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WO2018101695A1 - Wall structure of battery cell, battery sub-module, battery module, or battery system - Google Patents

Wall structure of battery cell, battery sub-module, battery module, or battery system Download PDF

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Publication number
WO2018101695A1
WO2018101695A1 PCT/KR2017/013641 KR2017013641W WO2018101695A1 WO 2018101695 A1 WO2018101695 A1 WO 2018101695A1 KR 2017013641 W KR2017013641 W KR 2017013641W WO 2018101695 A1 WO2018101695 A1 WO 2018101695A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
battery
case
wall structure
submodule
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/013641
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
고루브코브안드레
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP16201061.5A external-priority patent/EP3327817B1/en
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to CN201780073118.9A priority Critical patent/CN109997274B/en
Priority to US16/464,669 priority patent/US20190348725A1/en
Publication of WO2018101695A1 publication Critical patent/WO2018101695A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a wall structure of one of a battery cell, battery submodule, battery module or battery system, in particular a wall structure comprising a multilayer structure.
  • the present invention also relates to battery cells, battery submodules, battery modules and battery systems having a multilayer wall structure and having improved heat dissipation properties and improved resistance to electric arcs.
  • Rechargeable or secondary batteries are different from primary cells that only irreversibly convert chemicals into electrical energy in that charging and discharging can be repeated.
  • Low capacity secondary batteries are used as power sources for small electronic devices such as cellular phones, notebook computers and camcorders, and high capacity secondary batteries are used as power sources for hybrid vehicles and the like.
  • the secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a case accommodating the electrode assembly, and an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly. Electrolyte is injected into the case to enable charging and discharging of the battery through the electrochemical reaction of the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte.
  • the shape of the case for example cylindrical or rectangular, depends on the use of the cell.
  • the secondary battery may be used as a battery module formed of a plurality of unit battery cells coupled in series and / or in parallel to provide a high energy density. For example, it can be used to drive a motor of a hybrid vehicle. That is, the battery module is formed by interconnecting the electrode terminals of the plurality of unit battery cells according to the amount of power required, for example, may be formed to implement a high power secondary battery for an electric vehicle.
  • the battery module may be of block design or modular design.
  • each cell is coupled to a common current collector structure and a common battery management system, and the unit is housed in a case.
  • a modular design a plurality of battery cells are connected to form a submodule, and several submodules are connected to form a module.
  • the battery management function may be implemented at least partially at the module or submodule level, thereby improving compatibility.
  • One or more battery modules are mechanically and electrically integrated to form a battery system, equipped with a thermal management system, and configured to communicate with one or more electricity consumers.
  • Mechanical integration of the battery module can be accomplished by providing a carrier plate, for example a bottom plate, and placing individual battery cells or submodules thereon. Fastening the battery cells or submodules can be achieved, for example, by fitting into recesses in the carrier plate, by mechanical fastening means such as bolts or screws, or by constraining the battery cells or submodules. Restraint may be achieved by securing the side plate to the side of the carrier plate and / or providing another carrier plate to secure the first carrier plate and / or the side plate.
  • a multi-level battery module can be constructed, wherein the carrier plate and / or side plate can include a coolant duct for cooling the battery cell or submodule.
  • the submodule can be achieved by using mechanically reinforced electrical connectors or by fixing the battery cells to the carrier beam or strut to the electrical connectors.
  • the submodule may include individual casings that cover some or all of the surfaces of the plurality of aligned battery cells. Such battery submodules are arranged in a battery module, for example, on a carrier plate in a separate casing.
  • the battery submodule, battery module and / or battery system may comprise a component for constraining its components, ie a battery cell, battery submodule or battery module.
  • the case must provide protection from environmental influences, for example mechanical, thermal or electrical shocks. It must also protect the environment from the dangerous effects of one or more malfunctioning battery cells.
  • the case generally includes a metal or plastic case that ensures mechanical protection, electrical insulation and heat dissipation.
  • flexible pouches may be used instead of hard cylindrical or rectangular cans.
  • the case or pouch generally includes a metal layer to provide mechanical strength and heat distribution, and may further include an electrically insulating coating on the inner or outer surface of the metal layer.
  • the housing is typically provided in a metal or plastic case made of a metal plate, a fiber reinforced polymer or an injection molded aluminum shell.
  • the case must provide mechanical reinforcement and may include an electrically insulating coating. Since an increase in internal temperature can cause abnormal reactions occurring in one or more battery cells, the metal case can be further configured to efficiently radiate, dissipate and / or dissipate heat generated therein to the outside. In order to provide sufficient heat dissipation, the case generally has a relatively low wall strength, which reduces the weight of the case.
  • relatively thin walls of the case of a battery cell, battery submodule, battery module or battery system may be melted by locally increased temperatures, for example due to one or more battery cells malfunctioning.
  • a malfunctioning battery cell can cause an electric arc that causes a sharp temperature rise within a small area of the case when it strikes the case. This arc can thus damage the case and ultimately break the case.
  • Hazardous gases can then leak out of the damaged case and be toxic to the user (eg a car), or the gas may ignite causing further damage.
  • One aspect of the present invention provides a wall structure of a case of one of a battery cell, a battery submodule, a battery module, or a battery system, and provides a wall structure of a case having improved heat dissipation characteristics and improved resistance to electric arcs. will be.
  • the wall structure includes a multilayer structure having a first layer facing the inside of the case, a third layer facing the outside of the case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer.
  • the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the interior of the case.
  • the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material.
  • the second layer comprises an ablative material and is configured to heat shield the third layer.
  • the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside (or first layer) of the case to the outside (or third layer) of the case.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the second layer.
  • the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the case to a large area of the third layer (outside of the case).
  • a battery cell comprising an electrode assembly, a case for receiving the electrode assembly and a cap assembly for sealing the opening of the case.
  • the bottom and / or sidewalls of the case and / or cap assembly comprise a multilayer structure.
  • the multilayer structure includes a first layer facing the inside of the battery cell, a third layer facing the outside of the battery cell, and a second layer disposed between the first layer and the third layer.
  • the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the electrode assembly.
  • the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material.
  • the second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery cell to the outside of the battery cell.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery cell to the large area of the third layer.
  • the battery submodule case has a pair of submodule front plates connected to a plurality of submodule side plates facing each other.
  • the battery submodule case houses a plurality of aligned battery cells.
  • the submodule front plate and / or the submodule side plate may include a first layer facing a plurality of battery cells, a third layer facing the outside of the battery submodule case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. It includes a multi-layer structure having a. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material.
  • the second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer including a heat insulating material, and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery sub module case to the outside of the battery sub module case.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the second layer.
  • the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery submodule case to a wide area (or outside of the battery submodule case) of the third layer.
  • a battery module comprising a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules disposed in (or on) a battery module case having a bottom plate.
  • the bottom plate or other sidewall of the battery module case includes a multilayer structure.
  • the multilayer structure includes a first layer facing a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules, a third layer facing the outside of the battery module case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. It includes.
  • the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or the plurality of battery submodules. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material.
  • the second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer including a heat insulating material, and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery module case to the outside of the battery module case.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery module case to a wide area (or outside of the battery module case) of the third layer.
  • Another aspect of the invention relates to a battery system comprising a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module, and a battery system case.
  • the side wall of the battery system case includes a first layer facing a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module, a third layer facing an outside of the battery system case, and a first layer; And a multilayer structure having a second layer disposed between the third layers.
  • the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or the plurality of battery submodules and / or at least one battery module. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material.
  • the second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery system case to the outside of the battery system case.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery system case to a wide area (or outside of the battery system case) of the third layer.
  • a case of a battery cell, submodule, module or system having a multilayer structure according to an embodiment of the present invention can withstand an electric arc inside the case.
  • the multilayer structure consists of at least three layers, where the first layer faces the inner surface of the case and can be exposed to an arc inside the case in case of failure.
  • the first layer is an electrical insulation layer to prevent shorting of additional components inside the case that are far away from the arc impinging on the case.
  • the second layer is a heat shield layer comprising a heat resistant material. Physically, the heat resistant material is configured to dissipate large amounts of thermal energy by sacrificing the material. Multiple physical processes may participate in such high efficiency heat dissipation such as carbonization and pyrolysis.
  • the second layer can further include low thermal conductivity.
  • the third layer is configured to provide sufficient mechanical stability to the case and may be the same as the case of a conventional battery cell, submodule, module or system.
  • the third layer has a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the second layer to distribute any heat passing through the second layer to the large surface area of the third layer. Has This reduces the peak temperature and the risk of softening or melting of the third layer.
  • the heat resistant material of the second layer is configured to transition to an ablation process at a critical temperature of 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less, particularly preferably 400 ° C. or less.
  • the ablation process may include various physical processes that occur in response to ablation material reaching a critical temperature.
  • the process may include phase changes such as melting, evaporation and sublimation; Thermal conduction and heat storage of a heat resistant material matrix; Thermal convection in the liquid layer; Evaporation of gases and liquids and heat absorption from the surface to the boundary layer and endothermic chemical reactions.
  • the type of heat resistant material thus occurs according to the prevailing ablation mechanism, but other mechanisms may still be present in the material.
  • Inflatable ablators are characterized by bubbles starting to rise above the critical temperature. The sudden increase in volume associated with the foam is difficult to handle in the case structure and can lead to breakage of the case itself.
  • the molten and carbonized ablators may be the preferred materials for the wall structure according to the present invention.
  • carbonization ablators thermal energy is dissipated mainly due to endothermic reactions.
  • the main part of the heat resistant material is kept solid.
  • carbonization ablation is particularly preferred for the wall structure according to the invention, but can be used in combination with a molten ablation as a reinforcing material.
  • the second layer may be completely enclosed between the first layer and the third layer.
  • the second layer can be completely sealed between the first layer and the third layer in an airtight manner. This can be realized by completely covering the entire surface of the case with the first layer, the second layer and the third layer.
  • the second layer may be partially disposed on the surface of the first layer and the third layer may be disposed on the entire surface of the first layer and the second layer.
  • the first layer can be in direct contact with the third layer to cover the second layer in an airtight manner.
  • Multi-layer structure according to an embodiment of the present invention, the first step of providing a third layer to the case of each conventional structure (cell, submodule, module, system), the second layer on the inner surface of the third layer
  • the second step of depositing, and the third step of depositing the first layer inside the second layer can be produced.
  • the heat resistant material comprises a carbonization ablator having a decomposition temperature of 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, particularly preferably 400 ° C. or lower.
  • the carbonization and / or pyrolysis of the carbonization ablation can be initiated at the decomposition temperature. Due to this low decomposition temperature, melting or destabilization of the third layer consisting of or comprising aluminum can be reliably prevented.
  • decomposition refers to the reaction temperature at which endothermic chemical decomposition begins to occur. This causes the organic substrate of the pure heat resistant material to pyrolyze into a carbonaceous material and some gaseous products in the decomposition zone.
  • char carbonaceous material produced during carbonization
  • the decomposition zone separates the pure material from the carbonization zone and passes through the heat resistant material through the boundary layer.
  • the passage of the boundary layer improves insulation and reduces convective heat transfer.
  • ablation gas impedes radiant heat transfer.
  • the heat resistant material acts as a heat sink that absorbs almost all incident heat fluxes.
  • the heat resistant material of the second layer is configured to transition to an ablation process, preferably to endothermic decomposition such as carbonization and pyrolysis in response to an electric arc impinging on the first layer.
  • the electric arc may comprise a high temperature plasma having a temperature between 5000 K and 50,000 K defined by a very small volume.
  • the heat resistant material of the second layer can also be configured to transition to the ablation process at higher temperatures, for example at least 5000K, at least 10,000K or at least 15,000K.
  • the local sacrifice of the heat resistant material in response to the impact arc does not significantly change the mechanical stability of the second layer.
  • the second layer as a whole remains mechanically stable during and after arcing in the case.
  • the third layer includes higher thermal conductivity than the second layer.
  • the locally increased temperature at the point of impact is distributed over a large area of the third layer, and the third layer as a whole remains mechanically stable in case of electrical arc generation inside the case.
  • an extended lifetime can be realized using the wall structure according to the embodiment of the present invention.
  • the case may be replaced after a single failure and internal arcing.
  • the heat resistant material is graphite, carbon-fiber-reinforced phenolic, epoxy resin, silicone elastomers, Teflon, quartz ( one or more (composite) of quartz, cork and / or nylon.
  • silicone elastomers in particular foamed silicone elastomers, can be used as the heat resistant material of the second layer.
  • carbide ablation materials may be used in combination with sublimation or melt reinforcement materials.
  • the substrate or resin of the carbonization ablator is filled with particles or fibers of the molten ablator.
  • Silicone elastomers or phenolic materials may be used as the base material.
  • the expanded silicone elastomer is filled with silicon dioxide and iron oxide. These materials decompose into similar foams of SiO 2 , SiC and FeSiO 3 .
  • the carbonized ablation material can be filled with silica or nylon to provide cooling through evaporation.
  • Carbon fiber reinforced phenolic materials are also preferred for the heat resistant materials of the second layer.
  • the heat resistant material may comprise a low density epoxy-novolac resin with phenolic microballon and silica fiber reinforcement to implement a second, lightweight layer.
  • graphite (graphite fiber) reinforced epoxy composites can be used as cost effective and low density heat resistant materials.
  • Cork can also be used as a heat resistant material and glass or mineral particles can be embedded in a substrate of heat resistant material such as a silicon substrate.
