KR101191660B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 이차 전지 내부의 가스를 안전하게 배출시킬 수 있도록 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지와 상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징, 및 상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재를 포함하고, 상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작게 형성된다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 배출 구조를 개선한 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 상기한 고출력 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수 개의 이차 전지를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지로 구성된다.
또한, 하나의 대용량 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지는 원통형과 각형 등으로 이루어질 수 있다.
이차 전지는 내부의 압력이 증가할 경우 개방되는 벤트를 구비한다. 이는 이차 전지 내부 압력의 증가로 인하여 이차 전지가 폭발하는 것을 방지하기 위함이다.
이차 전지에서 배출되는 가스는 외부로 신속하게 배출되어야 한다. 이차 전지 내부의 가스가 외부로 신속하게 배출되지 못하면 이차 전지가 폭발하거나 발화할 수 있다. 이차 전지 내부의 가스가 신속하게 배출되기 위해서는 전지 모듈을 구성하는 하우징 내부의 압력이 충분히 낮아야 한다. 그러나 밀폐된 하우징 내에 이차 전지들이 위치하는 경우, 가스가 신속하게 배출될 정도로 하우징 내부의 압력이 낮지 못하여 이차 전지가 폭발할 위험이 있다.
특히, 하나의 이차 전지의 벤트가 개방된 이후에는 하우징 내부의 압력이 증가하게 되므로 이 상태에서 다른 이차 전지의 벤트가 개방되더라도 가스가 신속하게 배출되지 못하여 이차 전지가 폭발할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안전성이 향상된 전지 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지와 상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징, 및 상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재를 포함하고, 상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작게 설정된다.
상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방압력의 60% 내지 90%로 이루질 수 있으며, 상기 하우징은 이차 전지가 내장되는 몸체와 상기 몸체에 결합된 덮개를 포함할 수 있다.
상기 밸브부재는 상기 덮개에 설치될 수 있으며, 상기 덮개의 하면에는 이차 전지에서 배출되는 가스가 이동하는 통로 형성하는 가이드 리브가 형성될 수 있다.
상기 몸체와 상기 덮개 사이에는 이차 전지의 배기부재의 상부에 위치하는 배기 홀과 상기 배기 홀의 둘레를 따라 이어진 배기 돌기가 형성된 보호 부재가 설치될 수 있다.
상기 밸브부재는 상기 몸체에 설치될 수 있으며, 상기 밸브부재는 내측으로 만곡 돌출된 내측면을 갖고, 상기 내측면은 맞닿도록 형성될 수 있다.
상기 밸브부재는 탄성체로 이루어질 수 있으며, 상기 배기 홀의 둘레를 따라 배기 돌기가 돌출 형성되고, 상기 밸브 부재는 상기 배기 돌기의 내측에 삽입 설치될 수 있다.
상기 밸브부재는 회동 가능하게 설치되고, 상기 밸브부재의 회동축 중심은 상기 밸브부재의 측면 무게중심보다 중력방향을 기준으로 상부에 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 밸브부재의 측면은 하부의 폭이 상부의 폭보다 더 크게 형성될 수 있으며, 상기 배기 홀에는 상기 밸브부재의 하단과 맞닿는 지지턱이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하우징에 밸브부재가 설치되어 하우징 내부에서 발생된 가스를 용이하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 하우징의 밸브부재가 개방되는 압력이 이차 전지의 배기부재가 개방되는 압력보다 더 작게 형성되므로 이차 전지 내부에서 생성된 가스를 신속하게 배출시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하우징의 덮개를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하우징과 밸브부재를 도시한 절개 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브부재가 닫힌 상태를 도시한 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브부재가 개방된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징을 도시한 절개 사시도이다.
도 10은 본 발명의 도 8에서 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 전지 모듈(101)은 복수 개의 이차 전지(20)와 이차 전지들(20)이 내장되는 하우징(12), 하우징(12)의 배기 홀(125)에 설치된 밸브부재(30)를 포함한다.
하우징(12) 내에는 복수개의 이차 전지(20)가 설치되는 바, 이차 전지(20)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.
이차 전지(20)는 양극 단자(21)와 음극 단자(22), 및 설정된 압력에서 개방되어 가스를 배출하는 배기부재(27)를 포함한다. 배기부재(27)는 이차 전지 내부의 압력이 증가할 때, 설정된 압력에서 개방되어 이차 전지(20) 내부의 가스를 외부로 배출하는 통로를 제공한다.
