 may include a material that is melted by heat, high-temperature gas, or sparks emitted from the battery cell 110 . The barrier layer 230 may be made of a material having a melting point below a predetermined range. The barrier layer 230 may be provided with a material having a melting point of 300 °C or less. For example, the barrier layer 230 may include a thermoplastic polymer resin having a melting point of about 200 °C or less. More specifically, the barrier layer 230 may be made of materials having a melting point of about 100 °C or higher and 200 °C or lower, such as polyethylene or polypropylene.
배리어층(230)은 전지 모듈(100)의 내부 발화시, 발화 현상을 완화하기 위한 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배리어층(230)은 소화(fire extinguishing) 약제를 포함할 수 있다. 배리어층(230)이 소화 약제를 포함하면, 전지 모듈(100)은 자기 소염 기능을 가질 수 있다. 여기서, 소화 약제는 분말 형태의 소화 약제 물질일 수 있다. 소화 약제는 전지 모듈(100)의 내부 발화시 열분해 반응을 통해 이산화탄소 및 수증기를 발생시킬 수 있고, 발생된 이산화탄소 및 수증기는 외부의 산소가 전지 모듈(100) 내부로 유입되는 것을 방지함으로써 화염을 억제할 수 있다. 소화 약제는 흡열 반응인 열분해 반응을 수행함으로써 전지 모듈 내에서 발생한 열을 흡수할 수 있고, 이산화탄소 및 수증기를 발생시킴으로써 외부의 산소 공급 또한 차단할 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100) 내부의 화염 및 열 전파 속도는 효과적으로 지연될 수 있고 전지 모듈의 안전성은 향상될 수 있다. The barrier layer 230 may include a material for mitigating an ignition phenomenon when the battery module 100 internally ignites. For example, the barrier layer 230 may include a fire extinguishing agent. When the barrier layer 230 contains the extinguishing agent, the battery module 100 may have a self-extinguishing function. Here, the fire extinguishing agent may be a powdered fire extinguishing agent material. The fire extinguishing agent may generate carbon dioxide and water vapor through a thermal decomposition reaction when the battery module 100 internally ignites, and the generated carbon dioxide and water vapor prevent external oxygen from entering the battery module 100, thereby suppressing the flame. can do. The fire extinguishing agent can absorb heat generated in the battery module by performing a pyrolysis reaction, which is an endothermic reaction, and can also block external oxygen supply by generating carbon dioxide and water vapor. Accordingly, flame and heat propagation speed inside the battery module 100 can be effectively delayed and safety of the battery module can be improved.
배리어층(230)은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함할 수 있다. 소화 약제 물질의 보다 구체적인 예로는 탄산 수소 나트륨(NaHCO3), 탄산 수소 칼륨(KHCO3), 인산 암모늄(NH4H2PO3), 및 "탄산 수소 칼륨(KHCO3)과 요소((NH2)2CO)"의 혼합물 등일 수 있다. 배리어층(230)이 탄산 수소 칼륨(KHCO3)을 포함하는 경우, 탄산 수소 칼륨의 열분해 반응을 통해 탄산 칼륨(K2CO3), 수증기(H2O), 및 이산화탄소(CO2)가 생성될 수 있다. 생성된 수증기는 전지 모듈(100) 내부의 화염을 상쇄시키며, 생성된 이산화탄소는 화염이 산소 등과 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 다만, 본 실시예의 소화 약제 물질은 이에 한정되지 아니하고, 소화 기능을 수행하는 물질이라면 제한 없이 사용 가능할 것이다. The barrier layer 230 may include one or more fire extinguishing agents selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates. More specific examples of extinguishing agent substances include sodium bicarbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 3 ), and "potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) and urea ((NH 2 ) 2 CO)" and the like. When the barrier layer 230 includes potassium hydrogen carbonate (KHCO3), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), water vapor (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) are generated through a thermal decomposition reaction of potassium hydrogen carbonate. can The generated water vapor offsets the flame inside the battery module 100, and the generated carbon dioxide can block contact of the flame with oxygen or the like. However, the fire extinguishing agent material of this embodiment is not limited thereto, and any material that performs a fire extinguishing function may be used without limitation.
