KR20150059515A

KR20150059515A - 가스 배출 수단을 포함하고 있는 전지팩

Info

Publication number: KR20150059515A
Application number: KR1020130143205A
Authority: KR
Inventors: 이태진; 김성대; 양재훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-06-01

Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들을 상하로 적층한 구조의 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈 어셈블리; 상기 전지모듈 어셈블리의 측면을 따라 장착되어 있는 덕트(duct) 어셈블리; 상기 전지모듈 어셈블리와 덕트 어셈블리가 상부에 장착되고 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하기 위한 배기 유로가 형성되어 있는 트레이(tray) 어셈블리; 상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 작동 상태를 제어하는 BMS(Battery Management System); 상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 전기적 연결을 제어하는 BDU(Battery Disconnect Unit); 및 상기 전지모듈 어셈블리, 덕트 어셈블리, BMS, 및 BDU를 감싸는 구조로 트레이 어셈블리와 결합하는 커버(cover) 부재;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 을 제공한다.

Description

가스 배출 수단을 포함하고 있는 전지팩 {Battery Pack Having Means for Venting the Gas}

본 발명은 가스 배출 수단을 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.

안전성의 문제 중 하나로, 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동 등에 의하여 전지셀에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지케이스가 파열되어 전지셀 외부로 배출된다.

일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있으며, 차량용 전지팩의 경우, 전지셀로부터 배출된 가스와 전지팩 내부에 흐르는 냉매가 혼합되면 냉각 효율이 떨어짐과 동시에, 안전성에 관한 문제가 유발된다. 예를 들어, 전지셀에서 발생한 내부 가스가 냉매의 순환 과정에서 탑승 공간으로 유입되어 인체에 해를 초래할 수도 있다.

이에 따라, 상기 문제점을 해결하기 위해, 전지에서 발생한 가스를 전지팩 외부로 효율적으로 배출할 수 있는 장치 내지 방법들이 개발되었으며, 다수 상용화 되었다.

그러나, 종래의 가스 배출 장치 내지 가스 배출 장치를 구비한 전지팩의 경우, 전지팩 외부로 가스를 배출하기 위한 별도의 부재를 통해, 가스 배출을 위한 유로를 형성함으로써, 전지팩의 구성이 복잡해지고, 생산 비용이 상승하며, 전지팩 내부에 상기 부재가 위치할 수 있는 별도의 공간을 필요로 함에 따라, 전지팩의 소형화, 경량화 추세에 역행하는 문제를 일으킨다.

또한, 특정한 디바이스에만 장착되도록 설계된 상기 가스 배출 장치 내지 전지팩의 형상으로 인해 다양한 디바이스에 적용하는데 한계가 있고, 다양한 형상의 디바이스에 적용하기 위해서는, 가스 배출 장치 내지 상기 가스 배출 장치를 구비한 전지팩의 전체적인 형상을 각각 다르게 설계하고, 제조함에 따라, 인력 및 비용이 낭비되는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 전지팩의 일측 단부, 타측 단부, 또는 중간 부위에 형성된 배기구를 통해 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하도록 구성함으로써, 전지팩이 적용되는 디바이스의 형상 및 특성에 따라 소망하는 방향으로 가스를 배출할 수 있어, 다양한 디바이스에 용이하게 적용할 수 있는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가스 배기 유로를 구성하기 위한 별도의 부재 없이, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있어, 전지팩의 구성이 간단하고, 전체적인 크기가 콤팩트하며, 제조 비용이 절감되는 효과를 발휘한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,

복수의 전지셀들을 상하로 적층한 구조의 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈 어셈블리;

상기 전지모듈 어셈블리의 측면을 따라 장착되어 있는 덕트(duct) 어셈블리;

상기 전지모듈 어셈블리와 덕트 어셈블리가 상부에 장착되고 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하기 위한 배기 유로가 형성되어 있는 트레이(tray) 어셈블리;

상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 작동 상태를 제어하는 BMS(Battery Management System);

