KR20210074779A - 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈 - Google Patents

인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈 Download PDF

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신진규
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Abstract

본 발명은 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모듈 케이스(100), 및 단위 모듈(200)을 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 모듈 케이스(100)은 절연성 소재로 이루어지며, 내부에는 2개 이상의 단위 모듈(200)이 수납되고, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 소정 간격 이격되어 위치하고, 각 단위 모듈(200)은 1개 이상의 전지 셀(230)이 수직방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈{Cell module to prevent gas movement to nearby modules}
본 발명은 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 모듈이 서로 분리되어 있고 또 커버에 다수개의 홀이 형성되어 있어, 발생한 가스를 외부로 쉽게 방출할 수 있는 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등에 적용되고 있어, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 갈수록 높아지고 있는 상황이다.
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 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 위와 같은 이차 전지가 전기자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지 셀들이 배열된 구조의 전지 모듈 내지 전지 팩 등의 형태로 사용된다.
하지만 단락, 열충격, 절연파괴 등으로 인해 특정 전지 셀에 열폭주 현상이 발생하면 전지 셀 내부에서는 고온의 가스가 발생하게 되고, 이는 인근의 단위 셀들 또는 전지 모듈의 변형과 파괴를 유발시킨다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2013-0086677호에서는 전지 셀이 셀 커버에 의해 감싸여 있는 구조의 하나 이상의 단위 모듈들이 수직으로 세워져 적층된 상태로 모듈 케이스에 장착되어 있는 하나 이상의 전지 모듈들로 구성된 전지 모듈 배열체와, 전지 모듈 배열체가 탑재되는 베이스 플레이트와, 하단이 베이스 플레이트에 고정된 상태로 상기 전지 모듈 배열체의 양 측면을 지지하는 한 쌍의 엔드 플레이트들 및 상기 전지 모듈 배열체와 엔드 플레이트 사이에 개재되며, 전지 모듈 배열체에 대면하는 면에는 외력에 대한 완충 작용과 냉매 유로의 형성을 위한 하나 이상의 리브들이 형성되어 있는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩이 개시되어 있다.
상기 한국공개특허 제2013-0086677호는 엔드 플레이트를 이용하여 완충작용과 냉매 유로를 형성하여 안전성을 보완하였지만 여전히 전지 셀들이 밀착되어 있어서 단락, 열충격, 절연파괴 등의 내부에서 문제가 발생시 전지 셀에서 고온의 가스가 축적되어 그 영향이 밀착된 근처의 전지 셀에 끼쳐 열폭주가 발생하는 위험이 존재하는 문제점이 남아있다.
한국공개특허 제2013-0086677호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 열폭주 발생시 열기 또는 가스가 인근 전지 모듈에 미치지 영향을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 조립이 간단하면서 체결부재를 최소화할 수 있는 구조를 갖는 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈은, 모듈 케이스(100), 및 단위 모듈(200)을 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 모듈 케이스(100)은 절연성 소재로 이루어지며, 내부에는 2개 이상의 단위 모듈(200)이 수납되고, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 소정 간격 이격되어 위치하고, 각 단위 모듈(200)은 1개 이상의 전지 셀(230)이 수직방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 모듈 케이스(100)는 상부 하우징(110), 하부 하우징(120), 전면 커버(130), 및 후면 커버(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 후면 커버(140)는 외부로 돌출되는 절곡부(141)가 구비되며, 상기 절곡부(141)에는 복수개의 홀(142)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 단위 모듈(200)은 상부 커버(210), 하부 커버(220), 상기 상부 커버(210)와 하부 커버(220)에 의해 형성되는 공간부에 수납되는 복수개의 전지 셀(230), 전면 버스바 어셈블리(240), 후면 버스바 어셈블리(250), 일측면이 상기 상부 커버(210) 및 하부 커버(220)과 밀착하는 한 쌍의 엔드 플레이트(260), 및 상기 전지 셀(230)의 하부와 상부에 각각 위치하는 한 쌍의 쿨링 핀(270)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 상부 커버(210)는, 수평하게 위치하는 제1 수평부(211), 제1 수평부(211) 양측 가장자리에서 아래를 향해 연장된 한 쌍의 제1 수직부(212), 소정 거리 이격된 채 상기 제1 수직부(212) 각각에 형성된 한 쌍의 제1 수용홈(213), 및 상기 제1 수직부(212) 일측 