KR-102961148-B1 - BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이에 개재되어 있는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행한 바디부와 상기 바디부의 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함한다.

Inventors

이정훈
김광모
성준엽
정혜미

Assignees

주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20211104
Priority Date: 20201207

Claims (12)

전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이에 개재되어 있는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행한 바디부와 상기 바디부의 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함하고, 상기 확장부는 상기 전지셀의 상단부를 밀착하여 덮을 수 있도록 플렉시블(Flexible)한 재질로 형성되는 전지 모듈.
제1항에서, 상기 확장부는 적어도 2개의 전지셀의 상단부를 덮는 전지 모듈.
제1항에서, 상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행하게 배치된 제1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 전지셀 사이에 배치된 제2 배리어층을 포함하며, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 평행하게 배치된 바디부와 상기 바디부 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함하는 전지 모듈.
제3항에서, 상기 제1 배리어층은 서로 이웃하는 제1 전지셀과 제2 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 상기 제1 전지셀 사이에 위치하는 제2-1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 제2 전지셀 사이에 위치하는 제2-2 배리어층을 포함하며, 상기 제2-1 배리어층의 제1 확장부와 상기 제2-2 배리어층의 제2 확장부는 동일한 방향으로 구부러지는 전지 모듈.
제4항에서, 상기 제1 확장부와 상기 제2 확장부는 서로 중첩하는 전지 모듈.
제1항에서, 상기 바디부는, 전극 리드가 위치한 상기 전지셀의 단부를 덮는 추가 확장부를 포함하는 전지 모듈.
제6항에서, 상기 바디부의 추가 확장부에는 상기 전극 리드가 관통하는 개구부가 형성되어 있는 전지 모듈.
제1항에서, 상기 배리어층은 난연 부재로 형성되는 전지 모듈.
제3항에서, 상기 제1 배리어층은 실리콘 소재, 마이카 소재 또는 이들의 혼합 소재로 형성되고, 상기 제2 배리어층은 마이카 소재로 형성되는 전지 모듈.
제1항에서, 상기 배리어층은 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 배리어층들 중 이웃하는 2개의 배리어층 사이에는 적어도 2개 이상의 전지셀이 위치하는 전지 모듈.
제10항에서, 상기 서로 이웃하는 배리어층의 확장부들은 서로 다른 방향으로 구부러지는 전지 모듈.
제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME} 본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀 간의 열전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다. 소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다. 중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다. 도 1은 종래의 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 종래의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 상면도이다. 도 3의 (a)는 도 2의 A 영역을 위에서 바라본 평면도이고, 도 3의 (b)는 (a)의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 및 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15)를 포함한다. 모듈 프레임(30, 40)은 전지셀 적층체(12)의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임(30)과 전지셀 적층체(12)의 상면을 덮는 상부 플레이트(40)를 포함한다. 또한, 전지셀 적층체(12)는 복수의 전지셀(11)을 서로 고정시켜주는 고정 부재(17)를 포함하고, 고정 부재(17)는 전지셀 적층체(12)의 중심부 및/또는 단부에 위치한다. 또한, 전지셀 적층체(12)에서 서로 이웃하는 한 쌍의 전지셀 사이에 압축 패드(20)가 위치한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지셀 적층체에 위치하는 압축 패드(20)는 전지셀(11)의 상면 또는 하면에 접한다. 압축 패드(20)는 이웃하는 전지셀(11)들로 전파되는 충격을 흡수할 수 있다. 또, 전지셀(11)의 발화 시, 압축 패드(20)가 갖는 두께로 인해 열전파 속도를 지연시킬 수도 있다. 그러나, 전지셀(110) 발화 시, 이웃하는 전지셀(11)간 열전도와 더불어 전지셀(11)에서 발생되는 화염으로 인한 외부 열전도로 인해 2차 셀 발화가 발생할 수 있다. 