KR20200077296A - 두께 편차가 있는 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

두께 편차가 있는 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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오종렬
이종영
박도현
성준엽
이백산
권희용
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Abstract

본 발명은 전지셀 또는 상기 전지셀을 탑재하는 전지모듈을 내부에 수납하는 프레임 본체, 및 상기 전지셀의 단자와 결합하는 단자 결합부를 포함하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 프레임 본체는 전지셀 또는 전지모듈의 판상형 외면과 대면하는 제1면, 및 상기 전지셀 또는 전지모듈의 측면과 대면하는 제2면을 포함하며, 상기 제1면과 제2면은 곡면 형태의 연결부를 통해 서로 연결되고, 적어도 한 개 이상의 연결부는 상기 제1면 또는 제2면의 두께보다 두꺼운 부분을 포함하는 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩에 대한 것으로서, 전지팩의 강성을 확보하여 치수 안정성을 증가시키고 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.

Description

두께 편차가 있는 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Housing Having Thickness Variation and Battery Pack Comprising the Same}
본원 발명은 전지팩의 강성 확보를 위하여 부분적으로 두께 편차가 있는 형태로 제조된 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩에 대한 것이다.
화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량이 주요 대기오염원으로 지적되면서, 이에 대한 방안으로서 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 대한 에너지원으로서 이차전지에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
이와 같이 대용량을 필요로 하는 디바이스에 사용되는 이차전지는 다수의 전지셀들이 배열된 구조의 전지셀 어셈블리 내지 전지모듈의 형태로 사용된다.
상기 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈은 디바이스의 다양한 운용 환경의 영향을 받을 수 있는 바, 물리적 손상에 따른 성능 저하 내지 안전성이 파괴되는 문제를 방지하기 위하여, 외면을 감싸는 구조의 외장 부재들을 적용하는 구조로 이용될 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈을 내장한 전지팩을 제조하여 사용할 수 있는데, 전극 단자와 대면하도록 배치되는 엔드 플레이트에 대해 충격이 인가되는 경우, 전지팩이 찌그러지면서 외형이 변형될 수 있다. 또한, 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈까지 충격이 전달되는 경우에는 폭발 내지 발화가 발생하는 문제가 있다. 이와 같은 폭발 등을 방지하기 위하여, 전지팩 하우징의 강성을 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
한편, 전극조립체는 충방전이 진행됨에 따라 양극 및 음극이 대면하는 방향으로 팽창과 수축이 반복되면서 전지셀의 부피가 팽창하는 스웰링(swelling) 현상이 나타나는데, 전지팩 하우징에 내장된 전지셀의 스웰링 현상에 의해 전지팩 하우징이 팽창하여 외관이 변형되거나, 치수안전성 확보가 어려운 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전지셀의 팽창을 억제하고 전체 크기의 소형화를 도모하기 위하여, 전지셀을 적층시켜 지지하는 하우징 중, 전지셀의 적층 방향으로의 이동을 규제하는 한 쌍의 측벽 내부에 보강 부재를 포함하는 배터리팩을 개시하고 있다.
특허문헌 1은 배터리팩 내부에 보강 부재를 포함하기 때문에, 전체적인 배터리팩의 크기가 증가하지는 않지만, 전지셀이 수납되는 공간이 상대적으로 좁아져 배터리팩의 용량이 감소되는 문제가 있다.
특허문헌 2는 파우치 외장재의 성형 용이성은 그대로 보장하면서 외부의 충격이나 내부의 이상발생 등에 의한 스웰링 현상을 억제하기 위하여, 파우치 외장재의 상부케이스의 두께를 하부케이스의 두께보다 두껍게 형성하는 등 상부케이스의 강도를 하부케이스보다 증대시킨 파우치형 이차전지를 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 2는 파우치형 이차전지를 포함하는 전지팩이 팽창하는 것을 방지하기 위한 구조를 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 복수의 셀실과 보조 배터리 수납실을 구획하는 구획벽 및 전지 구획벽이 형성되어 있고, 상기 전지 구획벽은 납전지 덮개에 열용착되는 상연의 두께가 구획벽의 상연보다 두껍게 형성된 배터리를 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 3의 배터리는 전지셀의 팽창에 의해 발생하는 치수안정성 문제를 해결하지 못하고 있다.
