KR20210122511A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벤팅 구조를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품 군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(10)이 적층 형성된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(30), 엔드 플레이트 밖으로 돌출 형성된 단자 버스바(40) 등을 포함한다.
프레임(20)과 엔드 플레이트(30)는 용접을 통해 밀봉되도록 결합할 수 있다. 이와 같이 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20)과 엔드 플레이트(30)가 결합되면, 전지 모듈의 과충전시 전지셀(10)의 내부 압력이 증가하여 전지셀(10)의 융착 강도 한계치를 넘는 경우, 전지셀(10)에서 발생한 고온의 열, 가스 및 화염이 전지셀(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이때 고온의 열, 가스 및 화염은 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부들을 통해 배출될 수 있는데, 엔드 플레이트(30)끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 고온의 열, 가스 및 화염을 분출하는 전지 모듈에 이웃하는 전지 모듈에 영향을 미칠 수 있다. 이를 통해 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 단자 버스바(40)가 손상될 수 있으며, 고온의 열, 가스 및 화염이 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부를 통해 전지 모듈의 내부로 들어가 복수의 전지셀(10)들에 손상을 입힐 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 배출되는 고온의 열과 화염을 분산시킬 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.
또한 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체를 수용하는 제1 모듈 프레임, 상기 제1 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 상기 제1 모듈 프레임과 결합하는 제1 엔드 플레이트, 상기 제1 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체 및 상기 제1 엔드 플레이트 상에 위치하는 제1 단자 버스바와 제1 커넥터를 포함하는 제1 전지 모듈; 및 상기 제1 전지 모듈과 이웃하는 제2 전지 모듈을 포함하고, 상기 제1 모듈 프레임의 상면에 제1 벤팅부가 형성되며, 상기 제1 벤팅부가 형성된 부분은 상기 제1 테라스부 집합체가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 상기 제2 전지 모듈에 포함된 제2 엔드 플레이트는 제2 단자 버스바와 제2 커넥터를 포함하며, 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈은 상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바가 서로 마주보고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 서로 마주보도록 배치된다.
상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 각각 커버하는 두개의 엔드 플레이트로 형성되고, 상기 벤팅부는, 상기 두개의 엔드 플레이트 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면 상에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구; 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성되어 상기 유입구로 유입된 가스를 상기 배출구가 위치한 방향으로 안내하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체와 연결되고, 상기 모듈 프레임의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구; 상측 방향으로 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구; 및 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 배출구의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연결부에는, 상기 배출구를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부가 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는 복수개가 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임 상면에서 비스듬히 관통된 홀 구조로 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 두개의 상기 엔드 플레이트 중 벤팅부로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 비스듬히 관통 형성될 수 있다.
상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성될 수 있다.
상기 제1 벤팅부는 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 모듈 프레임의 상면에 형성된 벤팅부를 통해 전지 모듈의 발화시 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 분산시킴으로써, 상기 전지 모듈과 마주하는 전지 모듈의 단자 버스바 및 복수의 전지셀 부분의 손상을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈이 결합되고 전지 모듈에 벤팅부가 형성된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈들이 배치된 모습 과 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 B-B를 따라 절단한 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 벤팅부의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈을 포함하는 전지팩에서, 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅부(400)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈이 결합되고 전지 모듈에 벤팅부가 형성된 모습을 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈들이 배치된 모습과 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 B-B를 따라 절단한 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이에 형성된 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 상하좌우면으로 형성되어 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200) 및 전지셀 적층체(120)의 전후면을 각각 커버하고 모듈 마운팅부(310)를 포함하는 제1,2 엔드 플레이트(300)를 포함하고, 모듈 프레임(200)의 상면에는, 복수의 전지셀(110)로부터 발생하는 가스를 외부로 배출하는 벤팅부(400)가 형성된다.