  • a silicone resin comprising particles of cork, glass and phenolic microballoons can be used as the heat resistant material of the second layer.
  • the third layer comprises a metal or a metal alloy.
  • the third layer is an alloy of aluminum, iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and manganese (Mn) and / or iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and nickel (Ni). ) Alloys.
  • the third layer may be the same as a case of a conventional battery or the like.
  • the third layer of metal has good thermal conductivity and thus evenly distributes the heat generated by the spatially limited electric arc over a large area. Depending on the field of use, for example.
  • the third layer has a thickness that ensures that the third layer is not easily weakened in response to the increased temperature.
  • the third layer can withstand the overpressure of the gas generated inside the case such as a battery.
  • a thermally conductive plastic material or resin can be used for the third layer.
  • the material system suitable for the third layer is the same or similar to the material system suitable for the conventional battery case.
  • the third layer provides mechanical fixation of the cell components, mechanical protection of the main components in the event of a collision, protection from the environment (humidity and dust), EMC shielding, heat distribution in the case of hotspots, containment of gases that can be generated from the cell And mechanical integrity of the case.
  • the first layer comprises a fiber reinforced plastic material and is configured to mechanically protect the second layer.
  • the first layer can have electrical insulation, ductility and heat resistance. Since the first layer is electrically insulating, a short circuit will not occur if a conductive component inside the case, for example a bus bar, deforms toward the case and contacts the case.
  • the second layer is configured to provide mechanical protection of the second layer and to prevent short circuits when the bus bar contacts the interior of the case.
  • the first layer has a thickness such that the second layer can reliably insulate the voltage occurring inside the case.
  • the multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention is an essential part of a battery case or a cap assembly for sealing an opening of the battery case for accommodating the electrode assembly.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the electrode assembly.
  • the first layer may have a thickness of 20 ⁇ m to 50 ⁇ m
  • the second layer may have a thickness of 100 ⁇ m to 1 mm
  • the third layer may have a thickness of 200 ⁇ m to 2 mm.
  • the multilayer wall structure according to the embodiment of the present invention is an essential part of the battery submodule case.
  • the battery sub module case includes a pair of sub module front plates that receive a plurality of aligned battery cells and face each other and are connected to the plurality of sub module side plates.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells.
  • the first layer may have a thickness of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m
  • the second layer may have a thickness of 400 ⁇ m to 4 mm
  • the third layer may have a thickness of 0.5 mm to 2 mm.
  • the multilayer wall structure according to the embodiment of the present invention is an essential part of a battery module case for accommodating a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules.
  • the battery module case includes a bottom plate, and the multilayer wall structure may be an integral part of the bottom plate.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or battery submodules.
  • the first layer may have a thickness of 50 ⁇ m to 1 mm
  • the second layer may have a thickness of 1 mm to 5 mm
  • the third layer may have a thickness of 2 mm to 10 mm.
  • the multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention is an essential part of a battery system case accommodating a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module.
  • the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or battery submodules and / or at least one battery module.
  • the first layer may have a thickness of 50 ⁇ m to 2 mm
  • the second layer may have a thickness of 1 mm to 10 mm
  • the third layer may have a thickness of 2 mm to 50 mm.
  • At least one of the battery cell, the battery submodule, the battery module or the battery system has a multi-layered wall structure, thereby having improved heat dissipation characteristics and improved resistance to electric arcs.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a battery cell including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery submodule including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a battery module case including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a battery system including a multilayer wall structure in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the term 'and / or' includes any combination of the plurality of listed items or any of the plurality of listed items. That is, in the present specification, the description 'A and / or B' may include 'A or B' as 'A', 'B', or 'A and B'.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view along the IV-IV line of FIG.
  • a battery cell 80 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10 and an electrode assembly 10 including an electrolyte solution. It includes a case 26 for receiving. The battery cell 80 may also include a cap assembly 30 to seal the opening of the case 26.
  • the battery cell 80 is described as an example of a lithium ion secondary battery configured in a prismatic form, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly 10 may be formed as a jelly roll type electrode assembly by spirally winding the anode 11 and the cathode 12 with the separator 13 therebetween.
  • the positive electrode 11 and the negative electrode 12 may each include a coating area of a current collector formed of a thin metal foil on which an active material may be coated, and the active material may be disposed on the positive and negative electrode uncoated portions 11a and 12a of the current collector. It may not be coated.
  • the positive electrode non-coating portion 11a may be formed at one end in the longitudinal direction of the positive electrode 11, and the negative electrode non-coating portion 12a may be formed at one end in the longitudinal direction of the negative electrode 12.
  • the electrode assembly 10 may have a structure including a plurality of sheets in which the anode 11, the separator 13, and the cathode 12 are repeatedly stacked.
  • the electrode assembly 10 may be accommodated in the case 26 together with the electrolyte.
  • the electrolyte may be made of a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 using organic solvents such as EC, PC, DEC, EMC, EMC, and the like.
  • the electrolyte can be in liquid, solid or gel state.
  • the case 26 may be configured in a substantially rectangular parallelepiped shape, and an opening may be formed in one surface.
  • the case 26 may comprise a substantially rectangular bottom surface 27, and may include a pair of first sidewalls (or wide sides) 18, 19 and a pair of second sidewalls 16, 17 (or Narrow side) and may form a space for accommodating the electrode assembly 10.
  • the first sidewalls 18 and 19 may be formed to face each other, and the second sidewalls 16 and 17 may be disposed to face each other.
  • An edge length at which the bottom surface 27 and the first sidewalls 18 and 19 are connected to each other may be longer than an edge length at which the bottom surface 27 and the second sidewalls 16 and 17 are connected to each other.
  • the first and second sidewalls that are adjacent to each other may be surrounded by each other at an angle of 90 °.
  • the cap assembly 30 may include a cap plate 31 coupled to the case 26 to cover the opening of the case 26, and may be provided outside the case 26 to protrude from the cap plate 31. It may include a positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 which is formed to be electrically connected to the positive electrode 11 and the negative electrode 12, respectively.
  • the cap plate 31 may include an inlet 32 and a vent hole 34 in communication with the interior of the cap assembly 30.
  • the injection hole 32 may be formed to enable the injection of the electrolyte, and the sealing cap 38 may be installed on or in the injection hole 32.
  • the vent hole 34 may be equipped with a vent member 39 having a notch 39a formed therein that may be opened by a predetermined pressure.
  • the positive terminal 21 may be electrically connected to the positive electrode 11 through the current collecting tab 41, and the negative terminal 22 may be electrically connected to the negative electrode 12 through the current collecting tab 42.
  • a sealing gasket 59 may be mounted between the terminal connection member 25 and the cap plate 31.
  • the lower insulating member 43 into which the lower portion of the terminal connection member 25 is inserted may be installed below the cap plate 31.
  • the connecting plate 58 for electrically connecting the positive terminal 21 and the cap plate 31 may be mounted between the positive terminal 21 and the cap plate 31.
  • the negative electrode terminal 22 and the current collecting tab 42 may be electrically connected to each other.
  • a sealing gasket similar to the gasket 59 described above may be mounted between the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31.
  • An upper insulating member 54 for electrically insulating the negative terminal 22 and the current collecting tab 42 from the cap plate 31 may be mounted between the negative terminal 22 and the cap plate 31.
  • the sidewall 29 of the battery case 26 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the bottom surface 27 or the cap assembly 30 may also include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the sidewall 29 includes the first sidewalls 18 and 19 and the second sidewalls 16 and 17 of the battery cell case 26, which will be collectively described as the sidewall 29.
  • the sidewall 29 includes a first layer 61 facing the inner side 64 of the sidewall 29 and facing the electrode assembly 10.
  • the first layer 61 is an electrically insulating material such as cast polypropylene (CPP) and may be 25 ⁇ m thick.
  • CPP cast polypropylene
  • the first layer 61 is configured to isolate subsequent layers of the multilayer structure 60 from the electric arc or spark generated inside the case 26 by the electrode assembly 10.
  • the multilayer structure 60 further includes a third layer 63 facing the outer side 65 of the battery cell 80.
  • the third layer 63 may be made of aluminum and have a thickness of 0.8 mm, providing mechanical stability to the battery cell case 26.
  • the third layer 63 is configured to withstand the pressure inside the battery cell 80 below the threshold pressure for actuating the vent member 39.
  • the third layer 63 has a high thermal conductivity.
  • the multilayer structure 60 further includes a second layer 62 completely surrounded between the first layer 61 and the third layer 63 and comprising an ablative material.
  • the second layer 62 comprises a nylon resin matrix comprising nylon particles disposed in a matrix and having a thickness of 0.5 mm.
  • the second layer 62 is configured to transition to an ablation process at a critical temperature of about 400 ° C. Thus, at temperatures above 400 ° C., the heat resistant material will pyrolyze and begin to change into a char (carbonaceous material produced during carbonization) to protect the third layer 63.
  • a battery submodule 90 includes a plurality of aligned secondary battery cells 80 having a planar shape illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the battery cells 80 are aligned with the first side 18, 19 of adjacent battery cells 80 facing each other.
  • the pair of submodule front plates 91 are mechanically coupled to the pair of submodule side plates 92 facing the second side surfaces 16, 17 of the battery cell 80.
  • the submodule front plate 91 and the submodule side plate 92 constitute a case 93 of the battery submodule 90.
  • the positive terminal 21 and the negative terminal 22 of the adjacent battery cell 80 may be electrically connected through a bus bar (not shown). Accordingly, the battery submodule 90 may be used as a power source unit by electrically connecting the plurality of battery cells 80 as one bundle.
  • the submodule side plate 92 includes a multilayer structure 60 according to an embodiment of the invention.
  • the sub-module front plate 91 may also include a multilayer structure 60.
  • the multilayer structure 60 includes a first layer 61 opposite the inner side 64 of the submodule side plate 92 and the narrow sidewalls (second sidewalls 16, 17) of the aligned battery cell 80.
  • the first layer 61 is made of an electrically insulating plastic material such as polyamide or polypropylene and may have a thickness of 0.1 mm.
  • the first layer 61 can have a thickness that can electrically insulate subsequent layers (second, third layers: 62, 63) from an electric arc generated by one or more aligned battery cells 80. have.
  • Multilayer structure 60 is a thermally conductive polymer, or a thermally conductive sheet material such as steel or aluminum, and includes a third layer 63 having a thickness of 1 mm.
  • the third layer 63 is configured to mechanically stabilize the plurality of battery cells 80 and to prevent external environmental impact.
  • the second layer 62 is completely enclosed between the first layer 61 and the third layer 63 and is a graphite (or graphite fiber) reinforced epoxy composite having a thickness of 2 mm as a heat resistant material. ) May be included. Since the melting temperature of the third layer 63 is approximately 600 ° C., the second layer 62 transitions to an ablation process, for example carbonization of the epoxy composite, at a critical temperature sufficiently lower than the melting temperature. Thus, the second layer 62 is configured to heat shield the third layer 63 from an electric arc impinging on the first layer 61.
  • the plurality of battery submodules 90 illustrated in FIG. 3 may be disposed in a case 96 (see FIG. 4) of the battery module to form a battery module.
  • 4 is a diagram of an embodiment of a battery module case 96 including a bottom plate 97 on which a battery cell 80 is to be placed.
  • the bottom plate 97 includes a plurality of assembly regions 98 in which one battery submodule 90 is arranged in each assembly region 98.
  • the bottom plate 97 may further include a cooling tube 99 integrally embedded in the bottom plate 97.
  • the side wall or the bottom plate of the battery module case 96 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
  • the side wall of the battery module case 96 has a multi-layer structure 60 according to an embodiment of the present invention having a first layer 61 facing the inner side 64 of the battery module case 96. ).
  • the first layer 61 may have a thickness of 1 mm to provide sufficient electrical insulation against electrical arcs that may be generated by one or more failed cells of the battery module.
  • the third layer 63 may be made of cast aluminum having a thickness of 0.7 cm and facing the outer side 65 of the battery module case 96. At this time, the thickness may be determined to be a thickness sufficient to provide mechanical stability to the plurality of battery cells and / or battery submodules disposed in the assembly region 98.
  • the cooling tube 99 may be embedded in the third layer 63.
  • the second layer 62 is completely enclosed by the first layer 61 and the third layer 63 and is a substrate of a charring ablative material containing nylon fibers which is a melting ablator. Silicone resins.
  • the second layer 62 may have a thickness of 4 mm to provide sufficient heat shielding against electric arcs that may be generated by one or more failed cells of the battery module.
  • a battery system 100 includes a plurality of battery submodules 90 illustrated in FIG. 3. Four rows of battery submodules 90, each containing nine battery submodules 90, are disposed in a case 101 of the battery system 100.
  • the battery system case 101 may include a sidewall 102, a bottom plate 103 welded to the sidewall 102, and a cover (not shown).
  • the battery system 100 includes a first and / or second electrical and electronic box (E / E box, not shown) for controlling the voltage and current of the battery submodule 90.
  • the electrical and electronic box may include a battery management unit (BMU), a high voltage connector, an input, a fuse, a relay, a current sensor, an EMC-filter, a precharge relay, a resistor, and / or an HV interface.
  • BMU battery management unit
  • the at least one sidewall 102, the bottom plate 103, or the cover (not shown) of the battery system case 101 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
  • At least one sidewall 102 is an inner side 64 of the battery system case 101 and a plurality of battery submodules.
  • the first layer 61 is made of a mixture of ceramic particles and an adhesive resin as an electrically insulating material, and may have a thickness of 2 mm.