가장자리에 소정 모양으로 절개되어 있는 제1 절개부(214)를 포함하고, 상기 하부 커버(220)는, 수평하게 위치하는 제2 수평부(221), 제2 수평부(221) 양측 가장자리에서 위를 향해 연장된 한 쌍의 제2 수직부(222), 소정 거리 이격된 채 상기 제2 수직부(222) 각각에 형성된 한 쌍의 제2 수용홈(223), 및 상기 제2 수직부(222) 일측 가장자리에 소정 모양으로 절개되어 있는 제2 절개부(224)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 상부커버(210) 및 하부 커버(220)는 강판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 전면 버스바 어셈블리(240)는, 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상의 제1 프레임(241), 상기 제1 수용홈(213)과 제2 수용홈(223)에 각각 결합되는 제1 프레임(241) 외측면에 형성된 복수개의 제3 돌기(242), 및 소정 간격 이격된 채 소정 길이 내측으로 연장된 복수개의 제1 간격 유지부(244)를 포함하고, 상기 후면 버스바 어셈블리(250)는, 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상의 제2 프레임(252), 상기 제1 수용홈(213)과 제2 수용홈(223)에 각각 결합되는 제2 프레임(251) 외측면에 형성된 복수개의 제4 돌기(252), 및 소정 간격 이격된 채 소정 길이 내측으로 연장된 복수개의 제2 간격 유지부(254)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 인터 버스바(300)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 제3 간격 유지부(400)에 의해 소정 거리 이격 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 인터 버스바(300)는, 소정 길이를 갖는 제3 수평부(310), 상기 제3 수평부(310) 가장자리 소정 각도로 절곡된 한 쌍의 제3 수직부(320), 및 상기 한 쌍의 제3 수직부(320) 사이의 제5 절개부(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제3 간격 유지부(400)는, 인근하는 단위 모듈(200)의 제1 절개부(214)들에 안착되는 제4 수평부(410), 상기 제4 수평부(410) 양측 가장자리에서 수직 방향으로 소정 길이 연장되어 인근하는 단위 모듈(200)의 커버 내측면에 위치하는 한 쌍의 제4 수직부(420), 및 상기 제4 수직부(420) 하단에 연결되어 인근하는 단위 모듈(200)의 제2 절개부(224)들에 안착되는 제5 수평부(430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제 5 수평부(430)는 상기 인터 버스바(300)의 제3 수평부(310)가 수납될 수 있도록 'ㄷ'자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 20mm 내지 30mm 이격된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 하부 하우징(120) 내측면에는 단위 모듈(200)들을 소정 거리 이격된 상태로 유지하기 위한 지지부(123)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 팩은 전술한 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 디바이스는 전술한 전지 팩이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈은, 복수개의 단위 모듈이 소정 간격 이격되도록 위치하고 있어 특정 단위 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하여도 인근 단위 모듈로의 전달을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈은, 복수개의 단위 모듈을 연결하는 간격 유지부가 구비되어 있어 견고하게 고정 및 체결될 수 있다는 이점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈은, 단위 모듈의 커버 또는 단위 모듈들을 감싸는 하우징이 절연 소재 또는 내열성 소재로 이루어져 있어 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈에서 전면 및 후면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈에서 전면에서 바라본 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈에서 상하부 하우징을 분리한 상태에서 후면에서 바라본 사시도 및 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 연결하는 제3 간격 유지부가 장착되는 부분의 확대사시도이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 연결하는 인터 버스바의 장착되는 부분을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈의 수평 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 조립하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
이하, 본 발명에 따른 인근 모듈로의 가스 이동을 방지할 수 있는 전지 모듈에 관하여 실시예들을 통해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈에서 전면 및 후면에서 바라본 사시도 그리고 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 모듈에서 전면에서 바라본 분해사시도이다.
이들 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 발명에 따른 전지 모듈을 설명하면, 전지 모듈은 모듈 케이스(100), 복수개의 단위 모듈(200), 인터 버스바(300) 및 제3 간격 유지부(400)를 포함하여 구성된다.