상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 전기적 연결을 제어하는 BDU(Battery Disconnect Unit); 및

상기 전지모듈 어셈블리, 덕트 어셈블리, BMS, 및 BDU를 감싸는 구조로 트레이 어셈블리와 결합하는 커버(cover) 부재;

를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 일측 단부, 타측 단부, 또는 중간 부위에 형성된 배기구를 통해 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하도록 구성함으로써, 전지팩이 적용되는 디바이스의 형상 및 특성에 따라 소망하는 방향으로 가스를 배출할 수 있어, 다양한 디바이스에 용이하게 적용할 수 있다.

또한, 전지모듈 어셈블리를 비롯한 전지팩 구성요소들이 상부에 장착되는 트레이 어셈블리에 가스를 배출하기 위한 배기 유로를 형성함으로써, 가스 배기 유로를 구성하기 위한 별도의 부재 없이, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있어, 전지팩의 구성이 간단해지고, 전체적인 크기가 콤팩트하며, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동 등에 의하여 발생된 가스가 전지케이스를 파열시켜 전지셀 외부로 배출될 수 있는 구조로서, 바람직하게는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지팩은 상기 전지셀이 하나 이상 카트리지에 장착된 상태에서 적층되어 단위모듈을 구성하고 있는 구조일 수 있다.

다시 말해, 각각의 단위모듈은 적어도 하나 이상의 전지셀을 포함하고 있으며, 상기 전지셀은 카트리지에 장착된 상태에서 적층됨으로써, 각 단위모듈을 구성한다.

또한, 상기 전지셀에서 전극단자인 양극단자와 음극단자는 전지셀의 서로 대향하는 외주면 상에 위치하는 구조일 수 있는 바, 이에 따라, 상기 전지셀을 포함하는 전지모듈 어셈블리는 둘 이상의 단위모듈들이 전극단자 돌출 방향으로 일렬 배열되어 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있는 구조일 수 있다.

구체적으로, 단위모듈은 양극단자와 음극단자가 서로 대향하는 외주면 상에 위치하는 구조의 전지셀을 하나 이상 카트리지에 장착한 상태에서 적층한 구조로 구성됨으로써, 단위모듈의 전극단자는 서로 대향하는 외주면 상에 위치하고, 상기 둘 이상의 단위모듈들이 전극단자의 돌출 방향을 따라 일렬로 배열되어 전지모듈 어셈블리를 구성할 수 있다.

따라서, 상기 전지모듈 어셈블리는 전극단자의 돌출 방향으로 긴 형상으로 이루어져 있으며, 트레이 어셈블리 상에 장착되는 경우, 전지모듈 어셈블리를 이루는 모든 단위모듈들의 일면이 트레이 어셈블리에 대면하는 구조로 장착될 수 있다.

한편, 상기 단위모듈에서, 전지셀 내부로부터 발생한 배기 가스가 전지셀의 전극단자를 따라 배출되도록, 전지셀의 전극단자 부위가 밀봉되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고, 외주면을 밀봉함으로써 제조되는 바, 상기 전지셀의 전극 단자가 전지케이스의 외부로 일부가 노출되어 있으며, 상기 전극단자의 상하면 일부에는 전지케이스와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름이 부착되어 있는 구조일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 절연필름이 부착되어 있는 전극단자 부위는 전지케이스의 다른 융착 부위에 비해, 접착력이 약하며, 이에 따라, 고온의 환경이나 전지의 오작동 등에 의해 전지케이스의 내부에서 가스가 발생할 경우 상대적으로 접착력이 약한 상기 전극단자 부위가 파열되어 가스가 배출될 수 있다.