이와 같이, 전지팩의 크기를 증가시키지 않으면서 전지팩의 강성을 확보할 수 있는 형태를 개발하거나, 팽창하는 전지셀에 의하여 전지팩 하우징의 형태가 변형되는 문제를 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
일본 공개특허공보 제2018-125182호 (2018.08.09) 한국 공개특허공보 제2013-0003425호 (2013.01.09) 일본 공개특허공보 제2015-11845호 (2015.01.19)
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지팩의 강성을 확보하고, 팽창하는 전지셀에 대한 반력을 증가시킬 수 있는 구조로 이루어진 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 전지팩 하우징은, 전지셀 또는 상기 전지셀을 탑재하는 전지모듈을 내부에 수납하는 프레임 본체, 및 상기 전지셀의 단자와 결합하는 단자 결합부를 포함하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 프레임 본체는 전지셀 또는 전지모듈의 판상형 외면과 대면하는 제1면, 및 상기 전지셀 또는 전지모듈의 측면과 대면하는 제2면을 포함하며, 상기 제1면과 제2면은 곡면 형태의 연결부를 통해 서로 연결되고, 적어도 한 개 이상의 연결부는 상기 제1면 또는 제2면의 두께보다 두꺼운 부분을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 프레임 본체는 사각 기둥형 중공이 내부에 형성된 구조로 이루어진 모노프레임(mono-frame) 형태이고, 상기 제1면과 제2면의 두께는 동일하며, 상기 연결부의 두께는 제1면 및 제2면의 두께보다 두꺼운 구조로 이루어질 수 있다.
상기 프레임 본체는 제2면의 양측 끝단에서 연장되며 서로 대향하도록 배치되는 제1면들로 구성되는 U프레임 형태이고, 상기 제1면과 제2면의 두께는 동일하며, 상기 연결부의 두께는 제1면 및 제2면의 두께보다 두꺼운 구조로 이루어질 수 있다.
상기 연결부는, 내측면의 곡률 반경(R값)이 외측면의 곡률 반경보다 클 수 있다.
상기 제1면 두께는 제2면 두께의 107% 내지 115%일 수 있다.
또한, 상기 연결부의 두께는 제1면의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 엔드 플레이트와 결합하는 프레임 본체의 양측 끝단부에는 제2면이 내측으로 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 돌출부는, 전지셀 본체 또는 전지모듈 본체와 중첩되지 않는 외측에 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 전지팩 하우징을 포함하는 전지팩을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장시스템 또는 전기자전거일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 전지팩 하우징 및 이를 포함하는 전지팩은 외부에서 인가되는 충격에 의해 전지팩 하우징의 형태가 변형되는 것을 방지할 수 있는 바, 전지셀에 충격이 전달되어 폭발 내지 발화를 야기할 수 있는 문제를 해결한다.
또한, 전지셀의 스웰링에 의해 전지팩의 폭 방향 형태가 변형되는 것을 방지할 수 있는 바, 치수안정성이 향상된 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 보강이 필요한 부분만 두께를 증가시키기 때문에 전지팩의 무게가 증가하는 것을 최소화할 수 있다.
도 1은 프레임 본체가 모노프레임 형태인 전지팩 하우징을 포함하는 전지팩의 분해사시도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도 및 부분 확대도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도 및 부분 확대도이다.
도 4는 제3실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도이다.
도 5는 U프레임 형태인 프레임 본체의 수직 단면도이다.
도 6은 Crush test의 결과를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 프레임 본체가 모노프레임 형태인 전지팩 하우징을 포함하는 전지팩의 분해사시도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀들이 밀착 배열한 전지모듈(120), 전지모듈(120)의 외면에 위치하면서 전지셀들의 전기적인 연결을 위한 버스바 프레임(130), 전지모듈(120)을 수납하는 모노프레임 형태의 프레임 본체(110), 및 프레임 본체(110)의 개방면과 결합하는 엔드 플레이트(141, 142)를 포함한다.
프레임 본체(110)는 모노프레임 형태로서, 전지셀 또는 전지모듈의 판상형 외면이 대면하는 제1면(111) 및 전지셀 또는 전지모듈의 측면과 대면하는 제2면(112)으로 구성되며, 제1면(111)과 제2면(112)은 연결부를 통해 서로 연결되며 모두 4개의 연결부를 포함하고 있다.