먼저 모듈 케이스(100)에 관해 상세하게 설명하면, 복수개의 단위 모듈(200)들을 감싸는 모듈 케이스(100)는, 상부 하우징(110), 하부 하우징(120), 전면 커버(130) 및 후면 커버(140)을 포함하여 이루어진다.
상부 하우징(110)은 단위 모듈(200)의 측면 일부와 상면을 커버할 수 있도록 'ㄷ'자 형상이며 외부로부터의 충격을 완화시킬 수 있도록 요철구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 측면을 이루는 제1 측부(111)의 요철부에는 아래를 향해 소정 길이 돌출한 제1 돌기(112)가 구비되며, 제1 돌기(112)가 구비된 요철부에는 후술할 제2 돌기(122)가 수용된다.
하부 하우징(120)은 상부 하우징(110)과 유사한 외형을 갖는다. 즉, 단위 모듈(200)의 측면 일부와 하면을 커버할 수 있도록 'ㄷ'자 형상이며 외부로부터의 충격을 완화시킬 수 있도록 요철구조로 이루어진다.
그리고 수평 내측면에는 한 쌍의 단위 모듈(200)이 수납될 시, 이들의 간격을 유지하는 한편, 하우징 내에서의 유동을 방지할 수 있도록 소정 간격 이격된 한 쌍의 지지부(123)가 형성되어 있다.
물론 도면에서는 하부 하우징(120)에만 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 상부 하우징(110)에도 구비될 수 있음은 자명하다.
하부 하우징(120)의 제2 측부(121)도 요철구조이며, 요철부에는 상부를 향하고 있는 제2 돌기(122)가 구비된다.
상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)이 결합될 시, 체결 구조에 관해 간단히 설명하면, 제1 돌기(112)와 제2 돌기(122)는 서로 만나지 않을 정도로 어긋나게 형성되어 있고, 따라서 제1 돌기(112)는 제2 돌기(122)가 형성된 요철부에 삽입되며 또 제2 돌기(122)는 제1 돌기(112)가 형성된 요철부에 삽입되어 체결되는 구조이므로, 복잡한 체결수단 없이도 하우징들의 결합과 고정이 용이하다.
한편, 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)은 절연소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
계속해서, 전지 모듈의 전면에 위치하는 전면 커버(130)는 전면 ICB(Internal Circuit Board) 등을 포함하며, 외부로부터의 물리적 충격 등으로부터 ICB(Internal Circuit Board)와 단위 모듈들을 보호한다.
후면 커버(140)는 전지 모듈의 후면에 위치하며, 전지 모듈의 폭 방향(Z방향)을 따라 외부로 돌출한 절곡부(141)가 형성되어 있으며, 또 절곡부(141)에는 가스 배출 또는 냉각용 공기가 통과할 수 있는 복수개의 홀(142)이 형성되어 있다.
즉, 단락, 열충격, 또는 절연파괴 등으로 특정 전지 셀(230)에서 열폭주가 발생할 시, 발생한 가스는 복수개의 홀(142)을 통해 신속하게 외부로 배출될 수 있고, 또 평상시에는 외부 공기가 쉽게 유입되기 때문에 전지 모듈이 적정한 온도로 작동되는 것을 도와준다.
게다가 절곡부(141)는 후술할 상부 커버(210)의 제1 돌출부(215)와 하부 커버(220)의 제2 돌출부(225)를 위아래에서 감싸기 때문에 상부 커버(210)와 하부 커버(220)를 보다 확실하게 고정할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 상하부 하우징 내에 수납되는 복수개의 단위 모듈(200)은 소정거리 이격되도록 위치함으로써, 전지 모듈 내에서 가스가 이동할 수 있는 유로가 생기고, 따라서 열폭주 등 이벤트 발생시 인근 단위 모듈(200)로의 가스 이동이나 열전달을 최소화할 수 있어 안전성이 향상되는 이점이 있다.
복수개의 단위 셀을 포함하는 단위 모듈(200), 단위 모듈(200)들을 전기적으로 연결하는 인터 버스바(300) 그리고 단위 모듈(200)을 이격된 상태로 유지하기 위한 제3 간격 유지부(400)와 관련한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈에서 상하부 하우징을 분리한 상태에서 후면에서 바라본 사시도 및 측면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 단위 모듈의 분해사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면서 단위 모듈(200)에 관해 구체적으로 설명하면, 단위 모듈(200)은 상부 커버(210), 하부 커버(220), 전지 셀(230), 전면 버스바 어셈블리(240), 후면 버스바 어셈블리(250), 엔드 플레이트(260) 및 쿨링 핀(270)을 포함하여 구성된다.
