KR20130086677A - 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀이 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조의 하나 이상의 단위모듈들이 수직으로 세워져 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 있는 하나 이상의 전지모듈들로 구성된 전지모듈 배열체와, 전지모듈 배열체가 탑재되는 베이스 플레이트와, 하단이 베이스 플레이트에 고정된 상태로 상기 전지모듈 배열체의 양 측면을 지지하는 한 쌍의 엔드 플레이트들 및 상기 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에는 외력에 대한 완충 작용과 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 리브들이 형성되어 있는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Module of Improved Safety and Battery Pack Containing the Same}
본 발명은 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지셀이 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조의 하나 이상의 단위모듈들이 수직으로 세워져 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 있는 하나 이상의 전지모듈들로 구성된 전지모듈 배열체와, 전지모듈 배열체가 탑재되는 베이스 플레이트와, 하단이 베이스 플레이트에 고정된 상태로 상기 전지모듈 배열체의 양 측면을 지지하는 한 쌍의 엔드 플레이트들 및 상기 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에는 외력에 대한 완충 작용과 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 리브들이 형성되어 있는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용됨에 반하여, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, 때때로 "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과방전, 과전류시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다. 예를 들어, 원통형의 소형 이차전지에서는 원통형 캔에 내장되어 있는 양극/분리막/음극의 전극조립체(발전소자) 상부에 PTC 소자 및 안전벤트가 통상 설치되어 있고, 각형 또는 파우치형의 소형 이차전지에서는 발전소자가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 각형 캔 또는 파우치형 케이스의 상단에 보호회로 모듈, PTC 소자 등이 일반적으로 탑재되어 있다.
리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 중대형 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지 셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, BMS (Battery Management System) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자, 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스 발생을 유발하며, 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 된다. 또한, 정상적인 상태에서는 안전 시스템인 BMS가 과방전, 과충전, 과전류 등을 탐지하고 전지팩을 제어/보호하고 있으나, 비정상적인 상황에서 BMS가 작동되지 않으면 위험성이 커지고 안전을 위한 전지팩 제어가 어려워진다. 중대형 전지팩은 일반적으로 다수의 전지셀들이 일정한 케이스 내에 고정된 상태로 장착되어 있는 구조로 되어 있으므로, 각각의 팽창된 전지셀들은 한정된 케이스 내에서 더욱 가압되고, 비정상적인 작동 조건 하에서 발화 및 폭발의 위험성이 크게 높아진다.
이와 관련하여, 도 1에는 종래의 중대형 전지팩의 회로 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 중대형 전지팩(1)은 다수의 전지셀들로 이루어진 전지모듈(10), 전지모듈(10)의 작동 상태에 대한 정보를 검출하여 이를 제어하는 BMS(60), BMS(60)의 작동 명령에 의해 전지모듈(10)과 외부 입출력 회로(인버터: 80)의 연결을 개폐하는 전원 개폐부(릴레이: 70) 등으로 구성되어 있다.
BMS(60)는 전지모듈(10)의 정상적인 작동 조건에서 전원 개폐부(70)를 온(ON) 상태로 유지하고, 이상이 감지되었을 때 오프(OFF) 상태로 전환시켜 전지모듈(10)의 충방전을 중지시킨다. 반면에, BMS(60)의 오작동 또는 미작동시, BMS(60)로부터 어떠한 제어도 이루어지지 않으므로, 전원 개폐부(70)는 계속적으로 온(ON) 상태로 유지되어, 비정상적인 작동 상태에서도 전지모듈(10)은 계속적으로 충방전이 이루어진다.
