WO2025100741A1 - 열 전파 차단 조립체 및 열 전파 차단 조립체를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

열 전파 차단 조립체 및 열 전파 차단 조립체를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a thermal barrier assembly and a battery module including the thermal barrier assembly.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be charged and discharged, and can be applied to various fields such as digital cameras, mobile phones, laptops, hybrid cars, electric cars, and energy storage systems (ESS). Secondary batteries can be lithium-ion batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, or nickel-hydrogen batteries.
  • Secondary batteries are manufactured as flexible pouch-type battery cells or rigid square or cylindrical can-type battery cells.
  • a plurality of battery cells can be formed into a cell assembly in a stacked form.
  • the cell assemblies are arranged inside the case to form a battery module, and a plurality of battery modules can be arranged inside the pack frame to form a battery pack.
  • the battery pack can be used in various structures such as a vehicle or an energy storage system.
  • a battery device may include a cell assembly including a plurality of battery cells. Heat, gas, or flame generated in one of the plurality of battery cells may be transmitted to another battery cell, resulting in thermal runaway or heat propagation.
  • a heat transfer blocking assembly including an insulating layer capable of delaying heat transfer between battery cells and a battery module including the same can be provided.
  • a heat transfer blocking assembly including a buffer pad capable of reducing deformation of a cell assembly due to swelling of a battery cell and a battery module including the same can be provided.
  • a heat transfer barrier assembly including a refractory member capable of reducing damage to an insulating layer and a battery module including the same can be provided.
  • the battery module of the present disclosure can be widely applied in green technology fields such as electric vehicles, battery charging stations, and solar power generation and wind power generation using batteries.
  • the battery module of the present disclosure can be used in eco-friendly electric vehicles and hybrid vehicles to prevent climate change by suppressing air pollution and greenhouse gas emissions.
  • a battery module of the present disclosure may include a plurality of battery cells and a heat conduction barrier assembly positioned between at least some of the plurality of battery cells.
  • the heat conduction barrier assembly may include a refractory member including an insulating layer comprising silica aerogel, a first refractory sheet positioned on a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet positioned on a second side of the insulating layer opposite the first side, and a buffer member including a first buffer pad positioned on the first refractory sheet, and a second buffer pad positioned on the second refractory sheet.
  • the heat transfer barrier assembly may include a support member including an accommodation space that accommodates the insulating layer, the refractory member, and the buffer member, and a frame surrounding the accommodation space.
  • the support member may include a protrusion extending from the frame and surrounding a perimeter of the insulating layer, the refractory member, and the buffer pad.
  • the support member may include a buffer space formed inside the frame.
  • the support member can include at least one of polyvinyl chloride, natural rubber, ethylene propylene, nitrile rubber, and polychloroprene.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be lower than the second thermal conductivity of the refractory member.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be less than 0.02 W/mK
  • the second thermal conductivity of the refractory member may be less than 0.3 W/mK.
  • the first thickness of the insulating layer can be greater than or equal to the second thickness of the first refractory sheet or the second refractory sheet.
  • the refractory member may comprise mica.
  • the buffer member may comprise at least one of polyurethane, silicone, or rubber.
  • each of the plurality of battery cells may include a pouch including an electrode assembly, an electrode receiving portion for receiving the electrode assembly, and a sealing portion for sealing at least a portion of a periphery of the electrode receiving portion.
  • the buffer member may face the electrode receiving portion.
  • the thermal barrier assembly can surround at least a portion of each of the plurality of battery cells.
  • a heat transmission barrier assembly of the present disclosure may include an insulating layer comprising silica aerogel, a refractory member comprising a first refractory sheet covering a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet covering a second side of the insulating layer opposite the first side, and a buffer member comprising a first buffer pad covering the first refractory sheet, and a second buffer pad covering the second refractory sheet.
  • the heat transfer barrier assembly may further include a support member including an accommodation space that accommodates the insulating layer, the refractory member, and the buffer member, and a frame surrounding the accommodation space.
  • the support member may include a protrusion extending from the frame and surrounding a perimeter of the insulating layer, the refractory member, and the buffer pad.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be lower than the second thermal conductivity of the refractory member.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be less than 0.02 W/mK
  • the second thermal conductivity of the refractory member may be less than 0.3 W/mK.
  • the refractory member may comprise mica.
  • the heat transmission barrier assembly may further include adhesive layers including a first adhesive layer positioned between the first buffer pad and the first refractory sheet, a second adhesive layer positioned between the first refractory sheet and the insulation layer, a third adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the insulation layer, and a fourth adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the second buffer pad.
  • a battery pack of the present disclosure may include at least one battery module, and a pack frame accommodating the at least one battery module.
  • the at least one battery module may include a plurality of battery cells, and a heat transfer barrier assembly positioned between at least some of the plurality of battery cells.
  • the heat transfer barrier assembly may include a refractory member including an insulating layer comprising silica aerogel, a first refractory sheet covering a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet covering a second side of the insulating layer opposite the first side, and a buffer member including a first buffer pad covering the first refractory sheet, and a second buffer pad covering the second refractory sheet.
  • heat transfer between battery cells can be prevented or delayed.
  • expansion force due to swelling of a battery cell can be absorbed, thereby preventing or reducing deformation of a cell assembly.
  • breakage of the insulating layer can be reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery module according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a cell assembly according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view taken along line A-A' of FIG. 4 according to one embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of area A of FIG. 6 according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of a support member according to one embodiment.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a battery pack according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment.
  • the battery cell (100) may include a pouch (110), an electrode assembly (120), and an electrode tab (130).
  • the battery cell (100) may be a secondary battery.
  • the battery cell (100) may be a lithium ion battery, but is not limited thereto.
  • the battery cell (100) may be a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, or a nickel-hydrogen battery that can be charged and discharged.
  • the pouch (110) may form at least a portion of the exterior of the battery cell (100).
  • the pouch (110) may include an electrode receiving portion (111) for receiving an electrode assembly (120) and a sealing portion (115) for sealing at least a portion of the periphery of the electrode receiving portion (111).
  • the electrode receiving portion (111) may provide a space in which the electrode assembly (120) and an electrolyte are received.
  • the sealing portion (115) may be formed by joining at least a portion of the periphery of the pouch (110).
  • the sealing portion (115) is formed in a flange shape that extends outward from the electrode receiving portion (111) formed in a container shape, and may be arranged along at least a portion of the outer periphery of the electrode receiving portion (111).
  • the sealing portion (115) may include a first sealing portion (115a) where the electrode tab (130) is positioned and a second sealing portion (115b) where the electrode tab (130) is not positioned. A portion of the electrode tab (130) may be pulled out or exposed to the outside of the pouch (110).
  • the electrode tab (130) may be covered by an insulating film (140).
  • the insulating film (140) is made of a film material thinner than the electrode tab (130) and can be attached to both sides of the electrode tab (130).
  • the electrode tabs (130) may be arranged on opposite sides of the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery cell (100) so as to face in opposite directions.
  • the electrode tabs (130) may include a positive electrode lead (130a) having a first polarity (e.g., positive electrode) facing one side of the longitudinal direction of the battery cell (100) and a negative electrode lead (130b) having a second polarity (e.g., negative electrode) facing the other side of the longitudinal direction.
  • the sealing portion (115) may include two first sealing portions (115a) on which the electrode tabs (130) are arranged and one second sealing portion (115b) on which the electrode tabs (130) are not arranged.
  • the electrode tabs (130) may be referred to as electrode leads.
  • the electrode tabs (130) may include a positive lead (130a) and a negative lead (130b) positioned in an opposite direction to the positive lead (130a) with respect to the electrode assembly (120).
  • the electrode tabs (130) are illustrated as being positioned so as to face opposite directions on both sides of the longitudinal direction (e.g., Y-axis direction) of the battery cell (100), but the structure of the electrode tabs (130) is not limited thereto.
  • the two electrode tabs (130) may be arranged substantially parallel along the longitudinal direction (e.g., Y-axis direction) of the battery cell (100).
  • the pouch (110) is not limited to a structure in which a single sheet of outer material is folded to form a sealing portion (115) on three sides as shown in FIG. 1.
