KR20210031316A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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노태환
이희정
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전극 리드들을 연결하는 버스 바; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 상기 버스 바가 위치하는 방향에서 상기 전지셀 적층체를 덮도록 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트; 상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치한 절연 커버; 및 상기 버스 바의 하단부를 받치는 받침 부재를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 고온 환경에서의 안전성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전률이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 각형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대 당 1개 내지 3개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다.
한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀의 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 분해 사시도의 일부를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 복수의 전지셀들, 복수의 전지셀들을 수납하기 위한 모듈 프레임(30) 및 복수의 전지셀들 간의 전기적 연결을 위한 버스 바(20)를 구비한다.
또한, 복수의 전지셀부터 연장된 전극 리드(15)가 버스 바(20)와 용접 등으로 결합됨으로써, 전지셀들간의 전기적 이동 경로가 제공된다.
이러한 전지 모듈(10)이 고온 환경이나 화재 상황에 노출 시, 고온의 열로 인해 전극 리드(15)나 전지셀들을 고정하는 프레임 부재가 용융될 수 있으며, 버스 바(20)의 무게로 인해 버스 바(20) 및 전극 리드(15)가 중력 방향으로 처지는 현상이 일어 날 수 있다.
이러한 경우, 전지 모듈(10) 내부에 구비된 플라스틱 절연 부재 역시 고온으로 인해 용융될 수 있고, 무게로 인해 처진 버스 바(20)가 모듈 프레임(30)이나 엔드 플레이트(도시하지 않음)와 접촉될 수 있다. 강성을 위해 모듈 프레임(30)이나 엔드 플레이트(도시하지 않음)는 금속 물질을 포함하는 바, 버스 바(20)와 접촉 시, 기존의 전기적 경로 이외에 2선 또는 다선 지락과 같은 외부 단락 경로가 형성되어, 매우 높은 전류가 발생할 수 있다.
이는 발화, 열 폭주 또는 폭발과 같은 위험한 상황으로 이어질 수 있고, 문제가 된 전지 모듈뿐만 아니라 다른 전지 모듈들에도 영향을 미치게 되므로, 이와 같은 상황을 방지하는 것은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩의 안전성을 확보하기 위하여 필수적이다.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 고온 환경에서 버스 바가 모듈 프레임이나 엔드 플레이트로부터 전기적 절연을 유지할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전극 리드들을 연결하는 버스 바; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 상기 버스 바가 위치하는 방향에서 상기 전지셀 적층체를 덮도록 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트; 상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치한 절연 커버; 및 상기 버스 바의 하단부를 받치는 받침 부재를 포함한다.
상기 받침 부재는, 상부 방향으로 연장된 제1 고정부 및 제2 고정부를 포함하고, 상기 버스 바는 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정부 사이에 형성된 홈(groove)에 장착될 수 있다.
상기 받침 부재는 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 소재를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 소재는 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임은 일측 및 다른 일측이 개방되고, 상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임의 개방된 일측 및 다른 일측을 각각 덮을 수 있다.
상기 버스 바는 판재 형상이고, 상기 모듈 프레임의 개방된 일측 및 다른 일측과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 절연 커버는 상기 버스 바의 아래로 연장된 연장부를 포함하고, 상기 받침 부재는 상기 버스 바와 상기 연장부 사이에 위치할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임의 전면 및 후면과 평행한 메인 벽 및 상기 메인 벽의 하변으로부터 상기 모듈 프레임이 위치한 방향으로 연장된 하측 벽을 포함하고, 상기 절연 커버의 상기 연장부가 상기 받침 부재와 상기 하측벽 사이에 위치할 수 있다.
상기 절연 커버는 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.
상기 버스 바는 그 하단부에 형성된 내열 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 내열 코팅층은 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 버스 바는 그 하단부에 부착된 내열 테이프를 포함할 수 있다.
상기 내열 테이프는 내열층 및 상기 내열층과 상기 버스 바의 하단부 사이에 위치하는 접착층을 포함할 수 있다.
상기 내열층은 마이카(Mica) 소재를 포함하고, 상기 접착층은 유리 섬유(Glass fiber)를 포함할 수 있다.
상기 전지셀은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스 및 밀봉 필름을 더 포함하고, 상기 전극 리드는 상기 전극 조립체로부터 상기 전지셀의 외부로 돌출되며, 상기 밀봉 필름은 상기 전극 리드와 상기 전지 케이스 사이에 위치할 수 있다.