전지셀(110)은, 셀 본체(111), 셀 본체(111)의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드(112) 및 전극 리드(112)가 돌출된 방향으로 셀 본체(111)로부터 연장 형성된 테라스부(113)를 포함한다. 본 실시예에 따른 벤팅부(400)는 셀 본체(111) 보다 테라스부(113)가 위치한 부분에 인접하여 형성됨으로써, 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 전지 모듈(100) 외부로 배출할 수 있다. 일 예로, 벤팅부(400)는 테라스부(113)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
벤팅부(400)는 제1,2 엔드 플레이트(300) 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 가스가 배출되도록 형성될 수 있다.
전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 본체(111) 및 전극 조립체로부터 양단으로 돌출 형성된 전극 리드(112)를 포함한다.
전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 셀 본체(111)는 전극 조립체를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
전극 리드(112)와 셀 본체(111) 사이에는, 전극 리드(112)가 돌출된 방향으로 셀 본체(111)로부터 연장 형성된 테라스부(113)를 포함한다. 구체적으로, 셀 본체(111)를 덮는 셀 케이스로부터 연장 형성된 테라스부(113)는 끝단이 밀봉되어 형성될 수 있다. 테라스부(113)는 셀 본체(111)로부터 연장 형성되는 전극 리드(112)를 감싸도록 형성될 수 있다. 상부 플레이트(130)는 전지셀 적층체(120)의 상측에 위치하고, 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임을 연결할 수 있다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120)의 상하좌우면에서 전지셀 적층체(120) 및 이와 결합된 버스바 프레임을 수용하도록 형성될 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 하단과 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지를 통해 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 하면 사이에 열전도성 수지층이 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하도록 형성된다. 엔드 플레이트(300)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 전지 모듈을 전지팩에 장착할 수 있는 모듈 마운팅부(310)를 포함한다. 엔드 플레이트(300)에는 버스바 프레임에 형성된 단자 버스바 및 커넥터가 외부와 연결되기 위한 단자 버스바 개구부 및 커넥터 개구부가 형성되며, 상기 개구부들을 통해 전지셀로부터 발생한 가스가 외부로 배출될 수 있다. 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200)은 용접으로 결합되고, 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(300) 내부에 위치한 복수의 전지셀(110)은, 용접을 통해 밀봉된 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200) 결합 구조를 통해, 상술한 개구부들을 제외하고는 외부와의 연결이 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)의 상면에 벤팅부(400)가 형성될 수 있다. 벤팅부(400)는 테라스부(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되어, 밀봉된 테라스부(113) 부분이 전지 모듈 내부 압력 변화로 인해 밀봉이 해제되면서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출될 경우, 테라스부(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성된 벤팅부(400)를 통해 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 외부로 배출할 수 있다.
또한 종래에는 엔드 플레이트(300)에 형성된 개구부들을 통하여만 배출이 가능한 바, 전지 모듈 내부의 배출 경로를 다양화시켜 발화시 전지 모듈의 일 부분으로만 배출이 집중되는 현상을 방지하고 고온의 열, 가스 및 화염의 배출을 분산시킬 수 있다.
