电池模块的制作方法

1.本发明涉及一种电池模块。


背景技术：

2.随着对移动设备、电动汽车等技术开发和需求的增长，对作为能源的二次电池单元的需求迅速增加。由于二次电池单元的化学能和电能之间的相互转换是可逆的，因此二次电池单元是可以重复充电和放电的电池。
3.这种二次电池单元包括作为二次电池的主要组成物的阳极、阴极、隔膜和电解液等的电极组件和保护电极组件的多层外部材料(laminated film case)的电池单元主体部件。
4.另外，可以通过安装多个所述二次电池单元以作为电池模块安装在电动汽车或能量储存装置(ess:energy storage system)等中。
5.然而，这种电极组件在充电和放电过程中产生热量，并且这种热量引起的温度的升高会降低二次电池单元的性能。
6.另外，由于诸如二次电池单元的温度升高的电池模块的内部因素而任一个二次电池单元可能发生爆炸，或者由于外部冲击而任一个二次电池单元可能发生爆炸，并且电池模块内的二次电池单元可能接连爆炸。
7.特别地，由于任一个二次电池单元爆炸产生的气体和火焰无法迅速排出到外部，因此存在其他二次电池单元接连爆炸的问题。
8.并且，任一个电池模块爆炸引起的热传播(thermal propagation)、火焰或高温高压气体等可能会影响周围的其他电池模块，从而电池模块接连爆炸而引发更大的问题。
9.因此，为了改善上述问题以及局限性，需要对电池模块进行研究。
10.现有技术文献
11.专利文献
12.(专利文献1)kr 10-2017-0014309 a(2017.02.08)


技术实现要素：

13.(一)要解决的技术问题
14.本发明的目的在于提供一种电池模块，该电池模块改善了由于任一个电池模块爆炸而引起周围其他电池模块接连爆炸的问题。
15.另一方面，本发明的目的在于提供一种电池模块，该电池模块可以从壳体单元内部迅速排出由于任一个二次电池单元爆炸而产生的火焰和气体中的至少一个。
16.(二)技术方案
17.根据本发明的一个实施例的电池模块可以包括：多个二次电池单元，包括至少一个密封脆弱部；以及壳体单元，容纳多个所述二次电池单元，所述壳体单元可以包括火焰排出部，所述火焰排出部面对所述密封脆弱部形成，以引导从所述密封脆弱部排放的火焰或
排出气体排放到外部。
18.其中，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部可以形成在所述壳体单元的上部边缘部分。
19.具体地，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部可以包括：排出结合管，结合到所述壳体单元；以及排出引导管，结合到所述排出结合管，并且朝向所述密封脆弱部从所述排出结合管延伸形成。
20.其中，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述排出引导管可以形成为其宽度从所述排出结合管到所述密封脆弱部逐渐变宽的形状。
21.另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部可以在面对所述密封脆弱部的所述壳体单元的部分以开口的形状形成，并且可以设置有开闭开口部分的开闭板部。
22.另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述壳体单元可以包括：底部部件，多个所述二次电池单元安置在底部部件上；前后部件，设置在所述底部部件的边缘，并且联结所述二次电池单元的电极引线部；侧壁部件，设置在所述底部部件的边缘，并且与所述前后部件相邻；以及盖部件，设置在所述前后部件和所述侧壁部件的上端，所述火焰排出部可以设置在邻近所述前后部件的所述盖部件的前后端部和邻近所述盖部件的所述前后部件的上端部的至少一个中。
23.另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部可以连接到设置在所述壳体单元中以延长火焰路径的板部件。
24.其中，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述板部件可以包括：第一板部，设置在一侧；第二板部，与所述第一板部隔开预定间隔而设置在另一侧；以及芯部，设置在所述第一板部和所述第二板部之间，并延长火焰或气体路径。
25.具体地，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述芯部可以形成为中空多边形柱状的单位柱部重复的图案。