상기 전지 케이스는 내측 수지층을 포함하고, 상기 내측 수지층 및 상기 밀봉 필름은 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 버스 바가 쳐지지 않고 고정될 수 있도록 하는 받침 부재를 구비함으로써, 고온 환경에서도 버스 바가 모듈 프레임이나 엔드 플레이트로부터 전기적 절연을 유지할 수 있다. 이를 통해, 고온 환경이나 화재 상황에서 전지 모듈의 추가적인 발화나 열 폭주 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서의 받침 부재는 조립이 용이하여, 전지 모듈의 양산성 및 경제성에 유리하다.
도 1은 종래의 전지 모듈에 대한 분해 사시도의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 대해 모듈 프레임 및 엔드 플레이트를 생략한 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 모듈에 대해 엔드 플레이트 중 어느 하나가 개방된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 복수의 전지셀들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 절단선 B를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 2의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 4의 전지 모듈에 포함된 받침 부재를 나타낸 사시도이다.
도 9는 내열 코팅층을 구비한 버스 바에 대한 정면도이다.
도 10은 내열 테이프를 구비한 버스 바에 대한 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 전지 모듈(100)에 대해 모듈 프레임 및 엔드 플레이트를 생략한 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 전지 모듈(100)에 대해 엔드 플레이트(400) 중 어느 하나가 개방된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전극 리드(150)를 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120), 전극 리드(150)들을 연결하는 버스 바(200) 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(300), 버스 바(200)가 위치하는 방향에서 전지셀 적층체(120)를 덮도록 모듈 프레임(300)과 결합되는 엔드 플레이트(400) 및 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(400) 사이에 위치한 절연 커버(500)를 포함한다.
모듈 프레임(300)은 일측 및 다른 일측이 개방될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시된 것처럼, 모듈 프레임(300)은 전면(X축 방향) 및 후면(X축 반대 방향)이 개방되고, 상면(Z축 방향), 하면(Z축 반대 방향), 우측면(Y축 반대 방향) 및 좌측면(Y축 방향)을 포함하는 구조일 수 있다. 이때, 모듈 프레임(300)은 모노 프레임 또는 U자형 프레임일 수 있다.
모노 프레임은 상면(Z축 방향), 하면(Z축 반대 방향), 우측면(Y축 반대 방향) 및 좌측면(Y축 방향)이 일체화되어 연결된 판재 형태일 수 있다.
U자형 프레임은 하면(Z축 반대 방향), 우측면(Y축 반대 방향) 및 좌측면(Y축 방향)이 일체화되고, 상면(Z축 방향)의 양단부가 우측면(Y축 반대 방향) 및 좌측면(Y축 방향)과 용접 등을 통해 결합된 형태일 수 있다.
전극 리드(150)와 용접 등을 통해 물리적, 전기적으로 연결된 버스 바(200)는 모듈 프레임(300)의 개방된 일측 및 다른 일측에 각각 위치한다. 보다 구체적으로, 버스 바(200)는 판재 형상이며, 모듈 프레임(300)의 개방된 일측 및 다른 일측과 평행하도록 배치될 수 있다.
엔드 플레이트(400)는, 모듈 프레임(300)의 개방된 일측 및 다른 일측을 덮기 위해 모듈 프레임(300)과 결합된다. 즉, 엔드 플레이트(400)는 버스 바(200)가 위치하는 방향, 즉 X축 방향과 그 반대 방향에서 전지셀 적층체(120)를 덮도록 모듈 프레임(300)과 결합된다.
모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)가 결합되어 모듈 케이스를 형성하여, 전지셀 적층체(120)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 특히, 기계적 강성을 확보하기 위해, 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 금속 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 엔드 플레이트(400)가 전극 리드(150)나 버스 바(200)와 접촉되는 것을 방지하기 위해, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(400) 사이에 절연 커버(500)가 위치한다. 절연 커버(500)는 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 버스 바(200)가 장착되는 버스 바 프레임(201)을 더 포함할 수 있다. 버스 바 프레임(201)은 리드 슬롯을 포함하고, 상기 리드 슬롯은 버스 바(200)에 형성된 슬롯과 대응하도록 정렬되며, 전극 리드(150)는 버스 바(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 전극 리드(150)가 리드 슬롯 및 버스 바(200)의 슬롯을 통과한 후 절곡되어 버스 바(200)와 연결될 수 있다.
한편, 도 5는 도 3의 전지 모듈(100)에 포함된 복수의 전지셀(110)들 중 하나를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 절단선 B를 따라 자른 단면도이다.
도 5를 참고하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(150)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(150)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다.