또한 벤팅부(400)는, 전지셀 적층체(120)의 전후면 각각에 형성된 제1,2 엔드 플레이트(300) 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성된다. 즉, 벤팅부(400)의 위치와 대응되는 위치에 형성된 테라스부(113)와 연결된 전극 리드(112)와 인접한 부분에 형성된 엔드 플레이트가, 전지셀 적층체 기준 맞은 편 부분에 위치한 엔드 플레이트보다 더 가까우므로, 가까운 곳의 엔드 플레이트 방향으로 벤팅될 경우 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 인접한 다른 전지 모듈에 고온의 열, 가스 및 화염이 방출되어 다른 전지 모듈에 손상을 입힐 수 있다. 따라서 벤팅부의 벤팅 방향은 상대적으로 먼 부분에 위치한 엔드 플레이트가 위치한 방향으로 벤팅되도록 형성되어, 인접한 다른 전지 모듈에 피해를 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅부(400)는, 모듈 프레임(200)의 상면 상에 형성되어 전지셀 적층체(120)와 연결되는 유입구(410), 유입구(410)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(420)를 포함하고, 배출구(420)는 유입구(410)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한 벤팅부(400)는, 유입구(410)와 배출구(420) 사이에 형성되어 유입구(410)로 유입된 가스를 배출구(420)가 위치한 방향으로 안내하는 연결부(430)를 포함하고, 연결부(430)의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
배출구(420)가 유입구(410) 및 모듈 프레임(200)의 상면과 수직인 방향으로 형성되어, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 배출구(420) 내부로 들어가는 현상을 방지할 수 있다. 또한 연결부(430)의 상면이 배출구를 향해 경사지게 형성되어, 유입구(410)로 유입된 고온의 열, 가스 및 화염이 연결부(430)를 통해 방향이 전환되어 배출구(420)를 통해 자연스럽게 배출될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체(120)를 수용하는 제1 모듈 프레임(200), 제1 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하고 제1 모듈 프레임(200)과 결합하는 제1 엔드 플레이트(300), 제1 전지셀 적층체(120)의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체(113) 및 제1 엔드 플레이트(300) 상에 위치하는 제1 단자 버스바(320)와 제1 커넥터(330)를 포함하는 제1 전지 모듈(M1) 및 제1 전지 모듈(M1)과 이웃하는 제2 전지 모듈(M2)을 포함한다. 이때, 제1 테라스부 집합체(113)는, 적층 형성된 복수의 전지셀(110)로부터 연장 형성된 테라스부들이 모여 집합체를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모듈 프레임(200)의 상면에 제1 벤팅부(400)가 형성되며, 제1 벤팅부(400)가 형성된 부분은 제1 테라스부 집합체(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 전지 모듈(M2)에 포함된 제2 엔드 플레이트(300')는 제2 단자 버스바(320')와 제2 커넥터(330')를 포함한다. 제1 벤팅부(400)는 제2 전지 모듈(M2)이 위치한 방향과 반대 반향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
제1 전지 모듈(M1)과 제2 전지 모듈(M2)은 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320')가 서로 마주보고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330')가 서로 마주보도록 배치된다. 이때 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320')는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330')는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성될 수 있다.
제1 전지 모듈(M1)에서 형성된 고온의 열, 가스 및 화염이 개구부가 형성된 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)를 통해 마주보도록 배치된 제2 전지 모듈(M2)의 제2 단자 버스바(320') 및 제2 커넥터(330')로 배출 될 수 있는바, 제2 전지 모듈(M2)에 형성된 제2 단자 버스바(320') 제2 커넥터(330')가 고온의 열, 가스 및 화염으로 인한 손상이 발생할 수 있다.
또한 고온의 열, 가스 및 화염이 제2 단자 버스바(320') 및 제2 커넥터(330')에 형성된 개구부를 통과하여 제2 전지 모듈(M2) 내부의 전지셀 적층체(110')에도 손상을 가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전지 모듈(M1)에 형성된 제1 벤팅부(400)를 통해, 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)에 형성된 개구부와 함께 제1 테라스부 집합체(113)에서 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 분산하여 배출시킬 수 있으므로, 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)와 마주보도록 배치된 제2 단자 버스바(320') 및 제2 커넥터(330')에 전달되는 피해를 최소화 할 수 있다.