또한, 종래의 중대형 전지팩(1)은 상기 전지셀이 내장되는 셀 커버와 이를 포함하는 외부 구성 부품으로 이루어진다. 그러나, 상기 셀 커버와 외부 구성 부품은 프레스 또는 금속 소재로 이루어지므로, 상호간에 접촉 등으로 인한 단락의 가능성이 매우 높다. 이로 인해, 전지팩의 근본적인 절연성이 담보되지 않으며, 특히, 반복적인 외력이 발생하는 경우에 이러한 문제는 더욱 심각해질 수 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 중대형 전지팩의 절연성을 향상시켜 안전성을 근본적으로 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지모듈들이 측면으로 배열되어 있는 전지팩의 제조시, 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 절연성을 가진 발포체 소재의 절연부재를 댐퍼로서 적용하여, 부품간의 절연성 및 내구성을 확보할 수 있는 전지팩을 개발하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 안전성을 향상시킬 수 있는 특정한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에 냉매 유로 형성을 위한 리브들이 형성되어 있는 절연부재를 장착함으로써, 냉각 유로의 구성이 용이하고, 냉각 효율이 향상된 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
전지셀이 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조의 하나 이상의 단위모듈들이 수직으로 세워져 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 있는 하나 이상의 전지모듈들로 구성된 전지모듈 배열체;
전지모듈 배열체가 탑재되는 베이스 플레이트;
하단이 베이스 플레이트에 고정된 상태로 상기 전지모듈 배열체의 양 측면을 지지하는 한 쌍의 엔드 플레이트들; 및
상기 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에는 외력에 대한 완충 작용과 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 리브들이 형성되어 있는 절연부재;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에, 엔드 플레이트의 비드들과 대응하는 리브들이 모듈 배열체에 대면하는 면에 형성되어 있는 특정한 절연부재가 장착되어 있으므로, 외력에 대한 충격을 확실하게 흡수할 수 있고, 전지모듈들의 냉매 유로를 용이하게 확보할 수 있다.
상기 전지셀의 구조는 특별히 제한되는 것은 아닌 바, 예를 들어, 일측 또는 양측으로 전극단자들이 돌출되어 있는 판상형 전지셀로 이루어진 구조일 수 있다.
이러한 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 이차전지 셀이다. 그러한 바람직한 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양 단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 단위모듈은, 바람직하게는, 둘 이상의 전지셀들이 전극단자 부위를 제외하고 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조일 수 있다.
이와 같이, 전지셀들이 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성함으로써, 고강도 셀 커버가 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 전지모듈의 제조가 가능해진다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 셀 커버의 외면에는 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 비드가 형성되는 구조일 수 있다.
이러한 구조의 비드는 셀 커버의 외측에 요철 형상의 홈으로 형성되어, 전지의 충방전에 따라 전지셀 등에서 발생되는 열을 단위모듈 외측으로 배출하도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되는 절연부재에서, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에 형성되어 있는 리브들은, 이후 설명하는 바와 같이, 단위모듈의 외면, 즉, 셀 커버의 외면에 형성되어 있는 비드와의 조합에 의해, 바람직한 냉매 유로를 제공할 수 있다.
상기 전지모듈의 구조는, 예를 들어, 둘 이상의 단위모듈들을 포함하고 있고, 최외각 단위모듈들의 일측면이 외부로 개방되는 형상의 상하부 케이스들 사이에 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 평면상 직사각형으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔드 플레이트들 중의 적어도 하나에는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전극단자 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 전극단자 연결부위에 대응하는 부위에 개구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결 부위를 스웰링시 부피 팽창에 대한 취약한 구조로 형성함으로써, 스웰링 부피가 한계치인 소정값 이상에 도달하면, 전극단자 연결부위로 팽창 응력이 집중되도록 하여 물리적 변형에 의해 파열되도록 유도할 수 있다.
