KR20160041331A - 배터리셀 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리셀 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리셀 모듈은, 전기에너지를 공급하는 배터리셀; 및 상기 배터리셀의 외부에 배치되어 상기 배터리셀의 표면에 외력 인가시 표면적이 증가하는 단락방지부를 포함한다.

Description

배터리셀 모듈{Battery Cell Module}

본 발명은 배터리셀 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 충돌시에도 안정성을 확보할 수 있는 배터리셀 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이차전지는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수개의 배터리 셀을 적층시킨 후 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결하여 모듈 형태로 제작된다.

현재 친환경 자동차용으로 개발되고 있는 리튬 이온 이차전지의 경우 주행거리 확보와 사고 시 안전성 문제로 에너지 밀도와 관통 및 과충전 모두를 만족 시켜야 한다. 하지만 에너지밀도와 안전성은 서로 상충되는 관계로 에너지 밀도를 높이게 되면 안전성 측면에서 취약해 진다. 즉, 차량의 충돌사고 발생시 배터리가 관통되어 단락 및 발열이 발생할 수 있다.

종래의 경우, 외부부재에 의한 관통이 발생하면 이를 막기 위해 파우치(9) 내외벽에 내열성 폴리머를 부착해 발열을 억제하는 메커니즘을 가지고 있다. 하지만 실제 외부부재가 배터리셀을 관통하게 되면 좁은 면적에서 국부적으로 발열이 발생하고 폭발할 수 있어 근본적인 해결이 불가능하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

첫째, 차량의 사고시에도 안정성을 확보할 수 있는 배터리셀 모듈을 제공하는 것이다.

둘째, 외부부재로 인한 배터리셀의 관통시에도 단락을 방지할 수 있는 배터리셀 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 배터리셀 모듈은, 전기에너지를 공급하는 배터리셀; 및 상기 배터리셀의 외부에 배치되어 상기 배터리셀의 표면에 외력 인가시 표면적이 증가하는 단락방지부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 배터리셀 모듈은, 전기에너지를 공급하는 배터리셀; 상기 배터리셀의 일측면에 배치되고, 상기 일측면보다 표면적이 넓은 커버; 및 상기 커버를 언롤 가능하게 감은 롤러를 포함한다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 차량의 사고시에도 배터리셀의 발열을 억제할 수 있다.

둘째, 외부부재로 인한 배터리셀의 관통시에도 단락을 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리셀모듈의 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부의 사시도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부의 작동을 표현한 것이다.
도4는 본 발명의 일 실시예 의한 단락방지부를 향해 이동하는 외부부재를 표현한 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부의 작용효과를 설명한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 배터리셀 모듈을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리셀 모듈(1)의 사시도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리셀 모듈(1)은, 전기에너지를 공급하는 배터리셀(3); 및 배터리셀(3)의 외부에 배치되어 배터리셀(3)의 표면에 외력 인가시 표면적이 증가하는 단락방지부(10)를 포함한다.

배터리셀(3)은, 번갈아 적층되는 양극판(5)과 음극판(7) 및 양극판(5)과 음극판(7) 사이에 각각 배치되는 분리막(8)을 포함하는 전극체(4); 전극체(4)를 감싸 밀봉하는 파우치(9); 파우치(9)의 내부에 충전되는 전해질을 포함한다.

파우치(9)는 내부에 전극체(4) 및 전해질을 수용하고 밀봉한다. 전극체(4)는 복수개의 양극판(5)과 음극판(7)을 을 포함한다. 양극판(5)과 음극판(7) 사이에는 분리막(8)이 배치된다.

양극판(5)은 알루미늄 박판(aluminum foil)로 형성되어 양면에 양극 활물질이 도포되며, 양극 활물질은 외부 도선으로부터 전자를 받아 환원되는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2) 와 같은 리튬소스를 가지고 있는 금속 산화물이 될 수 있다. 음극판(7)은 구리 박판(copper foil)으로 형성되어 양면에 음극 활물질이 도포되며, 음극 활물질은 흑연(carbon) 및 리튬이온을 받을 수 있는 재질로 형성되어 흑연이 산화되면서 외부 도선으로 전자를 방출할 수 있도록 구성된다.