26.其中，在根据本发明的一个实施例的电池模块的所述单位柱部中，可以在至少两个柱面上形成有连通部。
27.另外，在根据本发明的一个实施例的电池模块的所述单位柱部中，可以通过邻近所述第一板部而形成的第一连通部和邻近所述第二板部而形成的第二连通部以之字形形成火焰路径。
28.另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述板部件可以包括容纳部件，所述容纳部件容纳在所述第一板部和所述第二板部之间的空间中，并且由执行灭火功能、吸热功能和耐火功能中的至少一种功能的材料形成。
29.(三)有益效果
30.本发明的电池模块能够改善了由于任一个电池模块爆炸而引起周围的其他电池模块接连爆炸的问题。
31.即，本发明的电池模块在任一个电池模块发生热失控(thermal runaway)的状况下可以防止向其他电池模块的热传播(thermal propagation)。
32.另一方面，本发明的电池模块能够消散由于任一个电池模块爆炸而产生的火焰。
33.又一方面，本发明的电池模块可以从壳体单元内部迅速排出由于任一个二次电池
单元爆炸而产生的火焰和气体中的至少一个。
34.即，本发明的电池模块可以使任一个二次电池单元爆炸而产生的火焰和气体中的至少一个对其他二次电池单元的影响最小化。
35.然而，本发明的各种有益的优点和效果不限于上述内容，在描述本发明的具体实施方式的过程中可以更容易地理解。
附图说明
36.图1是示出本发明的电池模块的分解立体图。
37.图2是示出本发明的电池模块的二次电池单元的主视图。
38.图3是示出本发明的电池模块中火焰排出部面对二次电池单元的密封脆弱部设置的状态的主视图。
39.图4是示出本发明的电池模块中的火焰排出部包括排出结合管和排出引导管的实施例的主视图。
40.图5是示出本发明的电池模块中的火焰排出部包括被设置成被二次电池单元爆炸产生的热或压力而损坏的开闭板部的实施例的主视图。
41.图6是示出本发明的电池模块中的火焰排出部包括被设置成通过二次电池单元爆炸产生的压力而旋转的开闭板部的实施例的主视图。
42.图7是示出本发明的电池模块中的芯部的单位柱部的立体图。
43.图8是示出在本发明的电池模块中的板部件中设置有容纳部件的实施例的平面图。
44.图9a和图9b是示出比较在本发明的电池模块中火焰排出部位于前后部件的实施例和火焰排出部位于盖部件的实施例中的二次电池单元的温度变化的曲线图。
45.附图标记说明
46.100：二次电池单元
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110：电极引线部
47.120：密封部
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200：壳体单元
48.210：火焰排出部
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211：排出结合管
49.212：排出引导管
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213：开闭板部
50.220：板部件
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221：第一板部
51.222：第二板部
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223：芯部
52.230：容纳部件
具体实施方式
53.以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。然而，本发明的实施方式可以以各种不同方式变形，并且本发明的范围不限于以下说明的实施方式。另外，本发明的实施方式是为了向该技术所属领域的普通技术人员更完整地说明本发明而提供的。在附图中，可以放大表示组件的形状和尺寸等，以更清楚地进行说明。
54.另外，除非在上下文中另外明确定义，否则本说明书中的单数的表述包括复数的表述，并且在整个说明书中相同的附图标记或以相似方式赋予的附图标记表示相同的组件或相应的组件。
55.本发明涉及一种电池模块，该电池模块可以改善由于任一个电池模块爆炸而引起周围其他电池模块接连爆炸的问题，因此在任一个电池模块发生热失控的状况下可以防止向其他电池模块的热传播。
56.另一方面，本发明的电池模块可以消散由于任一个电池模块爆炸而产生的火焰。