상기 제1면(111)은 전극조립체를 구성하는 적층된 전극과 대면하는 면으로서, 예를 들어, 파우치형 전지셀의 경우 전극조립체 수납부의 상면 및 하면과 대면하는 방향에 위치하는 면일 수 있다. 즉, 제1면은 전지셀의 스웰링시 팽창되는 방향에 위치하는 면에 해당된다.
한편, 상기 제2면(112)은 전극조립체를 구성하는 전극의 적층 방향과 평행한 면으로서, 예를 들어, 파우치형 전지셀의 경우 전극조립체 수납부의 측면과 대면하는 방향에 위치하는 면이며, 상세하게는 전극 단자가 돌출되지 않는 수납부 측면과 대면하는 방향에 위치하는 면일 수 있다.
도 2는 제1실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도 및 부분 확대도이다.
도 2를 참조하면, 프레임 본체는 수직 단면이 전체적으로 직사각형 형태인 모노프레임 형태이며, 좌측 및 우측에 제1면(211)이 있고, 상측 및 하측에 제2면(212)이 위치하며, 제1면(211) 및 제2면(212)은 곡면 형태의 연결부(213)를 통해 연결되고 있다.
도 2에 도시된 곡면 형태의 연결부(213)와 달리 제1면과 제2면이 직교하면서 연결부를 형성하는 경우에는, 전지팩 하우징을 성형하는 금형의 마모가 심해서 수명이 단축되거나, 전지팩 하우징의 성형성이 저하되는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 있어서 연결부(213)는 제1면과 제2면이 연결되는 부분으로서, 평면인 제1면(211)과 평면인 제2면(212)을 연결하는 곡면 부분을 모두 포함할 수 있다.
제1면(211)의 두께(a1)는 제2면(212)의 두께(a2)와 동일하나, 연결부(213)의 두께(a3)는 제1면의 두께(a1) 및 제2면의 두께(a2) 보다 두껍다.
도 2는 제1면과 제2면이 만나는 4개의 연결부 모두의 두께가 제1면 및 제2면의 두께보다 두껍게 도시하고 있으나, 이와 달리, 4개의 연결부 가운데 일부 연결부의 두께가 제1면 및 제2면의 두께보다 두꺼운 경우도 본 발명에 포함된다
도 2의 프레임 본체는 연결부의 두께만 상대적으로 두껍게 형성되기 때문에 연결부 내측면(213b)의 곡률 반경(R값)이 연결부 외측면(213a)의 곡률 반경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 연결부(213)의 두께가 상대적으로 두껍게 형성되기 때문에, 프레임 본체와 엔드 플레이트의 결합면이 넓어지는 바, 안정적인 결합이 이루어질 수 있다.
또한, 엔드 플레이트를 향해 수직 방향에서 외부 충격이 인가되는 경우, 프레임 본체가 내측으로 밀리면서 변형될 수 있고, 이로 인하여 전지셀 또는 전지모듈이 손상되어 화재 및 폭발의 위험이 있는데, 도 2와 같이 두꺼운 연결부를 사용하는 경우에는, 프레임 본체의 강성이 증가되기 때문에 프레임 본체의 변형을 방지할 수 있다.
따라서, 전지팩의 폭발 내지 발화를 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 프레임 본체 전체의 두께를 두껍게 하지 않고, 연결부의 두께만 증가된 구조를 적용하는 바, 전지팩의 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 전체적인 전지팩의 무게 증가를 최소화할 수 있다.
도 3은 제2실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도 및 부분 확대도이다.
도 3을 참조하면, 프레임 본체는 수직 단면이 전체적으로 직사각형 형태인 모노프레임 형태이며, 좌측 및 우측에 제1면(311)이 있고, 상측 및 하측에 제2면(312)이 위치하며, 제1면(311) 및 제2면(312)은 곡면 형태의 연결부(313)를 통해 연결되고 있다.
일반적으로, 이차전지의 충방전시 전극들은 양극과 음극이 서로 대면하는 방향으로 팽창과 수축이 반복되면서 전체적으로 전지셀이 팽창하는 스웰링(swelling) 현상이 나타나는 바, 스웰링 되는 힘이 전지팩 하우징의 반력(reaction force)을 넘어서는 경우에는, 스웰링 방향에 위치하는 전지팩 하우징의 측면이 팽창하여 형태가 변형되는 문제가 발생한다.
