KR20150089464A - 전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 전지셀(110); 상기 전지셀(110)이 내장되는 모듈 케이스(120); 및 상기 모듈 케이스(120)의 내부에 충진되는 난연제(130)가 포함되며, 이에 전지 모듈의 손상시 손상 부위에 절연막을 형성하여 폭발 또는 화재 발생을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 전지모듈에 관한 것으로, 특히 전지 모듈의 손상시 손상 부위에 절연막을 형성하여 폭발 또는 화재 발생을 방지한 전지모듈에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 전기에너지를 얻도록 한 것으로서, 이러한 화학적인 전지는 1차전지와 이차전지로 나누어진다. 즉, 망간전지, 알칼리전지 및 수은전지 등과 같이 한번 사용하고 버리는 전지를 1차 전지라 하고, 충전지나 납축전지처럼 전기를 다 쓰고 난 뒤 다시 충전시켜 사용할 수 있는 전지를 이차전지라 한다.
한편, 상기한 이차전지는 화석연료의 사용량 저감이나 CO2 배출량을 삭감하기 위해, 자동차 등의 모터 구동용 전원으로서, 기대가 커지고 있다. 이러한 이차전지는 전압이나 용량을 증대시키기 위해 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지모듈로 구성되고 있다.
상기한 전지모듈에 대한 자세한 내용은 특허공개번호 제10-2012-0049839호 "전지모듈과 이를 이용한 전지 팩"에 자세히 개시되어 있다.
그러나 종래기술에 따른 전지모듈은 외부의 충격에 의해 손상이 발생할 경우 이차전지에 단락회로가 구성되면서 순간적으로 고전류가 흐르게 되며, 이로 인해 이차전지에 과부하가 걸리게 되고, 과열에 의한 화재 또는 폭발이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 난연제가 충진된 전지모듈을 구현하며, 이에 전지모듈의 손상시 상기 난연제가 손상 부위에 스며들면서 절연막을 형성하여 폭발 또는 화재 발생을 방지한 전지모듈을 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 전지모듈은 전지셀(110); 상기 전지셀(110)이 내장되는 모듈 케이스(120); 및 상기 모듈 케이스(120)의 내부에 충진되는 난연제(130)가 포함될 수 있다.
상기 난연제(130)는 상기 전지셀(110)의 손상으로 인해 단락시 상기 전지셀(110)의 단락 부위에 스며들면서 절연막을 형성할 수 있다.
상기 난연제(130)는 난연성 오일로 마련될 수 있다.
상기 난연성 오일은 기유 80 ~ 95 중량%, 내마모제 1~5 중량%, 유기몰리브덴 1 ~5 중량%, 및 첨가제 1 ~ 5 중량%가 포함될 수 있다.
상기 난연제(130)는 점성을 가질 수 있고, 상기 난연제(130)는 그리스(grease)로 마련될 수 있으며, 상기 난연제(130)는 비전도성을 가질 수 있다.
상기 전지셀(110)은 다수개가 직렬 또는 병렬로 연결된 상태로 모듈 케이스(120)에 내장될 수 있다.
상기 모듈 케이스(120)는 상기 전지셀이 수용되는 수용공간이 형성된 밀폐용기(121)와, 상기 밀폐용기(121)의 수용공간을 마감하는 덮개(122)와, 상기 밀폐용기(121)와 상기 덮개(122)의 상호 밀착되는 밀착면에 구비되는 실링부재(123)가 구비될 수 있다. 상기 밀폐용기(121)와 상기 덮개(122)의 상호 밀착되는 밀착면은 볼트(124)와 너트(125)를 이용하여 결합될 수 있다. 이에 밀폐용기(121)의 상단부(121a)와 덮개(122)의 외측 단부(122a)의 사이의 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
상기 덮개(122)에는 밀폐용기(121)의 수용공간에 난연제를 주입하기 위한 주입부(122b)가 형성되며, 상기 주입부(122b)에는 상기 수용공간에 주입된 난연제의 역류를 방지하는 체크밸브(122c)가 구비될 수 있다.
상기 덮개(122)에는 밀폐용기(121)의 수용공간에 난연제(130)를 주입하기 위한 주입부(122b)가 형성되며, 상기 주입부(122b)는 상기 난연제(130) 주입 후 마감될 수 있다.
상기 모듈 케이스(120)의 내주면에는 절연층(140)이 구비될 수 있다.