57.又一方面，本发明的电池模块可以从壳体单元200内部迅速排出由于任一个二次电池单元100爆炸而产生的火焰和气体中的至少一个，从而可以使任一个二次电池单元100爆炸而产生的火焰和气体中的至少一个对其他二次电池单元100的影响最小化。
58.具体地，图1是示出本发明的电池模块的分解立体图，图2是示出本发明的电池模块的二次电池单元100的主视图。
59.另外，图3是示出本发明的电池模块中火焰排出部210面对二次电池单元100的密封脆弱部100a设置的状态的主视图，图9a和图9b是示出比较在本发明的电池模块中火焰排出部210位于前后部件200d的实施例和火焰排出部210位于盖部件200c的实施例中的二次电池单元100的温度变化的曲线图。
60.参照所述附图，本发明的电池模块可以包括二次电池单元100和壳体单元200，具体地，所述壳体单元200可以包括火焰排出部210。
61.在此，所述二次电池单元100可以包括至少一个密封脆弱部100a。另外，所述壳体单元200可以容纳多个所述二次电池单元100。所述壳体单元200包括的所述火焰排出部210可以面对所述密封脆弱部100a形成，以引导从所述密封脆弱部100a排放的火焰或排出气体排放到外部。
62.即，在本发明的电池模块中，由于所述火焰排出部210面对所述密封脆弱部100a设置，因此能够从所述壳体单元200的内部迅速排出从所述密封脆弱部100a排放的火焰、气体等。
63.由此，可以改善由于任一个二次电池单元100爆炸产生的火焰、气体等残留在所述壳体单元200内部，因此其他二次电池单元100较快地暴露于高温高压环境中而使接连的爆炸迅速发展的问题。
64.在此，多个所述二次电池单元100可以容纳在所述壳体单元200的内部空间中。
65.另外，所述二次电池单元100可以包括电极组件和包覆所述电极组件的电池单元主体部件。
66.所述电极组件实质上包括电解液并一起容纳在所述电池单元主体部件中而使用。所述电解液可以在诸如碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，ec)、碳酸亚丙酯(propylene carbonate，pc)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，dec)、碳酸乙基甲基酯(ethyl methyl carbonate，emc)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，dmc)的有机溶剂中包括诸如lipf6或libf4的锂盐。此外，所述电解液可以是液体、固体或凝胶状。
67.另外，所述电池单元主体部件被构造成保护所述电极组件并容纳所述电解液，例如，所述电池单元主体部件可以被设置为袋型部件或罐型部件。在此，袋型部件具有在三个面上密封并容纳所述电极组件的形态，并且被构造成主要在内部容纳所述电极组件的状态下折叠接合并密封除了作为下面部的一面部之外的上面部和两侧面部的三个面的部件。另外，所述罐型部件具有在一个面上密封并容纳所述电极组件的形态，并且被构造成主要在内部容纳所述电极组件的状态下折叠接合并密封除了作为下面部和两侧面部的三个面之
外的上面部的一个面的部件。
68.然而，这种袋型二次电池单元100和罐型二次电池单元100仅是容纳在本发明的电池模块中的二次电池单元100的一个示例，容纳在本发明的电池模块中的二次电池单元100不限于这种类型。
69.另外，在所述二次电池单元100中，在用于密封所述电极组件周围的密封部120中也可以形成有密封性弱的密封脆弱部100a。
70.该密封脆弱部100a是根据二次电池单元100的形状和结构而不可避免地发生的部分。例如，如图2所示，二次电池单元100的顶角部分可以是密封脆弱的，从而可以在顶角部分形成密封脆弱部100a。并且，形成在与电极组件连接的电极引线部110处的密封部120也可以是密封脆弱的，从而形成密封脆弱部100a。
71.所述壳体部件起到容纳多个所述二次电池单元100的电池模块的主体作用。
72.即，所述壳体部件具有安装多个二次电池单元100的构造，并且起到保护所述二次电池单元100的同时将在所述二次电池单元100中产生的电能传递到外部或者将电能从外部传递到所述二次电池单元100的作用。
73.在此，面对所述二次电池单元100的密封脆弱部100a的所述火焰排出部210可以形成在所述壳体部件中。因此，可以从所述壳体单元200的内部空间迅速排出从所述密封脆弱部100a喷出的火焰、气体等。
