KR20180006150A - 안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈; 및 상기 복수개의 셀 모듈을 지지하고 내부에는 유로가 형성되어 있는 팩 트레이를 구비한 팩 구조물;을 포함하고, 상기 셀 모듈에는 각각 적어도 하나 이상의 제1 벤팅홀이 형성되어 있고, 상기 팩 트레이에는 상기 제1 벤팅홀과 매칭되고 상기 유로와 연통되는 제2 벤팅홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리를 제공한다.

Description

안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물{CELL MODULE ASSEMBLY IMPROVED IN SAFETY}
본 발명은 셀 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일부 셀 모듈에서 이벤트 발생 시 주변 모듈로 벤팅 가스나 화염이 확산되는 것을 방지하는 구조를 가진 셀 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 여러 개의 단위 셀들이 묶여서 하나의 팩으로 이루어짐으로써 자동차 배터리나 전력저장장치 등과 같이 고에너지를 필요로 하는 분야에 널리 적용된다.
그런데, 여러 개의 단위 셀들로 이루어진 셀 모듈은 과충전 시 셀에 스웰링(Swelling)이 발생하여 모듈의 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 변형이 발생하게 되고, 심할 경우 화염이 모듈의 외부로 유출되는 문제가 있다. 또한, 일부 셀 모듈에서 발생한 벤팅 가스나 화염은 주변 셀 모듈로 확산되어 추가 이벤트를 발생시킬 수 있는 우려가 있다.
셀 모듈에 대한 안전성 확보기술과 관련하여, 특허문헌 1에는 가스포집부와 연통되는 가스배출부가 상부캡에 형성되어 있는 전지팩이 게재되어 있고, 특허문헌 2에는 파우치 셀의 전극탭이 위치하는 부분에 측면으로 관통된 가스 배출공이 각각 형성되는 한 쌍의 케이스를 가진 전지모듈 및 전지팩이 게재되어 있다.
특허문헌 1은 음극판 및 양극판으로부터 음극 탭 및 양극 탭을 포함하는 전극 탭이 연장형성되고, 상기 전극 탭이 외측으로 노출되도록 파우치에 의해 밀봉되는 제1전극조립체 및 제2전극조립체, 상기 제1전극조립체 및 제2전극조립체가 내부에 수용되도록 높이방향으로 일측면이 개방되어 형성되는 전지케이스, 상기 제1전지셀 및 제2전지셀의 전극 탭 및 파우치 사이에 삽입되어 일측에 형성된 다수개의 단자들이 상기 전극 탭과 연결되며, 높이 방향으로 관통되어 형성되는 가스포집부를 포함하는 연결몰드 및, 상기 전지케이스의 개방된 측면에서 상기 연결몰드에 결합되며, 상기 가스포집부와 연통되는 가스배출부가 형성되는 상부캡을 포함하는 전지모듈이 다수개 적층되어 전지팩 케이스 내부에 수용되며, 상기 이차전지 모듈의 가스배출부와 연통되도록 길이방향으로 연장되어 형성되는 가스유도관을 포함하여 형성되는 전지팩을 개시하고 있다.
특허문헌 2는 전극체의 일측 또는 양측에 전극탭이 형성되는 파우치 셀과, 상기 파우치 셀의 외부를 감싸도록 결합되며 상기 파우치 셀의 전극체 부분이 삽입되어 안치되도록 안치부가 형성되고 상기 안치부가 형성된 부분이 개방되도록 개방부가 형성되며 상기 파우치 셀의 전극탭에 결합되는 전극단자가 외부로 인출되도록 단자 인출홈이 형성되며 상기 파우치 셀의 전극탭이 위치하는 부분에 측면으로 관통된 가스 배출공이 각각 형성되는 한 쌍의 케이스와, 상기 한 쌍의 케이스의 외측에 각각 결합되어 상기 개방부를 감싸도록 결합되는 한 쌍의 방열 플레이트와, 상기 방열 플레이트의 내측과 상기 파우치 셀의 전극체 사이에 개재되는 절연 시트를 포함하는 전지모듈을 개시하고 있다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 소정의 팩 구조물(30) 내에 복수개의 셀 모듈(10a~10c)로 이루어진 셀 모듈 어레이(10)가 히트싱크(20)에 접촉되어 있는 구조를 가진 종래의 전지팩이나 전지모듈은 일부 셀 모듈(10a)에 과충전 등으로 인한 이벤트가 발생했을 때 주변 셀 모듈(10b,10c)로 벤팅 가스나 화염이 확산되어 추가적인 이벤트가 발생할 우려가 있다. 종래의 특허문헌들에는 이를 방지할 수 있는 기술이 제시된 바가 없어 이에 대한 해결 방안이 요구된다.