  • At least a portion of the sealing portion (115) may be formed in a form that is folded at least once. By folding at least a portion of the sealing portion (115), the bonding reliability of the sealing portion (115) may be improved, and the area of the sealing portion (115) may be minimized.
  • the second sealing portion (115b) in which the electrode tab (130) is not arranged may be fixed by an adhesive member (not shown) after being folded twice. The angle at which the second sealing portion (115b) is bent or the number of times it is bent may be changed. For example, in one embodiment not shown, the second sealing portion (115b) may be folded at 90° with respect to the first sealing portion (115a).
  • the electrode assembly (120) may include a cathode plate, an anode plate, and a separator.
  • the separator may prevent contact between the cathode plate and the anode plate.
  • the electrode assembly (120) may be manufactured using various methods.
  • the anode, the cathode, and the separator may be repeatedly arranged to form the electrode assembly.
  • the electrode assembly may be a winding type, a stacking type, a z-folding type, or a stack-folding type.
  • the structure of the battery cell (100) illustrated in FIG. 1 is exemplary.
  • the battery cell (100) is described as a pouch-type battery cell, but the structure of the battery cell (100) is not limited thereto.
  • the battery cell (100) may be a cylindrical battery cell or a square battery cell.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery module according to one embodiment.
  • the battery module (200) may include a module housing (210) and a busbar assembly (220).
  • the module housing (210) forms at least a portion of the exterior of the battery module (200) and may form an accommodation space that accommodates a cell assembly (e.g., a cell assembly (101) of FIG. 3) including a plurality of battery cells (e.g., a battery cell (100) of FIG. 1) and/or a busbar assembly (220).
  • the module housing (210) may include a cover (211) that covers the cell assembly (101) and a receiving portion (212) that surrounds a lower surface and side surfaces of the cell assembly (101).
  • the cover (211) may be referred to as an upper cover.
  • the receiving portion (212) may include a main plate covering a lower surface of the cell assembly (101) and a plurality of side wall members covering at least a portion of a side surface of the cell assembly (101). At least a portion of the receiving space may be surrounded by the main plate, the side wall members, and the end plate (215).
  • the module housing (210) may include an end plate (215) covering a portion of a side surface of the cell assembly (101).
  • the end plate (215) may be connected to an end portion in the longitudinal direction (e.g., in the Y-axis direction) of the receiving portion (212).
  • the end plate (215) may cover a portion of the side surface of the cell assembly (101) and the busbar assembly (220).
  • the end plate (215) may include a hole for receiving a connection terminal of the busbar assembly (220).
  • the module housing (210) may be formed of a material having high thermal conductivity, such as metal.
  • the module housing (210) may be formed of aluminum.
  • the material of the module housing (210) is not limited thereto.
  • the module housing (210) may be formed of a polymer.
  • the module housing (210) may be referred to as a housing, a case, or a module case.
  • the busbar assembly (220) may include an electrically conductive busbar (not shown) electrically connected to an electrode tab (e.g., an electrode tab (130) of FIG. 1) of a battery cell (100) and a busbar frame (not shown) supporting the busbar.
  • the busbar assembly (220) may include at least one connection terminal for electrical connection to the outside.
  • the electrode tab (130) of the battery cell (100) may be electrically connected to the outside of the battery module (200) through the busbar and the connection terminal.
  • FIG. 3 is a perspective view of a cell assembly according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • the cell assembly (101) may include a plurality of battery cells (100) and a plurality of heat transfer shielding assemblies (300).
  • the description of the battery cell (100) of FIG. 1 may be applied to the battery cell (100) of FIG. 3.
  • the cell assembly (101) may have a substantially hexahedral shape. In one embodiment, the cell assembly (101) may be referred to as a cell stack.
  • a thermal barrier assembly (300) may be positioned between at least some of the plurality of battery cells (100).
  • a cell assembly (101) may include alternately stacked battery cells (100) and thermal barrier assemblies (300).
  • the thermal barrier assembly (300) may include a first thermal barrier assembly (300a) and a second thermal barrier assembly (300b) spaced apart from the first thermal barrier assembly (300a).
  • a single battery cell (100) may be positioned between the first thermal barrier assembly (300a) and the second thermal barrier assembly (300b).
  • the thermal barrier assembly (300) may be positioned between at least some of the plurality of battery cells (100).
  • the number of battery cells (100) included in a unit cell in which a heat transfer blocking assembly (300) is arranged may be optional.
  • the battery cell (100) included in the cell assembly (101) is not limited to the pouch-type battery cell (100) of FIG. 1.
  • the cell assembly (101) may include a cylindrical battery cell, a square battery cell, and/or a pouch-type battery cell.
  • the battery cell (100) may be assembled by being inserted (e.g., force-fitted) between a plurality of thermal conductivity barrier assemblies (300).
  • the battery cell (100) and the thermal conductivity barrier assemblies (300) may be joined to each other using adhesive tape (not shown) or an adhesive (not shown).
  • the thermal propagation barrier assembly (300) can prevent or delay thermal propagation and/or thermal runaway.
  • the thermal propagation barrier assembly (300) can delay the spread of heat, gases, and/or flames within the battery module (200) by blocking or delaying the propagation of heat, gases, and/or flames from one battery cell (100) to another battery cell (100).
  • the thermal propagation barrier assembly (300) may be referred to as a thermal barrier or a thermal blocking structure.
  • the heat transfer blocking assembly (300) may include an insulating layer (310), a refractory member (320), and a buffer member (330).
  • the insulation layer (310) can block or reduce heat transfer between adjacent battery cells (100).
  • the insulation layer (310) can be made of an insulating material.
  • the insulation layer (310) can include silica aerogel.
  • the first thermal conductivity of the insulation layer (310) can be less than 0.02 W/(m K).
  • the silica aerogel can include silicon dioxide.
  • the size of the silica aerogel particles can be about 10 to 100 ⁇ m.
  • the particles of the silica aerogel can each include micropores.
  • the insulation layer (310) may be formed substantially in a plate shape.
  • the insulation layer (310) may include a first side (310a) and a second side (310b) opposite the first side (310b).
  • the insulation layer (310) may be provided in at least one layer.
  • the present disclosure illustrates a heat transfer barrier assembly (300) comprising one insulation layer (310), in other embodiments, the heat transfer barrier assembly (300) may comprise a plurality of laminated insulation layers (310).
  • the refractory member (320) can protect the insulating layer (310) and block or reduce heat transfer between adjacent battery cells (100).
  • the refractory member (320) can be made of a heat-resistant material.
  • the refractory member (320) can include a material having higher refractory resistance than the insulating layer (310).
  • the mass loss of the refractory member (320) at 500° C. can be less than 1%.
  • the refractory member (320) can include mica.
  • the refractory member (320) can be made of a substantially insulating material (e.g., mica).
  • the first thermal conductivity of the insulating layer (310) can be lower than the second thermal conductivity of the refractory member (320).
  • the refractory member (320) can have a thermal conductivity of less than 0.3 W/(m K).
  • the refractory member (320) may be replaced with a material having heat resistance and insulation properties, such as silica wool other than mica.
  • the refractory member (320) may have heat resistance.
  • the refractory member (320) may maintain stable properties for a specified period of time at a temperature of 800° C. or higher.
  • the refractory member (320) can cover at least a portion of the insulation layer (310).
  • the refractory member (320) can include a first refractory sheet (321) covering a first side (310a) of the insulation layer (310) and a second refractory sheet (322) covering a second side (310b) of the insulation layer (310).
  • the first refractory sheet (321) can be positioned above the first side (310a) of the insulation layer (310), and the second refractory sheet (322) can be positioned on the second side (310b) of the insulation layer (310).
  • the first refractory sheet (321) and the second refractory sheet (322) may each be formed in a substantially plate shape.
  • the first refractory sheet (321) may include a first refractory surface (321a) facing the first buffer pad (331) and a second refractory surface (321b) opposite the first refractory surface (321a) and facing the insulation layer (310).
  • the second refractory sheet (322) may include a third refractory surface (322a) facing the insulation layer (310) and a fourth refractory surface (322b) opposite the third refractory surface (322a) and facing the second buffer pad (332).
  • the insulation layer (310) may be positioned between the first refractory sheet (321) and the second refractory sheet (322).
  • the structural collapse of the insulation layer (310) due to thermal decomposition in a thermal runaway situation can be prevented by the refractory member (320).