상기 전지셀(110)은 전극조립체(111)와, 상기 전극조립체(111)가 내장되는 파우치케이스(112)가 포함될 수 있다. 상기 전극조립체(111)는 양극판(1), 음극판(2) 및 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이에 개재되어 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이를 전기적으로 절연시키는 분리막(3)으로 구성된 단위 셀(A), 또는 상기 단위 셀(A)이 분리막(4)을 개재한 상태로 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
즉, 전지셀(110)은 양극판(1), 분리막(3) 및 음극판(2)으로 구성된 단위 셀(A)을 하나 이상 반복적으로 적층하여 필요한 전압 또는 용량을 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지셀과, 전지셀이 내장되는 모듈케이스를 포함하되, 상기 모듈케이스 내부에 난연제를 충진하여 전지셀의 손상시 난연제가 손상 부위에 스며들면서 절연막을 형성함에 따라 폭발 또는 화재 발생을 방지하며, 더불어 난연제의 비전도성과 냉각성을 통해 전지셀의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전지모듈을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전지모듈의 전지셀을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체를 도시한 도면.
도 4는 도 1에 표시된 A부위 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 전지모듈의 손상부위에 난연제가 절연막을 형성한 상태를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 B부위 확대도.
도 2는 본 발명에 따른 전지모듈의 전지셀을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전지셀의 전극조립체를 도시한 도면.
도 4는 도 1에 표시된 A부위 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 전지모듈의 손상부위에 난연제가 절연막을 형성한 상태를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 B부위 확대도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에 따른 전지모듈(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전지셀(110), 전지셀(110)이 내장되는 모듈 케이스(120) 및 모듈 케이스(120)의 내부에 충진되는 난연제(130)가 포함될 수 있다.
여기서 전지셀(110)은 도 1을 참조하면 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 이에 필요한 전압 또는 용량을 구현할 수 있다. 한편, 본 발명에 첨부된 도면에는 전지셀(110)이 직렬로 연결되는 구성을 하나의 실시예로 설명하였으나, 병렬로 연결하는 구성도 어렵지 않게 실시가 가능하다.
전지셀(110)은 도 2를 참조하면, 전극조립체(111)와, 전극조립체(111)가 내장되는 파우치케이스(112)를 포함하며, 상기 전극조립체(111)는 도 3을 참조하면 양극판(1), 음극판(2) 및 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이에 개재되어 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이를 전기적으로 절연시키는 분리막(3)으로 구성된 단위 셀(A), 또는 상기 단위 셀(A)이 분리막(4)을 개재한 상태로 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
즉, 전지셀(110)은 양극판(1), 분리막(3) 및 음극판(2)으로 구성된 단위 셀(A)을 하나 이상 반복적으로 적층하여 필요한 전압 또는 용량을 구현할 수 있다.
모듈 케이스(120)는 도 1을 참조하면 전지셀(110)과 함께 난연제가 유출되지 않게 밀폐시키는 구조를 가지는 것으로, 전지셀(110)이 수용되는 수용공간이 형성된 밀폐용기(121)와, 밀폐용기(121)의 수용공간을 마감하는 덮개(122)가 포함될 수 있으며, 밀폐용기(121)와 덮개(122)는 결합부재에 의해 결합될 수 있다.
결합부재는 도 4에 도시된 바와 같이, 볼트(124)와 너트(125)로 구성되며, 볼트(124)가 밀폐용기(121)와 덮개(122)를 순차적으로 관통한 후 너트(125)가 결합되면서 밀폐용기(121)와 덮개(122)를 결합시킬 수 있다.
즉, 모듈 케이스(120)는 밀폐용기(121)의 수용공간에 전지셀(110)을 수용한 다음, 밀폐용기(121)의 수용공간 상면에 덮개(122)를 배치한다. 그런 다음, 밀착된 밀폐용기(121)의 상단부(121a)와 덮개(122)의 외측 단부(122a)를 볼트(124)와 너트(125)를 통해 결합하여 밀폐되게 결합한다.
이때, 모듈 케이스(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 밀폐력을 향상시키기 위해 실링부재(123)가 더 구비될 수 있다. 실링부재(123)는 밀폐용기(121)와 덮개(122)의 상호 밀착되는 밀착면에 구비되는 것으로, 밀폐용기(121)의 상단부(121a)와 덮개(122)의 외측 단부(122a) 사이에 주면을 따라 구비된다. 이에 밀폐용기(121)의 상단부(121a)와 덮개(122)의 외측 단부(122a)의 사이의 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
한편, 실링부재(123)는 O-링 또는 가스켓일 수 있으며, 이는 밀폐용기(121)의 상단부(121a)와 덮개(122)의 외측 단부(122a)의 밀착면에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
한편, 모듈 케이스(120)의 내주면에는 절연층(140)이 구비될 수 있으며, 절연층(140)는 외부로부터 전지셀(110)을 보호하는 동시에 전지셀(110)에서 발생하는 전기 또는 열이 모듈 케이스(120) 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있다.