복수 개의 이차 전지들(20)은 버스 바(bus bar)(25)에 의하여 직렬로 연결되어 하우징(12) 내에 설치된다.
하우징(12)은 대략 직육면체 형상으로 이루어지며 내부 공간을 갖는 몸체(121)와 몸체(121)의 개구에 결합되는 덮개(123)를 포함한다. 하우징(12)은 밀폐된 구조로 이루어지며, 하우징(12)의 냉각을 통해서 이차 전지들(20)이 냉각된다.
배기 홀(124)은 덮개(123)에 형성되는 바, 대략 타원형의 단면 형상을 갖는다. 밸브부재(30)는 배기 홀(124)을 막도록 설치며, 노치(31)가 형성된 판 형태로 이루어져서 설정된 압력에서 개방된다.
밸브부재(30)의 개방 압력은 배기부재(27)의 개방 압력보다 작게 설정된다. 이차 전지(20) 내부의 압력이 증가하여 배기부재(27)가 개방될 때, 가스를 신속하게 배출하는 것은 무엇보다 중요하다. 이차 전지(20) 내부의 압력이 증가하여 배기부재(27)가 개방되었을 때, 가스가 빨리 배출되지 못하면 이차 전지(20)가 폭발할 위험이 있기 때문이다.
이를 위해서는 하우징(12) 내부의 압력이 배기부재(27)의 개방 압력보다 낮아야 하며, 하우징(12) 내부의 압력이 배기부재(27)의 개방 압력에 도달하기 이전에 밸브부재(30)가 개방되어 하우징(12) 내부의 압력을 낮추어야 한다. 하우징(12) 내부의 압력이 배기부재(27)의 개방 압력과 동일하면, 배기부재(27)가 개방되더라도 가스가 배출될 수 없기 때문이다.
밸브부재(30)의 개방 압력은 배기부재(27) 개방 압력의 60% 내지 90% 수준으로 설정될 수 있다. 밸브부재(30)의 개방 압력이 배기부재(27)의 개방 압력의 90%보다 더 크면 이차 전지(20) 내부의 가스를 신속하게 배출시키지 못하는 문제점이 있으며, 밸브부재(30)의 개방 압력이 배기부재(27)의 개방 압력의 90%보다 더 작으면 밸브부재(30)가 충격이나 압력의 변화에 따라 쉽게 개방되어 하우징(12)의 실링이 제대로 이루어지지 못하는 문제가 발생한다.
하우징(12) 내부의 공간은 이차 전지(20)의 내부 공간보다 넓으므로 하나의 이차 전지(20)에서 가스가 배출되더라도 하우징(12) 내부의 압력은 밸브부재(30)의 개방 압력으로 쉽게 올라가지 않는다. 이에 따라 본 실시예에 따르면 적정한 수준에서 하우징(12)을 개방함으로써 하우징(12)의 밀봉을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 배기부재(27)가 개방될 때, 이차 전지(20) 내부의 가스를 신속하게 배출할 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(101)의 안전성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 덮개를 아래에서 본 사시도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(102)은은 복수 개의 이차 전지(20)와 이차 전지들(20)이 내장되는 하우징(14), 하우징(14)의 배기 홀(145)에 설치된 밸브부재(40)를 포함한다.
하우징(14) 내에는 복수개의 이차 전지(20)가 설치되며 내부 공간을 갖는 몸체(141)와 몸체(141)의 개구에 결합되는 덮개(143)를 포함한다. 하우징(14)은 밀폐된 구조로 이루어지며, 하우징(14)의 냉각을 통해서 이차 전지들(20)이 냉각된다.
몸체(141)와 덮개(143) 사이에는 보호 부재(50)가 설치되는 바, 보호 부재(50)는 이차 전지들(20)의 위에 설치된다. 보호 부재(50)는 판 형상으로 이루어진 지지판(54)과 지지판(54) 상에서 돌출 형성되어 버스 바(25)의 둘레를 감싸는 돌기부(52)를 포함한다.