이처럼, 배리어층(230)은 상술한 물성을 가지는 물질들로 제조되어 제공될 수 있으나, 복수의 물성을 포함하는 물질 또는 각 물성을 포함하는 물질들의 복합체로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 배리어층(230)은 고압 환경에서 일정 시간 견딜 수 있고 용융점이 약 300 ℃이하인 물질을 포함하도록 제공될 수 있다. 다른 예를 들어, 배리어층(230)은 소화 약제를 포함하는 실리콘 패드로 제공될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 배리어층(230)은 소화 약제를 포함하는 열가소성 고분자 수지로 제공될 수 있다. As such, the barrier layer 230 may be manufactured and provided with materials having the above-described physical properties, but may also be provided with a material having a plurality of properties or a composite of materials including each property. For example, the barrier layer 230 may be provided to include a material that can withstand a high-pressure environment for a certain period of time and has a melting point of about 300 °C or less. As another example, the barrier layer 230 may be provided as a silicone pad containing an extinguishing agent. As another example, the barrier layer 230 may be provided with a thermoplastic polymer resin containing a fire extinguishing agent.
도 12를 참조하면, 전지 모듈(100)의 내부, 구체적으로는 일부 전지셀(110)에서 화염, 가스 또는 스파크가 발생하면, 발화 현상 주변의 배리어층(230)은 열 또는 압력에 의해 물리적으로 찢어지거나 또는 화학적으로 용융되어 뚫릴(penetrating) 수 있고, 이에 따라 벤팅부(220)의 홀이 개방될 수 있다. 전지 모듈(100) 내부의 열, 가스 또는 스파크는 개방된 벤팅부(220)를 통해 배출될 수 있고, 전지 모듈(100)의 발화 현상은 완화될 수 있다. 여기서, 배리어층(230)이 뚫리는, 즉, 개방되는 과정은 흡열 반응을 수반할 수 있으며, 배리어층(230)이 내부의 열을 흡수함으로써 전지 모듈(100) 내부의 온도가 다소 낮아질 수 있다. 배리어층(230)의 흡열 반응을 통해 벤팅부(220) 외부로 방출되는 열, 가스 등은 인접한 전지 모듈(100)에 영향을 주지 못할 만큼 에너지를 잃을 수 있으며, 스파크는 에너지를 잃고 파티클로 변화되어 인접한 전지 모듈(100)의 열폭주 현상을 촉진하지 못할 수 있다. 한편, 이상에서는 배리어층(230)의 효과에 대해 배리어층(230)이 화학적 반응을 통해 개방되는 것을 중심으로 설명하였다. 그러나, 배리어층(230)이 압력 등에 의해 물리적으로 개방되는 경우에도 배리어층(230)에 내부의 가스 또는 스파크의 운동 에너지는 감소하게 되므로, 벤팅부(220) 외부로 방출되는 열, 가스 등은 인접한 전지 모듈(100)에 영향을 주지 못할 만큼 에너지를 잃을 수 있으며, 스파크는 에너지를 잃고 파티클로 변화되어 인접한 전지 모듈(100)의 열폭주 현상을 촉진하지 못할 수 있다.Referring to FIG. 12 , when flames, gases or sparks are generated inside the battery module 100, specifically, some of the battery cells 110, the barrier layer 230 around the ignition phenomenon is physically damaged by heat or pressure. It may be torn or chemically melted and penetrated (penetrating), and thus the hole of the venting part 220 may be opened. Heat, gas, or spark inside the battery module 100 can be discharged through the open vent 220, and ignition of the battery module 100 can be alleviated. Here, a process in which the barrier layer 230 is pierced, ie, opened, may be accompanied by an endothermic reaction, and as the barrier layer 230 absorbs internal heat, the temperature inside the battery module 100 may be somewhat lowered. Heat, gas, etc. emitted to the outside of the venting unit 220 through an endothermic reaction of the barrier layer 230 may lose energy enough not to affect the adjacent battery module 100, and the spark loses energy and changes into particles. Therefore, the thermal runaway phenomenon of adjacent battery modules 100 may not be promoted. Meanwhile, in the foregoing, the effect of the barrier layer 230 has been mainly described based on the fact that the barrier layer 230 is opened through a chemical reaction. However, even when the barrier layer 230 is physically opened by pressure or the like, since the kinetic energy of gas or spark inside the barrier layer 230 is reduced, heat, gas, etc. emitted to the outside of the venting unit 220 Energy may be lost so as not to affect adjacent battery modules 100, and sparks may lose energy and be changed into particles so that thermal runaway of adjacent battery modules 100 may not be promoted.