난연제(130)는 전지셀(110)의 손상 부위에 스며들면서 절연막을 형성시키기 위한 것으로, 모듈 케이스(120)에서 밀폐용기(121)의 수용공간에 충진된다.
여기서 난연제(130)는 난연성 오일로 마련될 수 있다. 즉, 난연제(130)는 전지셀(110)의 손상시 손상부위에 신속하게 스며들 수 있도록 난연성 오일로 마련되며, 이에 전지 모듈의 화재 및 폭발을 방지할 수 있다.
실시예로, 난연성 오일은 기유 80 ~ 95 중량%, 내마모제 1~5 중량%, 유기몰리브덴 1 ~5 중량%, 및 첨가제 1 ~ 5 중량%를 가질 수 있다. 즉, 기유는 기어장치의 윤활로 널리 사용되는 것으로, 전지셀을 냉각시키는 한편, 전지셀의 손상부위에 스며들면서 절연막을 형성하고, 마찰 및 마모를 저하시켜 각 전지셀 끼리 붙는 것을 방지한다. 내마모제는 아연 디티오알킬 포스페이트(Zinc Dialkydithiophosphate)를 사용할 수 있으며, 기유의 성능을 증대시킨다. 여기서 내마모제는 함량이 너무 많으면 화학적 안정성이 저하되므로 1~ 5 중량%가 적당하다. 유기몰리브덴은 내마모성의 사용 주기를 증대시키며, 몰리브데늄 디티오카바메이트(Molybdenum Ditiocarbamate, MoDTC) 또는 몰리브덴늄 디티오포스페이트(Molybdenum Ditiophosphate, MoDTP)등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 여기서 유기몰리브덴은 1~ 5 중량%가 적당하며, 0.01 중량% 미만이면 내마모성의 사용 주기를 증대시키는 효과가 없으며, 5 중량%를 초과하면 고온에서 슬러지가 발생될 수 있다.
또 다른 실시예로, 난연성 오일 대신 실리콘( silicone)을 사용할 수도 있다.
한편, 난연제(130)는 밀폐용기(121)와 덮개(122)를 밀폐되게 결합시킨 상태로 충전시키게 되는데, 이때 난연제(130)를 주입하기 위해 덮개(122)에는 주입부(122b)가 형성될 수 있다. 즉, 주입부(122b)는 도 1에서 보았을 때 덮개(122)의 상부로 인출되게 형성되며, 내부에는 난연제(130)의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(122c)가 구비될 수 있다.
이와 같이 난연제(130)는 밀폐용기(121)와 덮개(122)를 밀폐되게 결합시킨 상태로 충전시킴에 따라 밀폐용기(121)의 수용공간 전체에 난연제(130)를 안정적으로 충전시킬 수 있다.
한편, 난연제(130)의 충전 완료 후, 주입부(122b)는 밀폐되게 마감될 수 있다. 일례로, 주입부(122b)에 밀폐마개(미도시)를 삽입하여 마감하거나 또는 덮개(122)에 연결된 주입부(122b)의 하단을 압입한 상태로 열융착하여 실링할 수 있으며, 실링 후 주입부(122b)의 상단은 절단하여 전지모듈의 높이를 줄일 수 있다.
한편, 난연제(130)는 점성을 가질 수 있다. 일례로 난연제(130)는 그리스(grease)로 마련될 수 있다. 즉, 전지모듈의 외부로부터 내부로 관통하는 물체가 있을 경우 물체의 표면에 점성을 가지는 난연제(130)가 부착된 상태로 유지함에 따라 자연적으로 절연막을 형성하게 되며, 더욱이 전지모듈의 외부에 크랙 또는 구멍이 형성되더라도 난연제(130)의 누출을 최대한 지연시킬 수 있다.