  • the first layer 61 is configured to electrically shield the second layer 62 and the third layer 63 from the electric arc generated by the one or more malfunctioning battery submodules 90.
  • the third layer 63 of the multilayer structure 60 is made of extruded aluminum profile facing the outside of the battery system case 101 and having a thickness of 2 cm.
  • sidewall 102 is suitable for being assembled into battery system case 101 to provide mechanical integrity to battery system 100.
  • the second layer 62 is completely surrounded by the first layer 61 and the third layer 63 and consists of or comprises a phenolic micro balloon, for example a phenolic substance. It may include a silicone resin containing the microscopic spheres (heat resistant material).
  • the second layer 62 may have a thickness of 5 mm to provide sufficient heat shielding against electric arcs that may be generated by one or more failed submodules 90 of the battery system 100.

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Abstract

A wall structure according to one embodiment of the present invention is a wall structure of a case of one of a battery cell, a battery sub-module, a battery module, and a battery system, and comprises a multilayer structure having a first layer facing the inside of the case, a third layer facing the outside of the case, and a second layer arranged between the first layer and the third layer, wherein the first layer is configured so as to electrically insulate the second layer from the inside of the case, the second layer includes an ablative material and is configured so as to thermally shield the third layer, and the third layer has a heat conductivity higher than that of the second layer.

Description

전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템의 벽 구조 Wall structure of a battery cell, battery submodule, battery module, or battery system
본 발명은 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 하나의 벽 구조, 특히 다층 구조를 포함하는 벽 구조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 다층 벽 구조를 가지며 개선된 방열 특성 및 향상된 전기 아크에 대한 내성을 갖는 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wall structure of one of a battery cell, battery submodule, battery module or battery system, in particular a wall structure comprising a multilayer structure. The present invention also relates to battery cells, battery submodules, battery modules and battery systems having a multilayer wall structure and having improved heat dissipation properties and improved resistance to electric arcs.
충전식 또는 이차 전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적으로만 변환하는 일차 전지와 다르다. 저용량의 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되고, 고용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원으로 사용된다.Rechargeable or secondary batteries are different from primary cells that only irreversibly convert chemicals into electrical energy in that charging and discharging can be repeated. Low capacity secondary batteries are used as power sources for small electronic devices such as cellular phones, notebook computers and camcorders, and high capacity secondary batteries are used as power sources for hybrid vehicles and the like.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충전 및 방전을 가능하게 하기 위해 전해액이 케이스 내로 주입된다. 케이스의 형상, 예를 들면, 원통형 또는 직사각형은 전지의 용도에 따라 달라진다.In general, the secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a case accommodating the electrode assembly, and an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly. Electrolyte is injected into the case to enable charging and discharging of the battery through the electrochemical reaction of the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte. The shape of the case, for example cylindrical or rectangular, depends on the use of the cell.
이차 전지는 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 전지 셀로 형성된 전지 모듈로서 사용되어 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다. 예를 들어 하이브리드 자동차의 모터를 구동하는데 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 상호 연결함으로써 형성되는데, 예컨대 전기 자동차 용의 고전력 이차 전지를 구현하기 위하여 형성될 수 있다.The secondary battery may be used as a battery module formed of a plurality of unit battery cells coupled in series and / or in parallel to provide a high energy density. For example, it can be used to drive a motor of a hybrid vehicle. That is, the battery module is formed by interconnecting the electrode terminals of the plurality of unit battery cells according to the amount of power required, for example, may be formed to implement a high power secondary battery for an electric vehicle.
전지 모듈은 블록 설계 또는 모듈식 설계로 구성될 수 있다. 블록 설계에서, 각 전지는 공통 집전체 구조 및 공통 전지 관리 시스템(battery management system)에 결합되고, 그 유닛은 케이스 내에 수용된다. 모듈식 설계에서, 복수의 전지 셀이 서브모듈을 형성하도록 연결되고, 여러 서브모듈이 모듈을 형성하도록 연결된다. 전지 관리 기능은 모듈 또는 서브모듈 레벨에서 적어도 부분적으로 구현 될 수 있으므로 호환성이 개선될 수 있다. 전지 시스템을 형성하기 위해 하나 이상의 전지 모듈이 기계적 및 전기적으로 통합되고, 열 관리 시스템이 장착되며, 하나 이상의 전기 소비처와 통신하도록 설정된다.The battery module may be of block design or modular design. In the block design, each cell is coupled to a common current collector structure and a common battery management system, and the unit is housed in a case. In a modular design, a plurality of battery cells are connected to form a submodule, and several submodules are connected to form a module. The battery management function may be implemented at least partially at the module or submodule level, thereby improving compatibility. One or more battery modules are mechanically and electrically integrated to form a battery system, equipped with a thermal management system, and configured to communicate with one or more electricity consumers.
전지 시스템의 기계적 통합은 개별 부품(예를 들어 전지 서브모듈의 부품, 서브모듈 간, 전기 소비처, 예를 들어 자동차를 제공하는 시스템의 구조)의 적절한 기계적 연결을 필요로 한다. 이러한 연결은 전지 시스템의 평균 수명동안 그리고 사용 중에 발생되는 스트레스 하에서 기능을 유지하고 저장하도록 설계되어야 한다. 동시에 설치 공간 및 상호 호환성 요구 사항을 충족해야 한다(특히 모바일 기기).Mechanical integration of the battery system requires the proper mechanical connection of the individual components (for example components of the battery submodules, between the submodules, the consumer of electricity, for example the structure of a system providing a vehicle). Such a connection should be designed to maintain and store its function during the life of the battery system and under stress generated during use. At the same time, space and interoperability requirements must be met (especially mobile devices).
전지 모듈의 기계적 통합은 캐리어 플레이트, 예를 들어 바닥판을 제공하고, 그 위에 개별 전지 셀 또는 서브모듈을 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 전지 셀 또는 서브모듈을 고정하는 것은 예를 들어, 캐리어 플레이트의 오목부에 끼우거나, 볼트 또는 나사와 같은 기계적인 체결수단에 의하거나, 또는 전지 셀 또는 서브모듈을 구속함으로써 달성될 수 있다. 구속은 측부 플레이트를 캐리어 플레이트의 측면에 고정시킴으로써 및/또는 다른 캐리어 플레이트를 제공하여 제 1 캐리어 플레이트 및/또는 측부 플레이트에 고정함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 멀티 레벨 전지 모듈이 구성될 수 있고, 이 때, 캐리어 플레이트 및/또는 측부 플레이트는 전지 셀 또는 서브모듈을 냉각하기 위한 냉각수 덕트를 포함할 수 있다.Mechanical integration of the battery module can be accomplished by providing a carrier plate, for example a bottom plate, and placing individual battery cells or submodules thereon. Fastening the battery cells or submodules can be achieved, for example, by fitting into recesses in the carrier plate, by mechanical fastening means such as bolts or screws, or by constraining the battery cells or submodules. Restraint may be achieved by securing the side plate to the side of the carrier plate and / or providing another carrier plate to secure the first carrier plate and / or the side plate. Thus, a multi-level battery module can be constructed, wherein the carrier plate and / or side plate can include a coolant duct for cooling the battery cell or submodule.
전지 서브모듈의 기계적 통합은 기계적으로 강화된 전기 커넥터를 사용하거나 전기 커넥터에 캐리어 빔 또는 스트럿에 전지 셀을 고정함으로써 달성 될 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로 서브모듈은 복수의 정렬된 전지 셀의 표면의 일부 또는 전부를 덮는 개별 케이싱을 포함할 수 있다. 이러한 전지 서브모듈은 전지 모듈 내에 배열되는데, 예를 들어 개별 케이싱 내에서 캐리어 플레이트 상에 배열될 수 있다.Mechanical integration of the battery submodules can be achieved by using mechanically reinforced electrical connectors or by fixing the battery cells to the carrier beam or strut to the electrical connectors. Additionally or alternatively, the submodule may include individual casings that cover some or all of the surfaces of the plurality of aligned battery cells. Such battery submodules are arranged in a battery module, for example, on a carrier plate in a separate casing.
전지 서브모듈, 전지 모듈 및/또는 전지 시스템은 그 구성 요소, 즉 전지 셀, 전지 서브모듈 또는 전지 모듈을 구속하기 위한 케이스를 포함할 수 있다. 한편으로 케이스는 환경 영향, 예를 들어 기계적, 열적 또는 전기적 충격으로부터 보호를 제공해야 한다. 또한 하나 이상의 오작동하는 전지 셀의 위험한 영향으로부터 주위를 보호해야 한다. 전지 셀 레벨에서, 케이스는 일반적으로 기계적 보호, 전기 절연 및 열 발산을 보장하는 금속 또는 플라스틱 케이스를 포함한다. 일부 전지 유형의 경우, 하드 원통형 또는 직사각형 캔 대신 유연한 파우치가 사용될 수 있다. 케이스 또는 파우치는 일반적으로 기계적 강도 및 열 분배를 제공하기 위한 금속층을 포함하고, 상기 금속층의 내부 또는 외부 표면 상에 전기적으로 절연 코팅을 더 포함할 수 있다. 종래 기술에 따른 파우치는 선행문헌 US 2006/0083984 A1에 개시되어 있고, 종래 기술에 따른 전지 케이스는 KR 20080049548 A1에 개시되어있다.The battery submodule, battery module and / or battery system may comprise a component for constraining its components, ie a battery cell, battery submodule or battery module. On the one hand the case must provide protection from environmental influences, for example mechanical, thermal or electrical shocks. It must also protect the environment from the dangerous effects of one or more malfunctioning battery cells. At the battery cell level, the case generally includes a metal or plastic case that ensures mechanical protection, electrical insulation and heat dissipation. For some cell types, flexible pouches may be used instead of hard cylindrical or rectangular cans. The case or pouch generally includes a metal layer to provide mechanical strength and heat distribution, and may further include an electrically insulating coating on the inner or outer surface of the metal layer. Pouches according to the prior art are disclosed in prior art US 2006/0083984 A1, and battery cases according to the prior art are disclosed in KR 20080049548 A1.
전지 서브모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템 레벨에서 하우징은 일반적으로 금속판, 섬유 강화 폴리머 또는 사출 성형된 알루미늄 쉘로 만들어진 금속 또는 플라스틱 케이스로 제공된다. 상기 케이스는 기계적 보강을 제공해야 하며 전기 절연 코팅을 포함 할 수도 있다. 내부 온도의 증가는 하나 이상의 전지 셀 내에서 발생하는 비정상적인 반응을 야기할 수 있기 때문에, 금속 케이스는 그 내부로부터 발생된 열을 외부로 효율적으로 방사, 방출 및/또는 방산하도록 추가 구성될 수 있다. 충분한 열 방출을 제공하기 위해, 케이스는 일반적으로 비교적 낮은 벽 강도를 구비하는데, 이는 케이스의 무게를 감소시킨다.At the battery submodule, battery module and battery system level, the housing is typically provided in a metal or plastic case made of a metal plate, a fiber reinforced polymer or an injection molded aluminum shell. The case must provide mechanical reinforcement and may include an electrically insulating coating. Since an increase in internal temperature can cause abnormal reactions occurring in one or more battery cells, the metal case can be further configured to efficiently radiate, dissipate and / or dissipate heat generated therein to the outside. In order to provide sufficient heat dissipation, the case generally has a relatively low wall strength, which reduces the weight of the case.
그러나, 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템의 케이스의 비교적 얇은 벽은, 예를 들어 오작동하는 하나 이상의 전지 셀로 인한 국부적으로 증가된 온도에 의하여 용융될 수 있다. 특히 오작동하는 전지 셀은 케이스에 충돌할 때 케이스의 작은 영역 내에서 급격한 온도 상승을 일으키는 전기 아크를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 아크가 케이스를 손상시키고 궁극적으로 케이스를 파손할 수 있다. 그러면 위험한 가스가 손상된 케이스에서 유출되어 사용자(예를 들어, 자동차)에게 유독할 수 있고, 또는 가스가 발화되어 추가 손상을 초래할 수 있다.However, relatively thin walls of the case of a battery cell, battery submodule, battery module or battery system may be melted by locally increased temperatures, for example due to one or more battery cells malfunctioning. In particular, a malfunctioning battery cell can cause an electric arc that causes a sharp temperature rise within a small area of the case when it strikes the case. This arc can thus damage the case and ultimately break the case. Hazardous gases can then leak out of the damaged case and be toxic to the user (eg a car), or the gas may ignite causing further damage.
본 발명의 일 측면은 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 하나의 케이스의 벽 구조를 제공하는 것으로, 개선된 방열 특성과 향상된 전기 아크에 대한 내성을 가지는 케이스의 벽 구조를 제공하는 것이다. One aspect of the present invention provides a wall structure of a case of one of a battery cell, a battery submodule, a battery module, or a battery system, and provides a wall structure of a case having improved heat dissipation characteristics and improved resistance to electric arcs. will be.