특허문헌 1: 한국 공개특허 제2014-0002115호 특허문헌 2: 한국 공개특허 제2015-0065964호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 일부 셀 모듈에 이벤트가 발생했을 때 벤팅 가스나 화염이 주변 셀 모듈로 확산되어 추가적인 이벤트를 발생시키는 것을 방지하는 구조를 가진 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈; 및 상기 복수개의 셀 모듈을 지지하고 내부에는 유로가 형성되어 있는 팩 트레이를 구비한 팩 구조물;을 포함하고, 상기 셀 모듈에는 각각 적어도 하나 이상의 제1 벤팅홀이 형성되어 있고, 상기 팩 트레이에는 상기 제1 벤팅홀과 매칭되고 상기 유로와 연통되는 제2 벤팅홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리를 제공한다.
상기 셀 모듈의 하부면 가장자리단 둘레에 실링제가 도포되어 상기 팩 트레이와 접합될 수 있다.
바람직하게, 상기 셀 모듈의 측면 가장자리단 둘레에도 실링제가 도포되어 인접한 셀 모듈과 접합될 수 있다.
상기 셀 모듈의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 상기 제1 벤팅홀이 형성될 수 있다.
상기 셀 모듈과 상기 팩 트레이 사이에 배치되어 상기 셀 모듈과 접촉하는 히트 싱트;를 더 포함하고, 상기 히트 싱트에는 상기 제1 벤팅홀 및 상기 제2 벤팅홀과 매칭되는 제3 벤팅홀이 형성될 수 있다.
상기 팩 트레이는 상기 히트 싱크와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 하부에 위치하는 제2 플레이트를 구비하고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간극에 의해 상기 유로가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 플레이트에 상기 제2 벤팅홀이 형성될 수 있다.
상기 유로는 상기 팩 구조물의 외부로 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하부면에 제1 벤팅홀이 형성된 셀 모듈을 지지하기 위한 지지면을 가진 팩 트레이를 구비한 팩 구조물에 있어서, 상기 팩 트레이에는 상기 제1 벤팅홀과 매칭되는 제2 벤팅홀; 및 상기 제2 벤팅홀과 연통되도록 형성되어 상기 제1 벤팅홀과 상기 제2 벤팅홀을 통해 이동하는 벤팅 가스 및 화염을 외부로 배출하는 유로;를 포함하는 팩 구조물이 제공된다.
본 발명은 상기 셀 모듈과 상기 팩 트레이 사이에 배치되어 상기 셀 모듈과 접촉하는 히트 싱트;를 더 포함하고, 상기 히트 싱트에는 상기 제1 벤팅홀 및 상기 제2 벤팅홀과 매칭되는 제3 벤팅홀이 형성될 수 있다.
상기 팩 트레이는 상기 히트 싱크와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 하부에 위치하는 제2 플레이트를 구비하고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간극에 의해 상기 유로가 형성될 수 있다.
상기 팩 트레이는, 상기 제1 플레이트에 상기 제2 벤팅홀이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 벤팅홀은 상기 셀 모듈의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 각각 형성되고, 상기 제2 벤팅홀은 상기 제1 벤팅홀에 대응되게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 팩 구조물의 내부에 마련된 팩 트레이에 설치되는 셀 모듈에 있어서, 모듈 본체의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 제1 벤팅홀이 형성되어 상기 팩 트레이의 내부로 벤팅 가스 및 화염을 배출하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈이 제공된다.