따라서, 이와 같이 전지팩 하우징이 팽창하지 않도록 반력을 증가시킬 필요가 있다. 다만, 전지셀 또는 전지모듈의 팽창으로부터 영향을 거의 받지 않는 방향은 프레임 본체의 두께를 증가시킬 필요가 없는 바, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1면(311)의 두께(b1)는 제2면(312)의 두께(b2)보다 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 연결부(313)의 두께(b3)는 제1면(311)의 두께(b1)와 동일하거나, 또는 더 두껍게 형성될 수 있으며, 또는 제2면(312)의 두께(b2)보다는 두껍고 제1면(311)의 두께(b1)보다는 얇게 형성될 수 있다.
상기와 같이 제2면(312)의 두께(b2)는 종래의 전지팩 하우징의 두께를 유지하면서 제1면(311)의 두께(b1)만을 증가시킴으로써 불필요하게 전지팩의 무게가 늘어나는 문제를 방지할 수 있다.
예를 들어, 제1면(311)의 두께(b1)는 제2면(312) 두께(b2)의 107% 내지 115%로 형성될 수 있으며, 상세하게는 108% 내지 112%일 수 있고, 더욱 상세하게는 110%일 수 있다.
상기 제1면의 두께가 제2면 두께의 107%보다 작은 경우에는, 프레임 본체의 반력 및 강성 증가의 효과가 낮아서 안전성을 확보하기 어렵고, 115%보다 큰 경우에는 전체적인 전지팩의 무게가 증가하는 문제가 있을 뿐 아니라, 전지셀 또는 전지모듈을 버스바 프레임으로 고정한 상태에서 프레임 본체에 수납할 때, 프레임 본체의 입구를 늘리는데 필요한 힘이 필요 이상으로 증가하는 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.
도 3의 프레임 본체는 연결부(313)의 두께(b3)와 제1면(311)의 두께(b1)가 두껍게 형성되는 바, 연결부 내측면(313b)의 곡률 반경(R값)이 연결부 외측면(313a)의 곡률 반경보다 크게 형성될 수 있고, 또는 연결부 내측면(313b)과 연결부 외측면(313a)의 곡률 반경이 동일할 수 있다.
이와 같이, 제1면의 두께를 증가시킴으로써, 전지셀 또는 전지모듈의 스웰링 현상에 의해 전지팩 하우징이 변형되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트와의 결합면이 증가되어 안정적인 결합이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 프레임 본체의 강성이 증가될 수 있다.
따라서, 프레임 본체와 엔드 플레이트가 결합한 상태에서 엔드 플레이트를 향해 수직 방향에서 인가되는 외부 충격에 의한 변형을 방지할 수 있다.
또한, 프레임 본체 성형시 제1면이 얇은 경우에는 성형 후 냉각 과정에서 제1면이 기울어지면서 수직 단면 형태가 사다리꼴과 같이 변형될 수 있는 바, 본 발명과 같이 제1면의 두께를 증가시키는 경우에는, 이와 같은 변형을 방지할 수 있다.
도 4는 제3실시예에 따른 프레임 본체의 수직 단면도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 프레임 본체는 제1면(411) 및 제2면(412)을 포함하고, 프레임 본체의 끝단부, 구체적으로 엔드 플레이트와 결합되는 프레임 본체의 끝단부에서 제2면(412)이 내측으로 돌출되어 두께가 증가한 구조로 형성된다. 즉, 프레임 본체 끝단부에서 제2면(412)에는 내측으로 돌출된 돌출부(414)가 형성된다.
일반적으로, 프레임 본체에 내장된 전지셀 또는 전지모듈은 전극 단자가 양측 끝단으로 돌출되는 구조일 수 있으며, 전지셀 및 전지모듈에서 전극 단자를 제외한 부분을 각각 전지셀 본체 및 전지모듈 본체라 할 수 있다. 상기 전지셀 본체 또는 전지모듈 본체는 프레임 본체의 내측면과 밀착 배열되나, 전극 단자는 전지셀 본체 또는 전지모듈 본체의 중심에 위치할 수 있으므로, 프레임 본체의 내측면, 특히 제2면(412)과의 사이에 이격 공간이 발생한다.