따라서, 상기 전지셀을 포함하는 단위모듈은 전지셀 전극단자 방향으로 배기 가스가 배출되도록 구성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단위모듈은 전지셀 전극단자 부위에 배기 가스가 포집되는 가스 포집부가 위치하는 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 단위모듈은 전지셀 전극단자 부위가 소정의 덮개에 의해 보호됨으로써, 외부 충격에 의한 전극단자의 변형을 방지하고, 전기적 연결을 보장할 수 있는 바, 상기 덮개가 단위모듈의 전지셀 전극단자 부위를 밀봉함으로써, 상기 전극단자 부위로 배출되는 배기 가스가 포집되는 가스 포집부의 역할을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩을 이루는 덕트 어셈블리는, 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면을 따라 장착되는 제 1 덕트와, 상기 제 1 측면에 평행한 제 2 측면을 따라 장착되는 제 2 덕트를 포함하고 있는 구조일 수 있다.

다시 말해, 상기 덕트 어셈블리는 제 1 덕트와 제 2 덕트를 포함하고 있고, 상기 제 1 덕트와 제 2 덕트는 전지모듈 어셈블리에 있어서, 트레이 어셈블리와 접하는 면에 인접한 양 측면을 따라 장착되는 구조일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 제 1 덕트 및 제 2 덕트와 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면 및 제 2 측면 사이에는 냉매가 유통되도록 연통구들이 형성되어 있는 구조일 수 있는 바, 구체적으로, 상기 덕트 어셈블리는 제 1 덕트와 제 2 덕트가 상호 분리되어, 제 1 덕트와 전지모듈 어셈블리의 제 1 면 사이 및 제 2 덕트와 전지모듈 어셈블리의 제 2 측면 사이에 냉매가 유통되도록 연통구들이 형성되거나, 제 1 덕트와 제 2 덕트가 상호 연결되어 있는 구조로서, 상기 제 1 덕트 및 제 2 덕트와 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면 및 제 2 측면 사이에 냉매가 유통되도록 연통구들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.

한편, 트레이 어셈블리에 형성되어 있는 배기 유로는 전지모듈 어셈블리와 계면을 이루는 트레이 어셈블리의 상면에 오목한 형상으로 구성되어 있는 구조일 수 있다.

상기 오목한 형상은 전지모듈 어셈블리와 대면하는 트레이 어셈블리의 상면에서 이에 대향하는 트레이 어셈블리의 하면 방향으로 움푹 패인 형상을 의미한다.

이에 따라, 상기 전지모듈 어셈블리와 트레이 어셈블리 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있으며, 상기 공간이 소망하는 방향으로 배기 가스의 배출을 유도할 수 있는 배기 유로를 형성한다.

이러한 경우에, 상기 배기 유로는 각 단위셀의 가스 포집부와 연통 되는 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 단위모듈을 이루는 전지셀에서 배출된 가스가 각 단위모듈의 전지셀 전극단자 부위에 위치한 가스 포집부에서 포집되고, 상기 가스 포집부와 연통되어 있는 배기 유로를 통해 전지팩 외부로 배출되기 위해 소망하는 방향으로 유도될 수 있다.

또한, 상기 전지모듈 어셈블리의 하면과 대면하는 트레이 어셈블리의 상면에서, 배기 유로의 외주면에는 배기 가스의 유출을 방지하도록 가스켓을 포함하는 구조일 수 있다.

앞서 설명하였듯이, 일반적으로 전지셀에서 발생한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있어, 상기 내부 가스가 냉매의 순환 과정에서 탑승 공간으로 유입될 경우 인체에 해를 초래할 수도 있다.

따라서, 상기 전지모듈 어셈블리와 트레이 어셈블리 사이에서, 배기 유로의 외주면에는 상기 배기 가스의 유출을 방지하기 위한 가스켓이 포함될 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 가스켓은 탄성부재로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩을 이루는 커버 부재는 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연결되어 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출하는 배기구를 포함하는 구조일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 배기구는 배기 유로의 일측 단부 또는 타측 단부와 연통되어 있는 구조이거나, 또는 배기 유로의 중간 부위와 연통되어 있는 구조일 수 있다.