한편, 난연제(130)는 비전도성을 가질 수 있다. 즉, 전지셀(110)의 손상 부위에 스며든 난연제(130)에 의해 단락회로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전지모듈의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개가 직렬로 연결된 전지셀(110)을 밀폐용기(121)의 수용공간에 수용한 다음, 밀폐용기(121)와 덮개(122)를 결합하여 모듈 케이스(120)를 조립한다. 이때 밀폐용기(121)와 덮개(122)의 밀착면에 실링부재(123)를 삽입하며, 이에 밀폐력을 향상시킨다.
그런 다음, 모듈 케이스(120)의 주입부(122b)를 통해 난연제(130)를 주입하며, 이때 난연제(130)는 점성과 비전도성을 가지는 난연성 오일가 사용될 수 있다. 한편, 난연제(130)의 주입이 완료되면 주입부(122b)를 마감할 수 있으며, 이에 전지모듈(100)이 완성된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 외부의 금속체인 물체가 전지모듈(100)의 외부에서 내부로 관통하여 삽입될 경우, 일례로, 금속체인 못(10)이 전지모듈(100)의 외부에서 내부로 관통하면서 하나 이상의 전지셀(110)을 손상시킬 경우 금속체인 못(10)에 의해 전지셀(110)에 포함된 전극조립체(111)의 양극 및 음극가 전기적으로 연결되면서 단락회로를 형성하며, 이에 전지셀(110)에 저항이 없는 상태로 고전류가 흐르게 되고, 이로 인해 전지셀(110)에 과부하가 걸려 고열과 함께 화재 및 폭발이 발생할 수 있다.
이때 도 6에 도시된 바와 같이, 금속체인 못(10)이 전지셀(110)을 관통하면서 손상시킴과 동시에 전지셀(110)의 손상부위로 난연제(130)가 스며들면서 못(10)과 전지셀(110)의 손상부위 사이에 절연막을 형성하게 되며, 이 절연막에 의해 전지셀의 단락회로를 방지할 수 있어 전지셀(110)의 고열과 함께 화재 및 폭발을 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전지모듈
110: 전지셀
120: 모듈 케이스
130: 난연제
110: 전지셀
120: 모듈 케이스
130: 난연제
Claims (15)
- 전지셀(110);
상기 전지셀(110)이 내장되는 모듈 케이스(120); 및
상기 모듈 케이스(120)의 내부에 충진되는 난연제(130)가 포함되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제(130)는 상기 전지셀(110)의 손상으로 인해 단락시 상기 전지셀(110)의 단락 부위에 스며들면서 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제(130)는 난연성 오일로 마련되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 3에 있어서,
상기 난연성 오일은 기유 80 ~ 95 중량%, 내마모제 1~5 중량%, 유기몰리브덴 1 ~5 중량%, 및 첨가제 1 ~ 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제(130)는 점성을 가지는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제(130)는 그리스(grease)로 마련되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제(130)는 비전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 전지셀(110)은 다수개가 직렬 또는 병렬로 연결된 상태로 모듈 케이스(120)에 내장되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 모듈 케이스(120)는 상기 전지셀이 수용되는 수용공간이 형성된 밀폐용기(121)와, 상기 밀폐용기(121)의 수용공간을 마감하는 덮개(122)와, 상기 밀폐용기(121)와 상기 덮개(122)의 상호 밀착되는 밀착면에 구비되는 실링부재(123)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 9에 있어서,
상기 밀폐용기(121)와 상기 덮개(122)의 상호 밀착되는 밀착면은 볼트(124)와 너트(125)를 이용하여 결합되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 9에 있어서,
상기 덮개(122)에는 밀폐용기(121)의 수용공간에 난연제를 주입하기 위한 주입부(122b)가 형성되며,
상기 주입부(122b)에는 상기 수용공간에 주입된 난연제의 역류를 방지하는 체크밸브(122c)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 9에 있어서,
상기 덮개(122)에는 밀폐용기(121)의 수용공간에 난연제(130)를 주입하기 위한 주입부(122b)가 형성되며,
상기 주입부(122b)는 상기 난연제(130) 주입 후 마감되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 모듈 케이스(120)의 내주면에는 절연층(140)이 구비되는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 전지셀(110)은 전극조립체(111)와, 상기 전극조립체(111)가 내장되는 파우치케이스(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 청구항 14에 있어서,
상기 전극조립체(111)는 양극판(1), 음극판(2) 및 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이에 개재되어 상기 양극판(1)과 음극판(2) 사이를 전기적으로 절연시키는 분리막(3)으로 구성된 단위 셀(A), 또는 상기 단위 셀(A)이 분리막(4)을 개재한 상태로 반복적으로 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
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