도 6을 참고하면, 전지 케이스(114)는 일반적으로 내측 수지층(116), 금속 박막층(117) 및 외측 수지층(118)의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 이러한 라미네이트 구조의 전지 케이스(114)가 위에서 설명한 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)에서 열융착되어 전지셀(110)을 형성할 수 있다. 일례로, 내측 수지층(116)은 폴리프로필렌을 포함할 수 있고, 금속 박막층(117)은 알루미늄 금속을 포함할 수 있으며, 외측 수지층(118)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
이때, 전극 리드(150)가 돌출되는 영역에서는, 전지 케이스(114)와 전극 리드(150) 사이에 밀봉 필름(160)이 각각 개재될 수 있다. 밀봉 필름(160)은, 내측 수지층(116)과 같이, 폴리프로필렌을 포함하는 것이 바람직하다. 밀봉 필름(160)의 폴리프로필렌과 내측 수지층(116)의 폴리프로필렌이 함께 가열 및 접착되어 전극 리드(150)를 고정할 수 있기 때문이다.
즉, 전극 리드(150)의 일 단부는 버스 바(200)와 용접 등으로 연결되어 고정되고, 다른 일단부는 밀봉 필름(160)에 의해 전지 케이스(114)에 고정될 수 있다.
다만, 전지 모듈이 고온 환경이나 화재 상황에 노출될 경우, 이러한 밀봉 필름(160)이 열에 의해 용융되어, 전극 리드(150)의 고정이 헐거워질 수 있다. 본 실시예에서의 버스 바(200)는 판재 형상으로, 모듈 프레임(300)의 개방된 전면 및 후면과 평행하게 배치되는데, 전극 리드(150)의 고정이 헐거워진다면, 전극 리드(150)와 연결된 버스 바(200)는 그 무게로 인해 중력 방향(Z축과 반대 방향)으로 처질 수 있다.
이로 인해, 버스 바(200)는 그 아래에 위치한 모듈 프레임(300)이나 엔드 플레이트(400)와 접촉될 수 있고, 기존의 전기적 경로 이외에 2선 또는 다선 지락과 같이 외부 단락 경로가 형성되어, 매우 높은 전류가 발생할 수 있다. 이는 추가적인 발화, 열 폭주 또는 폭발과 같은 위험한 상황으로 이어져 전지 모듈의 안전성을 저해하는 원인 중 하나가 될 수 있다.
이에, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 버스 바(200)의 하단부를 받치는 받침 부재(600)를 더 포함한다.
받침 부재(600)가 버스 바(200)의 하단부를 받치기 때문에, 고온 환경이나 화재 상황에서 버스 바(200)가 중력에 의해 아래로 처지는 현상을 방지할 수 있고, 설사 아래로 처지더라도, 엔드 플레이트(400)나 모듈 프레임(300)과의 절연 거리를 유지할 수 있다. 이를 통해, 전지 모듈(100)이 고온 환경이나 화재 상황에 노출되더라도, 버스 바(200) 처짐에 의한 다선 지락이나 단락 현상을 방지하여 추가적인 발화나 폭발이 발생하는 것을 막을 수 있다.
받침 부재(600)는 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 소재를 포함하는 것이 바람직하며, 구체적으로, 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같은 소재들은 고온에서의 구조 안정성이 요구되므로, 열간가압소결(Hot Press Sintering), 스파크플라즈마소결(Spark Plasma Sintering), 열간정압소결(Hot Isostatic Pressure Sintering) 등과 같이 높은 온도와 압력에서 제조되는 것이 바람직하다.
받침 부재(600)가 상기와 같은 세라믹 소재를 포함하여 전기적 절연성을 띄기 때문에, 버스 바(200)와 문제없이 직접 접촉될 수 있다.
또한, 상기 세라믹 소재는 내열성을 갖춘 소재로써, 고온 환경에서도 용융되지 않고, 버스 바(200)를 지지할 수 있다. 특히, 전지셀의 발화 온도인 섭씨 600도의 온도를 견딜 수 있다.
도 4를 다시 참고하면, 엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(300)의 개방된 전면 및 후면과 평행한 메인 벽(410)을 포함할 수 있다. 즉, 메인 벽(410)은 X축 방향과 수직하게 위치할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트(400)는 메인 벽(410)의 하변, 좌변 및 우변 각각으로부터 모듈 프레임(300)이 위치한 방향으로 연장된 하측벽(411), 좌측벽(412) 및 우측벽(413)을 포함할 수 있다.