배리어층(230)은 소정의 범위 이상의 열 또는 압력이 가해질 때만 개방될 수 있으므로, 발화 현상이 나타난 주변에 위치한 벤팅부(220)만이 개별적으로 개방될 수 있다. 배리어층(230)은 다수의 벤팅부(220) 중 일부만을 개방함으로써, 추가 산소 유입에 따른 열폭주 현상 촉진을 방지할 수 있다. Since the barrier layer 230 can be opened only when heat or pressure of a predetermined range or higher is applied, only the venting parts 220 located around where ignition occurs can be individually opened. The barrier layer 230 may prevent thermal runaway from accelerating due to additional oxygen inflow by opening only some of the plurality of vents 220 .
구체적으로, 서브 공간에 다수의 벤팅부(220)가 형성되고, 벤팅부(220)와 대응하도록 배리어층(230)이 위치하는 경우, 하나의 서브 공간에 위치한 제1 전지셀(110)에 발화 현상이 발생하면, 서브 공간에 위치한 배리어층(230)의 제1 부분이 뚫릴 수 있고, 이에 따라 벤팅부(220)가 개방됨으로써 발생된 화염등이 배출될 수 있다. 이 때, 배리어층(230)에서는 제1 부분만이 제거되므로, 제1 부분과 대응되는 제1 벤팅부(220)는 개방되나, 서브 공간 내 다른 벤팅부(220)들은 개방되지 않은 상태일 수 있다. 즉, 서브 공간 내에서 발화 현상이 발생되지 않은 제2 전지셀(110)의 상부에 위치한 배리어층(230)의 제2 부분은 개방되지 않을 수 있고, 벤팅부(220) 중 제2 부분과 대응되는 제2 벤팅부(220)는 폐쇄된 상태일 수 있다. 이처럼, 서브 공간에 형성된 벤팅부(220) 중 일부 벤팅부(220) 외에 다른 벤팅부(220)들은 배리어층(230)에 의해 폐쇄된 상태이므로, 외부 산소가 서브 공간 내부로 추가 유입되는 것이 차단될 수 있고, 서브 공간 내부에서 발생한 화염 등이 유입된 산소에 의해 증폭되는 것이 억제될 수 있다.Specifically, when a plurality of venting parts 220 are formed in a sub-space and the barrier layer 230 is positioned to correspond to the venting part 220, the first battery cell 110 located in one sub-space is ignited. When the phenomenon occurs, the first portion of the barrier layer 230 located in the subspace may be pierced, and accordingly, flames generated by opening the venting part 220 may be discharged. At this time, since only the first part is removed from the barrier layer 230, the first venting part 220 corresponding to the first part is opened, but other venting parts 220 in the sub-space may not be open. have. That is, the second part of the barrier layer 230 located on top of the second battery cell 110 where no ignition phenomenon has occurred in the subspace may not be opened and corresponds to the second part of the venting part 220. The second venting part 220 may be in a closed state. As such, other than some of the vents 220 formed in the sub-space, the other vents 220 are closed by the barrier layer 230, so that additional inflow of external oxygen into the sub-space is blocked. and the amplification of flames generated inside the subspace by the introduced oxygen can be suppressed.