본 발명의 일 측면은 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 케이스의 벽 구조에 관한 것이다. 벽 구조는 케이스의 내측을 향하는 제 1 층, 케이스의 외측을 향하는 제 3 층, 및 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 갖는 다층 구조를 포함한다. 바꾸어 말하면, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 오름차순으로 서로 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 추가의 층은 그렇게 정렬된 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층상에 또는 그 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 층은 제 2 층을 케이스의 내부로부터 전기적으로 절연하도록 구성된다. 즉, 제 1 층은 전기 절연성 물질을 포함하는 전기 절연층일 수 있다. 제 2 층은 내열성 물질(ablative material)을 포함하고 제 3 층을 열 차폐하도록 구성된다. 즉, 제 2 층은 열 절연성 물질을 포함하는 단열층이고, 케이스의 내측(또는 제 1 층)으로부터 케이스의 외측(또는 제 3 층)으로 열 전달을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 3 층은 제 2 층보다 높은 열전도도를 가진다. 따라서, 제 3 층은 케이스의 내측으로부터 전달되는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 영역(케이스의 외부)으로 분배하도록 구성된다.One aspect of the present invention relates to a wall structure of one case selected from the group comprising a battery cell, a battery submodule, a battery module and a battery system. The wall structure includes a multilayer structure having a first layer facing the inside of the case, a third layer facing the outside of the case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned. According to one embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the interior of the case. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material. The second layer comprises an ablative material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside (or first layer) of the case to the outside (or third layer) of the case. The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the case to a large area of the third layer (outside of the case).
본 발명의 다른 측면은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하기 위한 케이스 및 상기 케이스의 개구를 밀폐하기 위한 캡 조립체를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다. 케이스 및/또는 캡 조립체의 바닥면 및/또는 측벽은 다층 구조를 포함한다. 상기 다층 구조는 전지 셀의 내측을 향하는 제 1 층, 전지 셀의 외측을 향하는 제 3 층, 및 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 포함한다. 바꾸어 말하면, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 오름차순으로 서로 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 추가의 층은 그렇게 정렬된 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층상에 또는 그 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 층은 제 2 층을 전극 조립체로부터 전기적으로 절연하도록 구성된다. 즉, 제 1 층은 전기 절연성 물질을 포함하는 전기 절연층일 수 있다. 제 2 층은 내열성 물질을 포함하고 제 3 층을 열 차폐하도록 구성된다. 즉, 제 2 층은 열 절연성 물질을 포함하는 단열층이고, 전지 셀의 내측으로부터 전지 셀의 외측으로 열 전달을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 3 층은 제 2 층보다 높은 열전도도를 가진다. 따라서, 제 3 층은 전지 셀의 내측으로부터 전달되는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 영역으로 분배하도록 구성된다.Another aspect of the invention relates to a battery cell comprising an electrode assembly, a case for receiving the electrode assembly and a cap assembly for sealing the opening of the case. The bottom and / or sidewalls of the case and / or cap assembly comprise a multilayer structure. The multilayer structure includes a first layer facing the inside of the battery cell, a third layer facing the outside of the battery cell, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned. According to one embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the electrode assembly. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material. The second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery cell to the outside of the battery cell. The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery cell to the large area of the third layer.
본 발명의 또 다른 측면은, 정렬된 복수의 전지 셀과 전지 서브모듈 케이스를 포함하는 전지 서브모듈에 관한 것이다. 이 때, 전지 서브모듈 케이스는 서로 마주보는 복수의 서브모듈 측판에 연결되는 한 쌍의 서브모듈 전판을 가진다. 전지 서브모듈 케이스는 정렬된 복수의 전지 셀을 수용한다. 서브모듈 전판 및/또는 서브모듈 측판은, 복수의 전지 셀과 마주보는 제 1 층, 전지 서브모듈 케이스의 외측과 마주보는 제 3 층, 및 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 갖는 다층 구조를 포함한다. 바꾸어 말하면, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 오름차순으로 서로 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 추가의 층은 그렇게 정렬된 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층상에 또는 그 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 층은 제 2 층을 복수의 전지 셀로부터 전기적으로 절연하도록 구성된다. 즉, 제 1 층은 전기 절연성 물질을 포함하는 전기 절연층일 수 있다. 제 2 층은 내열성 물질을 포함하고 제 3 층을 열 차폐하도록 구성된다. 즉, 제 2 층은 열 절연성 물질을 포함하는 단열층이고, 전지 서브모듈 케이스의 내측으로부터 전지 서브모듈 케이스의 외측으로 열 전달을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 3 층은 제 2 층보다 높은 열전도도를 가진다. 따라서, 제 3 층은 전지 서브모듈 케이스의 내측으로부터 전달되는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 영역(또는 전지 서브모듈 케이스의 외측)으로 분배하도록 구성된다.Another aspect of the invention relates to a battery submodule comprising a plurality of aligned battery cells and a battery submodule case. In this case, the battery submodule case has a pair of submodule front plates connected to a plurality of submodule side plates facing each other. The battery submodule case houses a plurality of aligned battery cells. The submodule front plate and / or the submodule side plate may include a first layer facing a plurality of battery cells, a third layer facing the outside of the battery submodule case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. It includes a multi-layer structure having a. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned. According to one embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material. The second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer including a heat insulating material, and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery sub module case to the outside of the battery sub module case. The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery submodule case to a wide area (or outside of the battery submodule case) of the third layer.
본 발명의 또 다른 측면은, 바닥판을 갖는 전지 모듈 케이스 내(또는 위)에 배치되는 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈을 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. 전지 모듈 케이스의 바닥판 또는 다른 측벽은 다층 구조를 포함한다. 다층 구조는, 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈과 마주보는 제 1 층, 전지 모듈 케이스의 외측과 마주보는 제 3 층, 및 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 포함한다. 바꾸어 말하면, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 오름차순으로 서로 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 추가의 층은 그렇게 정렬된 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층상에 또는 그 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 층은 제 2 층을 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈로부터 전기적으로 절연하도록 구성된다. 즉, 제 1 층은 전기 절연성 물질을 포함하는 전기 절연층일 수 있다. 제 2 층은 내열성 물질을 포함하고 제 3 층을 열 차폐하도록 구성된다. 즉, 제 2 층은 열 절연성 물질을 포함하는 단열층이고, 전지 모듈 케이스의 내측으로부터 전지 모듈 케이스의 외측으로 열 전달을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 3 층은 제 2 층보다 높은 열전도도를 가진다. 따라서, 제 3 층은 전지 모듈 케이스의 내측으로부터 전달되는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 영역(또는 전지 모듈 케이스의 외측)으로 분배하도록 구성된다. Another aspect of the invention relates to a battery module comprising a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules disposed in (or on) a battery module case having a bottom plate. The bottom plate or other sidewall of the battery module case includes a multilayer structure. The multilayer structure includes a first layer facing a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules, a third layer facing the outside of the battery module case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer. It includes. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned. According to one embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or the plurality of battery submodules. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material. The second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer including a heat insulating material, and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery module case to the outside of the battery module case. The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery module case to a wide area (or outside of the battery module case) of the third layer.
본 발명의 또 다른 측면은, 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈 및/또는 적어도 하나의 전지 모듈과, 전지 시스템 케이스를 포함하는 전지 시스템에 관한 것이다. 전지 시스템 케이스의 측벽은 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈 및/또는 적어도 하나의 전지 모듈과 마주보는 제 1 층, 전지 시스템 케이스의 외측과 마주보는 제 3 층, 및 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 갖는 다층 구조를 포함한다. 바꾸어 말하면, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 오름차순으로 서로 인접하게 또는 그 위에 배치된다. 추가의 층은 그렇게 정렬된 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층상에 또는 그 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 층은 제 2 층을 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈 및/또는 적어도 하나의 전지 모듈로부터 전기적으로 절연하도록 구성된다. 즉, 제 1 층은 전기 절연성 물질을 포함하는 전기 절연층일 수 있다. 제 2 층은 내열성 물질을 포함하고 제 3 층을 열 차폐하도록 구성된다. 즉, 제 2 층은 열 절연성 물질을 포함하는 단열층이고, 전지 시스템 케이스의 내측으로부터 전지 시스템 케이스의 외측으로 열 전달을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 3 층은 제 2 층보다 높은 열전도도를 가진다. 따라서, 제 3 층은 전지 시스템 케이스의 내측으로부터 전달되는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 영역(또는 전지 시스템 케이스의 외측)으로 분배하도록 구성된다.Another aspect of the invention relates to a battery system comprising a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module, and a battery system case. The side wall of the battery system case includes a first layer facing a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module, a third layer facing an outside of the battery system case, and a first layer; And a multilayer structure having a second layer disposed between the third layers. In other words, the first layer, the second layer and the third layer are disposed adjacent to or above each other in ascending order. Additional layers may be disposed on or between the first, second and third layers so aligned. According to one embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or the plurality of battery submodules and / or at least one battery module. That is, the first layer can be an electrically insulating layer comprising an electrically insulating material. The second layer comprises a heat resistant material and is configured to heat shield the third layer. That is, the second layer is a heat insulating layer comprising a thermally insulating material and may be configured to delay heat transfer from the inside of the battery system case to the outside of the battery system case. The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the third layer is configured to distribute any heat transferred from the inside of the battery system case to a wide area (or outside of the battery system case) of the third layer.
본 발명의 실시예에 따른 다층 구조를 갖는 전지 셀, 서브모듈, 모듈 또는 시스템의 케이스는, 케이스 내부의 전기 아크를 견딜 수 있다. 다층 구조는 적어도 3 개의 층으로 이루어지며, 여기서 제 1 층은 케이스의 내부면과 마주보고, 고장시 케이스 내부의 아크에 노출될 수 있다. 케이스에 충돌하는 아크와 멀리 떨어져있는 케이스 내부의 추가적인 부품이 단락되는 것을 방지하기 위해, 제 1 층은 전기 절연층이다. 아크가 케이스를 파손하는 것을 방지하기 위해, 제 2 층은 내열성 물질을 포함하는 열 차폐층이다. 물리적으로, 상기 내열성 물질은 재료를 희생시킴으로써 다량의 열에너지를 방산하도록 구성된다. 복수의 물리적 공정이 이러한 고효율 열 소산, 예를 들어 탄화 및 열분해에 참여할 수 있다. 제 2 층은 낮은 열 전도성을 더 포함할 수 있다. 제 3 층은 케이스에 충분한 기계적 안정성을 제공하도록 구성되며, 종래의 전지 셀, 서브모듈, 모듈 또는 시스템의 케이스와 동일 할 수 있다. 제 3 층이 기계적으로 불안정해지는 것을 추가로 방지하기 위해, 제 3 층은 제 2 층을 통과하는 임의의 열을 제 3 층의 넓은 표면 영역으로 분배하기 위해 제 2 층의 열 전도도보다 높은 열전도도를 가진다. 이에 따라 피크 온도 및 제 3 층의 연화 또는 용융의 위험이 감소된다.A case of a battery cell, submodule, module or system having a multilayer structure according to an embodiment of the present invention can withstand an electric arc inside the case. The multilayer structure consists of at least three layers, where the first layer faces the inner surface of the case and can be exposed to an arc inside the case in case of failure. The first layer is an electrical insulation layer to prevent shorting of additional components inside the case that are far away from the arc impinging on the case. To prevent the arc from breaking the case, the second layer is a heat shield layer comprising a heat resistant material. Physically, the heat resistant material is configured to dissipate large amounts of thermal energy by sacrificing the material. Multiple physical processes may participate in such high efficiency heat dissipation such as carbonization and pyrolysis. The second layer can further include low thermal conductivity. The third layer is configured to provide sufficient mechanical stability to the case and may be the same as the case of a conventional battery cell, submodule, module or system. In order to further prevent the third layer from becoming mechanically unstable, the third layer has a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the second layer to distribute any heat passing through the second layer to the large surface area of the third layer. Has This reduces the peak temperature and the risk of softening or melting of the third layer.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 층의 내열성 물질은 600 ℃ 이하, 바람직하게는 500 ℃ 이하, 특히 바람직하게는 400 ℃ 이하의 임계 온도에서 어블 레이션 프로세스(ablation process)로 변이되도록 구성된다. 어블레이션 프로세스는 임계 온도에 도달하는 어블레이션 물질에 반응하여 발생하는 다양한 물리적 프로세스를 포함할 수 있다. 프로세스는 용융, 증발 및 승화와 같은 상 변화; 내열성 물질 기재(matrix)의 열 전도 및 열 저장; 액체 층에서의 열 대류; 가스 및 액체의 증발 및 표면으로부터 경계층으로의 열 흡수 및 흡열 화학 반응을 포함할 수 있다. 따라서 내열성 물질의 유형은 우세한 어블레이션 메커니즘에 따라 발생하지만, 다른 메커니즘이 물질 내에 여전히 존재할 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상적으로 3 가지 주된 유형의 애블레이터(ablator), 즉 승화 또는 용융 애블레이터(melting ablator), 탄화 애블레이터(charring ablator), 및 팽창성 애블레이터(intumescent ablator)로 구별된다.According to an embodiment of the invention, the heat resistant material of the second layer is configured to transition to an ablation process at a critical temperature of 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less, particularly preferably 400 ° C. or less. The ablation process may include various physical processes that occur in response to ablation material reaching a critical temperature. The process may include phase changes such as melting, evaporation and sublimation; Thermal conduction and heat storage of a heat resistant material matrix; Thermal convection in the liquid layer; Evaporation of gases and liquids and heat absorption from the surface to the boundary layer and endothermic chemical reactions. The type of heat resistant material thus occurs according to the prevailing ablation mechanism, but other mechanisms may still be present in the material. There are typically three main types of ablators in the art, namely sublimation or melting ablators, charring ablators, and intumescent ablators.