분리막(8)은 양극판(5)과 음극판(7)의 전기적 단락을 방지하고, 이온이 통과할 수 있도록 다공성 막으로 형성된다. 전해질은 양극과 음극간의 이온의 이동을 가능하게 하는 중간 매체로서 액체(liquid), 겔(gel) 또는 고체(solid) 형태로 형성될 수 있다.

전해질은 파우치(9) 내부에 충전된다. 전해질은 이온이 양극판(5)과 음극판(7) 사이의 분리막(8)을 통과해 이동할 수 있도록 구성된다.

전극체(4)는 양극판(5)의 일측에 돌출 형성되는 양극탭 및 음극판(7)의 일측에 돌출 형성되는 음극탭을 포함한다. 전극 리드는 양극탭과 음극탭을 전기적으로 연결하여 파우치(9)의 외부로 돌출된다. 전극체(4)는 한 쌍의 전극 리드를 포함할 수 있다.

배터리셀(3)은 양극판(5)의 양극 활물질과 음극판(7)의 음극 활물질의 전위차에 의해 전자가 이동되어 전기(전류)를 발생시킨다. 방전시, 전자는 음극판(7)에 연결되는 외부 도선을 통해 음극에서 양극으로 이동하고, 전자를 잃은 리튬이온은 전해질을 통해 음극에서 양극으로 이동하게 된다. 충전시 외부에서 전기가 공급되므로, 전자는 도선을 통해 양극에서 음극으로 이동하고, 전자를 잃은 리튬이온은 전해질을 통해 양극에서 음극으로 이동하여 음극 활물질에 저장된다.

단락방지부(10)는 외부에서 침입한 외부부재(20)(예로, 핀)가 배터리셀(3)을 관통 하거나 배터리셀(3) 내부로 침입하는 것을 방지한다. 단락방지부(10)는 외부부재(20)가 배터리셀(3) 내부로 침입할 경우 배터리셀(3) 내부의 음극판(7)과 양극판(5)이 전기적으로 연결되어 단락되는 것을 방지한다. 외부부재(20)는 배터리셀(3) 표면을 가압하여 배터리셀(3)의 표면에 외력을 인가할 수 있다. 이때 단락방지부(10)는 표면적이 증가한다. 외부부재(20)가 배터리셀(3)로 계속 이동하더라도 단락방지부(10)의 표면적은 함께 넓어지므로 외부부재(20)는 단락방지부(10)를 관통하지 못하고 함께 이동한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부(10)의 사시도이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부(10)의 작동을 표현한 것이다.

도2내지 도3을 참조하면, 단락방지부(10)는, 배터리셀(3)의 표면을 감싸는 커버(11); 및 커버(11)에 의해 감겨진 롤러(13)를 포함한다.

커버(11)는 배터리셀(3)의 표면을 감싼다. 커버(11)는 배터리셀(3)의 외측면에 배치된다. 커버(11)는 배터리셀(3)을 보호한다. 롤러(13)는 커버(11)를 고정할 수 있다. 롤러(13)는 회전 가능하게 배치된다. 롤러(13)는 복수의 배터리셀(3) 중 가장 외곽에 배치된 배터리셀(3)의 측면에 배치될 수 있다. 롤러(13)는 배터리셀(3) 또는 배터리셀(3)을 고정하는 프레임에 회전 가능하게 고정될 수 있다. 롤러(13)는 일측으로 회전하면 커버(11)를 감아 커버(11)의 노출 면적을 축소하고, 타측으로 회전하면 커버(11)를 언롤하여 커버(11)의 노출면적을 증가시킨다.

롤러(13)는, 커버(11)에 외력 인가시 커버(11)를 언롤(unroll)하는 방향으로 회전한다. 커버(11)는 내열성 필름으로 형성될 수 있다. 따라서, 외부부재(20)가 배터리셀(3) 내부로 침투한 경우, 침투부위에서 발생되는 열을 억제할 수 있다.

커버(11)는, 내열성필름으로 형성될 수 있다. 커버(11)는 내열성이 뛰어난 소재로 형성될 수 있다. 커버(11)는 비전도성 재질로 형성된다. 커버(11)는 전해액과 반응하지 않는 소재로 형성됨이 바람직하다. 커버(11)는 PP또는 PE 소재로 형성될 수 있다.