지지판(54)은 대략 사각판 형상으로 이루어지며, 보호 부재(50)는 몸체(141)의 개구에 결합되어 몸체(141)에 고정된다. 지지판(54)에는 단자(21, 22)가 삽입되는 단자홀(56)이 형성되는 바, 단자홀(56)은 돌기부(52)의 안쪽에 형성된다.
지지판(54)에는 기공(58)이 형성되는 바, 기공(58)은 이차 전지(20)에 설치된 배기부재(27)의 상부에 위치한다. 기공(58)의 둘레에는 배기 돌기(51)가 형성되어 있는데, 배기 돌기(51)는 기공(58)의 둘레를 따라 이어져 형성된다. 이에 따라 배기부재(27)가 개방될 때, 기공(58)과 배기 돌기(51)의 안내를 받아서 이차 전지(20) 내부의 가스가 신속하게 배출될 수 있다.
덮개(143)에는 적층방향으로 이어져 형성된 두 개의 가이드 리브(146)가 형성되는 바, 가이드 리브(146)는 배기 돌기(51)의 폭방향 외측에 형성되어 폭방향을 기준으로 가이드 리브들(146) 사이에 배기 돌기(51)가 위치하게 된다.
배기부재(27)가 개방되어 가스가 배출될 때, 검은색 연막과 함께 전해액 등의 물질이 배출되는 바, 이차 전지(20)에서 배출되는 물질이 단자(21, 22)나 버스 바(25)를 오염시키면 단락이 발생할 수 있다. 그러나 본 실시예와 같이, 배기 돌기(51)와 가이드 리브(146)가 형성되면 이차 전지(20)에서 배출되는 물질이 배기 돌기(51)에 의하여 상부로 이동하고, 가이드 리브(146)에 의하여 측방향으로 퍼지는 것을 방지할 수 있으므로 단자(21, 22) 또는 버스 바(25)가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라 돌기부(52)가 버스 바(25) 및 단자(21, 22)를 감싸고 있으므로 이물질에 의하여 단자(21, 22) 및 버스 바(25)가 오염되는 것을 더욱 안정적으로 방지할 수 있다.
배기 홀(145)은 덮개(143)에 형성되는 바, 대략 타원형의 단면 형상을 갖는다. 밸브부재(40)는 배기 홀(145)을 막도록 설치는 바, 노치가 형성된 판 형태로 이루어진다.
밸브부재(40)의 개방 압력은 배기부재(27)의 개방 압력보다 작게 설정된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하우징과 밸브부재를 도시한 절개 사시도이고, 도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브부재가 닫힌 상태를 도시한 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브부재가 개방된 상태를 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈은 덮개과 밸브부재의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지는 바, 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7a에 도시된 바와 같이 하우징의 덮개(163)에는 배기 홀(165)이 형성되고, 배기 홀(165)의 둘레에는 밸브 돌기(166)가 형성된다. 밸브 돌기(166)는 배기 홀의 둘레를 따라 이어져 형성되며 밸브부재(60)는 밸브 돌기(166)측에 삽입 설치된다. 밸브부재(60)는 중앙에 홀이 형성된 관 형성으로 이루어지며, 만곡된 내측면(63)을 갖다. 만곡된 내측면(63)은 내측으로 볼록하게 돌출되며 중앙 부분은 맞닿아 밸브부재(60)의 중앙에 형성된 홀을 밀봉하고 있다. 밸브 돌기(166)의 내부에서 밸브부재(60)는 내측으로 가압된 상태로 설치되며 이에 따라 밸브부재(60)는 하우징의 내부 압력이 낮은 경우에는 만곡된 내측면(63)이 서로 맞닿아 하우징을 안정적으로 밀봉할 수 있다.
밸브부재(60)는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 바, 도 7b에 도시된 바와 같이 하우징의 내부 압력이 증가하면 만곡된 내측면(63)이 이격되어 개방되며, 이에 다라 하우징 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이고 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전지 모듈의 하우징을 도시한 절개 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(103)은 하우징(18)과 밸브부재(80)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지는 바, 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(103)의 하우징(18)은 몸체(181)와 몸체(181)에 결합된 덮개(183)를 포함하는 바, 몸체(181)에 배기 홀(185)이 형성되고, 이 배기 홀(185)에 밸브부재(80)가 설치된다. 배기 홀(185)은 전지 모듈(103)이 운송 장치에 설치될 때, 운송 장치의 주이동방향과 반대 방향을 향하는 몸체(181)의 면에 형성된다.