  • the fire resistance of the insulation layer (310) can be reduced.
  • the refractory member (320) can maintain the insulation effect of the insulation layer (310) by protecting the insulation layer (310) from flame and/or gas.
  • the insulation layer (310) and the refractory member (320) may have a shape to maintain the insulation effect of the heat transmission blocking assembly (300) while maintaining the weight reduction and refractory property of the heat transmission blocking assembly (300).
  • the first thickness of the insulation layer (310) may be thicker than the second thickness of the first refractory sheet (321) or the second refractory sheet (322).
  • the distance between the first side (310a) and the second side (310b) of the insulation layer (310) may be referred to as the first thickness of the insulation layer (310).
  • the distance between the first refractory surface (321a) and the second refractory surface (321b) of the first refractory sheet (321) or the distance between the third refractory surface (322a) and the fourth refractory surface (322b) of the second refractory sheet (322) may be referred to as the second thickness of the refractory member (320) (e.g., the first refractory sheet (321) or the second refractory sheet (322)).
  • the buffer member (330) can absorb at least a portion of the expansion pressure due to the swelling phenomenon of the battery cell (100).
  • the buffer member (330) can include an elastic material.
  • the buffer member (330) can include at least one of polyurethane, silicone, or rubber.
  • the electrode receiving portion (111) of the battery cell (100) can be pressurized by the elastic force of the buffer member (330). As the electrode receiving portion (111) is pressurized, the swelling phenomenon of the battery cell (100) can be reduced.
  • the compression set value of the buffer member (330) can be less than 10%.
  • the density of the buffer member (330) can be less than 350 kg/m3.
  • the buffer member (330) can be disposed on the refractory member (320).
  • the buffer member (330) can include a first buffer pad (331) covering at least a portion of the first refractory sheet (321) and a second buffer pad (332) covering at least a portion of the second refractory sheet (322).
  • the first buffer pad (331) can be positioned on the first refractory sheet (321).
  • the second buffer pad (332) can be positioned on the second refractory sheet (322).
  • the heat transmission barrier assembly (300) can include the first buffer pad (331), the first refractory sheet (321), the insulation layer (310), the second refractory sheet (322), and the second buffer pad (332) that are sequentially laminated along the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • the first buffer pad (331) and the second buffer pad (332) may each be formed in a substantially plate shape.
  • the first buffer pad (331) may include a first buffer face (331a) facing the outside of the heat transmission blocking assembly (300) and a second buffer face (331b) opposite the first buffer face (331a) and facing the first refractory face (321a) of the first refractory sheet (321).
  • the second buffer pad (332) may include a third buffer face (332a) facing the fourth refractory face (322b) of the second refractory sheet (322) and a fourth buffer face (332b) opposite the third buffer face (332a) and facing the outside of the heat transmission blocking assembly (300).
  • the first buffer surface (332a) and the fourth buffer surface (332b) may each face or contact the pouch (110) of the battery cell (100).
  • the first refractory sheet (321) may be disposed between the insulating layer (310) and the first buffer pad (331).
  • the second refractory sheet (322) may be disposed between the insulating layer (310) and the second buffer pad (332).
  • the heat transfer blocking assembly (300) can include a support member (340).
  • the support member (340) can accommodate an insulating layer (310), a refractory member (320), and a buffer member (330).
  • the support member (340) can include an accommodation space (341) that accommodates the insulating layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330), and a frame (342, 343) that surrounds at least a portion of the accommodation space (341).
  • the support member (340) can include a first frame (342) (e.g., a vertical frame) and a second frame (343) (e.g., a horizontal frame) that provide a closed curve shape.
  • the accommodation space (341) can be a void space defined by the first frame (342) and the second frame (343).
  • the first frame (342) and the second frame (343) may be formed integrally.
  • the first frame (342) and the second frame (343) may be connected to each other using an adhesive (not shown).
  • the support member (340) may be referred to as a gasket.
  • the support member (340) may be made of an elastic, non-conductive material.
  • the support member (340) may include at least one of polyvinyl chloride, natural rubber, ethylene propylene, nitrile rubber, and polychloroprene.
  • the structure of the support member (340) is further described below.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view taken along line A-A' of FIG. 4 according to one embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of area A of FIG. 6 according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of a support member according to one embodiment.
  • the heat transfer barrier assembly (300) can include an insulating layer (310), a refractory member (320), a buffer member (330), and a support member (340).
  • the description of the heat transfer barrier assembly (300), the insulating layer (310), the refractory member (320), the buffer member (330), and the support member (340) of FIGS. 3, 4, and/or 5 can be applied to the heat transfer barrier assembly (300), the insulating layer (310), the refractory member (320), the buffer member (330), and the support member (340) of FIGS. 6, 7, and/or 8.
  • the buffer space (344) may be deformed, thereby increasing the gap between the protrusions (345), thereby increasing the convenience of assembly.
  • the weight of the frame (342, 343) may be reduced due to the buffer space (344). Due to the weight reduction of the frame (342, 343), the weight of the cell assembly (101) may be reduced.
  • the support member (340) may include a protrusion (345) extending from the frame (342, 343).
  • the protrusion (345) may prevent the insulation layer (310), the fireproof member (320), and the buffer member (330) from being detached.
  • the support member (340) may include a pair of protrusions (345), and the insulation layer (310), the fireproof member (320), and the buffer member (330) may be inserted between the pair of protrusions (345) and coupled to the frame (342, 343).
  • the protrusions (345) may surround edges of the insulation layer (310), the fireproof member (320), and the buffer member (330).
  • the protrusion (345) can form a slit (346).
  • the slit (346) can be referred to as a portion of the receiving space (341) (e.g., a border area of the receiving space (341)).
  • the slit (346) can accommodate at least a portion of the border of the insulating layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330).
  • the support member (340) can seal at least a portion of the space between the battery cells (100). The propagation of flame, gas, and/or conductive particles between the battery cells (100) can be reduced or prevented by the support member (340).
  • the frames (342, 343) can face or contact a sealing member (e.g., sealing member (115) of FIG. 1).
  • the first frame (342) can face or contact an electrode tab (e.g., electrode tab (130) of FIG. 1).
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a heat shield assembly according to one embodiment.
  • the heat blocking assembly (300) may include an insulating layer (310), a refractory member (320), a buffer member (330), and an adhesive layer (350).
  • the description of the heat transmission barrier assembly (300), the insulation layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330) of FIGS. 3, 4, and/or 5 may be applied to the heat transmission barrier assembly (300), the insulation layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330) of FIG. 9.
  • the heat blocking assembly (300) may include an adhesive layer (350) for respectively connecting the insulating layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330).
  • the adhesive layer (350) may include a first adhesive layer (351) positioned between the first buffer pad (331) and the first refractory sheet (321), a second adhesive layer (352) positioned between the first refractory sheet (321) and the insulating layer (310), a third adhesive layer (353) positioned between the second refractory sheet (322) and the insulating layer (310), and a fourth adhesive layer (354) positioned between the second refractory sheet (322) and the second buffer pad (332).
  • the adhesive layer (350) may include an adhesive tape or an adhesive.
  • the adhesive layer (350) may include a material having adhesiveness, for example, a silicone-based, acrylic-based, rubber-based, hot melt-based, epoxy-based, PSA-based, or urethane-based material.
  • the adhesive layer (350) may be an adhesive tape of a substrate type, an inorganic type, or a PSA (pressure sensitive adhesive) hot melt type.
  • the material of the adhesive layer (350) may be used without limitation as long as it is capable of bonding the insulating layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330).
  • the support member (e.g., the support member (340) of 5) may be omitted from the thermal barrier assembly (300) including the adhesive layer (350).
  • the thermal barrier assembly (300) may include the adhesive layer (350) together with the support member (340).
  • the support member (340) may accommodate the support member (340) together with the insulating layer (310), the refractory member (320), and the buffer member (330).
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a battery pack according to one embodiment.
  • a battery pack (500) may include at least one battery module (200) and a pack frame (510) that accommodates at least one battery module (200).
  • the description of the battery module (200) described in FIG. 2 may be applied to the battery module (200) of FIG. 10.