즉, 상기 배기구는 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연통되어 있는 구조로서, 커버 부재에 포함되어 있으며, 배기 유로의 일측 단부 또는 타측 단부와 연통되거나, 배기 유로의 중간 부위와 연통됨으로써, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 적용되는 디바이스에 따라 커버 부재의 배기구가 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연통되는 위치만을 변경함으로써, 소망하는 방향 내지 위치로 가스를 배출하도록 용이하게 변경할 수 있다.

또한, 전지모듈 어셈블리를 비롯한 전지팩 구성요소들이 상부에 장착되는 트레이 어셈블리에 배기 유로를 형성함으로써, 가스 배기 유로를 구성하기 위한 별도의 부재 없이, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있어, 구성이 간단하고, 상기 별도의 부재가 장착되기 위한 추가 공간이 필요 없어 전지팩의 전체적인 크기가 콤팩트하며, 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.

한편, 상기 배기 유로는 전지팩의 냉각을 위한 냉매 유로와 분리되어 있는 구조로서, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 단위모듈의 전지셀 전극단자 부위에 위치한 가스 포집부가 트레이 어셈블리 상에 형성된 배기 유로와 연통되어 커버 부재에 포함되어 있는 배기구를 통해 외부로 배출됨으로써, 전지모듈 어셈블리의 측면과 덕트 어셈블리 사이에 형성되어 있는 냉매 유로와 분리되어 있는 구조일 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩은 상기 전지모듈 어셈블리를 고정하는 강화 빔(Reinforce Beam)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 강화 빔은 전지모듈 어셈블리의 상면에서 전지모듈 어셈블리와 커버 부재 사이에 위치하는 구조일 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩을 이루는 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.

리튬 이차전지를 포함하여 전지셀의 구성, 구조, 제조방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 일측 단부, 타측 단부, 또는 중간 부위에 형성된 배기구를 통해 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하도록 구성함으로써, 전지팩이 적용되는 디바이스의 형상 및 특성에 따라 소망하는 방향으로 가스를 배출할 수 있어, 다양한 디바이스에 용이하게 적용할 수 있고, 전지모듈 어셈블리를 비롯한 전지팩 구성요소들이 상부에 장착되는 트레이 어셈블리에 가스를 배출하기 위한 배기 유로를 형성함으로써, 가스 배기 유로를 구성하기 위한 별도의 부재 없이, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있어, 전지팩의 구성이 간단해지고, 전체적인 크기가 콤팩트하며, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성요소를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 전지셀의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 전지셀이 카트리지에 장착된 구조를 나타낸 평면도이다;
도 4는 도 3의 카트리지에 장착된 전지셀이 적층되어 구성된 단위모듈의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 전지모듈 어셈블리의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 덕트 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 트레이 어셈블리의 다양한 구조를 나타낸 모식도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 커버 부재의 다양한 구조를 나타낸 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성요소를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩(100)은 복수의 전지셀들을 상하로 적층한 구조의 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈 어셈블리(140); 상기 전지모듈 어셈블리(140)의 측면을 따라 장착되어 있는 덕트 어셈블리(130); 상기 전지모듈 어셈블리(140)와 덕트 어셈블리(130)가 상부에 장착되고 전지모듈 어셈블리(140)에서 발생한 가스를 배출하기 위한 배기 유로가 형성되어 있는 트레이 어셈블리(170); 상기 트레이 어셈블리(170) 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리(140)의 작동 상태를 제어하는 BMS(160); 상기 트레이 어셈블리(170) 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리(140)의 전기적 연결을 제어하는 BDU(150); 및 상기 전지모듈 어셈블리(140), 덕트 어셈블리(130), BMS(160), 및 BDU(150)를 감싸는 구조로 트레이 어셈블리(170)와 결합하는 커버 부재(110);를 포함하고 있다.