먼저 상부 커버(210)에 관해 상세히 설명하면, 수평하게 위치하는 제1 수평부(211)와, 제1 수평부(211) 양측 가장자리에서 아래를 향해 연장된 한 쌍의 제1 수직부(212)를 포함하여 이루어진다.
그리고 제1 수직부(212)에는 소정 형상의 제1 수용홈(213)이 소정 거리 이격된 채 한 쌍이 형성되어 있고, 또 제1 수직부(212) 일측 가장자리에는 소정 모양의 제1 절개부(214)가 구비되어 있다.
여기서, 한 쌍의 제1 수용홈(213)은 후술할 전면 버스바 어셈블리(240)의 제3 돌기(242)와 후면 버스바 어셈블리(250)의 제4 돌기(252)와 각각 체결된다.
그리고 제1 절개부(214)에는 후술할 제3 간격 유지부(400)의 제4 수평부(410)가 안착된다.
한편, 제1 수직부(212)의 제1 절개부(214) 아래는 외측으로 소정 길이 돌출된 제1 돌출부(215)가 형성되어 있는데, 이는 전술한 바와 같이 후면 커버(140)의 절곡부(141)에 안착된다.
다음으로, 하부 커버(220)에 관해 설명하면 전술한 상부 커버(210)와 서로 대응되는 형상이다.
즉, 수평하게 위치하는 제2 수평부(221)와, 제2 수평부(221) 양측 가장자리에서 위를 향해 연장된 한 쌍의 제2 수직부(222)를 포함하여 구성되며, 마찬가지로 소정 거리 이격된 한 쌍의 제2 수용홈(223)과 제2 절개부(224)가 형성되어 있다.
한 쌍의 제2 수용홈(223)은 전면 버스바 어셈블리(240)의 제3 돌기(242)와 후면 버스바 어셈블리(250)의 제4 돌기(252)와 각각 체결되고, 제2 절개부(224)에는 제3 간격 유지부(400)의 제5 수평부(430)가 안착된다.
또 후면 커버(140)의 절곡부(141)에 안착될 수 있도록 제2 수직부(222)의 제2 절개부(224) 아래에도 외측으로 소정 길이 돌출된 제2 돌출부(225)가 형성되어 있다.
여기서, 이들 상부 커버(210)와 하부 커버(220)는 불연성 소재이면서 융점이 높은 강판으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 내부에서 가스가 발생하여 압력이 상승하더라도 부피 팽창을 억제하고 나아가 열폭주에 버틸 수 있도록 하기 위함이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다. 도7을 참조하면서 전지 셀(230)에 관해 설명하면, 전지 셀(230)은 셀 조립체을 포함하고 있는데, 셀 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 셀 조립체는 셀 케이스(231)에 내장되며, 셀 케이스(231)는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 셀 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 양극 리드(232)와 음극 리드(233)로 이루어지는 리드들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다시 도 4를 참조하면서 복수개의 전지 셀(230)들을 전기적으로 연결하는 전면 버스바 어셈블리(240)에 관해 설명하면, 전면 버스바 어셈블리(240)는 제1 프레임(241), 제3 돌기(242), 제3 절개부(243) 및 제1 간격 유지부(244)를 포함하여 이루어진다.
제1 프레임(241)은 전극 리드가 관통할 수 있도록 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상이고, 제3 돌기(242)는 제1 프레임(241) 외측면에 복수개가 형성되어 있다. 이러한 제3 돌기(242)는 전술한 상부 커버(210)의 제1 수용홈(213) 및 하부 커버(220)의 제2 수용홈(223)과 체결된다.
제3 절개부(243)는 전면 버스바 어셈블리(240) 가장자리의 하부에 위치하며 내부의 연결부재가 지나가는 통로이다.
그리고 제1 간격 유지부(244)은 전지 셀(230)과 평행한 방향으로 소정 길이 돌출된 판형태로 형성되어 있으며, 전지 셀(230)들이 서로 소정 거리 이격된 상태를 유지할 수 있게 해준다.