본 발명에 따르면 일부 셀 모듈에 이벤트가 발생했을 때 벤팅 가스나 화염이 인접한 셀 모듈에 영향을 주지 않고 팩 트레이를 통해서 외부로 배출될 수 있으므로 셀 어셈블리의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 셀 모듈 어셈블리의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리의 구성 및 작용을 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 외관을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 분리 사시도이다.
도 5는 도 3의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리의 구성 및 작용을 개략적으로 보여주는 정면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 외관을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 분리 사시도이며, 도 5는 도 3의 정면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리는 정해진 간격으로 배치된 복수개의 셀 모듈(100a,100b,100c)로 이루어진 셀 모듈 어레이(100)와, 셀 모듈(100a,100b,100c)을 수용하는 소정 형상의 팩 구조물(120)과, 팩 구조물(120) 내에 구비된 팩 트레이(121)를 포함한다.
셀 모듈(100a,100b,100c)에 내장된 각각의 셀은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 복수개의 셀은 셀 모듈(100a,100b,100c)의 본체 내에 정해진 간격으로 배열되어 적층 구조를 이룬다.
셀 모듈(100a,100b,100c)에는 각각 적어도 하나 이상의 제1 벤팅홀(도 4의 101 참조)이 형성되어 있고, 팩 트레이(121)에는 제1 벤팅홀(101)과 매칭되고 유로(115)와 연통되는 제2 벤팅홀(122)이 형성되어 있다.
제1 벤팅홀(101)은 셀 모듈(100a,100b,100c)의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 적어도 하나 이상 소정 형태로 형성되어 있다. 한정된 공간에서 벤팅 효율을 높이기 위해 제1 벤팅홀(101)은 장공으로 이루어지는 것이 바람직하다.
셀 모듈(100a,100b,100c)의 하부면 가장자리단 둘레에는 실링제가 도포되어 팩 트레이(121)와 접합된다. 따라서, 셀 모듈(100a,100b,100c)과 팩 트레이(121) 사이의 계면을 통해 인접한 셀 모듈로 벤팅 가스나 화염이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
부가적으로, 셀 모듈(100a,100b,100c)의 측면 가장자리단 둘레에도 실링제가 도포되어 인접한 셀 모듈(100a,100b,100c)이 서로 긴밀히 결합되도록 함으로써 화염이나 벤팅 가스가 인접한 셀 모듈 간에 이동하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
셀 모듈(100a,100b,100c)과 팩 트레이(121) 사이에는 셀 모듈(100a,100b,100c)과 접촉하는 히트싱크(110)가 부가될 수 있다. 히트싱크(110)에는 제1 벤팅홀(101) 및 제2 벤팅홀(122)과 매칭되는 제3 벤팅홀(110a)이 형성되어 있다.
팩 구조물(120)은 복수개의 셀 모듈(100a,100b,100c)을 지지하고 내부에는 유로(115)가 형성되어 있는 팩 트레이(121)를 구비한다. 팩 트레이(121)는 히트싱크(110)와 접촉하는 제1 플레이트(121a)와, 정해진 간극을 두고 제1 플레이트(121a)의 하부에 위치하는 제2 플레이트(121b)를 구비한다.
팩 트레이(121)에 형성되는 유로(115)는 제1 플레이트(121a)와 제2 플레이트(121b) 사이의 간극에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 제1 플레이트(121a)와 제2 플레이트(121b) 사이의 간극은 도 5에 도시된 바와 같은 서포트 부재(123)에 의해 유지되는 것이 바람직하다.
제1 플레이트(121a)와 제2 플레이트(121b) 사이에 형성된 유로(115)는 소정의 배출 경로를 따라 팩 구조물(120)의 외부로 연장되어 있다.