팽창성 애블레이터는 임계 온도 이상에서 거품이 발생하기 시작하는 특징이 있다. 거품과 관련된 볼륨의 급격한 증가는 케이스 구조에서 다루기가 어렵고 케이스 자체의 파손으로 이어질 수 있다. 따라서, 용융 애블레이터 및 탄화 애블레이터는 본 발명에 따른 벽 구조에 바람직한 물질일 수 있다. 탄화 애블레이터에서 열 에너지는 주로 흡열 반응으로 인해 소산된다. 여기서, 내열성 물질의 주요 부분은 고체로 유지된다. 따라서, 탄화 애블레이터는 본 발명에 따른 벽체 구조에 특히 바람직하지만, 보강재로서 용융 애블레이터와 조합하여 사용될 수 있다.Inflatable ablators are characterized by bubbles starting to rise above the critical temperature. The sudden increase in volume associated with the foam is difficult to handle in the case structure and can lead to breakage of the case itself. Thus, the molten and carbonized ablators may be the preferred materials for the wall structure according to the present invention. In carbonization ablators, thermal energy is dissipated mainly due to endothermic reactions. Here, the main part of the heat resistant material is kept solid. Thus, carbonization ablation is particularly preferred for the wall structure according to the invention, but can be used in combination with a molten ablation as a reinforcing material.
제 2 층은 제 1 층과 제 3 층 사이에 완전히 둘러싸여 있을 수 있다. 특히, 제 2 층은 기밀 방식으로 제 1 층과 제 3 층 사이에 완전히 밀폐될 수 있다. 이는 케이스의 전체 표면을 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층으로 완전히 덮음으로써 구현 될 수 있다. 선택적으로, 제 2 층은 제 1 층의 표면 상에 부분적으로 배치되고, 제 3 층은 제 1 층 및 제 2 층의 전체 표면 상에 배치될 수 있다. 따라서, 다층 구조의 주변 영역에서, 제 1 층은 제 3 층과 직접 접촉하여 기밀 방식으로 제 2 층을 덮을 수 있다. 제 2 층을 덮음으로써, 임계 온도 또는 분해 온도 이상의 온도에서 산화 공정 및/또는 애블레이션 가스의 점화를 피할 수 있다. 따라서, 제 1 층 및 제 3 층에 의해 제 2 층을 완전하게 덮는 것은 탄화 애블레이터의 탄화 및/또는 열분해를 개시하기 위한 전제 조건일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조는, 제 3 층을 종래 각각의 구조(셀, 서브모듈, 모듈, 시스템)의 케이스에 제공하는 제 1 단계, 제 3 층의 내부면 상에 제 2 층을 증착하는 제 2 단계, 그리고 제 2 층의 내측에 제 1 층을 증착하는 제 3 단계를 통해 제조될 수 있다.The second layer may be completely enclosed between the first layer and the third layer. In particular, the second layer can be completely sealed between the first layer and the third layer in an airtight manner. This can be realized by completely covering the entire surface of the case with the first layer, the second layer and the third layer. Optionally, the second layer may be partially disposed on the surface of the first layer and the third layer may be disposed on the entire surface of the first layer and the second layer. Thus, in the peripheral region of the multilayer structure, the first layer can be in direct contact with the third layer to cover the second layer in an airtight manner. By covering the second layer, it is possible to avoid ignition of the oxidation process and / or ablation gas at temperatures above the critical temperature or decomposition temperature. Thus, completely covering the second layer by the first and third layers may be a prerequisite for initiating carbonization and / or pyrolysis of the carbonization ablation. Multi-layer structure according to an embodiment of the present invention, the first step of providing a third layer to the case of each conventional structure (cell, submodule, module, system), the second layer on the inner surface of the third layer The second step of depositing, and the third step of depositing the first layer inside the second layer can be produced.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 내열성 물질은 분해 온도가 600 ℃ 이하, 바람직하게는 500 ℃ 이하, 특히 바람직하게는 400 ℃ 이하인 탄화 애블레이터를 포함한다. 달리 말하면, 탄화 애블레이터의 탄화 및/또는 열분해는 분해 온도에서 초기화될 수 있다. 이러한 낮은 분해 온도로 인해, 알루미늄으로 이루어지거나 또는 알루미늄을 포함하는 제 3 층의 용융 또는 불안정화는 신뢰성 있게 방지될 수 있다. 여기서, 분해란 흡열 화학 분해가 일어나기 시작하는 반응 온도와 관련이 있다. 이로써 순수 내열성 물질의 유기 기질은 분해 영역 내에서 탄화 물질 및 일부 가스 생성물로 열분해된다. 결국, 차(char, 탄화시에 생성되는 탄소질 물질)는 유기 기질로부터 생산된다. 분해 영역은 순수 물질을 탄화 영역과 분리하고, 경계층을 통해 내열성 물질을 통과한다. 경계층의 통로는 단열을 향상시키고 대류 열전달을 감소시킨다. 또한, 어블레이션 가스는 복사열 전달을 방해한다. 따라서, 내열성 물질은 거의 모든 입사 열유속을 흡수하는 히트 싱크로서 작용한다.According to an embodiment of the present invention, the heat resistant material comprises a carbonization ablator having a decomposition temperature of 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, particularly preferably 400 ° C. or lower. In other words, the carbonization and / or pyrolysis of the carbonization ablation can be initiated at the decomposition temperature. Due to this low decomposition temperature, melting or destabilization of the third layer consisting of or comprising aluminum can be reliably prevented. Here, decomposition refers to the reaction temperature at which endothermic chemical decomposition begins to occur. This causes the organic substrate of the pure heat resistant material to pyrolyze into a carbonaceous material and some gaseous products in the decomposition zone. As a result, char (carbonaceous material produced during carbonization) is produced from an organic substrate. The decomposition zone separates the pure material from the carbonization zone and passes through the heat resistant material through the boundary layer. The passage of the boundary layer improves insulation and reduces convective heat transfer. In addition, ablation gas impedes radiant heat transfer. Thus, the heat resistant material acts as a heat sink that absorbs almost all incident heat fluxes.
제 2 층의 내열성 물질은 제 1 층에 충돌하는 전기 아크에 반응하여 어블레이션 프로세스로, 바람직하게는 탄화 및 열분해와 같은 흡열 분해로 변이하도록 구성된다. 전기 아크는 매우 작은 체적으로 한정된 5000 K와 50,000 K 사이의 온도를 갖는 고온 플라즈마를 포함할 수있다. 따라서, 제 2 층의 내열성 물질은 또한 더 높은 온도, 예를 들어, 5000 K 이상, 10,000 K 이상 또는 15,000 K 이상에서 어블레이션 프로세스로 변이하도록 구성될 수 있다. 전지 등의 케이스 내부의 전기 아크는 랜덤하게 케이스의 내측의 매우 작은 표면 영역에 충돌하고, 전기 아크가 동일한 지점에 반복적으로 충돌할 가능성은 다소 적다. 따라서, 충돌 아크에 반응하는 내열성 물질의 국부적인 희생은 제 2 층의 기계적 안정성을 크게 변화시키지 않는다. 따라서, 제 2 층은 전체적으로 케이스 내에서 아킹하는 동안 및 그 후에 기계적으로 안정하게 유지된다. 제 3 층은 제 2 층에 비해 높은 열전도도를 포함한다. 따라서, 충돌 지점에서의 국부적으로 증가된 온도는 제 3 층의 넓은 영역에 걸쳐 분포되고, 전체적으로 제 3 층은 케이스 내부의 전기 아크 발생의 경우에 기계적으로 안정한 상태를 유지한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 벽 구조를 사용하여 연장된 수명이 구현될 수 있다. 그러나 단일 고장 및 내부 아크 발생 후에 케이스가 교체될 수도 있다.The heat resistant material of the second layer is configured to transition to an ablation process, preferably to endothermic decomposition such as carbonization and pyrolysis in response to an electric arc impinging on the first layer. The electric arc may comprise a high temperature plasma having a temperature between 5000 K and 50,000 K defined by a very small volume. Thus, the heat resistant material of the second layer can also be configured to transition to the ablation process at higher temperatures, for example at least 5000K, at least 10,000K or at least 15,000K. Electric arcs inside a case, such as a battery, randomly collide with a very small surface area inside the case, and the likelihood of the electric arc repeatedly colliding at the same point is somewhat less. Thus, the local sacrifice of the heat resistant material in response to the impact arc does not significantly change the mechanical stability of the second layer. Thus, the second layer as a whole remains mechanically stable during and after arcing in the case. The third layer includes higher thermal conductivity than the second layer. Thus, the locally increased temperature at the point of impact is distributed over a large area of the third layer, and the third layer as a whole remains mechanically stable in case of electrical arc generation inside the case. Thus, an extended lifetime can be realized using the wall structure according to the embodiment of the present invention. However, the case may be replaced after a single failure and internal arcing.
본 발명의 실시예에 따르면, 내열성 물질은 흑연(graphite), 탄소 섬유 강화 페놀(carbon-fiber-reinforced phenolic), 에폭시 수지(epoxy resin), 실리콘 엘라스토머(silicone elastomers), 테프론(Teflon), 석영(quartz), 코르크(cork) 및/또는 나일론(nylon) 중 하나 이상(복합재)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 실리콘 엘라스토머, 특히 발포 실리콘 엘라스토머가 제 2 층의 내열성 물질로서 사용될 수 있다. 이러한 탄화 애블레이터 물질은 승화 또는 용융 보강 물질과 결합되어 사용될 수 있다. 특히, 탄화 애블레이터의 기재 또는 수지는 용융 애블레이터의 입자 또는 섬유로 채워진다. 실리콘 엘라스토머 또는 페놀 물질이 기재 물질로 사용될 수 있다. 특히, 발포 실리콘 엘라스토머는 이산화규소 및 산화철로 채워진다. 이러한 물질은 SiO2, SiC 및 FeSiO3의 유사한 발포체로 분해된다.According to an embodiment of the present invention, the heat resistant material is graphite, carbon-fiber-reinforced phenolic, epoxy resin, silicone elastomers, Teflon, quartz ( one or more (composite) of quartz, cork and / or nylon. Preferably silicone elastomers, in particular foamed silicone elastomers, can be used as the heat resistant material of the second layer. Such carbide ablation materials may be used in combination with sublimation or melt reinforcement materials. In particular, the substrate or resin of the carbonization ablator is filled with particles or fibers of the molten ablator. Silicone elastomers or phenolic materials may be used as the base material. In particular, the expanded silicone elastomer is filled with silicon dioxide and iron oxide. These materials decompose into similar foams of SiO 2 , SiC and FeSiO 3 .
또는 그 대신에, 탄화 애블레이터 물질은 증발을 통한 냉각을 제공하기 위해 실리카 또는 나일론으로 채워질 수 있다. 탄소 섬유 강화 페놀 물질도 제 2 층의 내열성 물질에 바람직하다. 예시적으로, 내열성 물질은 경량의 제 2 층을 구현하기 위해 페놀릭 마이크로 벌룬(phenolic micro ballon) 및 실리카 섬유 보강을 갖는 저밀도 에폭시-노볼락 (epoxy-novolac) 수지를 포함할 수 있다. 또한, 흑연 (흑연 섬유) 강화 에폭시 복합재가 비용 효율이 높고 저밀도의 내열성 물질로서 사용될 수 있다. 또한, 코르크는 내열성 물질로서 사용될 수 있고, 유리 또는 미네랄 입자는 실리콘 기재와 같은 내열성 물질의 기재에 매립될 수 있다. 특히, 코르크, 유리 및 페놀릭 마이크로 벌룬의 입자를 포함하는 실리콘 수지가 제 2 층의 내열성 물질로서 사용될 수 있다.Or instead, the carbonized ablation material can be filled with silica or nylon to provide cooling through evaporation. Carbon fiber reinforced phenolic materials are also preferred for the heat resistant materials of the second layer. By way of example, the heat resistant material may comprise a low density epoxy-novolac resin with phenolic microballon and silica fiber reinforcement to implement a second, lightweight layer. In addition, graphite (graphite fiber) reinforced epoxy composites can be used as cost effective and low density heat resistant materials. Cork can also be used as a heat resistant material and glass or mineral particles can be embedded in a substrate of heat resistant material such as a silicon substrate. In particular, a silicone resin comprising particles of cork, glass and phenolic microballoons can be used as the heat resistant material of the second layer.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 3 층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 특히, 제 3 층은 알루미늄, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금 및/또는 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금을 포함한다. 따라서, 제 3 층은 종래 전지 등의 케이스와 동일할 수 있다. 금속의 제 3 층은 양호한 열 전도성을 가지므로 넓은 영역에 걸쳐 공간적으로 제한된 전기 아크에 의해 생성된 열을 균일하게 분배한다. 이용 분야에 따라, 예를 들면. 전지 셀 또는 수백 개의 셀을 포함하는 전지 시스템의 케이스에서, 제 3 층은 증가된 온도에 응답하여 제 3 층이 쉽게 약화되지 않는 것을 보장하는 두께를 가진다. 따라서, 제 3 층은 전지 등의 케이스 내부에서 생성되는 가스의 과압을 견딜 수 있다.According to an embodiment of the invention, the third layer comprises a metal or a metal alloy. In particular, the third layer is an alloy of aluminum, iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and manganese (Mn) and / or iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and nickel (Ni). ) Alloys. Thus, the third layer may be the same as a case of a conventional battery or the like. The third layer of metal has good thermal conductivity and thus evenly distributes the heat generated by the spatially limited electric arc over a large area. Depending on the field of use, for example. In the case of a battery system or a battery system comprising several hundred cells, the third layer has a thickness that ensures that the third layer is not easily weakened in response to the increased temperature. Thus, the third layer can withstand the overpressure of the gas generated inside the case such as a battery.