이어서, 후면 버스바 어셈블리(250)는 제2 프레임(251), 제4 돌기(252), 제4 절개부(253) 및 제2 간격 유지부(254)를 포함하여 이루어진다.
제2 프레임(251)은 전극 리드가 관통할 수 있도록 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상이고, 제4 돌기(252)는 제2 프레임(251) 외측면에 복수개가 형성되어 있다. 이러한 제4 돌기(242)는 전술한 상부 커버(210)의 제1 수용홈(213) 및 하부 커버(220)의 제2 수용홈(223)과 체결된다.
제2 간격 유지부(254)는 제1 간격 유지부(244)와 마찬가지로, 전지 셀(230)들이 서로 소정 거리 이격된 상태를 유지하도록 도와준다.
계속해서, 가장 외곽에 위치하는 전지 셀(230)들의 일측면, 구체적으로는 상부 커버(210) 및 하부 커버(220)와 가장 인근하여 위치하는 한 쌍의 전지 셀(230) 측면에는 한 쌍의 엔드 플레이트(260)가 위치한다.
이러한 엔드 플레이트(260)는 쿠션 재질로 이루어질 수 있고, 이는 외부 충격으로부터 전지 셀(230)을 보호하기 위한 것이다.
수직하게 나란하게 배치된 전지 셀(230)들의 상면과 하면에 각각 위치하는 쿨링 핀(270)은 충방전시 필연적으로 발생하는 열을 흡수함으로써 전기적 성능이 유지시킨다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 연결하는 제3 간격 유지부가 장착되는 부분의 확대 사시도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 연결하는 인터 버스바의 장착되는 부분을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면서 인터 버스바(300)와 제3 간격 유지부(400)와 관련하여 구체적으로 설명하면, 인터 버스바(300)는 소정 길이를 갖는 제3 수평부(310), 제3 수평부(310) 가장자리 소정 각도로 절곡된 한 쌍의 제3 수직부(320) 및 한 쌍의 제3 수직부(320) 사이의 소정 모양으로 절개된 제5 절개부(330)를 포함하여 이루어진다.
제3 수평부(310)는 인근하여 위치한 한 쌍의 단위 모듈(200)을 전기적으로 연결할 수 있도록, 하부 케이스(220)의 제2 절개부(224)에 안착되며, 한 쌍의 제3 수직부(320)는 각 단위 모듈(200)의 단자와 연결된다.
제3 간격 유지부(400)는 제4 수평부(410), 한 쌍의 제4 수직부(420) 및 제5 수평부(430)를 포함하여 이루어진다.
제4 수평부(410)는 인근하는 단위 모듈(200)의 제1 절개부(214)에 안착되어 단위 모듈(200) 간의 가스 이동을 최대한 차단하고, 한 쌍의 제4 수직부(420)는 제4 수평부(410) 양측 가장자리에서 수직 방향으로 소정 길이 연장된 채 인근하는 단위 모듈(200)의 커버 내측에 위치한다. 또 제5 수평부(430)는 제4 수직부(420) 하단에 연결되어 인근하는 단위 모듈(200)의 제2 절개부(224)에 안착된다.
여기서, 제5 수평부(430)는 내부가 비어 있는 'ㄷ'자 모양인 것이 바람직한데, 이는 후면 커버(140), 상부 커버(210) 및 하부 커버(220)들 사이를 절연시킴과 동시에, 인터 버스바(300)의 제3 수평부(310) 외측면을 감싸 외부로부터 유입되는 각종 이물질들로부터 보호하기 위한 것이다.
이상과 같은 구성을 갖는 인터 버스바(300)와 제3 간격 유지부(400)가 후면 버스바 어셈블리(250)의 제4 절개부(253)에 삽입 및 안착됨으로 인해, 인근하는 단위 모듈(200)들을 전기적으로 연결하면서도 외부로 튀어나오지 않아 부피가 증가하는 것을 억제할 수 있고, 또 단위 모듈(200)간의 이격 거리를 일정하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 상하좌우 방향으로의 움직임을 제어할 수 있다는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈의 수평 단면도이다.