상기와 같은 구성을 가진 셀 모듈 어셈블리는 어느 하나의 셀 모듈(100a)에서 과충전 등으로 인한 이벤트가 발생했을 때 벤팅 가스나 화염이 인접한 셀 모듈(100b,100c)로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 어느 하나의 셀 모듈(100a)에서 발생한 벤팅 가스나 화염은 셀 모듈(100a)에 마련된 제1 벤팅홀(101)을 통해 배출된 후 도 2의 경로 ①로 표현된 바와 같이 그에 매칭되는 제3 벤팅홀(110a)과 제2 벤팅홀(122)을 따라 유동하여 팩 트레이(121)의 내부에 형성되어 있는 유로(115)로 들어가고, 이후 경로 ②로 표현된 바와 같이 유로(115)를 따라 횡방향으로 이동하여 팩 트레이(121)의 외부로 배출되므로 인접한 셀 모듈(100b,100c)에 추가적인 이벤트가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 임의의 셀 모듈에서 이벤트가 발생했을 때 벤팅 가스나 화염이 인접한 셀 모듈에 영향을 주지 않고 팩 구조물의 외부로 배출될 수 있으므로 셀 어셈블리의 안전성을 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100a,100b,100c: 셀 모듈 101: 제1 벤팅홀
110: 히트싱크 115: 유로
120: 팩 구조물 121: 팩 트레이
121: 제1 플레이트 121b: 제2 플레이트
122: 제2 벤팅홀

Claims (15)

  1. 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈; 및
    상기 복수개의 셀 모듈을 지지하고 내부에는 유로가 형성되어 있는 팩 트레이를 구비한 팩 구조물;을 포함하고,
    상기 셀 모듈에는 각각 적어도 하나 이상의 제1 벤팅홀이 형성되어 있고,
    상기 팩 트레이에는 상기 제1 벤팅홀과 매칭되고 상기 유로와 연통되는 제2 벤팅홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 모듈의 하부면 가장자리단 둘레에 실링제가 도포되어 상기 팩 트레이와 접합된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 모듈의 측면 가장자리단 둘레에 실링제가 도포되어 인접한 셀 모듈과 접합된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 모듈의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 상기 제1 벤팅홀이 형성된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 모듈과 상기 팩 트레이 사이에 배치되어 상기 셀 모듈과 접촉하는 히트 싱트;를 더 포함하고,
    상기 히트 싱트에는 상기 제1 벤팅홀 및 상기 제2 벤팅홀과 매칭되는 제3 벤팅홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 팩 트레이는 상기 히트 싱크와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 하부에 위치하는 제2 플레이트를 구비하고,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간극에 의해 상기 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 플레이트에 상기 제2 벤팅홀이 형성된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유로는 상기 팩 구조물의 외부로 연장된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
  9. 하부면에 제1 벤팅홀이 형성된 셀 모듈을 지지하기 위한 지지면을 가진 팩 트레이를 구비한 팩 구조물에 있어서,
    상기 팩 트레이에는 상기 제1 벤팅홀과 매칭되는 제2 벤팅홀; 및
    상기 제2 벤팅홀과 연통되도록 형성되어 상기 제1 벤팅홀과 상기 제2 벤팅홀을 통해 이동하는 벤팅 가스 및 화염을 외부로 배출하는 유로;를 포함하는 팩 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셀 모듈과 상기 팩 트레이 사이에 배치되어 상기 셀 모듈과 접촉하는 히트 싱트;를 더 포함하고,
    상기 히트 싱트에는 상기 제1 벤팅홀 및 상기 제2 벤팅홀과 매칭되는 제3 벤팅홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팩 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 팩 트레이는 상기 히트 싱크와 접촉하는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 하부에 위치하는 제2 플레이트를 구비하고,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이의 간극에 의해 상기 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 팩 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 플레이트에 상기 제2 벤팅홀이 형성된 것을 특징으로 하는 팩 구조물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 벤팅홀은 상기 셀 모듈의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 각각 형성되고,
    상기 제2 벤팅홀은 상기 제1 벤팅홀에 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 팩 구조물.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 유로는 상기 팩 구조물의 외부로 연장된 것을 특징으로 하는 팩 구조물.
  15. 팩 구조물의 내부에 마련된 팩 트레이에 설치되는 셀 모듈에 있어서,
    모듈 본체의 길이방향 일단 또는 양단의 하부면에 제1 벤팅홀이 형성되어 상기 팩 트레이의 내부로 벤팅 가스 및 화염을 배출하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈.
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