배기 홀(185)의 하단에는 밸브부재(80)의 하부를 지지할 수 있도록 돌출된 지지턱(186)이 형성되어 있다. 밸브부재(80)는 밸브부재(80)는 대략 삼각 기둥 형태로 이루어지며, 하부로 갈수록 단면적이 증가하도록 경사지게 형성된 경사면(81)을 갖는다. 밸브부재(80)의 상단에는 배기 홀(185)을 안정적으로 밀봉할 수 있도록 지지면(86)이 형성된다.
밸브부재(80)에는 몸체(181)에 대하여 회동 가능하도록 회동축(83)이 연결 설치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 밸브부재(80)의 회동축 중심(OR)은 밸브부재(80)의 측면 무게중심(OG)보다 더 위에 위치하며, 지지턱(186)에서 측면 무게중심(OG)보다 더 멀리 위치한다. 이에 따라 하우징(18) 내부 압력이 낮은 경우에는 밸브부재(80)의 하중에 의하여 밸브부재(80)의 하부가 지지턱(186)과 맞닿아 배기 홀(185)을 밀봉한다.
그러나 하우징(18)의 내부 압력이 상승하면 밸브부재(80)가 회동하여 배기 홀(185)이 개방된다. 이에 따라 하우징(18) 내부의 가스를 외부로 용이하게 배출할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102, 103: 전지 모듈 12, 14, 18: 하우징
121, 141, 181: 몸체 123, 143, 163, 183: 덮개
124, 145, 165, 183: 배기 홀 146: 가이드 리브
166: 밸브 돌기 186: 지지턱
20: 이차 전지 21: 양극 단자
22: 음극 단자 25: 버스 바
27: 배기부재 30, 40, 60, 80: 밸브부재
31: 노치 50: 보호 부재
51: 배기 돌기 52: 돌기부
54: 지지판 56: 단자홀
58: 기공 63: 내측면
81: 경사면 83: 회동축
86: 지지면

Claims (14)

  1. 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지;
    상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징; 및
    상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재;
    를 포함하고,
    상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작으며,
    상기 하우징은 이차 전지가 내장되는 몸체와 상기 몸체에 결합된 덮개를 포함하고, 상기 덮개의 하면에는 이차 전지에서 배출되는 가스가 이동하는 통로 형성하는 가이드 리브가 형성된 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방압력의 60% 내지 90%인 전지 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브부재는 상기 덮개에 설치된 전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지;
    상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징; 및
    상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재;
    를 포함하고,
    상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작으며,
    상기 하우징은 이차 전지가 내장되는 몸체와 상기 몸체에 결합된 덮개를 포함하고,
    상기 몸체와 상기 덮개 사이에는 상기 이차 전지의 배기부재의 상부에 위치하는 배기 홀과 상기 배기 홀의 둘레를 따라 이어진 배기 돌기가 형성된 보호 부재가 설치된 전지 모듈
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브부재는 상기 몸체에 설치된 전지 모듈.
  8. 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지;
    상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징; 및
    상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재;
    를 포함하고,
    상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작으며,
    상기 밸브부재는 내측으로 만곡 돌출된 내측면을 갖고, 상기 내측면은 맞닿도록 형성된 전지 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 밸브부재는 탄성체로 이루어진 전지 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배기 홀의 둘레를 따라 배기 돌기가 돌출 형성되고, 상기 밸브 부재는 상기 배기 돌기의 내측에 삽입 설치된 전지 모듈.
  11. 설정된 압력에서 개방될 수 있는 배기부재가 설치된 복수 개의 이차 전지;
    상기 이차 전지들이 내장되며 배기 홀이 형성된 하우징; 및
    상기 배기 홀을 막도록 설치된 밸브부재;
    를 포함하고,
    상기 밸브부재의 개방 압력은 상기 배기부재의 개방 압력보다 더 작으며,
    상기 밸브부재는 회동 가능하게 설치된 전지 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 밸브부재의 회동축 중심은 상기 밸브부재의 측면 무게중심보다 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 전지 모듈.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 밸브부재의 측면은 하부의 폭이 상부의 폭보다 더 크게 형성된 전지 모듈.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 배기 홀에는 상기 밸브부재의 하단과 맞닿는 지지턱이 형성된 전지 모듈.
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