  • the battery module (200) of FIG. 10 may accommodate a cell assembly (e.g., cell assembly (101) of FIG. 3) that includes a battery cell (100) and a heat transfer shielding assembly (300) of FIG. 3.
  • the pack frame (510) can accommodate components of the battery pack (500) (e.g., battery modules (200)).
  • the pack frame (510) can include a bottom member (511) that supports the battery module (200), a pack cover (512) that covers the battery module (200), and a pack side wall (513) that connects the bottom member (511) and the pack cover (512).
  • the bottom member (511) can support a receiving portion (e.g., a receiving portion (212) of FIG. 2) of the battery module (200).
  • the pack frame (510) may include a bulkhead (514) that crosses at least some of the plurality of battery modules (200).
  • the accommodation space of the pack frame (510) may be partitioned into a plurality of spaces by the bulkhead (514).
  • the bulkhead (514) may be installed across the accommodation space to reinforce the rigidity of the pack frame (510).
  • at least some of the plurality of bulkheads (514) may include venting holes to guide a path of gas and/or flame generated in the battery module (200).
  • the battery pack (500) may include a duct member (560).
  • the duct member (560) may include a flow space for providing a path for gas and/or flame discharged from the battery module (200).
  • the duct member (560) may be disposed within the pack frame (510).
  • the flow space of the duct member (560) may be connected to a venting hole of the bulkhead (514).
  • gas and/or flame generated from a battery cell of the battery module (200) e.g., battery cell (100) of FIG. 1
  • gas and/or flame generated from a battery cell of the battery module (200) e.g., battery cell (100) of FIG. 1
  • gas and/or flame generated from a battery cell of the battery module (200) e.g., battery cell (100) of FIG. 1
  • gas and/or flame generated from a battery cell of the battery module (200) e.g., battery cell (100) of FIG. 1
  • the battery pack (500) may include a battery control unit (590) for controlling the battery module (200).
  • the battery control unit (590) may be placed within the pack frame (510).
  • the battery control unit (590) may include a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the configuration of the battery control unit (590) is known in various forms, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the battery control unit (590) may be referred to as a processor.
  • a battery module includes a plurality of battery cells; and a heat transfer blocking assembly positioned between at least some of the plurality of battery cells, wherein the heat transfer blocking assembly may include an insulating layer including silica aerogel; a refractory member including a first refractory sheet positioned on a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet positioned on a second side of the insulating layer opposite the first side; and a buffer member including a first buffer pad positioned on the first refractory sheet, and a second buffer pad positioned on the second refractory sheet.
  • the heat transfer blocking assembly may include an insulating layer including silica aerogel; a refractory member including a first refractory sheet positioned on a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet positioned on a second side of the insulating layer opposite the first side; and a buffer member including a first buffer pad positioned on the first refractory sheet, and a second
  • the heat transmission blocking assembly may include a support member including an accommodation space that accommodates the insulating layer, the refractory member, and the buffer member, and a frame surrounding the accommodation space.
  • the support member may include a protrusion extending from the frame and surrounding the edge of the insulating layer, the fire-resistant member, and the buffer pad.
  • the support member may include a buffer space formed inside the frame.
  • the support member may include at least one of polyvinyl chloride, natural rubber, ethylene propylene, nitrile rubber, and polychloroprene.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be lower than the second thermal conductivity of the refractory member.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be less than 0.02 W/mK, and the second thermal conductivity of the refractory member may be less than 0.3 W/mK.
  • the first thickness of the insulating layer may be greater than or equal to the second thickness of the first refractory sheet or the second refractory sheet.
  • the refractory member may include mica.
  • the buffer member may include at least one of polyurethane, silicone, or rubber.
  • the heat transmission barrier assembly may further include adhesive layers including a first adhesive layer positioned between the first buffer pad and the first refractory sheet, a second adhesive layer positioned between the first refractory sheet and the insulation layer, a third adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the insulation layer, and a fourth adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the second buffer pad.
  • each of the plurality of battery cells includes a pouch including an electrode assembly, an electrode receiving portion that receives the electrode assembly, and a sealing portion that seals at least a portion of a periphery of the electrode receiving portion, and the buffer member can face the electrode receiving portion.
  • the heat transfer blocking assembly can surround at least a portion of each of the plurality of battery cells.
  • the heat transmission blocking assembly may include an insulating layer comprising silica aerogel; a refractory member comprising a first refractory sheet covering a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet covering a second side of the insulating layer opposite the first side; and a buffer member comprising a first buffer pad covering the first refractory sheet, and a second buffer pad covering the second refractory sheet.
  • a support member may further include an accommodation space that accommodates the insulating layer, the refractory member, and the buffer member, and a frame that surrounds the accommodation space, wherein the support member may include a protrusion extending from the frame and surrounding a border of the insulating layer, the refractory member, and the buffer pad.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be lower than the second thermal conductivity of the refractory member.
  • the first thermal conductivity of the insulating layer may be less than 0.02 W/mK, and the second thermal conductivity of the refractory member may be less than 0.3 W/mK.
  • the refractory member may include mica.
  • the adhesive layer may further include a first adhesive layer positioned between the first buffer pad and the first refractory sheet, a second adhesive layer positioned between the first refractory sheet and the insulation layer, a third adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the insulation layer, and a fourth adhesive layer positioned between the second refractory sheet and the second buffer pad.
  • a battery pack comprises at least one battery module; and a pack frame accommodating the at least one battery module, the at least one battery module comprising a plurality of battery cells, and a heat transfer barrier assembly positioned between at least some of the plurality of battery cells, the heat transfer barrier assembly comprising: an insulating layer comprising silica aerogel; a refractory member comprising a first refractory sheet covering a first side of the insulating layer, and a second refractory sheet covering a second side of the insulating layer opposite the first side; and a buffer member comprising a first buffer pad covering the first refractory sheet, and a second buffer pad covering the second refractory sheet.

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Abstract

본 개시의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함할 수 있다. 상기 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층, 상기 단열 층의 제1 면 상에 위치한 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면 상에 위치한 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재, 및 상기 제1 내화 시트 상에 위치한 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트 상에 위치한 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.

Description

열 전파 차단 조립체 및 열 전파 차단 조립체를 포함하는 배터리 모듈
본 개시는 열 전파 차단 조립체 및 열 전파 차단 조립체를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차, 에너지 저장 시스템(ESS; Energy storage system)과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지는 리튬이온 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지 또는 니켈-수소 전지일 수 있다.
이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouch-type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀로 제조된다. 복수의 배터리 셀들은 적층된 형태의 셀 조립체로 형성될 수 있다.
셀 조립체는 케이스 내부에 배치되어 배터리 모듈을 형성하고, 복수의 배터리 모듈은 팩 프레임 내부에 배치되어 배터리 팩을 형성할 수 있다. 배터리 팩은 차량 또는 에너지 저장 시스템과 같은 다양한 구조에 사용될 수 있다.
배터리 장치(예: 배터리 모듈)는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 셀 조립체를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들 중 하나의 배터리 셀에서 발생된 열, 가스 또는 화염이 다른 배터리 셀로 전파되어, 열 폭주 또는 열 전파 현상이 발생될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀들간 열 전파를 지연시킬 수 있는 단열 층을 포함하는 열 전파 차단 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 스웰링 현상으로 인한 셀 조립체의 변형을 감소시킬 수 있는 완충 패드를 포함하는 열 전파 차단 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 단열 층의 파손을 감소시킬 수 있는 내화 부재를 포함하는 열 전파 차단 조립체 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 개시의 배터리 모듈은 전기 자동차, 배터리 충전소, 그 외 배터리를 이용하는 태양광 발전, 풍력 발전 등 녹색 기술 분야에서 널리 적용될 수 있다. 또한, 본 개시의 배터리 모듈은 대기 오염 및 온실 가스 방출을 억제하여 기후 변화를 방지하기 위한 친환경(eco-friendly) 전기 자동차, 및 하이브리드 자동차 등에 사용될 수 있다.