또한, 전지팩(100)은 전지모듈 어셈블리(140)를 정위치 고정하는 강화 빔(120)을 더 포함하고 있는 바, 상기 강화 빔(120)은 전지모듈 어셈블리(140)의 상면에서 전지모듈 어셈블리(140)와 커버 부재(110) 사이에 위치한다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 전지셀의 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전지셀(200)은 두 개의 전극단자들(211, 212)이 서로 대향하여 전지 본체(220)의 서로 대향하는 외주면 상에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지케이스(230)는 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 수납한 상태로 전지케이스(230)의 외주면들(231, 232, 233)을 접착시킴으로써 제조된다. 전지케이스(230)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있어, 서로 접하는 외주면들(231, 232, 233)에 열과 압력을 가해 수지층을 상호 융착시킴으로써 접착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 접착할 수도 있다. 양측의 외주면(233)은 전지케이스(230)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다.

반면에, 전극단자들(211, 212)이 돌출되어 있는 부위의 외주면들(231, 232)은 전극단자들(211, 212)의 두께 및 전지케이스(230) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극단자(211, 212)와의 사이에 절연필름(240)을 개재한 상태에서 열융착시켜 밀봉한다.본 발명에 따른 전지팩의 단위모듈은 상기 전지셀이 하나 이상 카트리지에 장착된 상태에서 적층되어 이루어지는 바, 상기 전지셀이 카트리지에 장착된 구조를 나타낸 구조가 도 3에 도시되어 있으며, 상기 전지셀이 카트리지에 장착된 상태에서 적층되어 구성된 단위모듈의 구조가 도 4에 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하나 이상의 전지셀은 카트리지(310)에 장착된 상태에서 적층되어 단위모듈(400)을 구성하는 바, 상기 카트리지에 장착된 상태의 전지셀(300)은 전극단자들이 돌출되어 있는 부위들(321, 322)에 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름이 부착되어 있는 구조로서, 상기 전극단자들이 돌출되어 있는 부위들(321, 322)은 전지케이스의 다른 융착 부위들(331, 332)에 비해, 접착력이 약하며, 이에 따라, 고온의 환경이나 전지의 오작동 등에 의해 전지케이스의 내부에서 가스가 발생할 경우, 상대적으로 접착력이 약한 상기 전극단자들이 돌출되어 있는 부위들(321, 322)이 파열되어 화살표 방향들(341, 342)로 가스가 배출될 수 있다.

따라서, 상기 카트리지에 장착된 상태의 전지셀(300)을 포함하는 단위모듈(400)은 전극단자들이 돌출되어 있는 부위들(321, 322)의 방향들(341, 342)로 배기 가스가 배출되도록 구성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

단위모듈(400)의 전지셀 전극단자 돌출 부위(321, 322)에는 배기 가스가 포집되는 가스 포집부들(411, 412)이 위치한다.

상기 가스 포집부들(411, 412)은 전지셀(300)의 전극단자 돌출 부위들(321, 322)을 밀봉하는 구조로 이루어져 있고, 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연결됨으로써, 소망하는 방향으로 전지셀(300) 내부로부터 발생한 배기 가스를 외부로 배출할 수 있고, 이에 따라, 상기 배기 가스가 전지팩 내부에서, 전지모듈 어셈블리의 외부로 유출되어 냉매와 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 전지모듈 어셈블리의 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 전지모듈 어셈블리(500)는 복수의 전지셀들을 카트리지에 장착한 상태에서 상하로 적층한 구조의 단위모듈들(511, 512, 513)을 하나 이상 포함하는 바, 세 개의 단위모듈들(511, 512, 513)이 전극단자 돌출 방향들(531, 532)로 일렬 배열되어 트레이 어셈블리 상에 장착된다.

상기 전지모듈 어셈블리(500)가 트레이 어셈블리 상에 장착되는 경우에는, 카트리지에 장착된 전지셀(520)의 적층 방향을 기준으로 전지모듈 어셈블리(500)의 하면에 상기 트레이 어셈블리가 위치하게 되는 구조로서, 전지모듈 어셈블리(500)의 측면들(541, 542)을 따라 덕트 어셈블리가 장착되는 바, 상기 덕트 어셈블리의 구조를 나타낸 모식도가 도 6에 도시되어 있다.