74.在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部210可以形成在所述壳体单元200的上部边缘部分。
75.原因在于，所述密封脆弱部100a主要形成在二次电池单元100的上端顶角部分，并且相比起二次电池单元100的其他部分，在邻近于上端顶角的部分排出火焰或气体更有利于延迟二次电池单元100的爆炸过渡时间。
76.这可以参照图9a和图9b容易看出。图9a是火焰排出部210邻近二次电池单元100的中心部分形成的实施例，图9b是火焰排出部210邻近二次电池单元100的上端顶角形成的实施例。对此，在下表中进行了总结。在此，起火时间是指温度迅速升高到最高温度的时间点，过渡时间是指在第一个电池单元的起火时间之后发生起火的时间间隔(interval)。
77.[表1]
[0078][0079]
将上述情况进行比较，可以确认，与火焰排出部210邻近二次电池单元100的中心部分形成的图9a的情况1至情况3相比，火焰排出部210邻近二次电池单元100的上端顶角形成的图9b的情况4至情况6的起火时间发生延迟。
[0080]
即，可以确认，在第一个电池单元爆炸并起火后，火焰转移到相邻的第二个电池单元和第三个电池单元，并且第二个电池单元和第三个电池单元发生爆炸的起火时间变长。
[0081]
通过比较基于第一个电池单元的起火时间的过渡时间，可以更容易地看出这点。即，在火焰排出部210邻近二次电池单元100的中心部分形成的实施例中，第二个电池单元(情况2)发生起火所用的过渡时间为12秒，而在火焰排出部210邻近二次电池单元100的上端顶角形成的实施例中，第二个电池单元(情况5)发生起火所用的过渡时间为24秒，相比前者长12秒。另外，在火焰排出部210邻近二次电池单元100的中心部分形成的实施例中，第三个电池单元(情况3)发生起火所用的过渡时间为26秒，而在火焰排出部210邻近二次电池单元100的上端顶角形成的实施例中，第三个电池单元(情况6)发生起火所用的过渡时间为60秒，相比前者长34秒。
[0082]
另外，所述壳体部件可以包括形成容纳多个所述二次电池单元100的内部空间的底部部件200a、前后部件200d、侧壁部件200b以及盖部件200c。
[0083]
多个所述二次电池单元100可以安置在所述底部部件200a上。所述前后部件200d可以设置在所述底部部件200a的边缘，并且联结所述二次电池单元100的电极引线部110。所述侧壁部件200b可以设置在所述底部部件200a的边缘，并且与所述前后部件200d相邻。所述盖部件200c可以设置在所述前后部件200d和所述侧壁部件200b的上端。
[0084]
另外，所述火焰排出部210可以设置在邻近所述前后部件200d的所述盖部件200c的前后端部和邻近所述盖部件200c的所述前后部件200d的上端部的至少一个中。
[0085]
如上所述，将所述火焰排出部210的位置限定在上述位置的原因在于，相比二次电池单元100的其他部分，所述火焰排出部210邻近二次电池单元100的上端顶角形成并排出火焰或气体有利于延迟起火时间。上面已经描述了其原因。
[0086]
另外，可以在这种底部部件200a、前后部件200d、侧壁部件200b和盖部件200c中设置延长火焰路径的板部件220。
[0087]
即，所述底部部件200a、前后部件200d、侧壁部件200b和盖部件200c本身可以由板部件220形成。
[0088]
因此，可以降低容纳在所述壳体部件的内部空间中的所述二次电池单元100爆炸而产生的火焰通过所述底部部件200a、前后部件200d、侧壁部件200b和盖部件200c等排出到外部的比率。随着火焰排出到所述壳体部件外部的比率降低，改善了火焰传播到其他相邻的电池模块而接连爆炸的问题。
[0089]
具体地，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述板部件220可以包括第一板部221、第二板部222和芯部223。所述第一板部221可以设置在一侧，并且所述第二板部222可以与所述第一板部221隔开预定间隔而设置在另一侧。另外，所述芯部223可以设置在所述第一板部221和所述第二板部222之间，并且可以延长火焰或气体路径。
[0090]
例如，当所述侧壁部件200b由所述板部件220形成时，所述第一板部221可以设置在一侧以暴露于外部，所述第二板部222可以设置在比所述第一板部221更邻近所述二次电池单元100的内侧。即，所述第二板部222的两端部的至少一部分可以与所述第一板部221结合，中心部分可以与所述第一板部221隔开预定间隔而设置，并且可以比所述第一板部221更邻近所述二次电池单元100设置。
