Search

KR-20260060606-A - BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME

KR20260060606AKR 20260060606 AKR20260060606 AKR 20260060606AKR-20260060606-A

Abstract

일부 실시예들에 따른 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들; 상기 복수의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 프레임으로서, 상기 모듈 프레임은 복수의 캐비티들을 포함하는 탑 플레이트를 포함하고; 및 상기 복수의 캐비티들에 충진된 소화제(fire extinguishing agent)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에 따른 배터리 모듈은 열 폭주 이벤트의 발생을 방지할 수 있고 열 폭주 이벤트가 발생하더라도 열 전달을 지연시켜 큰 폭발 내지 화재를 방지할 수 있다.

Inventors

  • 이주형
  • 정혜미
  • 김광모

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀들; 상기 복수의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 프레임으로서, 상기 모듈 프레임은 복수의 캐비티들을 포함하는 탑 플레이트를 포함하고; 및 상기 복수의 캐비티들에 충진된 소화제(fire extinguishing agent)를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탑 플레이트는 복수의 제1 홀들을 포함하고, 상기 복수의 제1 홀들은 상기 탑 플레이트의 하면으로부터 상기 복수의 캐비티들까지 연장된 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 제1 홀들 각각의 단면 형상은 원형, 타원형, 직사각형 또는 둥근 직사각형인 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 탑 플레이트는 복수의 제2 홀들을 포함하고, 상기 복수의 제2 홀들은 상기 탑 플레이트의 하면으로부터 상기 탑 플레이트의 상면까지 연장된 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제2 홀들 각각의 단면 형상은 원형, 타원형, 직사각형 또는 둥근 직사각형인 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1 홀들 각각의 단면적과 상기 복수의 제2 홀들 각각의 단면적은 다른 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1 홀들 각각의 단면적은 상기 복수의 제2 홀들 각각의 단면적보다 작은 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1 홀들의 개수는 상기 복수의 제2 홀들의 개수와 다른 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1 홀들의 개수는 상기 복수의 제2 홀들의 개수보다 많은 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들은 상기 탑 플레이트에 평행한 제1 방향으로 배열되어 있고, 상기 복수의 캐비티들은 서로 상기 탑 플레이트에 평행하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이격된 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀들은 상기 탑 플레이트에 평행한 제1 방향으로 배열되어 있고, 상기 복수의 캐비티들은 서로 상기 제1 방향으로 이격된 배터리 모듈.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 복수의 캐비티들 중 서로 인접한 두 개의 캐비티들의 사이에 상기 복수의 제2 홀들 중 일부가 있는 배터리 모듈.
  13. 베이스 플레이트; 측벽들; 및 상기 베이스 플레이트 상의 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈들 각각은, 복수의 배터리 셀들; 상기 복수의 배터리 셀들을 수용하는 프레임으로서, 상기 프레임은 복수의 캐비티들을 포함하는 탑 플레이트를 포함하고; 및 상기 복수의 캐비티들에 충진된 소화제를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서, 상기 탑 플레이트는 복수의 제1 홀들을 포함하고, 상기 복수의 제1 홀들은 상기 탑 플레이트의 하면으로부터 상기 복수의 캐비티들까지 연장된 배터리 팩.