도 6을 도 5와 함께 참조하면, 덕트 어셈블리(600)는 전지모듈 어셈블리의 측면을 따라 장착되는 구조로서, 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면을 따라 장착되는 제 1 덕트(611)와, 상기 제 1 측면에 평행한 제 2 측면을 따라 장착되는 제 2 덕트(612)를 포함하고 있다.

상기 제 1 덕트(611)와 제 2 덕트(612)는 상호 연결되어 있는 구조로서, 제 1 덕트(611) 및 제 2 덕트(612)와 전지모듈 어셈블리(500)의 제 1 측면(541) 및 제 2 측면(542) 사이에는 냉매가 유통되도록 연통구들이 형성되며, 이에 따라, 전지모듈 어셈블리(500)의 측면들(541, 542)과 덕트 어셈블리(600)의 내면 사이에는 냉매 유로가 형성된다.

도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 트레이 어셈블리의 다양한 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)은 전지셀 내부로부터 배출된 배기 가스가 소망하는 방향으로 전지팩 외부로 배출될 수 있도록 상기 배기 가스의 배출을 위한 배기 유로들(711, 721, 731)을 각각 포함하고 있다.

상기 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)의 상부에는 전지모듈 어셈블리가 각각 장착되는 바, 상기 배기 유로들(711, 721, 731)은 전지모듈 어셈블리와 계면을 이루는 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)의 상면에 오목한 형상으로 각각 구성되어 있다.

상기 배기 유로들(711, 721, 731)의 오목한 형상은 전지모듈 어셈블리와 대면하는 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)의 상면에서 각각 이에 대향하는 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)의 하면 방향으로 움푹 패인 형상을 의미한다.

이에 따라, 상기 전지모듈 어셈블리와 트레이 어셈블리들(710, 720, 730) 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있으며, 상기 공간이 소망하는 방향으로 배기 가스의 배출을 유도할 수 있는 배기 유로들(711, 721, 731)을 각각 형성한다.

배기 유로들(711, 721, 731)은 각 단위셀의 가스 포집부와 연통 되는 구조로 이루어져 있으며, 커버 부재의 배기구와 연결되어 전지셀 내부로부터 배출어 포집된 가스가 전지팩 외부로 유출될 수 있도록 유도한다.

전지모듈 어셈블리의 하면과 대면하는 트레이 어셈블리들(710, 720, 730)의 상면에서, 배기 유로들(711, 721, 731)의 외주면에는 배기 가스의 유출을 방지하도록 가스켓이 포함됨으로써, 상기 배기 유로들(711, 721, 731)이 각각 전지모듈 어셈블리의 측면과 덕트 어셈블리 사이에 형성된 냉매 유로와 분리될 수 있다.

또한, 배기 유로들(711, 721, 731)은 커버 부재의 배기구와 연결되는 부위에 따라 다양한 형상으로 구현될 수 있으며, 이에 따라, 상기 배기구는 배기 유로들(711, 721, 731)의 일측 단부(712), 타측 단부(732), 또는 중간 부위(722)와 연통될 수 있는 바, 상기 배기구를 포함하는 커버 부재의 구조를 나타낸 모식도가 도 8에 도시되어 있다.

도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 이루는 커버 부재의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 커버 부재들(810, 820, 830)은 전지팩을 구성하는 전지모듈 어셈블리, 덕트 어셈블리, BMS, 및 BDU를 감싸는 구조로서, 트레이 어셈블리의 상면에서 트레이 어셈블리와 결합한다.

따라서, 상기 커버 부재들(810, 820, 830)은 전지팩이 적용되는 디바이스에서 필요로 하는 공간을 최소화할 수 있도록, 트레이 어셈블리 상에 장착되는 구성요소들의 형상에 맞게 외형이 형성되어 있다.