[0091]
另外，所述芯部223可以设置在所述第一板部221和所述第二板部222之间。另外，所述芯部223可以形成为延长进入所述第一板部221和所述第二板部222之间的火焰的路径的结构。对于所述芯部223的详细说明将在后面参照图7进行描述。
[0092]
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部210可以连接到设置在所述容纳单元200中以延长火焰路径的板部件220。
[0093]
即，所述火焰排出部210可以面对所述密封脆弱部100a设置，从而能够将从所述密封脆弱部100a喷出的火焰、气体等迅速传递到所述板部件220的内部。
[0094]
因此，经由所述火焰排出部210的火焰、气体等在通过所述板部件220的同时温度降低，然后排出到外部。并且，火焰可能随着温度降低而消散。
[0095]
这种火焰排出部210可以包括排出结合管211和排出引导管212，以有效地从壳体单元200的内部排出所述火焰、气体等，对此的详细说明将在后面参照图4进行描述。
[0096]
图4是示出本发明的电池模块中的火焰排出部210包括排出结合管211和排出引导管212的实施例的主视图，参照附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部210可以包括排出结合管211和排出引导管212。
[0097]
所述排出结合管211可以结合到所述壳体单元200，所述排出引导管212可以结合到所述排出结合管211并且可以形成为朝向所述密封脆弱部100a从所述排出结合管211延伸。
[0098]
即，在所述壳体单元200与所述二次电池单元100之间可以形成有间隙，并且由于设置有所述排出引导管212，因此能够使所述火焰排出部210的端部相比所述壳体单元200的板部件220更邻近所述密封脆弱部100a。
[0099]
因此，可以降低从所述密封脆弱部100a迸出的火焰和气体逸出到其他位置的比率。因此，可以改善由于任一个二次电池单元100爆炸产生的火焰、气体等残留在所述壳体单元200内部而使得其他二次电池单元100较快地暴露于高温高压环境中而使接连的爆炸迅速发展的问题。
[0100]
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述排出引导管212可以形成为其宽度从所述排出结合管211到所述密封脆弱部100a逐渐变宽的形状。
[0101]
如上所述限定所述排出引导管212的形状是为了增加用于容纳从所述密封脆弱部100a迸出的火焰和气体的面积，同时将所述火焰和气体引导到所述排出结合管211。例如，所述排出引导管212可以是端部开口的圆锥(cone)形等。
[0102]
图5是示出本发明的电池模块中的火焰排出部210包括被设置成被二次电池单元100爆炸产生的热或压力而损坏的开闭板部213的实施例的主视图，图6是示出本发明的电池模块中的火焰排出部210包括被设置成通过二次电池单元爆炸产生的压力而旋转的开闭板部213的实施例的主视图。
[0103]
参照附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述火焰排出部210可以在面对所述密封脆弱部100a的所述壳体单元200的部分以开口的形状形成，并且设置有开闭开口部分213a的开闭板部213。
[0104]
如上所述，当所述开闭板部213被从所述密封脆弱部100a排放的高温高压的火焰、气体等打开时，所述火焰和气体通过所述火焰排出部210的开口部分213a从所述壳体单元200的内部排出。
[0105]
另外，通过所述开闭板部213可以防止外部的异物通过所述板部件220回流并进入所述壳体单元200的内部空间的问题。
[0106]
为了使所述开闭板部213被从所述密封脆弱部100a排放的高温高压的火焰、气体
等而打开，所述开闭板部213可以形成为所述开闭板部213被任一个所述二次电池单元100爆炸产生的火焰或气体等的热或压力而损坏以打开所述火焰排出部210。
[0107]
换言之，所述开闭板部213可以被构造成受所述二次电池单元100爆炸产生的热而熔化并损坏，从而打开所述火焰排出部210，或者受所述二次电池单元100爆炸产生的高压气体而产生裂纹并损坏，从而打开所述火焰排出部210。
[0108]