본 개시의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함할 수 있다. 상기 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층, 상기 단열 층의 제1 면 상에 위치한 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면 상에 위치한 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재, 및 상기 제1 내화 시트 상에 위치한 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트 상에 위치한 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 상기 프레임의 내부에 형성된 완충 공간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지지 부재는 폴리염화비닐, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌, 니트릴 고무, 및 폴리클로로프렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고, 상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 단열 층의 제1 두께는 상기 제1 내화 시트 또는 상기 제2 내화 시트의 제2 두께 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내화 부재는 운모를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 완충 부재는 폴리우레탄, 실리콘, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층, 상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층, 상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및 상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 배터리 셀들 각각은 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 전극 수용부, 및 상기 전극 수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 포함하는 파우치를 포함할 수 있다. 상기 완충 부재는 상기 전극 수용부와 대면할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 복수의 배터리 셀들 각각의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다.
본 개시의 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층, 상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재, 및 상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고, 상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내화 부재는 운모를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층, 상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층, 상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및 상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 모듈, 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함할 수 있다. 상기 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층, 상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재, 및 상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀들 간의 열 전파가 방지 또는 지연될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀의 스웰링 현상으로 인한 팽창력이 흡수되어, 셀 조립체의 변형이 방지 또는 감소될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 단열 층의 파손이 감소될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 배터리 모듈의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 셀 조립체의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 분해 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 도 4의 A-A'선의 단면 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 도 6의 A영역의 확대도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 지지 부재의 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 분해 사시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 배터리 팩의 분해 사시도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 개시에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않는다. 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석할 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 개시의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음이 이해될 것이다.
본 개시의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략된다. 첨부된 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른, 배터리 셀의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 셀(100)은 파우치(110), 전극 조립체(120) 및 전극 탭(130)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은 이차전지일 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)은 리튬 이온 전지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 셀(100)은 충전 및 방전이 가능한 니켈-카드뮴 전기, 니켈-메탈 하이드라이드 전지 또는 니켈-수소 전지일 수 있다.
파우치(110)는 배터리 셀(100)의 외관의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 파우치(110)는 전극 조립체(120)를 수용하는 전극 수용부(111) 및 전극 수용부(111)의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하기 위한 실링부(115)를 포함할 수 있다. 전극 수용부(111)는 전극 조립체(120) 및 전해액이 수용되는 공간을 제공할 수 있다.
실링부(115)는 파우치(110)의 둘레 중 적어도 일부가 접합되어 형성될 수 있다. 실링부(115)는 용기 형태로 형성되는 전극 수용부(111)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 전극 수용부(111)의 외곽 중 적어도 일부를 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 실링부(115)는 전극 탭(130)이 위치한 제1 실링부(115a) 및 전극 탭(130)이 위치하지 않은 제2 실링부(115b)를 포함할 수 있다. 전극 탭(130)의 일 부분은 파우치(110)의 외부로 인출 또는 노출될 수 있다. 전극 탭(130)이 인출되는 위치에서, 제1 실링부(115a)의 밀봉도를 높이고, 동시에 전기적 절연 상태를 확보하기 위하여, 전극 탭(130)은 절연 필름(140)에 의하여 덮인 상태를 가질 수 있다. 절연 필름(140)은 전극 탭(130)보다 얇은 필름 재질로 이루어지며, 전극 탭(130)의 양면에 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 전극 탭(130)은 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y 축 방향)의 양 측에 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(130)은 배터리 셀(100)의 길이 방향 일측을 향하는 제1 극성(예: 양극)의 양극 리드(130a) 및 길이 방향 타측을 향하는 제2 극성(예: 음극)의 음극 리드(130b)를 포함할 수 있다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 실링부(115)는 전극 탭(130)이 배치된 두 개의 제1 실링부(115a) 및 전극 탭(130)이 배치되지 않은 한 개의 제2 실링부(115b)를 포함할 수 있다. 전극 탭(130)은 전극 리드로 지칭될 수 있다.
전극 탭(130)이 위치한 방향은 선택적으로 설계될 수 있다. 일 실시예(예: 도 1)에서, 전극 탭(130)은 양극 리드(130a) 및 전극 조립체(120)를 기준으로 양극 리드(130a)의 반대 방향에 위치한 음극 리드(130b)를 포함할 수 있다. 도 1에서, 배터리 셀(100)의 길이 방향(예: Y 축 방향)의 양 측에 서로 반대 방향을 향하도록 배치된 전극 탭(130)이 도시되나 전극 탭(130)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 두 개의 전극 탭(130)은 배터리 셀(100)의 길이 방향(예: Y축 방향)을 따라서 실질적으로 평행하게 배열될 수 있다.
한편, 파우치(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(115)가 형성되는 구조에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 일 실시예에서, 적어도 일부의 실링부(115)는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다. 실링부(115)의 적어도 일부가 접힘으로써, 실링부(115)의 접합 신뢰성이 향상되고, 실링부(115)의 면적이 최소화될 수 있다. 일 실시예에 따른 실링부(115) 중 전극 탭(130)이 배치되지 않는 제2 실링부(115b)는 2회 접힌 후 접착부재(미도시)에 의해 고정될 수 있다. 제2 실링부(115b)가 휘어진 각도 또는 휘어진 횟수는 변경될 수 있다. 예를 들어, 미도시된 일 실시예에서, 제2 실링부(115b)는 제1 실링부(115a)에 대하여 90°접힐 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극 판(cathode plate), 음극 판(anode plate) 및 분리막(separator)을 포함할 수 있다. 상기 분리막은 상기 양극 판과 상기 음극 판의 접촉을 방지할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 전극 조립체(120)가 다양한 방식을 이용하여 제작될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 실시예들에 따르면, 양극, 음극 및 분리막이 반복 배치되어 전극 조립체가 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전극 조립체는 권취(winding)형, 적층(stacking)형, 지그재그 폴딩(z-folding)형, 스택-폴딩(stack-folding)형일 수 있다.
도 1에 도시된 배터리 셀(100)의 구조는 예시적이다. 예를 들어, 도 1에서, 배터리 셀(100)은 파우치 형 배터리 셀로 설명되었으나, 배터리 셀(100)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 배터리 셀(100)은 원통형 배터리 셀 또는 각형 배터리 셀일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른, 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 모듈(200)은 모듈 하우징(210) 및 버스바 조립체(220)를 포함할 수 있다.
모듈 하우징(210)은 배터리 모듈(200)의 외관의 적어도 일부를 형성하고, 복수의 배터리 셀(예: 도 1의 배터리 셀(100))들을 포함하는 셀 조립체(예: 도 3의 셀 조립체(101)) 및/또는 버스바 조립체(220)를 수용하는 수용 공간을 형성할 수 있다. 예를 들어, 모듈 하우징(210)은 상기 셀 조립체(101)를 덮는 커버(211) 및 셀 조립체(101)의 하부면 및 측면을 둘러싸는 수용부(212)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 커버(211)는 상부 커버로 지칭될 수 있다.
수용부(212)는 셀 조립체(101)의 하부면을 덮는 메인 플레이트 및 셀 조립체(101)의 측면 중 적어도 일부를 덮는 복수의 측벽 부재들을 포함할 수 있다. 수용 공간의 적어도 일부는 메인 플레이트, 측벽 부재, 및 엔드 플레이트(215)에 의하여 둘러싸일 수 있다.
모듈 하우징(210)은 셀 조립체(101)의 측면 중 일부를 덮는 엔드 플레이트(215)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 엔드 플레이트(215)는 수용부(212)의 길이 방향(예: Y축 방향)의 단부에 연결될 수 있다. 엔드 플레이트(215)는 셀 조립체(101)의 측면 중 일부 및 버스바 조립체(220)를 덮을 수 있다. 엔드 플레이트(215)는 버스바 조립체(220)의 접속 단자를 수용하기 위한 홀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모듈 하우징(210)은 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 하우징(210)은 알루미늄으로 형성될 수 있다. 다만, 모듈 하우징(210)의 재질은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 따르면, 모듈 하우징(210)은 폴리머로 형성될 수 있다. 모듈 하우징(210)은 하우징, 케이스, 또는 모듈 케이스로 지칭될 수 있다.
버스바 조립체(220)는 배터리 셀(100)의 전극 탭(예: 도 1의 전극 탭(130))과 전기적으로 연결된 전기 전도성의 버스바(미도시) 및 버스바를 지지하는 버스바 프레임(미도시)을 포함할 수 있다. 버스바 조립체(220)는 외부와의 전기적 연결을 위한 적어도 하나의 접속 단자를 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)의 전극 탭(130)은 버스바 및 접속 단자를 통해 배터리 모듈(200)의 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른, 셀 조립체의 사시도이다. 도 4는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 사시도이다. 도 5는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 분해 사시도이다.