한편, 상술한 도 11 및 도 12에서는 배리어층(230)이 벤팅부(220)의 유입구(220a)에 위치하는 것으로 도시되었으나, 배리어층(230)은 벤팅부(220)의 홀을 메우도록, 같이 벤팅부(220)의 홀의 내부 공간을 채우는 마개와 같은 형태로 제공될 수 있다. 또, 배리어층(230)은 벤팅부(220)의 홀을 메우는 제1 배리어층 및 벤팅부(220)의 유입구(220a)가 위치한 모듈 프레임(200)의 내부면에 형성된 제2 배리어층을 포함하도록 제공될 수도 있다. 배리어층(230)이 제1 배리어층 및 제2 배리어층을 가지는 것으로 제공되면, 배리어층(230)이 전지 모듈(100) 내부에서 차지하는 공간은 동일하나, 전지 모듈(100) 벤팅부(220)를 개방하기 위해 두 층의 배리어층(230)이 개방되어야 하므로, 배리어층(230)에 의한 화재 진압효과가 더 클 수 있을 것이다. 여기서, 제1 층과 제2 층은 결합된 상태로 일체로 구성될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 분리된 상태로 개별적으로 제공될 수도 있다.Meanwhile, in FIGS. 11 and 12 described above, the barrier layer 230 is shown to be located at the inlet 220a of the venting part 220, but the barrier layer 230 fills the hole of the venting part 220, Likewise, it may be provided in the form of a stopper filling the inner space of the hole of the venting part 220 . In addition, the barrier layer 230 includes a first barrier layer filling the hole of the venting part 220 and a second barrier layer formed on the inner surface of the module frame 200 where the inlet 220a of the venting part 220 is located. may be provided to do so. When the barrier layer 230 is provided having a first barrier layer and a second barrier layer, the space occupied by the barrier layer 230 inside the battery module 100 is the same, but the venting portion 220 of the battery module 100 Since the two layers of the barrier layer 230 must be opened to open, the fire suppression effect by the barrier layer 230 may be greater. Here, the first layer and the second layer may be integrally configured in a combined state, but this is not necessarily the case, and may be provided separately in a separated state.
도 11 및 도 13을 참고하면, 본 실시예에서 설명하는 벤팅부(220)는 실링부(110a)와 마주보는 모듈 프레임(200)의 상부에 형성될 수 있다. 실링부(110a)는 도 4에서 설명한 전지셀(110)에서 셀 케이스(114)의 양단부(114a, 114b)를 서로 연결하는 일측부(114c)에 형성되는 실링부(114sc)에 해당하고, 실링부(114sc)는 전지 셀의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 도 13에서, 실링부(110a)가 여러 번 폴딩된 구조를 나타낼 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 13 , the venting part 220 described in this embodiment may be formed on the top of the module frame 200 facing the sealing part 110a. The sealing portion 110a corresponds to the sealing portion 114sc formed on one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the cell case 114 to each other in the battery cell 110 described in FIG. The portion 114sc may be formed in the longitudinal direction of the battery cell. In FIG. 13 , a structure in which the sealing portion 110a is folded several times may be shown.
한편, 상술한 전지 모듈(100)은 전지 팩에 포함될 수 있다. 전지 팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상을 포함하며, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.Meanwhile, the battery module 100 described above may be included in a battery pack. The battery pack may include one or more battery modules according to the present embodiment, and may have a structure in which a battery management system (BMS) for managing temperature or voltage of the battery, a cooling device, and the like are added and packed. .
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.A battery module and a battery pack including the battery module may be applied to various devices. Such a device may be applied to means of transportation such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the battery module, which is also applicable to the present invention. It belongs to the scope of the rights of the invention.
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of
[부호의 설명][Description of code]
100: 전지 모듈100: battery module
110: 전지셀110: battery cell
110a: 실링부110a: sealing part
111,112: 전극 리드111, 112: electrode lead
120: 전지셀 적층체120: battery cell stack
200: 모듈 프레임200: module frame
210: 이격 부재210: separation member
220: 벤팅부220: venting part
230: 배리어층230: barrier layer

Claims (15)

  1. 복수의 전지셀들이 일방향으로 적층된 전지셀 적층체,A battery cell laminate in which a plurality of battery cells are stacked in one direction;
    상기 전지셀 적층체를 수용하고, 내부면 및 외부면을 갖는 모듈 프레임 및A module frame accommodating the battery cell stack and having an inner surface and an outer surface, and
    상기 모듈 프레임과 결합하고, 상기 전지셀 적층체의 전면 또는 후면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고,An end plate coupled to the module frame and covering the front or rear surface of the battery cell stack,
    상기 모듈 프레임의 내부에는 상기 전지셀 적층체 중 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 제1 셀 어셈블리와, 상기 제1 셀 어셈블리와 인접하고, 상기 전지셀 적층체 중 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 제2 셀 어셈블리가 배치되고,Inside the module frame, a first cell assembly including at least one battery cell of the battery cell stack, and a first cell assembly adjacent to the first cell assembly and including at least one battery cell of the battery cell stack A two-cell assembly is placed,
    상기 제1 셀 어셈블리와 상기 제2 셀 어셈블리를 서로 격리하는 이격 부재가 위치하는 전지 모듈. A battery module in which a separation member is positioned to isolate the first cell assembly and the second cell assembly from each other.