例如，如图5所示，所述开闭板部213可以形成为在所述开闭板部213的一部分上形成槽部214，因此与其他部分相比更容易受到高压气体的影响。
[0109]
另外，例如，所述开闭板部213可以设置为如图6所示开闭的门的形式。
[0110]
即，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述开闭板部213可以被构造成一端部与所述第二端部222铰链结合，以通过任一个所述二次电池单元100爆炸产生的压力向所述火焰排出部210的开口部分213a方向旋转以打开所述火焰排出开210。
[0111]
为此，所述开闭板部213的一端部通过与所述第二板部222铰链结合而旋转，并且向封闭所述火焰排出部210的方向施加预定弹力的弹性部件可以联接到一端部。
[0112]
因此，当容纳在所述内部空间中的所述二次电池单元100爆炸并且所述内部空间形成为高温高压环境时，所述开闭板部213沿着打开所述火焰排出部210的方向旋转，而通常可以保持沿着封闭所述火焰排出部210的方向旋转的状态。图7是示出本发明的电池模块中的芯部223的单位柱部223a的立体图，参照附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，所述芯部223形成为中空多边形柱状的单位柱部223a重复的图案(pattern)。
[0113]
如上所述，所述芯部223由多个所述单位柱部223a形成，并且火焰在通过所述单位柱部223a的同时移动，因此可以增加火焰路径。
[0114]
另外，所述芯部223设置在所述第一板部221和所述第二板部222之间，从而起到支撑所述第一板部221和所述第二板部222的作用。因此，所述板部件220可以在冲击和振动等环境下确保结构刚性并且可以实现轻量化。
[0115]
在此，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，在所述单位柱部223a中，在至少两个柱面上形成有连通部223b。
[0116]
由此，流入所述芯部223的单位柱部223a的火焰、气体等可以再次传递到相邻的其他单位柱部223a。因此，可以延长进入所述芯部223的火焰、气体等的流路。
[0117]
另外，根据本发明的一个实施例的电池模块的特征在于，在所述单位柱部223a中，通过邻近所述第一板部221形成的第一连通部223c和邻近所述第二板部222形成的第二连通部223d将以之字形形成火焰路径。
[0118]
当以这种形状形成所述连通部223b时，火焰、气体等的流动路径进一步延长，并且还获得间接的冷却效果。因此，可以提高所述火焰的消散效果并且形成温度较低的气体。
[0119]
例如，火焰、气体等通过所述第一连通部223c进入所述单位柱部223a，火焰、气体等通过所述第二连通部223d排出到相邻的另一单位柱部223a，从而可以延长火焰、气体等的流动路径。
[0120]
另外，如果所述第一连通部223c是邻接所述第一板部221形成的孔并且所述第二连通部223d是邻接所述第二板部222形成的孔，则除了火焰、气体等在与所述第一板部221或所述第二板部222水平的一个平面上穿过所述单位柱部223a之外，还可以确保火焰、气体等在与该一个平面交叉的方向上的流动路径，因此具有以之字形进一步延长火焰、气体等
的流动路径的效果。
[0121]
另外，当所述第一板部221或所述第二板部222邻接温度较低的外侧设置时，通过所述第一连通部223c或第二连通部223d的火焰、气体等也会获得冷却效果。
[0122]
图8是示出在本发明的电池模块中的板部件220中设置有容纳部件230的实施例的平面图，参照附图，根据本发明的一个实施例的电池模块的所述板部件220可以包括容纳部件230。所述容纳部件230容纳在所述第一板部221和所述第二板部222之间的空间中，并且可以由执行灭火(extinguishment)功能、吸热功能和耐火功能中的至少一种功能的材料形成。
[0123]
因此，当邻接所述壳体单元200的内部空间设置的所述第一板部221或所述第二板部222由于热、火焰而熔化时，所述容纳部件230与热、火焰等直接接触并发挥灭火功能、吸热功能和耐火功能中的至少一种功能。
[0124]
尽管上文描述了本发明的实施例，但是本发明的权利范围不限于此，并且对本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离权利要求书中描述的本发明的技术思想的范围内可以对本发明进行各种改进和改变是显而易见的。