도 8을 참조하면서 간격 유지부에 의해 형성되는 공기층에 관해 설명하면, 전술한 바와 같이 전지 셀(230)들의 전면과 후면에는 각각 제1 간격 유지부(244)가 구비된 전면 버스바 어셈블리(240)와, 제2 간격 유지부(254)가 구비된 후면 버스바 어셈블리(250)가 위치한다. 따라서 이들 제1 간격 유지부(244)와 제2 간격 유지부(254)에 의해 전지 셀(230) 사이에는 소정 길이(X축)의 공기층(280)이 형성된다.
이러한 공기층(280)은 특정 전지 셀(230)에서 발생한 열이 인근 전지 셀(230)로 이동하는 것을 방지할 수 있어 단위 모듈(200)의 열폭주 현상을 완화시킬 수 있고, 게다가 전지 셀(230)의 스웰링 시 완충 역할을 동시에 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 모듈을 조립하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면서 설명하면, 하부 커버(220) 내측면에 수평방향으로 쿨링 핀(270)을 위치시키며, 전면 버스바 어셈블리(240)의 제3 돌기(242)를 하부 커버(220)의 제2 수용홈(223)에 체결하는 제1 단계, 전면 버스바 어셈블리(240)의 제1 간격유지부(241)에 맞게 복수개의 전지 셀(230)과 엔드 플레이트(260)를 안착시키는 제2 단계, 복수개의 전지 셀(230) 상부에 쿨링 핀(270)을 안착시키며, 후면 버스바 어셈블리(250)의 제4 돌기(252)를 하부 커버(220)의 제2 수용홈(223)에 체결하는 제3 단계, 및 상부 커버(210)의 제1 수용홈(213)에 전면 버스바 어셈블리(240)의 제3 돌기(242)와 후면 버스바 어셈블리(250)의 제4 돌기(252)를 체결하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.
한편, 제1 단계에서는 전면 버스바 어셈블리(240)의 체결과 쿨링 핀(270)의 안착을 동시에 수행할 수 있는 등, 이들의 조립 순서는 변경이 가능하다.
또, 제1 단계에서 전면 버스바 어셈블리(240) 대신에 후면 버스바 어셈블리(250)를 먼저 조립할 수 있고, 이 경우 제3 단계에서는 후면 버스바 어셈블리(250) 대신에 전면 버스바 어셈블리(240)가 안착되어야 함은 자명하다.
본 발명에 따른 복수개의 전지 모듈이 모여 전지 팩이 될 수 있으며, 이 전지 팩은 디바이스에 탑재될 수 있는데, 구체적인 디바이스 예로는 자동차, 휴대폰, 및 노트북일 수 있으나, 노트북과 같은 상대적으로 용량과 전압이 낮은 디바이스가 보다 바람직하다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 모듈 케이스
110 : 상부 하우징
111 : 제1 측부 112 : 제1 돌기
120 : 하부 하우징
121 : 제2 측부 122 : 제2 돌기
123 : 지지부
130 : 전면 커버
140 : 후면 커버
141 : 절곡부 142 : 홀
200 : 단위 모듈
210 : 상부 커버
211 : 제1 수평부 212 : 제1 수직부
213 : 제1 수용홈 214 : 제1 절개부
215 : 제1 돌출부
220 : 하부 커버
221 : 제2 수평부 222 : 제2 수직부
223 : 제2 수용홈 224 : 제2 절개부
225 : 제2 돌출부
230 : 전지셀
231 : 셀케이스 232 : 양극 리드
233 : 음극 리드
240 : 전면 버스바 어셈블리
241 : 제1 프레임
242 : 제3 돌기 243 : 제3 절개부
244 : 제1 간격 유지부
250 : 후면 버스바 어셈블리
251 : 제2 프레임
252 : 제4 돌기 253 : 제4 절개부
254 : 제2 간격 유지부
260 : 엔드 플레이트
270 : 쿨링핀
280 : 공기층
300 : 인터 버스바
310 : 제3 수평부
320 : 제3 수직부
330 : 제5 절개부
400 : 제3 간격 유지부
410 : 제4 수평부
420 : 제4 수직부
430 : 제5 수평부

Claims (15)

  1. 모듈 케이스(100), 및 단위 모듈(200)을 포함하는 전지 모듈에 있어서,
    상기 모듈 케이스(100)은 절연성 소재로 이루어지며, 내부에는 2개 이상의 단위 모듈(200)이 수납되고,