  15. 제13항에 있어서, 상기 탑 플레이트는 복수의 제2 홀들을 포함하고, 상기 복수의 제2 홀들은 상기 탑 플레이트의 하면으로부터 상기 탑 플레이트의 상면까지 연장된 배터리 팩.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME} 본 개시는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 이차 전지는 재충전을 통해 장시간 반복 사용이 가능하다. 이차 전지는 모빌리티, 휴대용 전자기기 및 ESS(Energy Storage System) 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 탄소 배출을 감소시키기 위해 모빌리티용 이차 전지의 수요는 더욱 증가하고 있다. 그러나, 이차 전지의 안전성에 대한 우려는 여전히 해결해야할 중요한 과제이다. 모빌리티의 경우 출력, 주행거리 등의 성능 확보를 위해 여러 개의 배터리 셀들을 사용한다. 일반적으로 여러 개의 배터리 셀들은 배터리 모듈을 구성하며 복수의 배터리 모듈들로 구성된 배터리 팩이 차량에 장착된다. 이 때, 배터리 모듈을 구성하는 여러 개의 배터리 셀들은 서로 인접하게 위치하며 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈들 역시 서로 인접하게 위치한다. 따라서, 일부 배터리 셀에서 열 폭주 이벤트가 발생하면 인접한 배터리 셀로의 열 전달이 쉽게 이루어진다. 이러한 열 전달이 연쇄적으로 이루어지면 큰 폭발 내지 화재가 발생할 수 있다. 따라서, 열 폭주 이벤트의 발생을 방지하거나 열 폭주 이벤트 발생 시 열 전달을 지연시킬 수 있는 기술이 필요하다. 도 1은 일부 실시예들에 따른 배터리 모듈(1100)의 사시도이다. 도 2는 탑 플레이트(1120TP)를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 취한 단면도이다. 도 4는 도 1의 절단선 IV-IV`을 따라 취한 단면도이다. 도 5는 일부 실시예들에 따른 배터리 모듈(1100')의 사시도이다. 도 6은 일부 실시예들에 따른 배터리 팩(1000)을 나타내는 도면이다. 본 개시에서 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 의미를 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미로 해석되어야 한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 개시에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 실시예들과 도면들은 본 개시의 예시에 불과할 뿐이고 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 본 개시를 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도면들은 통상의 기술자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면들에서의 구성요소들의 형상, 크기 및 개수 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 도면들에서의 각 구성요소의 형상, 크기나 비율 및 개수는 실제 각 구성요소의 형상, 크기나 비율 및 개수를 전적으로 반영하는 것은 아니다 본 개시에서는 설명의 편의를 위해 3차원 데카르트 좌표계를 사용하여 구성들의 위치, 구성들의 형태 및 구성들 사이의 관계 등을 설명한다. X 축, Y 축 및 Z 축은 도 1 내지 도 6에 표시되어 있다. 본 명세서에서 "X 방향"은 X 축에 평행한 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "+X 방향"은 도 1 내지 도 6에 표시된 X 축의 화살표 방향과 같은 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "-X 방향" 도 1 내지 도 6에 표시된 X 축의 화살표 방향의 반대 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "Y 방향"은 Y 축에 평행한 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "+Y 방향"은 도 1 내지 도 6에 표시된 Y 축의 화살표 방향과 같은 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "-Y 방향" 도 1 내지 도 6에 표시된 Y 축의 화살표 방향의 반대 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "Z 방향"은 Z 축에 평행한 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "+Z 방향"은 도 1 내지 도 6에 표시된 Z 축의 화살표 방향과 같은 방향을 의미한다. 본 명세서에서 "-Z 방향" 도 1 내지 도 6에 표시된 Z 축의 화살표 방향의 반대 방향을 의미한다. 이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. (제1 실시예) 도 1은 일부 실시예들에 따른 배터리 모듈(1100)의 사시도이다. 도 2는 탑 플레이트(1120TP)를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 취한 단면도이다. 