한편, 도 7은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이며, 도 7을 도 4와함께 참고하면, 절연 커버(500)는 엔드 플레이트(400)의 메인 벽(410)과 평행한 본체부(510) 및 본체부(510)의 하변에서부터 버스 바(200)의 아래로 연장된 연장부(520)를 포함할 수 있다.
이 때, 버스 바(200)와 엔드 플레이트(400)의 하측벽(411) 사이에 받침 부재(600)와 연장부(520)가 차례로 위치할 수 있다.
앞서 언급한대로, 고온환경이나 화재 상황에서 밀봉 필름 등의 용융으로 인해 버스 바(200)가 아래로 처질 시, 버스 바(200)가 엔드 플레이트(400)와 접촉하여 단락이 발생할 수 있다.
이 때, 플라스틱 소재를 포함하는 절연 커버(500)의 연장부(520) 역시 고열로 인해 용융될 수 있으므로, 받침 부재(600)가 버스 바(200)와 연장부(520) 사이에 위치하여, 버스 바(200)가 중력에 의해 아래로 처지는 현상을 방지할 수 있고, 설사 아래로 처지더라도, 엔드 플레이트(400)나 모듈 프레임(300)과의 절연 거리를 유지할 수 있다.
도 8은 도 4의 전지 모듈에 포함된 받침 부재(600)를 나타낸 사시도이다.
도 8을 도 4 및 도 7과 함께 참고하면, 본 실시예에서의 받침 부재(600)는 상부 방향(Z축 방향)으로 연장된 제1 고정부(611) 및 제2 고정부(612)를 포함하고, 제1 고정부(611)와 제2 고정부(612) 각각의 하단부는 지지부(630)와 일체화될 수 있다. 즉, 제1 고정부(611) 및 제2 고정부(612)가 일정 간격으로 이격되어, 지지부(630) 상에서 Y축 방향으로 뻗어 있는 홈(620, groove)을 형성할 수 있다.
버스 바(200)가 제1 고정부(611) 및 제2 고정부(612) 사이에 형성된 홈(620)에 장착됨으로써, 버스 바(200)의 하단부가 받침 부재(600) 상에 안정적으로 배치될 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 것처럼, 제1 고정부(611) 및 제2 고정부(612)는, 버스 바(200)가 용이하게 삽입될 수 있도록, 서로 마주보는 모서리에 챔퍼(Chamfer)가 형성될 수 있다.
또한, 도 4를 다시 참고하면, 받침 부재(600)는 각 버스 바(200)마다 하나 이상 배치될 수 있다. 즉, 받침 부재(600)는 적용되는 버스 바(200)의 무게나 너비 등을 고려하여 하나 또는 그 이상일 수 있으며, 그 개수에 특별한 제한은 없다.
본 실시예에서의 받침 부재(600)는 위와 같은 구조를 통해, 버스 바(200)의 하단부에 간단하게 배치될 수 있어 조립이 용이하기 때문에, 전지 모듈의 양산성 및 경제성에 유리하다.
또한, 별다른 추가 부재 없이 받침 부재(600)만으로 버스 바(200)의 하단부에 콤팩트하게 조립되어, 추가적인 발화, 열 폭주 또는 폭발 등을 방지할 수 있어, 전지 모듈의 용량 확보와 동시에 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 받침 부재(600)의 제조 방법에 특별한 제한은 없으나, 사출 성형이나 압출 성형 등을 통해 간편하게 제작될 수 있다.
도 9는 내열 코팅층을 구비한 버스 바에 대한 정면도이고, 도 10은 내열 테이프를 구비한 버스 바에 대한 정면도이다. 즉, 도 9와 도 10은 본 발명의 버스 바에 적용 가능한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 9를 참고하면, 본 실시예에서의 버스 바(200a)는 그 하단부에 형성된 내열 코팅층(210)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 내열 코팅층(210)은, 소정의 두께를 갖는 판재 형상의 버스 바(200a)에 있어서 Z축의 반대 방향을 향하는 버스 바(200a)의 하단부에 형성될 수 있다.
추가적으로, 버스 바(200a)의 하단부뿐만 아니라, 전면부(X축 방향) 및 후면부(X축의 반대 방향)의 일부 영역까지 내열 코팅층(210)이 확장하여 위치할 수 있다.