도 3, 도 4, 및/또는 도 5를 포함하면, 셀 조립체(101)는 복수의 배터리 셀(100)들 및 복수의 열 전파 차단 조립체(300)들을 포함할 수 있다. 도 1의 배터리 셀(100)에 대한 설명은 도 3의 배터리 셀(100)에 준용될 수 있다.
셀 조립체(101)는 실질적으로 육면체 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 셀 조립체(101)는 셀 적층체로 지칭될 수 있다.
열 전파 차단 조립체(300)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 사이에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 셀 조립체(101)는 교대로 적층된 배터리 셀(100) 및 열 전파 차단 조립체(300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 전파 차단 조립체(300)는 제1 열 전파 차단 조립체(300a) 및 제1 열 전파 차단 조립체(300a)와 이격된 제2 열 전파 차단 조립체(300b)를 포함할 수 있다. 하나의 배터리 셀(100)은 제1 열 전파 차단 조립체(300a)와 제2 열 전파 차단 조립체(300b) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로, 다른 실시예에서, 열 전파 차단 조립체(300)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 열 전파 차단 조립체(300)가 배치되는 단위 셀이 포함하는 배터리 셀(100)이 개수는 선택적일 수 있다.
셀 조립체(101)가 포함하는 배터리 셀(100)은 도 1의 파우치 형 배터리 셀(100)에 한정되지 않는다. 예시적인 실시예들에 따르면, 셀 조립체(101)는 원통형 배터리 셀, 각형 배터리 셀, 및/또는 파우치형 배터리 셀을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 셀(100)은 복수의 열 전파 차단 조립체(300)들 사이에 삽입(예: 억지 끼움)되어 조립될 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 셀(100) 및 열 전파 차단 조립체(300)는 접착 테이프(미도시) 또는 접착제(미도시)를 이용하여 서로에 대하여 결합될 수 있다.
열 전파 차단 조립체(300)는 열 전파(thermal propagation) 및/또는 열 폭주(thermal runaway)를 방지 또는 지연시킬 수 있다. 예를 들어, 열 전파 차단 조립체(300)는 배터리 셀(100)에서 다른 배터리 셀(100)로 열, 가스 및/또는 화염이 전파되는 것을 차단 또는 지연시킴으로써, 배터리 모듈(200) 내부에서 열, 가스 및/또는 화염의 확산을 지연시킬 수 있다. 열 전파 차단 조립체(300)는 써멀 배리어 또는 열 차단 구조로 지칭될 수 있다.
열 전파 차단 조립체(300)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)를 포함할 수 있다.
단열 층(310)은 인접한 배터리 셀(100)들 사이의 열 전파를 차단 또는 감소시킬 수 있다. 단열 층(310)은 단열성의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 단열 층(310)은 실리카 에어로젤을 포함할 수 있다. 단열 층(310)의 제1 열 전도율(thermal conductivity)은 0.02W/(m·K) 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 실리카 에어로젤은 이산화규소를 포함할 수 있다. 실리카 에어로젤 입자의 크기는 약 10 내지 100 μm일 수 있다. 실리카 에어로젤의 입자는 각각 미세 기공을 포함할 수 있다.
단열 층(310)은 실질적으로 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열 층(310)은 제1 면(310a) 및 제1 면(310b)의 반대인 제2 면(310b)을 포함할 수 있다.
단열 층(310)은 적어도 하나의 층으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서 하나의 단열 층(310)을 포함하는 열 전파 차단 조립체(300)가 도시되었으나, 다른 실시예에서는, 열 전파 차단 조립체(300)는 적층된 복수의 단열 층(310)들을 포함할 수 있다.
내화 부재(320)는 단열 층(310)을 보호하고, 인접한 배터리 셀(100)들 사이의 열 전파를 차단 또는 감소시킬 수 있다. 내화 부재(320)는 내열성의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 내화 부재(320)는 단열 층(310)보다 내화성이 높은 소재를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 내화 부재(320)의 500℃에서의 질량 손실은 1% 미만일 수 있다. 예를 들어, 내화 부재(320)는 운모를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 내화 부재(320)는 실질적으로 단열성의 재료(예: 운모)로 제조될 수 있다. 단열 층(310)의 제1 열 전도율은 내화 부재(320)의 제2 열 전도율보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 내화 부재(320)는 0.3W/(m·K) 미만의 열 전도율을 가질 수 있다. 다만, 내화 부재(320)는 운모 외 실리카 울 등 내열성 및 단열성을 가진 재료로 대체될 수 있다. 내화 부재(320)는 내열성(heat resistance)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 내화 부재(320)는 800℃ 이상의 온도에서 지정된 시간 동안 안정된 성질을 유지할 수 있다.
내화 부재(320)는 단열 층(310)의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 예를 들어, 내화 부재(320)는 단열 층(310)의 제1 면(310a)을 덮는 제1 내화 시트(321) 및 단열 층(310)의 제2 면(310b)을 덮는 제2 내화 시트(322)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내화 시트(321)는 단열 층(310)의 제1 면(310a) 상(above)에 위치하고, 제2 내화 시트(322)는 단열 층(310)의 제2 면(310b) 상에 위치할 수 있다.
제1 내화 시트(321) 및 제2 내화 시트(322)는 각각 실질적으로 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 내화 시트(321)는 제1 완충 패드(331)와 대면하는 제1 내화 면(321a) 및 제1 내화 면(321a)의 반대이고 단열 층(310)과 대면하는 제2 내화 면(321b)을 포함할 수 있다. 제2 내화 시트(322)는 단열 층(310)과 대면하는 제3 내화 면(322a) 및 제3 내화 면(322a)의 반대이고, 제2 완충 패드(332)와 대면하는 제4 내화 면(322b)을 포함할 수 있다. 단열 층(310)은 제1 내화 시트(321) 및 제2 내화 시트(322) 사이에 위치할 수 있다. 내화 부재(320)가 단열 층(310)의 적어도 일부를 덮음으로써, 내화 부재(320)에 의하여 열폭주 상황에서, 열분해에 의한 단열 층(310)의 구조 붕괴가 방지될 수 있다. 예를 들어, 단열 층(310)이 젤 형태를 가짐으로써, 단열 층(310)의 내화성이 감소될 수 있다. 내화 부재(320)는 단열 층(310)을 화염 및/또는 가스로부터 보호함으로써, 단열 층(310)으로 인한 단열 효과를 유지시킬 수 있다.
단열 층(310) 및 내화 부재(320)는 열 전파 차단 조립체(300)의 단열 효과를 유지하면서, 열 전파 차단 조립체(300)의 경량화 및 내화성을 유지하기 위한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 단열 층(310)의 제1 두께는 제1 내화 시트(321) 또는 제2 내화 시트(322)의 제2 두께보다 두꺼울 수 있다. 단열 층(310)의 제1 면(310a)과 제2 면(310b) 사이의 거리는 단열 층(310)의 제1 두께로 지칭될 수 있다. 제1 내화 시트(321)의 제1 내화 면(321a)과 제2 내화 면(321b) 사이의 거리 또는 제2 내화 시트(322)의 제3 내화 면(322a)과 제4 내화 면(322b) 사이의 거리는 내화 부재(320)(예: 제1 내화 시트(321) 또는 제2 내화 시트(322))의 제2 두께로 지칭될 수 있다.
완충 부재(330)는 배터리 셀(100)의 스웰링 현상에 따른 팽창 압력의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 완충 부재(330)는 탄성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 완충 부재(330)는 폴리우레탄, 실리콘, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 완충 부재(330)의 탄성력에 의하여 배터리 셀(100)의 전극 수용부(111)는 가압될 수 있다. 전극 수용부(111)가 가압됨으로써, 배터리 셀(100)의 스웰링 현상이 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 완충 부재(330)의 압축 영구 변형(compression set) 값은 10% 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 완충 부재(330)의 밀도는 350kg/m3 미만일 수 있다.