도 4는 도 1의 절단선 IV-IV`을 따라 취한 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면 배터리 모듈(1100)은 복수의 배터리 셀들(1110), 모듈 프레임(1120F), 소화제(fire extinguishing agent)(FEA), 제1 엔드 플레이트(1130A) 및 제2 엔드 플레이트(1130B)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1110) 각각은 리튬이차전지일 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1110) 각각은 전극 어셈블리, 전해질 및 셀 케이스를 포함할 수 있다. 전극 어셈블리는 양극, 음극 및 분리막을 포함할 수 있다. 양극은 양극 활물질층, 양극 집전체 및 양극 탭을 포함할 수 있다. 음극은 음극 활물질층, 음극 집전체 및 음극 탭을 포함할 수 있다. 전극 어셈블리는 젤리 롤 타입 또는 스택 타입일 수 있다. 젤리 롤 타입은 양극, 음극 및 분리막이 권취된 구조를 가질 수 있다. 스택 타입은 제1 양극, 제1 음극 및 제1 분리막을 포함하는 제1 전극 단위체와 제2 양극, 제2음극 및 제2 분리막을 포함하는 제2 전극 단위체가 제3 분리막을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 전해질은 액체 타입 또는 젤 타입일 수 있다. 셀 케이스는 원통형, 각형 또는 파우치형일 수 있다. 셀 케이스가 원통형 또는 각형인 경우 양극 탭과 음극 탭이 셀 케이스에 용접될 수 있다. 셀 케이스가 파우치형인 경우 복수의 배터리 셀들(1110) 각각은 양극 리드 및 음극 리드를 포함할 수 있다. 양극 리드는 하나 이상의 양극 탭들과 전기적으로 연결될 수 있고 음극 리드는 하나 이상의 음극 탭들과 전기적으로 연결될 수 있다. 양극 리드와 음극 리드는 파우치형 셀 케이스의 일측으로 돌출되어 있을 수 있다. 양극 리드와 음극 리드는 같은 방향으로 돌출되어 있을 수도 있고 서로 반대 방향으로 돌출되어 있을 수도 있다. 이하에서는, 셀 케이스가 파우치형이고 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 돌출된 실시예들에 대해서만 설명한다. 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시에 기초하여 셀 케이스가 원통형 또는 각형인 실시예들과 셀 케이스가 파우치형이고 양극 리드와 음극 리드가 같은 방향으로 돌출된 실시예들에 용이하게 도달할 수 있을 것이다. 복수의 배터리 셀들(1110) 중 일부는 양극 리드가 +Y 방향으로 돌출되어 있고 음극 리드가 -Y 방향으로 돌출되어 있을 수 있다. 이와 반대로, 복수의 배터리 셀들(1110) 중 다른 일부는 양극 리드가 -Y 방향으로 돌출되어 있고 음극 리드가 +Y 방향으로 돌출되어 있을 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1110)은 X 방향으로 배열될 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1110)은 복수의 뱅크들로 구성될 수 있다. 복수의 뱅크들 각각은 두 개 이상의 배터리 셀(1110)들을 포함할 수 있다. 복수의 뱅크들 각각에 포함된 두 개 이상의 배터리 셀(1110)들은 병렬로 연결될 수 있다. 병렬로 연결되는 배터리 셀들(1110)의 개수는 배터리 모듈(1100)에 요구되는 전류의 크기에 따라 결정될 수 있다. 복수의 뱅크들은 직렬로 연결될 수 있다. 직렬로 연결되는 뱅크들의 개수는 배터리 모듈(1100)에 요구되는 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1110) 사이에는 패드가 있을 수 있다. 패드는 복수의 배터리 셀들(1110)의 스웰링을 흡수할 수 있다. 패드는 폴리 우레탄 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 모듈 프레임(1120F)은 복수의 배터리 셀들(1110)을 수용할 수 있다. 모듈 프레임(1120F)은 U 프레임(1120UF) 및 탑 플레이트(1120TP)를 포함할 수 있다. U 프레임(1120UF)과 탑 플레이트(1120TP)는 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. U 프레임(1120UF)은 Z 방향에 실질적으로 수직한 바텀 플레이트와 X 방향에 실질적으로 수직한 제1 및 제2 사이드 플레이트들을 포함할 수 있다. 제1 사이드 플레이트의 -Z 방향 단부는 바텀 플레이트의 +X 방향의 단부에 연결되고 제2 사이드 플레이트의 -Z 방향 단부는 바텀 플레이트의 -X 방향의 단부에 연결될 수 있다. U 프레임(1120UF)은 단면 형상은 대략 U 자형일 수 있다. 탑 플레이트(1120TP)는 Z 방향에 실질적으로 수직할 수 있다. 탑 플레이트(1120TP)는 X 방향 및 Y 방향에 실질적으로 평행할 수 있다. 모듈 프레임(1120F)은 일체형 프레임인 모노 프레임일 수 있다. 모노 프레임은 Z 방향에 실질적으로 수직한 바텀 플레이트, X 방향에 실질적으로 수직한 제1 및 제2 사이드 플레이트들 및 Z 방향에 실질적으로 수직한 탑 플레이트(1120TP)를 포함할 수 있다. 제1 사이드 플레이트의 -Z 방향 단부는 바텀 플레이트의 +X 방향의 단부에 연결되고 제2 사이드 플레이트의 -Z 방향 단부는 바텀 플레이트의 -X 방향의 단부에 연결되고 탑 플레이트(1120TP)의 +X 방향 단부는 제1 사이드