  2. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 이격 부재는 상기 모듈 프레임의 상부와 하부로부터 연장되어 상기 제1 셀 어셈블리와 상기 제2 셀 어셈블리 사이에 격벽 형태로 제공되는 전지 모듈. The spacer member extends from the top and bottom of the module frame and is provided in the form of a barrier rib between the first cell assembly and the second cell assembly.
  3. 제2항에 있어서,According to claim 2,
    상기 모듈 프레임과 상기 이격 부재는 일체형인 전지 모듈.The module frame and the spacer member are integral battery module.
  4. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 모듈 프레임은 상기 이격 부재에 의해 구분된 적어도 2개의 서브 공간을 포함하고, 각각의 상기 서브 공간에는 상기 모듈 프레임의 내부면에 형성된 유입구 및 상기 모듈 프레임의 외부면에 형성된 배출구를 정의하는 홀 형태의 벤팅부가 적어도 하나 형성되는 전지 모듈. The module frame includes at least two subspaces separated by the spacer, and each of the subspaces has a hole shape defining an inlet formed on an inner surface of the module frame and an outlet formed on an outer surface of the module frame. A battery module in which at least one venting part is formed.
  5. 제4항에 있어서,According to claim 4,
    상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상부에 형성되는 전지 모듈.The battery module wherein the venting portion is formed on the upper portion of the module frame.
  6. 제5항에 있어서,According to claim 5,
    상기 전지셀은 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 셀 케이스를 포함하고,The battery cell includes an electrode assembly and a cell case accommodating the electrode assembly,
    상기 전극 조립체는 상기 셀 케이스의 실링부에 의해 밀봉되며,The electrode assembly is sealed by the sealing part of the cell case,
    상기 셀 케이스의 실링부는 상기 셀 케이스의 양단부를 서로 연결하는 일측부에 형성되고,The sealing part of the cell case is formed on one side connecting both ends of the cell case to each other,
    상기 실링부는 상기 전지셀의 길이 방향으로 형성되는 전지 모듈.The battery module wherein the sealing portion is formed in the longitudinal direction of the battery cell.
  7. 제4항에 있어서, According to claim 4,
    상기 벤팅부의 배출 방향은 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 예각을 이루고, The discharge direction of the venting part forms an acute angle with one surface of the module frame on which the venting part is formed,
    상기 벤팅부의 배출 방향은 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향하는 방향인 전지 모듈. The discharge direction of the venting unit is a direction from the inlet toward the outlet of the battery module.
  8. 제4항에 있어서,According to claim 4,
    상기 벤팅부의 홀은 배리어층에 의해 덮여 있는 전지 모듈.The battery module wherein the hole of the venting portion is covered by a barrier layer.
  9. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은 용융점이 약 300 ℃이하인 물질을 포함하는 전지 모듈.The barrier layer is a battery module comprising a material having a melting point of about 300 ℃ or less.
  10. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은 내열 플라스틱, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica 계열 소재, Ceramic 계열 소재, 또는 실리콘을 포함하는 전지 모듈.The barrier layer is a battery module containing heat-resistant plastic, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), Mica-based material, Ceramic-based material, or silicon.
  11. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함하는 전지 모듈.The battery module of claim 1 , wherein the barrier layer includes at least one extinguishing agent selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates.
  12. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 전지 모듈.The barrier layer is a battery module located between one surface of the module frame on which the venting portion is formed and the battery cell laminate.
  13. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은 상기 벤팅부의 홀의 내부 공간을 채우는 전지 모듈.The barrier layer is a battery module that fills the inner space of the hole of the venting part.
  14. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배리어층은, 상기 벤팅부의 홀의 내부 공간을 채우는 제1 배리어층 및 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하는 제2 배리어층을 포함하는 전지 모듈.The barrier layer includes a first barrier layer filling the inner space of the hole of the venting part and a second barrier layer positioned between one surface of the module frame on which the venting part is formed and the battery cell stack.
  15. 제1항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.A battery pack comprising at least one battery module according to claim 1 .
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