도4는 본 발명의 일 실시예 의한 단락방지부(10)를 향해 이동하는 외부부재(20)를 표현한 것이다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 단락방지부(10)의 작용효과를 설명한 것이다.

도4내지 도5를 참조하면, 단락방지부(10)는, 커버(11)의 표면을 감싸고, 커버(11)보다 강성이 높은 프로텍터(15)를 더 포함한다.

프로텍터(15)는 강판 등 금속소재로 형성된다. 프로텍터(15)는 커버(11)보가 강성이 높은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 침입이 예상되는 외부부재(20) 보다 강성이 더 뛰어난 것으로 형성된다. 즉, 프로텍터(15)는 1차적으로 외부부재(20)의 관통을 억제하고, 외부부재(20)가 관통하더라도 외부부재(20)의 단부를 무디게 하여 외부부재(20)가 배터리셀(3)을 관통하는 것을 억제한다. 또한, 외부부재(20)가 커버(11)를 관통하는 것을 억제한다. 따라서, 커버(11)는 외부부재(20)와 배터리셀(3) 사이에 배치되어 배터리셀(3)의 단락을 방지한다. 단락방지부(10)는, 배터리셀(3)로 향하는 외부부재(20)를 감싸 배터리셀(3)과 외부부재(20) 사이에 경계를 형성한다.

배터리셀(3)은, 외부부재(20)와 커버(11)로 관통 가능한 파우치타입일 수 있다. 파우치타입 배터리 셀은 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있는 연약한 알루미늄 파우치(9)에 수용되어 있다. 따라서, 외부부재(20)가 쉽게 파우치(9)를 관통할 수 있다. 그러나, 커버(11) 및 프로텍터(15)는 외부부재(20)로 인한 배터리셀(3)의 단락을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 배터리셀 모듈(1)은, 전기에너지를 공급하는 배터리셀(3); 배터리셀(3)의 일측면에 배치되고, 일측면보다 표면적이 넓은 커버(11); 및 커버(11)를 언롤 가능하게 감은 롤러(13)를 포함한다.

커버(11)는 배터리셀(3)의 외측면을 덮는다. 커버(11)는 외부부재(20)의 침투시 표면적이 넓어져야 하므로 배터리셀(3)과 마주하는 부분의 표면적이 배터리셀(3)보다 넓다. 롤러(13)는 커버(11)를 언롤 가능하게 감는다. 따라서 외부부재(20)의 침투 전에는 커버(11)의 표면적이 배터리셀(3)의 표면적과 같을 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1: 배터리셀 모듈
3: 배터리셀
4: 전극체
5: 양극판
7: 음극판
8: 분리막
9: 파우치
10: 단락방지부
11: 커버
13: 롤러
15: 프로텍터
20: 외부부재

Claims (9)

1. 전기에너지를 공급하는 배터리셀; 및
   상기 배터리셀의 외부에 배치되어 상기 배터리셀의 표면에 외력 인가시 표면적이 증가하는 단락방지부를 포함하는 배터리셀 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단락방지부는,
   상기 배터리셀의 표면을 감싸는 커버; 및
   상기 커버에 의해 감겨진 롤러를 포함하는 배터리셀 모듈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 롤러는,
   상기 커버에 외력 인가시 상기 커버를 언롤(unroll)하는 방향으로 회전하는 배터리셀 모듈.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 커버는 내열성필름으로 형성된 배터리셀 모듈.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 커버는 상기 배터리셀로 형내부에 충전된 전해액과 반응하지 않는 소재로 형성된 배터리셀 모듈.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 단락방지부는,
   상기 커버의 표면을 감싸고, 상기 커버보다 강성이 높은 프로텍터를 더 포함하는 배터리셀 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 단락방지부는,
   상기 배터리셀로 향하는 외부부재를 감싸 상기 배터리셀과 상기 외부부재 사이에 경계를 형성하는 배터리셀 모듈.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 배터리셀은 상기 외부부재와 상기 커버로 관통 가능한 파우치타입인 배터리셀 모듈.
9. 전기에너지를 공급하는 배터리셀;
   상기 배터리셀의 일측면에 배치되고, 상기 일측면보다 표면적이 넓은 커버; 및
   상기 커버를 언롤 가능하게 감은 롤러를 포함하는 배터리셀 모듈.

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