또한, 열전도성 플라스틱 재료 또는 수지는 제 3 층에 사용될 수 있다. 제 3 층에 적합한 재료 시스템은 종래의 전지 케이스에 적합한 재료 시스템과 동일하거나 유사하다. 제 3 층은 전지 구성 요소의 기계적 고정, 충돌시 주요 구성 요소의 기계적 보호, 환경(습기 및 먼지)으로부터 보호, EMC 차폐, 핫스팟(hotspot)의 경우 열 분배, 셀로부터 발생될 수 있는 가스의 봉쇄, 및 케이스에 기계적 무결성을 제공할 수 있다.In addition, a thermally conductive plastic material or resin can be used for the third layer. The material system suitable for the third layer is the same or similar to the material system suitable for the conventional battery case. The third layer provides mechanical fixation of the cell components, mechanical protection of the main components in the event of a collision, protection from the environment (humidity and dust), EMC shielding, heat distribution in the case of hotspots, containment of gases that can be generated from the cell And mechanical integrity of the case.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 층은 섬유 강화 플라스틱 물질을 포함하고 제 2 층을 기계적으로 보호하도록 구성된다. 제 1 층은 전기 절연성, 연성 및 내열성을 가질 수 있다. 제 1 층이 전기적으로 절연성이기 때문에, 만약 케이스 내부의 도전성 부품, 예를 들어 버스 바가 케이스를 향해 변형되어 케이스에 접촉된다고 해도, 단락 회로가 발생하지 않을 것이다. 따라서, 제 2 층은 제 2 층의 기계적 보호를 제공하고 버스 바가 케이스의 내부와 접촉할 때 단락을 방지하도록 구성된다. 이용 분야에 따라, 예를 들면, 전지 셀 또는 수백 개의 셀을 포함하는 전지 시스템의 케이스에서, 제 1 층은 제 2 층이 케이스 내부에서 발생하는 전압을 신뢰성있게 절연할 수 있는 두께를 가진다.According to an embodiment of the invention, the first layer comprises a fiber reinforced plastic material and is configured to mechanically protect the second layer. The first layer can have electrical insulation, ductility and heat resistance. Since the first layer is electrically insulating, a short circuit will not occur if a conductive component inside the case, for example a bus bar, deforms toward the case and contacts the case. Thus, the second layer is configured to provide mechanical protection of the second layer and to prevent short circuits when the bus bar contacts the interior of the case. Depending on the field of use, for example, in a case of a battery system or a battery system comprising several hundred cells, the first layer has a thickness such that the second layer can reliably insulate the voltage occurring inside the case.
본 발명의 실시예에 따른 다층 벽 구조는, 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 케이스 또는 전지 케이스의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체의 필수적인 부분이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 층은 전극 조립체로부터 제 2 층을 전기적으로 절연하도록 구성된다. 이 때, 제 1 층은 20 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가지고, 제 2 층은 100 ㎛ 내지 1 mm의 두께를 가지고, 제 3 층은 200 ㎛ 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다.The multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention is an essential part of a battery case or a cap assembly for sealing an opening of the battery case for accommodating the electrode assembly. According to an embodiment of the invention, the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the electrode assembly. In this case, the first layer may have a thickness of 20 μm to 50 μm, the second layer may have a thickness of 100 μm to 1 mm, and the third layer may have a thickness of 200 μm to 2 mm.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 벽 구조는, 전지 서브모듈 케이스의 필수적인 부분이다. 전지 서브 모듈 케이스는 정렬된 복수의 전지 셀을 수용하고 서로 마주보고 복수의 서브모듈 측판에 연결되는 한 쌍의 서브 모듈 전판을 포함한다. 제 1 층은 복수의 전지 셀로부터 제 2 층을 전기적으로 절연하도록 구성된다. 이 때, 제 1 층은 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 가지고, 제 2 층은 400 ㎛ 내지 4 mm의 두께를 가지고, 제 3 층은 0.5 mm 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다.Further, the multilayer wall structure according to the embodiment of the present invention is an essential part of the battery submodule case. The battery sub module case includes a pair of sub module front plates that receive a plurality of aligned battery cells and face each other and are connected to the plurality of sub module side plates. The first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells. In this case, the first layer may have a thickness of 20 μm to 200 μm, the second layer may have a thickness of 400 μm to 4 mm, and the third layer may have a thickness of 0.5 mm to 2 mm.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 벽 구조는, 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈을 수용하는 전지 모듈 케이스의 필수적인 부분이다. 전지 모듈 케이스는 바닥판을 포함하고, 다층 벽 구조는 바닥판의 필수적인 부분일 수 있다. 제 1 층은 복수의 전지 셀 및/또는 전지 서브모듈로부터 제 2 층을 전기적으로 절연하도록 구성된다. 이 때, 제 1 층은 50 ㎛ 내지 1 ㎜의 두께를 가지고, 제 2 층은 1 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 가지고, 제 3 층은 2 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 가질 수 있다.Further, the multilayer wall structure according to the embodiment of the present invention is an essential part of a battery module case for accommodating a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules. The battery module case includes a bottom plate, and the multilayer wall structure may be an integral part of the bottom plate. The first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or battery submodules. At this time, the first layer may have a thickness of 50 μm to 1 mm, the second layer may have a thickness of 1 mm to 5 mm, and the third layer may have a thickness of 2 mm to 10 mm.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 벽 구조는, 복수의 전지 셀 및/또는 복수의 전지 서브모듈 및/또는 적어도 하나의 전지 모듈을 수용하는 전지 시스템 케이스의 필수적인 부분이다. 제 1 층은 복수의 전지 셀 및/또는 전지 서브모듈 및/또는 적어도 하나의 전지 모듈로부터 제 2 층을 전기적으로 절연하도록 구성된다. 이 때, 제 1 층은 50 ㎛ 내지 2 ㎜의 두께를 가지고, 제 2 층은 1 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 가지고, 제 3 층은 2 ㎜ 내지 50 ㎜의 두께를 가질 수 있다.In addition, the multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention is an essential part of a battery system case accommodating a plurality of battery cells and / or a plurality of battery submodules and / or at least one battery module. The first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells and / or battery submodules and / or at least one battery module. At this time, the first layer may have a thickness of 50 μm to 2 mm, the second layer may have a thickness of 1 mm to 10 mm, and the third layer may have a thickness of 2 mm to 50 mm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 적어도 하나가 다층 벽 구조를 가짐으로써, 개선된 방열 특성 및 향상된 전기 아크에 대한 내성을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, at least one of the battery cell, the battery submodule, the battery module or the battery system has a multi-layered wall structure, thereby having improved heat dissipation characteristics and improved resistance to electric arcs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 벽 구조를 포함하는 전지 셀의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a battery cell including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 벽 구조를 포함하는 전지 서브모듈의 개략적인 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a battery submodule including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 벽 구조를 포함하는 전지 모듈 케이스의 개략적인 사시도이다.4 is a schematic perspective view of a battery module case including a multilayer wall structure according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 벽 구조를 포함하는 전지 시스템의 개략적인 사시도이다.5 is a schematic perspective view of a battery system including a multilayer wall structure in accordance with one embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 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.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it includes not only "directly connected", but also "indirectly connected" between other members. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 즉, 본 명세서에서, 'A 및/또는 B'라는 기재는 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.Also in this specification, the term 'and / or' includes any combination of the plurality of listed items or any of the plurality of listed items. That is, in the present specification, the description 'A and / or B' may include 'A or B' as 'A', 'B', or 'A and B'.
또한 본 명세서에서, '제 1','제 2' 등의 용어는 다양한 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용되었지만, 이들 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 제한되는 것은 아니다. 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. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Also in this specification, terms such as 'first', 'second' and the like are used to describe various components, regions, layers and / or sections, but these components, regions, layers and / or sections are those terms. It is not limited to. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is said to be "on" or "on" another portion, this includes not only when the other portion is "right over" but also when there is another portion in the middle. Also, when a portion of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "below" or "below" another part, this includes not only the other part "below" but also another part in the middle. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이고, 도 2는도 1의 IV-IV 선을 따른 단면도이다.1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view along the IV-IV line of FIG.
도 1 및 도 2에 도시 된 바와 같이, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(80)은 전극 조립체(10)와, 전해액을 포함하는 전극 조립체 (10)을 수용하기 위한 케이스(26)를 포함한다. 전지 셀(80)은 또한 케이스(26)의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체(30)를 포함할 수 있다. 전지 셀(80)은 각기둥 형으로 구성된 리튬 이온 이차 전지를 예로써 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.1 and 2, referring to FIGS. 1 and 2, a battery cell 80 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10 and an electrode assembly 10 including an electrolyte solution. It includes a case 26 for receiving. The battery cell 80 may also include a cap assembly 30 to seal the opening of the case 26. The battery cell 80 is described as an example of a lithium ion secondary battery configured in a prismatic form, but is not limited thereto.
상기 전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 양극(11)과 음극(12)을 나선형으로 권취하여 젤리롤 형 전극 조립체로 형성될 수 있다. 양극(11)과 음극(12)은 각각 활성 물질이 코팅될 수 있는 얇은 금속박으로 형성된 집전체의 코팅 영역을 포함할 수 있으며, 집전체의 양극 및 음극 무지부(11a, 12a) 위에는 활성 물질이 코팅되지 않을 수 있다.The electrode assembly 10 may be formed as a jelly roll type electrode assembly by spirally winding the anode 11 and the cathode 12 with the separator 13 therebetween. The positive electrode 11 and the negative electrode 12 may each include a coating area of a current collector formed of a thin metal foil on which an active material may be coated, and the active material may be disposed on the positive and negative electrode uncoated portions 11a and 12a of the current collector. It may not be coated.
양극 무지부(11a)는 양극(11)의 길이 방향의 일측 단에 형성될 수 있으며, 음극 무지부(12a)는 음극(12)의 길이 방향 일측 단에 형성될 수 있다. 전극 조립체(10)는 양극(11), 세퍼레이터(13) 및 음극(12)이 반복적으로 적층된 복수의 시트를 포함하는 구조를 가질 수있다.The positive electrode non-coating portion 11a may be formed at one end in the longitudinal direction of the positive electrode 11, and the negative electrode non-coating portion 12a may be formed at one end in the longitudinal direction of the negative electrode 12. The electrode assembly 10 may have a structure including a plurality of sheets in which the anode 11, the separator 13, and the cathode 12 are repeatedly stacked.
전극 조립체(10)는 전해액과 함께 케이스(26) 내에 수용될 수 있다. 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, EMC 등의 유기 용매를 사용하여 LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔 상태 일 수 있다. 케이스(26)는 대략 직육면체 형상으로 구성될 수 있고, 일면에 개구가 형성될 수 있다.The electrode assembly 10 may be accommodated in the case 26 together with the electrolyte. The electrolyte may be made of a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 using organic solvents such as EC, PC, DEC, EMC, EMC, and the like. The electrolyte can be in liquid, solid or gel state. The case 26 may be configured in a substantially rectangular parallelepiped shape, and an opening may be formed in one surface.
케이스(26)는 실질적으로 직사각형의 바닥면(27)을 포함할 수 있고, 한 쌍의 제 1 측벽(또는 넓은 측면)(18, 19) 및 한 쌍의 제 2 측벽(16, 17)(또는 좁은 측면)을 포함할 수 있으며, 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 상기 제 1 측벽(18, 19)은 서로 마주보도록 형성될 수 있으며, 상기 제 2 측벽(16, 17)은 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 바닥면(27)과 제 1 측벽 (18, 19)이 서로 연결되는 엣지의 길이는 바닥면(27)과 제 2 측벽(16, 17)이 연결되는 엣지의 길이보다 길 수 있다. 서로 인접한 제 1 및 제 2 측벽은 90 °의 각도로 서로 둘러싸일 수 있다.The case 26 may comprise a substantially rectangular bottom surface 27, and may include a pair of first sidewalls (or wide sides) 18, 19 and a pair of second sidewalls 16, 17 (or Narrow side) and may form a space for accommodating the electrode assembly 10. The first sidewalls 18 and 19 may be formed to face each other, and the second sidewalls 16 and 17 may be disposed to face each other. An edge length at which the bottom surface 27 and the first sidewalls 18 and 19 are connected to each other may be longer than an edge length at which the bottom surface 27 and the second sidewalls 16 and 17 are connected to each other. The first and second sidewalls that are adjacent to each other may be surrounded by each other at an angle of 90 °.
캡 조립체(30)는 케이스(26)에 결합되어 케이스(26)의 개구부를 덮는 캡 플레이트(31)를 포함할 수 있으며, 케이스(26)의 외부에 구비되어 캡 플레이트 (31)로부터 돌출된 형태로 형성되며 양극(11) 및 음극(12)과 각각 전기적으로 연결되는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함할 수 있다. 캡 플레이트 (31)는 캡 조립체(30)의 내부와 연통되는 주입구(32) 및 벤트 홀(34)을 포함할 수 있다. 주입구(32)는 전해액의 주입이 가능하도록 형성될 수 있으며, 밀봉 캡(38)은 주입구(32) 위에 또는 안에 설치될 수 있다. 또한, 상기 벤트 홀(34)에는 소정의 압력에 의해 개방될 수 있는 노치(39a)가 형성된 벤트 부재(39)가 장착 될 수 있다.The cap assembly 30 may include a cap plate 31 coupled to the case 26 to cover the opening of the case 26, and may be provided outside the case 26 to protrude from the cap plate 31. It may include a positive electrode terminal 21 and the negative electrode terminal 22 which is formed to be electrically connected to the positive electrode 11 and the negative electrode 12, respectively. The cap plate 31 may include an inlet 32 and a vent hole 34 in communication with the interior of the cap assembly 30. The injection hole 32 may be formed to enable the injection of the electrolyte, and the sealing cap 38 may be installed on or in the injection hole 32. In addition, the vent hole 34 may be equipped with a vent member 39 having a notch 39a formed therein that may be opened by a predetermined pressure.