즉, 프레임 본체의 양측 끝단부에서 제2면(412)에 형성되는 돌출부(414)는 전극 단자(122)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
따라서, 전극 단자(122)의 길이(d1)와 돌출부(414)의 길이(d2)는 동일할 수 있고, 또는 돌출부(414)의 길이(d2)가 전극 단자(122)의 길이(d1)가 보다 상대적으로 더 짧게 형성될 수 있다. 또한, 돌출부(414)의 두께(D)는 제1면(411)의 두께(c1)와 대응되거나 더 두꺼울 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지셀 하우징에 포함되는 프레임 본체는 도 4에 도시된 바와 같이 제1면(411)의 두께(c1)는 제2면(412)의 두께(c2)보다 두껍게 형성되며, 연결부(413)의 두께(c3)는 제1면(411)의 두께(c1) 및 제2면(412)의 두께(c2)보다 두껍게 형성될 수 있다. 이와는 달리, 제1면(411)의 두께(c1)와 제2면(412)의 두께(c2)가 동일하고 연결부(413)의 두께(c3)는 제1면(411)의 두께(c1) 및 제2면(412)의 두께(c2) 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 또는, 제1면(411)의 두께가 제2면(412)의 두께보다 두껍고 연결부(413)의 두께가 제1면(411)의 두께와 동일하게 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 제3실시예와 같이 프레임 본체 끝단부에 내측으로 돌출된 돌출부를 형성하는 경우, 엔드 플레이트와의 결합면이 증가되어 안정적인 결합이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 프레임 본체의 강성이 증가될 수 있다. 따라서, 프레임 본체와 엔드 플레이트가 결합한 상태에서 엔드 플레이트를 향해 수직 방향에서 인가되는 외부 충격에 의한 변형을 방지할 수 있다.
또한 돌출부는 프레임 본체의 끝단부에만 형성되므로, 프레임 본체의 강성 향상을 위하여 두꺼운 프레임 본체를 사용함으로써 전지셀 또는 전지모듈이 수납되는 공간이 좁아지는 문제를 방지할 수 있고, 무게 증가를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 돌출부의 크기 및 형태는 전지셀 또는 전지모듈의 수납에 영향을 주지 않는 정도의 크기 및 형태라면 특별히 제한되지 않는다.
추가적으로 상기 돌출부는 전지셀 또는 전지모듈을 프레임 본체에 수납한 후 부가하는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩 하우징은 프레임 본체의 형태가 도 1에 도시된 모노프레임 형태로 한정되지 않는 바, U프레임 형태인 프레임 본체를 포함할 수 있다.
도 5는 U프레임 형태인 프레임 본체의 수직 단면도를 도시하고 있는 바, 프레임 본체(510)는 제1면(511)과 제2면(512)을 포함하며, 제1면(511)과 제2면(512)을 연결하는 연결부(513)는 곡면 형태로 이루어진 2개의 연결부를 포함한다.
U프레임 형태의 프레임 본체(510)의 구체적인 형태로서, 제1면, 제2면 및 연결부의 형태는 도 2 내지 도 4에 도시된 모노프레임에 설명된 구조와 동일하게 적용될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 3에 도시된 바와 같이 제1면의 두께가 1.8mm이고, 제2면의 두께가 1.5mm인 모노프레임 형태의 프레임 본체를 제조하고, 전지셀들을 상기 프레임 본체 내부에 장착한 후 엔드 플레이트를 결합하여 전지팩을 완성하였다.
<비교예>
제1면의 두께와 제2면의 두께가 1.5mm인 모노프레임 형태의 프레임 본체를 제조하고, 전지셀들을 상기 프레임 본체 내부에 장착한 후 엔드 플레이트를 결합하여 전지팩을 완성하였다.
압축 시험(Crush Test)
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전지팩의 엔드 플레이트를 향해 압력을 인가하면서 60mm 함몰될 때까지 반력(reaction force)의 크기를 측정하였고, 그 결과를 도 6에 도시하였다.
반력의 크기를 측정한 장비는 일반적으로 사용되는 Crush tester로서 변형 거리에 따른 반력의 크기를 나타낼 수 있는 것이라면, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
도 6을 참조하면, 상기 실시예의 전지팩은 엔드 플레이트의 초기 위치를 기준으로 60mm까지 엔드 플레이트가 이동되었을 때, 전지셀들이 손상되어 발화된다. 이 때 실시예 전지팩의 반력은 101 kN 이상으로 측정된다.