완충 부재(330)는 내화 부재(320) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 완충 부재(330)는 제1 내화 시트(321)의 적어도 일부를 덮는 제1 완충 패드(331) 및 제2 내화 시트(322)의 적어도 일부를 덮는 제2 완충 패드(332)를 포함할 수 있다. 제1 완충 패드(331)는 제1 내화 시트(321) 상에 위치할 수 있다. 제2 완충 패드(332)는 제2 내화 시트(322) 상에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 열 전파 차단 조립체(300)는 길이 방향(Y축 방향)을 따라서 순서대로 적층된 제1 완충 패드(331), 제1 내화 시트(321), 단열 층(310), 제2 내화 시트(322), 및 제2 완충 패드(332)를 포함할 수 있다.
제1 완충 패드(331) 및 제2 완충 패드(332)는 각각 실질적으로 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 완충 패드(331)는 열 전파 차단 조립체(300)의 외부를 향하는 제1 완충 면(331a) 및 제1 완충 면(331a)의 반대이고 제1 내화 시트(321)의 제1 내화 면(321a)과 대면하는 제2 완충 면(331b)을 포함할 수 있다. 제2 완충 패드(332)는 제2 내화 시트(322)의 제4 내화 면(322b)과 대면하는 제3 완충 면(332a) 및 제3 완충 면(332a)의 반대이고, 열 전파 차단 조립체(300)의 외부를 향하는 제4 완충 면(332b)을 포함할 수 있다. 제1 완충 면(332a) 및 제4 완충 면(332b)은 각각 배터리 셀(100)의 파우치(110)와 대면 또는 접촉할 수 있다. 완충 패드(331, 332)에 의하여 파우치(110)의 전극 수용부(111)가 가압됨으로써, 배터리 셀(100)의 스웰링 현상이 감소될 수 있다. 제1 내화 시트(321)는 단열 층(310)과 제1 완충 패드(331) 사이에 배치될 수 있다. 제2 내화 시트(322)는 단열 층(310)과 제2 완충 패드(332) 사이에 배치될 수 있다.
열 전파 차단 조립체(300)는 지지 부재(340)를 포함할 수 있다. 지지 부재(340)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)를 수용하는 수용 공간(341) 및 수용 공간(341)의 적어도 일부를 둘러싸는 프레임(342, 343)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 폐곡선 형상을 제공하는 제1 프레임(342)(예: 세로 프레임) 및 제2 프레임(343)(예: 가로 프레임)을 포함할 수 있다. 수용 공간(341)은 상기 제1 프레임(342) 및 상기 제2 프레임(343)에 의하여 정의된 빈 공간일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 프레임(342) 및 제2 프레임(343)은 일체로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 프레임(342) 및 제2 프레임(343)은 접착제(미도시)를 이용하여 서로에 대하여 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 부재(340)는 가스킷으로 지칭될 수 있다.
지지 부재(340)는 탄성의 비전도성 재질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 폴리염화비닐, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌, 니트릴 고무, 및 폴리클로로프렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
지지 부재(340)의 구조는 아래에서 더 설명된다.
도 6은 일 실시예에 따른, 도 4의 A-A'선의 단면 사시도이다. 도 7은 일 실시예에 따른, 도 6의 A영역의 확대도이다. 도 8은 일 실시예에 따른, 지지 부재의 사시도이다.
도 6, 도 7, 및/또는 도 8을 참조하면, 열 전파 차단 조립체(300)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 완충 부재(330), 및 지지 부재(340)를 포함할 수 있다. 도 3, 도 4, 및/또는 도 5의 열 전파 차단 조립체(300), 단열 층(310), 내화 부재(320), 완충 부재(330), 및 지지 부재(340)에 대한 설명은 도 6, 도 7, 및/또는 도 8의 열 전파 차단 조립체(300), 단열 층(310), 내화 부재(320), 완충 부재(330), 및 지지 부재(340)에 준용될 수 있다.
지지 부재(340)는 완충 공간(344)을 포함할 수 있다. 완충 공간(344)은 프레임(예: 제1 프레임(342) 및/또는 제2 프레임(343))의 내부에 형성된 빈 공간일 수 있다. 일 실시예에서, 완충 공간(344)은 프레임(342, 343)의 변형을 허용할 수 있다. 예를 들어, 완충 공간(344)이 배터리 셀(100)의 형상 변형(예: 스웰링)에 기초하여 변형됨으로써, 열 전파 차단 조립체(300)와 배터리 셀(100)의 파우치(110) 사이의 틈이 감소될 수 있다. 다른 예로는, 단열 층(310), 내화 부재(320) 및 완충 부재(330)가 지지 부재(340)의 수용 공간(341) 내에 삽입될 때, 완충 공간(344)이 변형됨으로써, 돌출부(345)들 사이의 간격이 증가되어, 조립 편의성이 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 완충 공간(344)으로 인하여 프레임(342, 343)의 무게가 감소될 수 있다. 프레임(342, 343)의 무게 감소로 인하여, 셀 조립체(101)의 무게가 감소될 수 있다.
지지 부재(340)는 프레임(342, 343)에서 연장된 돌출부(345)를 포함할 수 있다. 돌출부(345)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)의 이탈을 방지할 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 한 쌍의 돌출부(345)들을 포함하고, 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)는 한 쌍의 돌출부(345)들 사이에 삽입되어 프레임(342, 343)에 결합될 수 있다. 돌출부(345)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)의 테두리를 둘러쌀 수 있다.
돌출부(345)는 슬릿(346)을 형성할 수 있다. 슬릿(346)은 수용 공간(341)의 일부(예: 수용 공간(341)의 테두리 영역)로 지칭될 수 있다. 슬릿(346)은 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)의 테두리의 적어도 일부를 수용할 수 있다.
지지 부재(340)는 배터리 셀(100)들 사이의 공간의 적어도 일부를 밀봉할 수 있다. 지지 부재(340)에 의하여 배터리 셀(100)들 사이의 화염, 가스, 및/또는 전도성 입자의 전파가 감소 또는 방지될 수 있다. 일 실시예에서, 프레임(342, 343)은 실링부(예: 도 1의 실링부(115))와 대면 또는 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 프레임(342)은 전극 탭(예: 도 1의 전극 탭(130))과 대면 또는 접촉할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른, 열 차단 조립체의 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 열 차단 조립체(300)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 완충 부재(330), 및 접착 층(350)을 포함할 수 있다.
도 3, 도 4, 및/또는 도 5의 열 전파 차단 조립체(300), 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)에 대한 설명은 도 9의 열 전파 차단 조립체(300), 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)에 준용될 수 있다.
열 차단 조립체(300)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)를 각각 연결하기 위한 접착 층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 층(350)은 제1 완충 패드(331)와 제1 내화 시트(321) 사이에 위치한 제1 접착 층(351), 제1 내화 시트(321)와 단열 층(310) 사이에 위치한 제2 접착 층(352), 제2 내화 시트(322)와 단열 층(310) 사이에 위치한 제3 접착 층(353), 및 제2 내화 시트(322)와 제2 완충 패드(332) 사이에 위치한 제4 접착 층(354)을 포함할 수 있다.
접착 층(350)은 접착 테이프 또는 접착제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 층(350)은 접착력을 가지는 재료, 예를 들어, 실리콘계, 아크릴계, 고무계, 핫맬트계, 에폭시계, PSA 계, 우레탄 계열의 재료를 포함할 수 있다. 접착 층(350)은 기재 타입, 무기재 타입 또는 PSA(pressure Sensitive Adhesive) 핫멜트 타입의 접착 테이프일 수 있다. 다만, 접착 층(350)의 재료는 예시적으로, 접착 층(350)의 재료는 단열 층(310), 내화 부재(320) 및 완충 부재(330)의 접착이 가능하다면 제한 없이 사용될 수 있다.
일 실시예(예: 도 9)에서, 접착 층(350)을 포함하는 열 차단 조립체(300)에서 지지 부재(예: 5의 지지 부재(340))는 제외될 수 있다. 미도시된 실시예에서, 열차단 조립체(300)는 상기 지지 부재(340)와 함께 접착 층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(340)는 단열 층(310), 내화 부재(320), 및 완충 부재(330)와 함께 지지 부재(340)를 수용할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른, 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 배터리 팩(500)은 적어도 하나의 배터리 모듈(200) 및 적어도 하나의 배터리 모듈(200)을 수용하는 팩 프레임(510)을 포함할 수 있다. 도 2에서 설명된 배터리 모듈(200)의 설명은 도 10의 배터리 모듈(200)에 준용될 수 있다. 예를 들어, 도 10의, 배터리 모듈(200)은 도 3의 배터리 셀(100) 및 열 전파 차단 조립체(300)를 포함하는 셀 조립체(예: 도 3의 셀 조립체(101))를 수용할 수 있다.