양극 단자(21)는 집전 탭(41)을 통해 양극(11)과 전기적으로 연결될 수 있고, 음극 단자(22)는 집전 탭(42)을 통해 음극(12)과 전기적으로 연결될 수 있다. 단자 연결 부재(25)와 캡 플레이트(31) 사이에는 밀봉용 개스킷(59)이 장착 될 수 있다. 단자 연결 부재(25)의 하부가 삽입되는 하부 절연 부재(43)는 캡 플레이트(31) 아래에 설치될 수 있다. 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31)를 전기적으로 연결하기 위한 연결 플레이트(58)는 양극 단자(21)와 캡 플레이트(31) 사이에 장착될 수 있다.The positive terminal 21 may be electrically connected to the positive electrode 11 through the current collecting tab 41, and the negative terminal 22 may be electrically connected to the negative electrode 12 through the current collecting tab 42. A sealing gasket 59 may be mounted between the terminal connection member 25 and the cap plate 31. The lower insulating member 43 into which the lower portion of the terminal connection member 25 is inserted may be installed below the cap plate 31. The connecting plate 58 for electrically connecting the positive terminal 21 and the cap plate 31 may be mounted between the positive terminal 21 and the cap plate 31.
음극 단자(22)와 집전 탭(42)은 전기적으로 연결 될 수 있다. 음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에는 전술한 개스킷(59)과 유사한 밀봉용 개스킷이 장착될 수 있다. 음극 단자(22)와 집전 탭(42)을 캡 플레이트(31)로부터 전기적으로 절연시키기 위한 상부 절연 부재(54)기 음극 단자(22)와 캡 플레이트(31) 사이에 장착될 수 있다.The negative electrode terminal 22 and the current collecting tab 42 may be electrically connected to each other. A sealing gasket similar to the gasket 59 described above may be mounted between the negative electrode terminal 22 and the cap plate 31. An upper insulating member 54 for electrically insulating the negative terminal 22 and the current collecting tab 42 from the cap plate 31 may be mounted between the negative terminal 22 and the cap plate 31.
도 2에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(26)의 측벽(29)은 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함할 수 있다. 또한, 바닥면(27) 또는 캡 조립체(30)도 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함할 수 있다. 여기서 측벽(29)은 전지 셀 케이스(26)의 제 1 측벽(18, 19)과 제 2 측벽(16, 17)을 포함하는 것으로, 설명의 편의를 위해서 측벽(29)으로 통칭하여 설명한다.As shown in FIG. 2, the sidewall 29 of the battery case 26 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention. In addition, the bottom surface 27 or the cap assembly 30 may also include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention. Here, the sidewall 29 includes the first sidewalls 18 and 19 and the second sidewalls 16 and 17 of the battery cell case 26, which will be collectively described as the sidewall 29.
도 2에 도시된 바와 같이, 측벽(29)은 측벽(29)의 내측(64)을 향하고 전극 조립체(10)와 대면하는 제 1 층(61)을 포함한다. 제 1 층(61)은 캐스트 폴리 프로필렌(CPP)과 같은 전기 절연 물질이고, 두께가 25㎛일 수 있다. 제 1 층(61)은 전극 조립체(10)에 의해 케이스(26) 내부에서 생성된 전기 아크 또는 스파크로부터 다층 구조(60)의 후속하는 층들을 격리하도록 구성된다.As shown in FIG. 2, the sidewall 29 includes a first layer 61 facing the inner side 64 of the sidewall 29 and facing the electrode assembly 10. The first layer 61 is an electrically insulating material such as cast polypropylene (CPP) and may be 25 μm thick. The first layer 61 is configured to isolate subsequent layers of the multilayer structure 60 from the electric arc or spark generated inside the case 26 by the electrode assembly 10.
다층 구조(60)는 전지 셀(80)의 외측(65)을 향하는 제 3 층(63)을 더 포함한다. 제 3 층(63)은 알루미늄으로 이루어져 0.8 mm의 두께를 가질 수 있으며, 전지 셀 케이스(26)에 기계적 안정성을 제공한다. 특히, 제 3 층(63)은 벤트 부재(39)를 작동시키는 임계 압력 이하의 전지 셀(80) 내부의 압력에 저항하도록 구성된다. 또한, 제 3 층 (63)은 높은 열전도도를 가진다.The multilayer structure 60 further includes a third layer 63 facing the outer side 65 of the battery cell 80. The third layer 63 may be made of aluminum and have a thickness of 0.8 mm, providing mechanical stability to the battery cell case 26. In particular, the third layer 63 is configured to withstand the pressure inside the battery cell 80 below the threshold pressure for actuating the vent member 39. In addition, the third layer 63 has a high thermal conductivity.
다층 구조(60)는 제 1 층(61)과 제 3 층(63) 사이에서 완전히 둘러싸여 있고 내열성 물질(ablative material)을 포함하는 제 2 층(62)을 더 포함한다. 제 2 층(62)은 기재(matrix) 내에 배치된 나일론 입자를 포함하고 두께가 0.5 mm 인 실리콘 수지 기재(silicone resin matrix)를 포함한다. 제 2 층(62)은 약 400 ℃의 임계 온도에서 어블레이션 프로세스(ablation process)로 변이하도록 구성된다. 따라서 400 ℃ 이상의 온도에서 내열성 물질은 열분해되어 차(char, 탄화시에 생성되는 탄소질 물질)로 변하기 시작하여 제 3 층(63)을 보호한다.The multilayer structure 60 further includes a second layer 62 completely surrounded between the first layer 61 and the third layer 63 and comprising an ablative material. The second layer 62 comprises a nylon resin matrix comprising nylon particles disposed in a matrix and having a thickness of 0.5 mm. The second layer 62 is configured to transition to an ablation process at a critical temperature of about 400 ° C. Thus, at temperatures above 400 ° C., the heat resistant material will pyrolyze and begin to change into a char (carbonaceous material produced during carbonization) to protect the third layer 63.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 서브모듈(90)은, 도 1 및 도 2에 도시된 평면 형태인 복수의 정렬된 이차 전지 셀(80)을 포함한다. 전지 셀(80)은 서로 마주하는 인접한 전지 셀(80)의 제 1 측면(18, 19)에 맞추어 정렬된다. 한 쌍의 서브모듈 전판(91)은, 전지 셀(80)의 제 2 측면(16, 17)에 마주하는 한 쌍의 서브모듈 측판(92)과 기계적으로 결합된다. 서브모듈 전판(91)과 서브모듈 측판(92)은 전지 서브모듈(90)의 케이스(93)를 구성한다. 인접하는 전지 셀(80)의 양극 단자(21)와 음극 단자(22)는 버스 바(미도시)를 통해 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 전지 서브모듈(90)은 하나의 묶음으로서 복수의 전지 셀(80)을 전기적으로 연결함으로써 전력원(power source) 유닛으로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, a battery submodule 90 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of aligned secondary battery cells 80 having a planar shape illustrated in FIGS. 1 and 2. The battery cells 80 are aligned with the first side 18, 19 of adjacent battery cells 80 facing each other. The pair of submodule front plates 91 are mechanically coupled to the pair of submodule side plates 92 facing the second side surfaces 16, 17 of the battery cell 80. The submodule front plate 91 and the submodule side plate 92 constitute a case 93 of the battery submodule 90. The positive terminal 21 and the negative terminal 22 of the adjacent battery cell 80 may be electrically connected through a bus bar (not shown). Accordingly, the battery submodule 90 may be used as a power source unit by electrically connecting the plurality of battery cells 80 as one bundle.
도 3에 도시된 바와 같이, 서브모듈 측판(92)은 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함한다. 또한, 서브모듈 전판(91)도 다층 구조(60)를 포함할 수 있다. 다층 구조(60)는, 서브모듈 측판(92)의 내측(64) 및 정렬된 전지 셀(80)의 좁은 측면(제 2 측벽: 16, 17)에 대향하는 제 1 층(61)을 포함한다. 제 1 층(61)은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 전기적으로 절연성인 플라스틱 물질로 만들어지며 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 층(61)은 하나 이상의 정렬된 전지 셀(80)에 의해 생성된 전기 아크로부터 후속하는 층(제 2, 3 층: 62, 63)을 전기적으로 절연시킬 수 있는 두께를 가질 수 있다. 다층 구조(60)는, 열 전도성의 중합체(polymer), 또는 강(steel) 또는 알루미늄과 같은 열 전도성 시트 물질이며, 1 mm의 두께를 가지는 제 3 층(63)을 포함한다. 따라서, 제 3 층(63)은 복수의 전지 셀(80)을 기계적으로 안정화시키고 외부환경 충격을 방지하도록 구성된다.As shown in FIG. 3, the submodule side plate 92 includes a multilayer structure 60 according to an embodiment of the invention. In addition, the sub-module front plate 91 may also include a multilayer structure 60. The multilayer structure 60 includes a first layer 61 opposite the inner side 64 of the submodule side plate 92 and the narrow sidewalls (second sidewalls 16, 17) of the aligned battery cell 80. . The first layer 61 is made of an electrically insulating plastic material such as polyamide or polypropylene and may have a thickness of 0.1 mm. Thus, the first layer 61 can have a thickness that can electrically insulate subsequent layers (second, third layers: 62, 63) from an electric arc generated by one or more aligned battery cells 80. have. Multilayer structure 60 is a thermally conductive polymer, or a thermally conductive sheet material such as steel or aluminum, and includes a third layer 63 having a thickness of 1 mm. Thus, the third layer 63 is configured to mechanically stabilize the plurality of battery cells 80 and to prevent external environmental impact.
제 2 층(62)은 제 1 층(61)과 제 3 층(63) 사이에 완전히 둘러싸여 있으며, 내열성 물질로서 2 mm의 두께를 갖는 흑연(graphite) (또는 흑연 섬유) 보강 에폭시 합성물(epoxy composite)을 포함할 수 있다. 제 3 층(63)의 용융 온도가 대략 600 ℃이므로, 제 2 층(62)은 용융 온도보다 충분히 낮은 임계 온도에서 어블레이션 프로세스, 예를 들어 에폭시 합성물의 탄화로 변이한다. 따라서, 제 2 층 (62)은 제 1 층(61) 상에 충돌하는 전기 아크로부터 제 3 층 (63)을 열 차폐하도록 구성된다.The second layer 62 is completely enclosed between the first layer 61 and the third layer 63 and is a graphite (or graphite fiber) reinforced epoxy composite having a thickness of 2 mm as a heat resistant material. ) May be included. Since the melting temperature of the third layer 63 is approximately 600 ° C., the second layer 62 transitions to an ablation process, for example carbonization of the epoxy composite, at a critical temperature sufficiently lower than the melting temperature. Thus, the second layer 62 is configured to heat shield the third layer 63 from an electric arc impinging on the first layer 61.