또한, 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연통될 수 있는 배기구들(811, 821, 831)을 포함하는 바, 상기 배기구들(811, 821, 831)은 전지팩이 적용되는 형상, 크기 등의 조건에 따라 전지팩의 소망하는 방향으로 배기 가스가 유도되어 전지팩의 외부로 배출될 수 있도록 커버 부재들(810, 820, 830)의 일측 단부, 타측 단부, 또는 중간 부위에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 전지팩의 배기 유로 및 배기구의 방향이 이에 한정되는 것은 아니며, 전지팩이 적용되는 디바이스의 조건에 따라, 배기 가스를 배출하고자 소망하는 방향으로 트레이 어셈블리 상에 배기 유로를 형성하고, 상기 배기 유로와 연통되는 배기구를 커버 부재에 형성함으로써 완성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 전지팩이 적용되는 디바이스의 형상 및 특성에 따라 소망하는 방향으로 가스를 배출할 수 있어, 다양한 디바이스에 용이하게 적용할 수 있고, 가스 배기 유로를 구성하기 위한 별도의 부재 없이, 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있어, 구성이 간단하고, 전체적인 크기가 콤팩트하며, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

복수의 전지셀들을 상하로 적층한 구조의 단위모듈을 하나 이상 포함하는 전지모듈 어셈블리;
상기 전지모듈 어셈블리의 측면을 따라 장착되어 있는 덕트(duct) 어셈블리;
상기 전지모듈 어셈블리와 덕트 어셈블리가 상부에 장착되고 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 배출하기 위한 배기 유로가 형성되어 있는 트레이(tray) 어셈블리;
상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 작동 상태를 제어하는 BMS(Battery Management System);
상기 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있고 전지모듈 어셈블리의 전기적 연결을 제어하는 BDU(Battery Disconnect Unit); 및
상기 전지모듈 어셈블리, 덕트 어셈블리, BMS, 및 BDU를 감싸는 구조로 트레이 어셈블리와 결합하는 커버(cover) 부재;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀이 하나 이상 카트리지에 장착된 상태에서 적층되어 단위모듈을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀에서 전극단자인 양극단자와 음극단자는 전지셀의 서로 대향하는 외주면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리는 둘 이상의 단위모듈들이 전극단자 돌출 방향으로 일렬 배열되어 트레이 어셈블리 상에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈에서, 전지셀 내부로부터 발생한 배기 가스가 전지셀의 전극단자를 따라 배출되도록, 전지셀의 전극단자 부위가 밀봉되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 6 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전지셀 전극단자 방향으로 배기 가스가 배출되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 6 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전지셀 전극단자 부위에 배기 가스가 포집되는 가스 포집부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 덕트 어셈블리는, 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면을 따라 장착되는 제 1 덕트와, 상기 제 1 측면에 평행한 제 2 측면을 따라 장착되는 제 2 덕트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 9 항에 있어서, 상기 제 1 덕트 및 제 2 덕트와 전지모듈 어셈블리의 제 1 측면 및 제 2 측면 사이에는 냉매가 유통되도록 연통구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 배기 유로는 전지모듈 어셈블리와 계면을 이루는 트레이 어셈블리의 상면에 오목한 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 배기 유로는 각 단위셀의 가스 포집부와 연통 되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리의 하면과 대면하는 트레이 어셈블리의 상면에서, 배기 유로의 외주면에는 배기 가스의 유출을 방지하도록 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 13 항에 있어서, 상기 가스켓은 탄성부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 커버 부재는 트레이 어셈블리의 배기 유로와 연결되어 전지모듈 어셈블리에서 발생한 가스를 외부로 배출하는 배기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 15 항에 있어서, 상기 배기구는 배기 유로의 일측 단부 또는 타측 단부와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 15 항에 있어서, 상기 배기구는 배기 유로의 중간 부위와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 배기 유로는 전지팩의 냉각을 위한 냉매 유로와 분리되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리를 정위치 고정하는 강화 빔(Reinforce Beam)을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 19 항에 있어서, 상기 강화 빔은 전지모듈 어셈블리의 상면에서 전지모듈 어셈블리와 커버 부재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.