따라서, 전극단자 연결부위의 이러한 파열에 의해, 상기 엔드 플레이트 일부에 형성된 개구로 팽창 응력이 전달되도록 함으로써, 전지모듈 내부의 전기적 연결이 끊어져 충방전 과정이 중지되고, 전지셀 또는 단위모듈의 스웰링 부피가 더 이상 증가하는 것을 억제하여, 전지모듈의 발화 또는 폭발을 방지하고 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 절연부재는, 바람직하게는, 단위모듈의 일측면에 대응하는 판상 구조의 발포체로 이루어질 수 있으며, 상기 발포체는 예를 들어 EPP(Extended Polypropylene) 소재로 이루어질 수 있지만 그것만으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 절연성을 가진 패드류의 구조물로서, 예들 들어, EDS, EPDM 등과 같은 탄성력을 가진 소재 등도 사용될 수 있음은 물론이다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 셀 커버의 외면에는 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 비드가 형성되어 있고, 상기 절연부재의 리브는 상기 셀 커버의 비드에 대면하는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 비드와 상기 리브는 서로 요철형상으로 서로 대면하는 구조로 형성됨으로써, 냉매의 유동을 안내하도록 냉매 유로의 역할을 하여 전지셀의 충방전시에 발생한 열을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 절연부재에 형성되어 있는 리브의 형상은 다양할 수 있지만, 바람직하게는, 둘 이상의 리브들이 전지팩의 상하 방향으로 배열되어 있는 형상일 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 리브들 중의 적어도 하나의 리브에 리브의 양측 부위가 연통될 수 있는 하나 이상의 단차부들을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 절연부재의 리브에 단차부들이 형성됨으로써, 냉매가 수직 방향 및 수평 방향으로 유동하면서 더욱 우수한 냉각 효율성을 발휘할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈들의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 한 쌍의 고정 프레임을 추가로 포함하는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 디바이스의 바람직한 예로는, 상기 전지팩을 전원으로 사용하며 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치 등을 들 수 있다.
자동차의 전원으로 사용되는 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조될 수 있음은 물론이다.
전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지팩에서, 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 특정한 형상의 절연부재를 댐퍼로서 부가하여, 부품간의 절연성 및 내구성을 확보하면서, 전지모듈 배열체와의 사이에 냉매 유로를 형성하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 중대형 전지팩의 회로 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도이다;
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 평면도들이다;
도 5는 도 3의 'A' 부분을 확대한 부분 확대도이다;
도 6 및 도 7는 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 전지셀과 셀 커버의 사시도들이다;
도 8은 단위모듈 적층체의 사시도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 10은 전지모듈을 구성하는 팩 케이스의 구조의 모식도이다;
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 12 및 도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절연부재의 내측면 및 외측면의 사시도들이다;
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연부재의 내측면의 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 어셈블리의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 전지모듈 어셈블리의 평면도들이 모식적으로 도시되어 있으며, 도 5는 도 3의 'A' 부분을 확대한 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(300)는 다수개의 단위모듈들(도시하지 않음)이 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 구체적으로, 다수개의 단위모듈들(도시하지 않음)이 직렬로 연결되어 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 하나 이상의 전지모듈 배열체(540)를 형성하고, 한 쌍의 엔드 플레이트(530)가 전지모듈 배열체(540)의 양측면을 지지하도록 양측면에 각각 장착되어 전지모듈 어셈블리(300)를 이루고 있다.
전지모듈 배열체(540)를 구성하는 단위모듈들(도시하지 않음) 중 최외각에 위치한 단위모듈(202)에는 일측에 소정의 크기를 가진 절취부(350)가 형성되고, 이들 양측에 장착되는 한 쌍의 엔드 플레이트들(530) 중 적어도 하나에는 단위모듈(도시하지 않음)의 전극단자 연결부위(도시하지 않음)에 대응하는 부위에 개구(531)가 형성되어 있다.
최외각에 위치한 단위모듈(202)과 엔드 플레이트(530)의 사이에는 외력에 의한 내부의 절연 파괴를 방지하면서 최외각의 단위모듈(202)이 과냉각되는 것을 방지하기 위한 절연부재(500)가 개재되어 있다. 이러한 절연부재(500)는 소정의 복원력을 가지면서 전기 및 열 절연성의 발포체인 EPP 소재로 이루어져 있다. 또한, 절연부재(500)의 외측면에는 상하 방향으로 적어도 하나 이상의 리브들(510)이 형성되어 있다.
이러한 구조는, 절취부(350)가 형성된 최외각 단위모듈(202)의 내부에 내장되어 있는 전지셀이 충방전시 발생되는 가스로 인한 스웰링 현상에 따른 팽창력이 소정의 복원력을 가진 발포체 소재의 절연부재(500)로 유도하고, 엔드 플레이트(530)로 전지셀 스웰링에 의한 팽창 응력이 집중되도록 함으로써, 엔드 플레이트(530)에 형성된 개구(531)를 통해 절취부(350)의 파열에 의해 단전이 이루어지도록 한다.