반면에, 비교예의 전지팩은 발화되기까지 반력이 급격히 감소되는 구간이 나타나며, 엔드 플레이트의 이동 거리가 약 50mm일 때 최고 반력이 약 85kN으로 측정된다. 비교예의 전지팩은 이동 거리가 약 50mm일 때부터 반력이 급저하되어 60mm 이동시 거의 0이 되는 바, 50mm일 때 발화되어 더 이상 인가되는 힘을 버티지 못함을 알 수 있다.
즉, 실시예의 전지팩은 제1면의 두께가 상대적으로 두껍기 때문에 외력에 대한 반력이 높게 측정되는 반면, 비교예의 전지팩은 얇은 두께의 프레임으로 구성되기 때문에 외력이 인가됨에 따라 전지팩의 내부 구조체들이 함몰되거나 손상되면서 반력이 급격히 감소되는 구간이 발생한다. 또한, 실시예의 전지팩과 비교할 때, 발화되는 엔드 플레이트의 이동 거리가 짧아지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 제1면의 두께가 상대적으로 두꺼운 형태인 바, 외력에 대해 높은 반력을 갖고, 엔드 플레이트가 60mm까지 함몰되어 이동될 때까지 발화를 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명과 같은 구조를 채용하는 경우, 안전성이 향상된 전지팩을 제공할 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전지팩
110, 110', 510: 프레임 본체
111, 211, 311, 411, 511: 제1면
112, 212, 312, 412, 512: 제2면
120: 전지모듈
121: 전지셀 본체
122: 전극 단자
130: 버스바 프레임
141, 142: 엔드 플레이트
213, 313, 413, 513: 연결부
213a, 313a: 연결부 외측면
213b, 313b: 연결부 내측면
414: 돌출부
a1, b1, c1: 제1면의 두께
a2, b2, c2: 제2면의 두께
a3, b3, c3: 연결부의 두께
d1: 전극 단자의 길이
d2: 돌출부의 길이
D: 돌출부의 두께

Claims (10)

  1. 전지셀 또는 상기 전지셀을 탑재하는 전지모듈을 내부에 수납하는 프레임 본체, 및
    상기 전지셀의 단자와 결합하는 단자 결합부를 포함하는 엔드 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 프레임 본체는 전지셀 또는 전지모듈의 판상형 외면과 대면하는 제1면, 및 상기 전지셀 또는 전지모듈의 측면과 대면하는 제2면을 포함하며,
    상기 제1면과 제2면은 곡면 형태의 연결부를 통해 서로 연결되고,
    적어도 한 개 이상의 연결부는 상기 제1면 또는 제2면의 두께보다 두꺼운 부분을 포함하는 전지팩 하우징.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 본체는 사각 기둥형 중공이 내부에 형성된 구조로 이루어진 모노프레임(mono-frame) 형태이고,
    상기 제1면과 제2면의 두께는 동일하며,
    상기 연결부의 두께는 제1면 및 제2면의 두께보다 두꺼운 구조로 이루어진 전지팩 하우징.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 본체는 제2면의 양측 끝단에서 연장되며 서로 대향하도록 배치되는 제1면들로 구성되는 U프레임 형태이고,
    상기 제1면과 제2면의 두께는 동일하며,
    상기 연결부의 두께는 제1면 및 제2면의 두께보다 두꺼운 구조로 이루어진 전지팩 하우징.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연결부는, 내측면의 곡률 반경(R값)이 외측면의 곡률 반경보다 큰 값을 갖는 전지팩 하우징.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1면 두께는 제2면 두께의 107% 내지 115%인 전지팩 하우징.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연결부의 두께는 제1면의 두께보다 두꺼운 전지팩 하우징.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트와 결합하는 프레임 본체의 양측 끝단부에는 상기 제2면이 내측으로 돌출된 돌출부가 형성되는 전지팩 하우징.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 돌출부는, 전지셀 본체 또는 전지모듈 본체와 중첩되지 않는 외측에 형성되는 전지팩 하우징.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전지팩 하우징을 포함하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스로서,
    상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장시스템 또는 전기자전거인 디바이스.
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