이로 인해 기존의 압축 패드(20)만으로는 열전파 속도를 지연시키는 역할을 충분히 수행하기 어렵다. 이에 따라, 종래와 달리 전지셀 간의 열전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈을 개발할 필요가 있다. 도 1은 종래의 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 종래의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 상면도이다. 도 3의 (a)는 도 2의 A 영역을 위에서 바라본 평면도이고, 도 3의 (b)는 (a)의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 4는 비교예에 따른 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다. 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀에서 전극 리드가 돌출되는 방향으로 배리어층이 확장된 모습을 나타내는 도면이다. 이하, 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 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다. 도 4는 비교예에 따른 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 4를 참고하면, 전지셀(11)을 적층하는 단계에서 이웃하는 전지셀(11)과 전지셀(11) 사이에 압축 패드(20)를 개재하여 적층할 수 있다. 압축 패드(20) 적층 후 재차 전지셀(11) 적층을 계속 진행할 수 있다. 이때 압축 패드(20)는 일정한 두께를 가질 수 있다. 압축 패드(20)는 셀 스웰링을 방지하는 역할을 할 수 있고, 셀 발화 시 어느 정도 열전파를 지연시킬 수 있다. 전지셀(11)과 압축 패드(20)가 적층되어 전지셀 적층체를 형성하고, 후속으로 리드 용접 공정과 모듈 프레임 공정을 통해 전지 모듈을 형성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다. 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체는 복수의 전지셀(110)이 적층되어 형성되고, 복수의 전지셀(110) 중 서로 이웃하는 전지셀(110) 사이에 개재되어 있는 배리어층(200)을 포함한다. 본 실시예에 따른 배리어층(200)은 전지셀(110)과 평행하게 배치된 바디부(200b11,200b21)와, 바디부(200b11,200b21)의 일단에서 구부러져 상기 전지셀(110)의 상단부를 덮는 확장부(200b12,200b22)를 포함한다. 본 실시예에 따른 배리어층(200)은 전지셀(110)과 평행하게 배치된 제1 배리어층(200a)과, 제1 배리어층(200a)과 전지셀(110) 사이에 배치된 제2 배리어층(200b)을 포함한다. 제2 배리어층(200b)은 제1 배리어층(200a)과 평행하게 배치된 바디부(200b11,200b21)와 바디부(200b11,200b21) 일단에서 구부러져 전지셀(110)의 상단부를 덮는 확장부(200b12,200b22)를 포함할 수 있다. 확장부(200b12,200b22)는 플렉시블(Flexible)한 재질로 형성되고, 적어도 2개의 전지셀(110)의 상단부를 덮을 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 배리어층(200a)은 서로 이웃하는 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b) 사이에 위치하고, 제2 배리어층(200b)은 제1 배리어층(200a)과 제1 전지셀(110a) 사이에 위치하는 제2-1 배리어층(200b1)과, 제1 배리어층(200a)과 제2 전지셀(110b) 사이에 위치하는 제2-2 배리어층(200b2)을 포함할 수 있다. 이때, 제2-1 배리어층(200b1)의 제1 확장부(200b12)와 제2-2 배리어층(200b2)의 제2 확장부(200b22)는 동일한 방향으로 구부러질 수 있다. 이때, 제1 확장부(200b12)와 제2 확장부(200b22)는 서로 중첩할 수 있고, 이들이 중첩하는 부분은 적어도 하나의 전지셀(110) 상단부일 수 있다. 본 실시예에 따라 제1 확장부(200b12)와 제2 확장부(200b22)는 서로 중첩하면서 전지셀(110) 상단부를 덮음으로써, 셀 간 화염에 의한 외부 전파를 차단할 수 있다. 본 실시예에 따른 배리어층(200)은 난연 부재로 형성된다. 이때, 제1 배리어층(200a)은 실리콘 소재, 마이카 소재 또는 이들의 혼합 소재로 형성되고, 제2 배리어층(200b)은 마이카 소재로 형성될 수 있다. 제1 배리어층(200a)은 마이카 시트(Mica sheet) 형태로 형성될 수 있고, 제2 배리어층(200b)은 약 1mm 이하의 얇은 소재의 잘 휘어질 수 있는 형태의 마이카 소재를 사용할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈에는 배리어층(200)이 적어도 2개 이상 포함되고, 배리어층(200)들 중 이웃하는 2개의 배리어층(200) 사이에는 적어도 2개 이상의 전지셀(110)이 위치할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 서로 이웃하는 배리어층(200)의 확장부들은 서로 다른 방향으로 구부러질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 가운데 2개의 전지셀(110)을 기준으로 오른쪽에 위치하는 배리어층(200)에 포함되는 확장부들은 오른쪽 방향으로 구부러져 있고, 가운데 2개의 전지셀(110)을 기준으로 왼쪽에 위치하는 배리어층(200)에 포함되는