한편, 최외각 단위모듈(202)은 외측에 비드(311)가 형성된 셀 커버(310)에 의해 감싸여 있으며, 절연부재(500)의 리브(510)는 셀 커버(310)에 형성된 비드(311)에 대면하는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 셀 커버(310)의 비드(311)와 절연부재(500)의 리브(510)는 상호 대응하는 구조에 의해, 자연스럽게 냉매 유로(560)를 형성할 뿐만 아니라 외력에 대해 우수한 탄력성을 부여한다.
도 6 및 도 7에는 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 전지셀과 셀 커버의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈(도시하지 않음)은 2개의 전지셀들(302, 304)을 직렬로 연결하여 전극단자(305, 306)를 절곡한 상태로 고강도 셀 커버(310)를 감싼 구조로 이루어진다. 셀 커버(310)는 전극단자(305, 306) 부위를 제외하고 전지셀들(302, 304)의 외면을 감싸도록 상호 결합하는 구조로 이루어져 있다. 전극단자(305, 306) 연결부위와 인접해 있는 셀 커버(310)의 부위는 셀 커버(310) 자체가 일부 절취된 형태의 절취부(312)가 형성되어 있어서, 스웰링시 전지셀들(302, 304)의 전극단자 연결부위(314)가 절취부(312)의 외부로 돌출 및 변형되도록 유도하게 된다.
도 8에는 단위모듈 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 도 6 및 7과 함께 참조하면, 단위모듈 적층체(200)는 전지셀들을 셀 커버(310)로 감싼 구조로 제작된 4 개의 단위모듈들(202, 203, 204, 205)을 서로 직렬로 연결한 후 지그재그로 적층한 구조로 이루어져 있고, 단위모듈들(202, 203, 204, 205) 중 최외각에 위치한 단위모듈(202)을 감싸고 있는 셀 커버에서 전극단자 연결부위와 인접한 부위(318)에는 소정 형상의 절취부(316)가 형성되어 있다.
도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 10에는 전지모듈을 구성하는 팩 케이스의 구조의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈(100')은 단위모듈 적층체(200)를 측면으로 직립시킨 상태로 상하 조립형의 케이스(120, 130)에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상부 케이스(120)의 전면에는 입출력 단자(140)가 형성되어 있다. 하부 케이스(130)의 전면에는 입출력 단자(140)와의 전기적 연결을 위한 버스 바(150)가 형성되어 있고, 후면에는 전압 및 온도 검출용 센서의 접속을 위한 커넥터(160)가 장착되어 있다.
단위모듈 적층체(200)에서 최외각 단위모듈(210)의 셀 커버에는 절취부(212)가 형성되어 있으므로, 전지셀의 단락 또는 과충전에 의한 내부 발생 가스에 의해 스웰링시 전지셀의 국부적인 변형을 절취부(212)로 유도할 수 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고정 프레임이 적용된 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 전지팩(600)은 전지모듈들(100', 100'')이 2열 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체(540), 베이스 플레이트(800), 한 쌍의 고정 프레임(700)과 엔드 플레이트(530)로 구성되어 있다.
베이스 플레이트(800)의 상부에는 전지모듈들(100', 100'')이 수직으로 세워져 적층되어 있고, 엔드 플레이트(530)는 베이스 플레이트(800)에 하단이 고정된 상태로 전지모듈 배열체(540)의 전면과 후면에 밀착되어 있다.
고정 프레임(700)은 전지모듈들(100', 100'')의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체(540)의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스(도시하지 않음)에 체결된다.
이러한 구조의 고정 프레임(700)은 전지모듈들(100', 100'')의 양측면과 하면을 감싸는 U자형 프레임 구조로 이루어져 있고, 고정 프레임(700)의 상단부는 외측으로 절곡되어 있고 절곡된 부위에는 체결구(710)가 형성되어 있어서 전지팩(600)을 외부 디바이스에 용이하게 장착할 수 있다.