    상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 소정 간격 이격되어 위치하고, 각 단위 모듈(200)은 1개 이상의 전지 셀(230)이 수직방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스(100)는 상부 하우징(110), 하부 하우징(120), 전면 커버(130), 및 후면 커버(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 후면 커버(140)는 외부로 돌출되는 절곡부(141)가 구비되며, 상기 절곡부(141)에는 복수개의 홀(142)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 모듈(200)은 상부 커버(210), 하부 커버(220), 상기 상부 커버(210)와 하부 커버(220)에 의해 형성되는 공간부에 수납되는 복수개의 전지 셀(230), 전면 버스바 어셈블리(240), 후면 버스바 어셈블리(250), 일측면이 상기 상부 커버(210) 및 하부 커버(220)과 밀착하는 한 쌍의 엔드 플레이트(260), 및 상기 전지 셀(230)의 하부와 상부에 각각 위치하는 한 쌍의 쿨링 핀(270)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 커버(210)는, 수평하게 위치하는 제1 수평부(211), 제1 수평부(211) 양측 가장자리에서 아래를 향해 연장된 한 쌍의 제1 수직부(212), 소정 거리 이격된 채 상기 제1 수직부(212) 각각에 형성된 한 쌍의 제1 수용홈(213), 및 상기 제1 수직부(212) 일측 가장자리에 소정 모양으로 절개되어 있는 제1 절개부(214)를 포함하고,
    상기 하부 커버(220)는, 수평하게 위치하는 제2 수평부(221), 제2 수평부(221) 양측 가장자리에서 위를 향해 연장된 한 쌍의 제2 수직부(222), 소정 거리 이격된 채 상기 제2 수직부(222) 각각에 형성된 한 쌍의 제2 수용홈(223), 및 상기 제2 수직부(222) 일측 가장자리에 소정 모양으로 절개되어 있는 제2 절개부(224)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부커버(210) 및 하부 커버(220)는 강판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전면 버스바 어셈블리(240)는, 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상의 제1 프레임(241), 상기 제1 수용홈(213)과 제2 수용홈(223)에 각각 결합되는 제1 프레임(241) 외측면에 형성된 복수개의 제3 돌기(242), 및 소정 간격 이격된 채 소정 길이 내측으로 연장된 복수개의 제1 간격 유지부(244)를 포함하고,
    상기 후면 버스바 어셈블리(250)는, 복수개의 슬릿이 형성되어 있으며 육면체 형상의 제2 프레임(251), 상기 제1 수용홈(213)과 제2 수용홈(223)에 각각 결합되는 제2 프레임(251) 외측면에 형성된 복수개의 제4 돌기(252), 및 소정 간격 이격된 채 소정 길이 내측으로 연장된 복수개의 제2 간격 유지부(254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 인터 버스바(300)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 제3 간격 유지부(400)에 의해 소정 거리 이격 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인터 버스바(300)는, 소정 길이를 갖는 제3 수평부(310), 상기 제3 수평부(310) 가장자리 소정 각도로 절곡된 한 쌍의 제3 수직부(320), 및 상기 한 쌍의 제3 수직부(320) 사이의 제5 절개부(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 간격 유지부(400)는, 인근하는 단위 모듈(200)의 제1 절개부(214)들에 안착되는 제4 수평부(410), 상기 제4 수평부(410) 양측 가장자리에서 수직 방향으로 소정 길이 연장되어 인근하는 단위 모듈(200)의 커버 내측면에 위치하는 한 쌍의 제4 수직부(420), 및 상기 제4 수직부(420) 하단에 연결되어 인근하는 단위 모듈(200)의 제2 절개부(224)들에 안착되는 제5 수평부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 5 수평부(430)는 상기 인터 버스바(300)의 제3 수평부(310)가 수납될 수 있도록 'ㄷ'자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 2개 이상의 단위 모듈(200)은 20mm 내지 30mm 이격된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 하부 하우징(120) 내측면에는 단위 모듈(200)들을 소정 거리 이격된 상태로 유지하기 위한 지지부(123)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  15. 제14항에 기재된 전지 팩이 구비된 디바이스.
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