내열 코팅층(210)은 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 코팅층일 수 있다. 버스 바(200a)의 하단부에 이러한 내열 코팅층(210)이 형성됨으로써, 버스 바(200)가 엔드 플레이트(400)나 모듈 프레임(300)과 접촉하더라도, 단락 등의 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
내열 코팅층(210)은 절연성 및 내열성을 위해 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 내열 코팅층(210)은, 플라즈마 용사(Plasma spray)나 고속산소화염(High Velocity Oxygen Flame) 코팅과 같이 고온의 가스 상태를 이용한 코팅 방법에 의해 제조되거나, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)이나 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)과 같은 진공증착방법에 의해 제조될 수 있다.
다음, 도 10을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에서의 버스 바(200b)는 그 하단부에 부착된 내열 테이프(220)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 소정의 두께를 갖는 판재 형상의 버스 바(200b)에 있어서, Z축의 반대 방향을 향하는 버스 바(200b)의 하단부에 내열 테이프(220)가 부착될 수 있다.
이러한 내열 테이프(220)는 내열층(221) 및 접착층(222)을 포함할 수 있으며, 접착층(222)은 내열층(221)과 버스 바(200b)의 하단부 사이에 위치할 수 있다.
내열층(221)은 버스 바(200b)의 하단부에 절연성 및 내열성을 부여하여, 버스 바(200)가 엔드 플레이트(400)나 모듈 프레임(300)과 접촉하더라도, 단락 등의 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 내열층(221)은 실리콘계 수지를 포함할 수 있고, 상세하게는 마이카(Mica) 소재를 포함할 수 있다.
접착층(222)은 절연성 및 내열성을 갖춘 내열층(221)을 버스 바(200b)의 하단부에 부착시키기 위한 것이며, 접착성을 갖기 위해 유리 섬유(Glass fiber)를 포함할 수 있다.
마이카(Mica) 소재를 포함하는 내열층(221)은 100 내지 500 g/m2의 무게를 가질 수 있으며, 내열 테이프(220)의 두께는 0.1 내지 0.5mm일 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전지 모듈
150: 전극 리드
200, 200a, 200b: 버스 바
300: 모듈 프레임
400: 엔드 플레이트
500: 절연 커버
600: 받침 부재

Claims (17)

  1. 전극 리드를 포함하는 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전극 리드들을 연결하는 버스 바;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임;
    상기 버스 바가 위치하는 방향에서 상기 전지셀 적층체를 덮도록 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트;
    상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치한 절연 커버; 및
    상기 버스 바의 하단부를 받치는 받침 부재를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 받침 부재는, 상부 방향으로 연장된 제1 고정부 및 제2 고정부를 포함하고,
    상기 버스 바는 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정부 사이에 형성된 홈(groove)에 장착되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 받침 부재는 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 소재를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 세라믹 소재는 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 일측 및 다른 일측이 개방되고,
    상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임의 개방된 일측 및 다른 일측을 각각 덮는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 버스 바는 판재 형상이고, 상기 모듈 프레임의 개방된 일측 및 다른 일측과 평행하게 배치되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 절연 커버는 상기 버스 바의 아래로 연장된 연장부를 포함하고,
    상기 받침 부재는 상기 버스 바와 상기 연장부 사이에 위치하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 모듈 프레임의 전면 및 후면과 평행한 메인 벽 및 상기 메인 벽의 하변으로부터 상기 모듈 프레임이 위치한 방향으로 연장된 하측 벽을 포함하고,
    상기 절연 커버의 상기 연장부가 상기 받침 부재와 상기 하측벽 사이에 위치하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 절연 커버는 플라스틱 소재를 포함하는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 버스 바는 그 하단부에 형성된 내열 코팅층을 포함하는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 내열 코팅층은 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 버스 바는 그 하단부에 부착된 내열 테이프를 포함하는 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 내열 테이프는 내열층 및 상기 내열층과 상기 버스 바의 하단부 사이에 위치하는 접착층을 포함하는 전지 모듈.
  14. 제13항에서,
    상기 내열층은 마이카(Mica) 소재를 포함하고,
    상기 접착층은 유리 섬유(Glass fiber)를 포함하는 전지 모듈.
  15. 제1항에서,
    상기 전지셀은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스 및 밀봉 필름을 더 포함하고,
    상기 전극 리드는 상기 전극 조립체로부터 상기 전지셀의 외부로 돌출되며,
    상기 밀봉 필름은 상기 전극 리드와 상기 전지 케이스 사이에 위치하는 전지 모듈.
  16. 제15항에서,
    상기 전지 케이스는 내측 수지층을 포함하고,
    상기 내측 수지층 및 상기 밀봉 필름은 폴리프로필렌을 포함하는 전지 모듈.
  17. 제1항에 따른 전지 모듈을 하나 이상 포함하는 전지 팩.
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