엔드 플레이트(530)는 전지모듈 배열체(540)의 전면에 대응하는 크기로서 일체형이면서 평면상 직사각형으로 형성되어 있고, 엔드 플레이트(530)는 전지모듈 배열체(540)에 접하는 본체부(531), 본체부(531)의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽(533), 하단벽(534), 및 한 쌍의 측벽(532)을 포함하고 있다.
엔드 플레이트(530)의 하단벽(534)은 베이스 플레이트(800) 및 고정 프레임(700)의 하단부와 4점 용접(536)에 의해 결합되어 있고, 엔드 플레이트(530)의 측벽(532)은 고정 프레임(700)의 측면부와 3점 용접(535)에 의해 결합되어 있다. 이러한 용접의 수 및 방식은 특별히 한정되지 않으며, 엔드 플레이트(530)와 고정 프레임(700)의 높은 결합력을 유지하기 위한 다양한 결합예가 제안될 수 있음은 물론이다.
경우에 따라서는, 엔드 플레이트(530)의 하단벽(534)은 베이스 플레이트(800) 및 고정 프레임(700)의 하단부와 볼팅(도시하지 않음)에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다. 마찬가지로, 엔드 플레이트(530)의 측벽(532) 역시 고정 프레임(700)의 측면부와 볼팅(도시하지 않음)에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다.
도 12 및 도 13에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절연부재의 내측면과 외측면의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 내지 도 5와 함께 참조하면, 절연부재(500)는 전지모듈 배열체(540)와 엔드 플레이트(530) 사이에 개재된다. 최외각 단위모듈(202)과 대면하는 내측면에는 다수개의 리브(510)가 형성되고, 리브(510) 및 비드(311)가 상호 대면하는 구조로 냉매 유로(560)가 형성된다.
리브(510)는 2개 이상이 상하 길이 방향으로 형성되며, 리브들(510) 중의 적어도 하나에는 양측 부위가 연통 되도록 수직 방향으로 적어도 하나 이상의 단차부(520)가 형성되어 있다. 따라서, 단차부(520)를 통해 수평 방향으로도 냉매 유로가 확보된다. 이러한 단차부(520)의 수 및 모양은 특별히 한정되지 않음은 물론이다.
도 14에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연부재의 내측면의 사시도가 도시되어 있으며, 절연부재(500)는 단차부(520)가 형성된 점을 제외하고 상기에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 전지셀이 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조의 하나 이상의 단위모듈들이 수직으로 세워져 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 있는 하나 이상의 전지모듈들로 구성된 전지모듈 배열체;
    전지모듈 배열체가 탑재되는 베이스 플레이트;
    하단이 베이스 플레이트에 고정된 상태로 상기 전지모듈 배열체의 양 측면을 지지하는 한 쌍의 엔드 플레이트들; 및
    상기 전지모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 전지모듈 배열체에 대면하는 면에는 외력에 대한 완충 작용과 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 리브들이 형성되어 있는 절연부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 라미네이트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 둘 이상의 전지셀들이 전극단자 부위를 제외하고 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 커버의 외면에는 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 비드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 둘 이상의 단위모듈들을 포함하고 있고, 최외각 단위모듈들의 일측면이 외부로 개방되는 형상의 상하부 케이스들 사이에 장착되어 있어 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트는 평면상 직사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트들 중의 적어도 하나에는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전극단자 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 전극단자 연결부위에 대응하는 부위에 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연부재는 단위모듈의 일측면에 대응하는 판상 구조의 발포체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 발포체는 EPP(Extended Polypropylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 커버의 외면에는 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 비드가 형성되어 있고, 상기 절연부재의 리브는 상기 셀 커버의 비드에 대면하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 절연부재는 전지팩의 상하 방향으로 배열된 둘 이상의 리브들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 리브들 중의 적어도 하나의 리브에는 리브의 양측 부위가 연통될 수 있는 하나 이상의 단차부들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈들의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 한 쌍의 고정 프레임을 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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