팩 프레임(510)은 배터리 팩(500)의 부품(예: 배터리 모듈(200))을 수용할 수 있다. 팩 프레임(510)은 배터리 모듈(200)을 지지하는 바닥부재(511), 배터리 모듈(200)을 덮는 팩 커버(512), 및 바닥부재(511) 및 팩 커버(512) 사이를 연결하는 팩 측벽(513)을 포함할 수 있다. 바닥부재(511)는 배터리 모듈(200)의 수용부(예: 도 2의 수용부(212))를 지지할 수 있다.
팩 프레임(510)은 복수의 배터리 모듈(200)들 중 적어도 일부를 가로지르는 격벽(514)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 팩 프레임(510)의 수용 공간은 격벽(514)에 의하여 복수의 공간들로 구획될 수 있다. 격벽(514)은 팩 프레임(510)의 강성보강을 위해 수용 공간을 가로질러 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 격벽(514)들 중 적어도 일부는 배터리 모듈(200)에서 발생된 가스 및/또는 화염의 경로를 유도하기 위한 벤팅 홀을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 팩(500)은 덕트 부재(560)를 포함할 수 있다. 덕트 부재(560)는 배터리 모듈(200)에서 배출된 가스 및/또는 화염의 경로를 제공하기 위한 유동 공간을 포함할 수 있다. 덕트 부재(560)는 팩 프레임(510) 내에 배치될 수 있다. 덕트 부재(560)의 유동 공간은 격벽(514)의 벤팅 홀과 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(200)의 배터리 셀(예: 도 1의 배터리 셀(100))에서 발생된 가스 및/또는 화염은 격벽(514)에 형성된 벤팅 홀 및 덕트 부재(560)의 유동 공간을 지나서 배터리 팩(500)의 외부로 전달될 수 있다.
배터리 팩(500)은 배터리 모듈(200)을 제어하기 위한 배터리 제어부(590)를 포함할 수 있다. 배터리 제어부(590)는 팩 프레임(510) 내에 배치될 수 있다. 배터리 제어부(590)는 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)을 포함할 수 있다. 배터리 제어부(590)의 구성은 다양한 형태로 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 일 실시예에서, 배터리 제어부(590)는 프로세서로 지칭될 수 있다.
위에서 설명된 내용은 단지 본 개시의 원리를 적용한 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성이 더 포함될 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 예를 들어, 본 개시는 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
측면 1) 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들; 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함하고, 상기 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층;상기 단열 층의 제1 면 상에 위치한 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면 상에 위치한 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및 상기 제1 내화 시트 상에 위치한 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트 상에 위치한 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.
측면 2) 측면 1에 있어서, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 포함할 수 있다.
측면 3) 측면 2에 있어서, 상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함할 수 있다.
측면 4) 측면 2 또는 측면 3에 있어서, 상기 지지 부재는 상기 프레임의 내부에 형성된 완충 공간을 포함할 수 있다.
측면 5) 측면 2 또는 측면 3에 있어서, 상기 지지 부재는 폴리염화비닐, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌, 니트릴 고무, 및 폴리클로로프렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
측면 6) 측면 1 내지 측면 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮을 수 있다.
측면 7) 측면 1 내지 측면 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고, 상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만일 수 있다.
측면 8) 측면 1 내지 측면 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 단열 층의 제1 두께는 상기 제1 내화 시트 또는 상기 제2 내화 시트의 제2 두께 이상일 수 있다.
측면 9) 측면 1 내지 측면 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 내화 부재는 운모를 포함할 수 있다.
측면 10) 측면 1 내지 측면 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 완충 부재는 폴리우레탄, 실리콘, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
측면 11) 측면 1 내지 측면 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층, 상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층, 상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및 상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함할 수 있다.
측면 12) 측면 1 내지 측면 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들 각각은 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 전극 수용부, 및 상기 전극 수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 포함하는 파우치를 포함하고, 상기 완충 부재는 상기 전극 수용부와 대면할 수 있다.
측면 13) 측면 1 내지 측면 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 전파 차단 조립체는 상기 복수의 배터리 셀들 각각의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다.
측면 14) 열 전파 차단 조립체는, 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층; 상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및 상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.
측면 15) 측면 14에 있어서, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 더 포함하고, 상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함할 수 있다.
측면 16) 측면 14 또는 측면 15에 있어서, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮을 수 있다.
측면 17) 측면 14 내지 측면 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고, 상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만일 수 있다.
측면 18) 측면 14 내지 측면 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 내화 부재는 운모를 포함할 수 있다.
측면 19) 측면 14 내지 측면 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층, 상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층, 상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및 상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함할 수 있다.
측면 20) 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함하고, 상기 열 전파 차단 조립체는 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층; 상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및 상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 셀들; 및
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함하고,
    상기 열 전파 차단 조립체는
    실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층;
    상기 단열 층의 제1 면 상에 위치한 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면 상에 위치한 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및
    상기 제1 내화 시트 상에 위치한 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트 상에 위치한 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전파 차단 조립체는 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 프레임의 내부에 형성된 완충 공간을 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 폴리염화비닐, 천연 고무, 에틸렌 프로필렌, 니트릴 고무, 및 폴리클로로프렌 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮은 배터리 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고,
    상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만인 배터리 모듈.
  8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 층의 제1 두께는 상기 제1 내화 시트 또는 상기 제2 내화 시트의 제2 두께 이상인 배터리 모듈.
  9. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화 부재는 운모를 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 완충 부재는 폴리우레탄, 실리콘, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전파 차단 조립체는
    상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층,
    상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층,
    상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및
    상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각은 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 전극 수용부, 및 상기 전극 수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 포함하는 파우치를 포함하고,
    상기 완충 부재는 상기 전극 수용부와 대면하는 배터리 모듈.
  13. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전파 차단 조립체는 상기 복수의 배터리 셀들 각각의 적어도 일부를 둘러싸는 배터리 모듈.
  14. 실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층;
    상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및
    상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함하는 열 전파 차단 조립체.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 부재를 수용하는 수용 공간 및 상기 수용 공간을 둘러싸는 프레임을 포함하는 지지 부재를 더 포함하고,
    상기 지지 부재는 상기 프레임에서 연장되고, 상기 단열 층, 상기 내화 부재, 및 상기 완충 패드의 테두리를 둘러싸는 돌출부를 포함하는 열 전파 차단 조립체.
  16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 단열 층의 제1 열 전도율은 상기 내화 부재의 제2 열 전도율보다 낮은 열 전파 차단 조립체.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 단열 층의 제1 열 전도율은 0.02W/mK 미만이고,
    상기 내화 부재의 제2 열 전도율은 0.3W/mK 미만인 열 전파 차단 조립체.
  18. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 내화 부재는 운모를 포함하는 열 전파 차단 조립체.
  19. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제1 완충 패드와 상기 제1 내화 시트 사이에 위치한 제1 접착 층,
    상기 제1 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제2 접착 층,
    상기 제2 내화 시트와 상기 단열 층 사이에 위치한 제3 접착 층, 및
    상기 제2 내화 시트와 상기 제2 완충 패드 사이에 위치한 제4 접착 층을 포함하는 접착 층을 더 포함하는 열 전파 차단 조립체.
  20. 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈은
    복수의 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 사이에 위치한 열 전파 차단 조립체를 포함하고,
    상기 열 전파 차단 조립체는
    실리카 에어로젤을 포함하는 단열 층;
    상기 단열 층의 제1 면을 덮는 제1 내화 시트, 및 상기 제1 면의 반대인 상기 단열 층의 제2 면을 덮는 제2 내화 시트를 포함하는 내화 부재; 및
    상기 제1 내화 시트를 덮는 제1 완충 패드, 및 상기 제2 내화 시트를 덮는 제2 완충 패드를 포함하는 완충 부재를 포함하는 배터리 팩.
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