도 3에 도시된 복수의 전지 서브모듈(90)은 전지 모듈의 케이스(96, 도 4 참조) 내에 배치되어 전지 모듈을 형성할 수 있다. 도 4는 전지 셀(80)이 놓일 바닥판(97)을 포함하는 전지 모듈 케이스(96)의 실시예에 대한 도면이다. 특히, 바닥판(97)은, 하나의 전지 서브모듈(90)이 각각의 조립 영역(98)에 배열되는 다수의 조립 영역(98)을 포함한다. 바닥판(97)은 바닥판(97)에 일체로 내장된 냉각 튜브(99)를 더 포함할 수 있다. 전지 모듈 케이스(96)의 측벽 또는 바닥판은 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함할 수 있다.The plurality of battery submodules 90 illustrated in FIG. 3 may be disposed in a case 96 (see FIG. 4) of the battery module to form a battery module. 4 is a diagram of an embodiment of a battery module case 96 including a bottom plate 97 on which a battery cell 80 is to be placed. In particular, the bottom plate 97 includes a plurality of assembly regions 98 in which one battery submodule 90 is arranged in each assembly region 98. The bottom plate 97 may further include a cooling tube 99 integrally embedded in the bottom plate 97. The side wall or the bottom plate of the battery module case 96 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 전지 모듈 케이스(96)의 측벽은, 전지 모듈 케이스(96)의 내측(64)에 향하는 제 1 층(61)을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함한다. 제 1 층(61)은 전지 모듈의 하나 이상의 고장난 셀에 의해 발생될 수 있는 전기 아크에 대해 충분한 전기 절연을 제공하기 위해 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 제 3 층(63)은 전지 모듈 케이스(96)의 외측(65)을 향하고 두께 0.7 cm의 주조 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 이 때, 두께는 조립 영역(98)에 배치된 복수의 전지 셀 및/또는 전지 서브모듈에 기계적 안정성을 제공하기에 충분한 두께로 결정될 수 있다. 냉각 튜브(99)는 제 3 층(63)에 매립될 수 있다. 제 2 층(62)은 제 1 층(61) 및 제 3 층(63)에 의해 완전히 둘러싸이며, 용융 애블레이터(melting ablator)인 나일론 섬유가 포함된 탄화 내열성 물질(charring ablative material)의 기재인 실리콘 수지를 포함한다. 제 2 층(62)은 전지 모듈의 하나 이상의 고장난 셀에 의해 생성될 수 있는 전기 아크에 대해 충분한 열 차폐를 제공하기 위해 4mm의 두께를 가질 수 있다.As shown in FIG. 4, the side wall of the battery module case 96 has a multi-layer structure 60 according to an embodiment of the present invention having a first layer 61 facing the inner side 64 of the battery module case 96. ). The first layer 61 may have a thickness of 1 mm to provide sufficient electrical insulation against electrical arcs that may be generated by one or more failed cells of the battery module. The third layer 63 may be made of cast aluminum having a thickness of 0.7 cm and facing the outer side 65 of the battery module case 96. At this time, the thickness may be determined to be a thickness sufficient to provide mechanical stability to the plurality of battery cells and / or battery submodules disposed in the assembly region 98. The cooling tube 99 may be embedded in the third layer 63. The second layer 62 is completely enclosed by the first layer 61 and the third layer 63 and is a substrate of a charring ablative material containing nylon fibers which is a melting ablator. Silicone resins. The second layer 62 may have a thickness of 4 mm to provide sufficient heat shielding against electric arcs that may be generated by one or more failed cells of the battery module.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 시스템(100)은 도 3에 도시된 복수의 전지 서브모듈(90)을 포함한다. 각각 9 개의 전지 서브모듈(90)을 포함하는 4 열의 전지 서브모듈(90)은 전지 시스템(100)의 케이스(101) 내에 배치된다. 전지 시스템 케이스(101)는 측벽(102), 측벽(102)에 용접된 바닥판(103) 및 커버(미도시)를 포함할 수 있다. 전지 시스템(100)은 전지 서브모듈(90)의 전압 및 전류를 제어하기 위한 제 1 및/또는 제 2 전기전자 박스(E/E box, 미도시)를 포함한다. 전기전자 박스는 전지 관리 유닛(BMU), 고전압 커넥터, 입력, 퓨즈, 릴레이, 전류 센서, 전자기 적합성 필터 (EMC- Filter), 프리 차지 릴레이, 저항기 및/또는 HV 인터페이스를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a battery system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery submodules 90 illustrated in FIG. 3. Four rows of battery submodules 90, each containing nine battery submodules 90, are disposed in a case 101 of the battery system 100. The battery system case 101 may include a sidewall 102, a bottom plate 103 welded to the sidewall 102, and a cover (not shown). The battery system 100 includes a first and / or second electrical and electronic box (E / E box, not shown) for controlling the voltage and current of the battery submodule 90. The electrical and electronic box may include a battery management unit (BMU), a high voltage connector, an input, a fuse, a relay, a current sensor, an EMC-filter, a precharge relay, a resistor, and / or an HV interface.
적어도 하나의 측벽(102), 바닥판(103) 또는 전지 시스템 케이스(101)의 커버(미도시)는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조(60)를 포함할 수 있다.The at least one sidewall 102, the bottom plate 103, or the cover (not shown) of the battery system case 101 may include a multilayer structure 60 according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 전지 시스템 케이스(101)의 적어도 하나의 측벽(102), 바람직하게는 각각의 측벽(102)은 전지 시스템 케이스(101)의 내측(64) 및 복수의 전지 서브 모듈(90)을 마주하는 제 1 층(61)을 포함한다. 제 1 층(61)은 전기 절연 물질로서 세라믹 입자와 접착성 수지의 혼합물로 이루어지며, 두께는 2mm일 수 있다. 따라서, 제 1 층(61)은 하나 이상의 오작동하는 전지 서브모듈(90)에 의해 생성된 전기 아크로부터 제 2 층(62) 및 제 3 층(63)을 전기적으로 차폐하도록 구성된다. 다층 구조(60)의 제 3 층(63)은 전지 시스템 케이스(101)의 외측을 향하고 2cm의 두께를 갖는 압출된 알루미늄 프로파일(aluminum profile)로 만들어진다. 따라서, 측벽(102)은 전지 시스템(100)에 기계적 무결성을 제공하기 위한 전지 시스템 케이스(101)로 조립되기에 적합하다. 제 2 층(62)은 제 1 층(61) 및 제 3 층(63)에 의해 완전히 둘러싸이고, 페놀릭 마이크로 벌룬(phenolic micro balloon), 예를 들어 페놀 성분(phenolic substance)으로 구성되거나 그것을 포함하는 미세 구형체(microscopic spheres)를 내열성 물질로서 포함하는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 제 2 층(62)은 전지 시스템(100)의 하나 이상의 고장난 서브모듈(90)에 의해 생성될 수 있는 전기 아크에 대해 충분한 열 차폐를 제공하기 위해 5mm의 두께를 가질 수 있다.As shown in FIG. 5, at least one sidewall 102, preferably each sidewall 102 of the battery system case 101, is an inner side 64 of the battery system case 101 and a plurality of battery submodules. And a first layer 61 facing 90. The first layer 61 is made of a mixture of ceramic particles and an adhesive resin as an electrically insulating material, and may have a thickness of 2 mm. Thus, the first layer 61 is configured to electrically shield the second layer 62 and the third layer 63 from the electric arc generated by the one or more malfunctioning battery submodules 90. The third layer 63 of the multilayer structure 60 is made of extruded aluminum profile facing the outside of the battery system case 101 and having a thickness of 2 cm. Accordingly, sidewall 102 is suitable for being assembled into battery system case 101 to provide mechanical integrity to battery system 100. The second layer 62 is completely surrounded by the first layer 61 and the third layer 63 and consists of or comprises a phenolic micro balloon, for example a phenolic substance. It may include a silicone resin containing the microscopic spheres (heat resistant material). The second layer 62 may have a thickness of 5 mm to provide sufficient heat shielding against electric arcs that may be generated by one or more failed submodules 90 of the battery system 100.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
- 부호의 설명 -Description of the sign
100 전지 시스템100 battery system
90 전지 서브모듈90 battery submodule
80 전지 셀80 battery cells
10 전극 조립체10 electrode assembly
11 양극11 anode
12 음극12 cathode
13 세퍼레이터13 separator
18, 19 제 1 측벽18, 19 first sidewall
16, 17 제 2 측벽16, 17 second side wall
21 양극 단자21 positive terminal
22 음극 단자22 negative terminal
27 바닥면27 Bottom
29 전지 케이스 측벽29 battery case sidewalls
30 캡 조립체30 cap assembly
31 캡 플레이트31 cap plate
32 주입구32 inlet
34 벤트 홀34 vent holes
38 밀봉 캡38 sealing cap
39 벤트 부재39 Vent member
41, 42 집전 탭41, 42 current collector tab
43, 45 하부 절연 부재43, 45 lower insulation
54 상부 절연 부재54 Upper insulation member
58 연결 플레이트58 connecting plate
59 가스켓59 gasket
60 다층 구조60 multilayer structure
61 제 1 층61 first floor
62 제 2 층62 second layer
63 제 3 층63 3rd Floor
91 서브모듈 전판91 submodules
92 서브모듈 측판92 submodule shroud
93 서브모듈 케이스93 submodule case
96 전지 모듈 케이스96 battery module case
97 바닥판97 sole plate
98 조립 영역98 assembly area
99 냉각 튜브99 cooling tubes
101 전지 시스템 케이스101 battery system case
102 전지 시스템 측벽102 battery system sidewall
103 전지 시스템 바닥판103 Battery system base plate

Claims (15)

  1. 전지 셀, 전지 서브모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템 중 하나의 케이스의 벽 구조로서,As a wall structure of a case of one of a battery cell, a battery submodule, a battery module, and a battery system,
    상기 케이스의 내측을 향하는 제 1 층, 상기 케이스의 외측을 향하는 제 3 층, 및 상기 제 1 층과 제 3 층 사이에 배치되는 제 2 층을 가지는 다층 구조를 포함하며,A multilayer structure having a first layer facing the inside of the case, a third layer facing the outside of the case, and a second layer disposed between the first layer and the third layer,
    상기 제 1 층은 상기 케이스의 내부로부터 상기 제 2 층을 전기적으로 절연하도록 구성되고, The first layer is configured to electrically insulate the second layer from the interior of the case,
    상기 제 2 층은 내열성 물질(ablative material)을 포함하며, 상기 제 3 층을 열차폐 하도록 구성되며,The second layer comprises an ablative material and is configured to heat shield the third layer,
    상기 제 3 층은 상기 제 2 층보다 높은 열전도도를 가지는, 벽 구조.The third layer has a higher thermal conductivity than the second layer.
  2. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 내열성 물질은 600 ℃ 이하의 온도에서 어블레이션 프로세스(ablation process)로 변이하는, 벽 구조.The heat resistant material transitions to an ablation process at a temperature of 600 ° C. or less.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 내열성 물질은 상기 제 1 층에 충돌하는 전기 아크에 반응하여 어블레이션 프로세스로 변이하는, 벽 구조.The heat resistant material transitions to an ablation process in response to an electric arc impinging the first layer.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, The method of claim 2 or 3,
    상기 어블레이션 프로세스는 상기 제 2 층의 물질의 열분해 또는 탄화를 포함하는, 벽 구조.The ablation process includes pyrolysis or carbonization of the material of the second layer.
  5. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 3 층 사이에 완전히 둘러싸이는, 벽 구조.The second layer is completely enclosed between the first layer and the third layer.
  6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 내열성 물질은 흑연(graphite), 탄소 섬유 강화 페놀(carbon-fiber-reinforced phenolic), 에폭시 수지(epoxy resin), 실리콘 엘라스토머(silicone elastomers), 테프론(Teflon), 석영(quartz), 코르크(cork) 및 나일론(nylon) 중 하나, 또는 이들의 합성물을 포함하는, 벽 구조.The heat resistant material is graphite, carbon-fiber-reinforced phenolic, epoxy resin, silicone elastomers, Teflon, quartz, cork. And one of nylons, or a composite thereof.
  7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 3 층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 벽 구조.And the third layer comprises a metal or a metal alloy.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 제 3 층은 알루미늄과, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금과, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금 중 적어도 하나를 포함하는, 벽 구조.The third layer is an alloy of aluminum, iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and manganese (Mn), iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and nickel (Ni). Wall structure, comprising at least one of the alloys.
  9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 3 층은 상기 케이스에 기계적 무결성을 제공하도록 구성되는, 벽 구조.The third layer is configured to provide mechanical integrity to the case.
  10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 1 층은 섬유 강화 플라스틱 물질을 포함하는, 벽 구조.And the first layer comprises a fiber reinforced plastic material.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 1 층의 물질은 200 ℃ 이상의 융점을 가지는, 벽 구조.The material of the first layer has a melting point of at least 200 ° C.
  12. 전극 조립체를 수용하기 위한 전지 셀의 케이스 또는 상기 케이스의 개구를 밀봉하기 위한 캡 조립체는, 제 1 항에 따른 벽 구조를 포함하고,A case of a battery cell for receiving an electrode assembly or a cap assembly for sealing an opening of the case comprises a wall structure according to claim 1,
    상기 제 1 층은 상기 전극 조립체로부터 상기 제 2 층을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전지 셀의 벽 구조.The first layer is configured to electrically insulate the second layer from the electrode assembly.
  13. 정렬된 복수의 전지 셀을 수용하고 복수의 서브모듈 측판과 연결된 한 쌍의 서브모듈 전판을 포함하는 전지 서브모듈 케이스는, 제 1 항에 따른 벽 구조를 포함하고,The battery submodule case including a pair of submodule front plates accommodating a plurality of aligned battery cells and connected to the plurality of submodule side plates includes a wall structure according to claim 1,
    상기 제 1 층은 상기 복수의 전지 셀로부터 상기 제 2 층을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전지 서브모듈의 벽 구조.Wherein the first layer is configured to electrically insulate the second layer from the plurality of battery cells.
  14. 복수의 전지 셀 및 복수의 전지 서브모듈 중 적어도 하나를 수용하고 바닥판을 포함하는 전지 모듈 케이스는, 제 1 항에 따른 벽 구조를 포함하고, A battery module case for accommodating at least one of a plurality of battery cells and a plurality of battery submodules and including a bottom plate comprises a wall structure according to claim 1,
    상기 제 1 층은 상기 복수의 전지 셀 및 상기 복수의 전지 서브모듈 중 적어도 하나로부터 상기 제 2 층을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전지 모듈의 벽 구조.And the first layer is configured to electrically insulate the second layer from at least one of the plurality of battery cells and the plurality of battery submodules.
  15. 복수의 전지 셀, 복수의 전지 서브모듈 및 적어도 하나의 전지 모듈 중 적어도 하나를 수용하는 전지 시스템 케이스는, 제 1 항에 따른 벽 구조를 포함하고, A battery system case accommodating at least one of a plurality of battery cells, a plurality of battery submodules and at least one battery module includes a wall structure according to claim 1,
    상기 제 1 층은 상기 복수의 전지 셀, 상기 복수의 전지 서브모듈 및 적어도 하나의 전지 모듈 중 적어도 하나로부터 상기 제 2 층을 전기적으로 절연시키도록 구성되는, 전지 시스템의 벽 구조.And the first layer is configured to electrically insulate the second layer from at least one of the plurality of battery cells, the plurality of battery submodules, and at least one battery module.
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