제2 전지 모듈(M2)은, 제2 전지셀 적층체가 삽입되는 제2 모듈 프레임(200') 및 제2 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 제2 모듈 프레임과 결합되는 제2 엔드 플레이트(300')를 포함하고, 제2 모듈 프레임(200')의 상면에 제2 벤팅부가 형성될 수 있다. 이때 제2 벤팅부의 배출구는 제1 벤팅부(400)의 배출구와 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
또한 제2 전지 모듈(M2)은, 제2 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제2 테라스부 집합체(113')를 더 포함하고, 제2 벤팅부가 형성된 부분은, 제2 테라스부 집합체(113')가 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(500)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 벤팅부의 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 전지 모듈을 포함하는 전지팩에서, 전지 모듈의 벤팅부를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는, 전지셀 적층체(120) 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다. 벤팅부(500)는, 전지셀 적층체(120)와 연결되고, 모듈 프레임(200)의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구(510), 상측 방향으로 형성되어 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(520) 및 유입구(510)와 배출구(520)를 연결하는 연결부(530)를 포함하고, 연결부(530)는 유입구(510) 및 배출구(520)의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
벤팅부(500)는 전지 모듈 내부의 고온의 열, 가스 및 화염을 전지 모듈의 상측 방향을 향해 배출하여, 엔드 플레이트를 맞대고 배치된 다른 전지 모듈들에 피해를 최소화시킬 수 있다. 그러나 배출구(520)가 상측 방향을 향해 형성되어 공기 중의 이물질이 중력에 의해 배출구(520)로 들어올 수 있는바, 연결부(530)를 배출구(520)와 수직인 방향으로 형성되도록 하여 배출구(520)로 유입된 이물질이 유입구(510)를 통해 전지 모듈 내부로 유입되는 현상이 최소화될 수 있다.
또한 연결부(530) 상에는 배출구(520)를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부(540)가 형성되어, 이물질이 배출구(520) 부분에서 연결부(530)를 통해 유입구(510) 부분으로 들어오지 못하도록 막을 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체(120)를 수용하는 제1 모듈 프레임(200), 제1 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하고 제1 모듈 프레임(200)과 결합하는 제1 엔드 플레이트(300), 제1 전지셀 적층체(120)의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체(113) 및 제1 엔드 플레이트(300) 상에 위치하는 제1 단자 버스바(320)와 제1 커넥터(330)를 포함하는 제1 전지 모듈(M1) 및 제1 전지 모듈(M1)과 이웃하는 제2 전지 모듈(M2)을 포함한다. 이때, 제1 테라스부 집합체(113)는, 적층 형성된 복수의 전지셀(110)로부터 연장 형성된 테라스부들이 모여 집합체를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모듈 프레임(200)의 상면에 제1 벤팅부(500)가 형성되며, 제1 벤팅부(500)가 형성된 부분은 제1 테라스부 집합체(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 전지 모듈(M2)에 포함된 제2 엔드 플레이트(300')는 제2 단자 버스바(320')와 제2 커넥터(330')를 포함한다. 이때 제1 전지 모듈(M1)과 제2 전지 모듈(M2)은 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320')가 서로 마주보고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330')가 서로 마주보도록 배치된다.
전지팩과 관련하여 상술한 설명 이외의 내용은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 벤팅부(400)가 형성된 전지팩에 관해 설명한 내용과 동일하다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(600)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤팅부(600)는, 복수개의 벤팅부(600)가 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 각각의 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200) 상면의 양단 및 중앙에 각각 형성될 수 있다. 예를 들면 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀에서 고온의 열, 가스 및 화염이 발생하는 등 복수의 전지셀에서 특정 전지셀로부터 고온의 열, 가스 및 화염이 국부적으로 발생할 수 있기 때문에, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 테라스부가 형성된 부분을 따라 복수의 벤팅부(600)를 배치하여, 특정 부분에 위치한 전지셀로부터 발생한 고온의 열, 가스 및 화염을, 해당 전지셀와 가장 가까이 위치한 벤팅부(600)를 통해 신속히 외부로 배출할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 벤팅부(600)는 모듈 프레임(200)의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성되어, 각각의 벤팅부(600)와 인접한 부분의 전지셀에서 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 외부로 배출할 수 있다.
본 실시예에 따른 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200)의 상면 상에 형성되어 전지셀 적층체와 연결되는 유입구(610), 유입구(610)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(620)를 포함하고, 배출구(620)는 유입구(610)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한 벤팅부(600)는, 유입구(610)와 배출구(620) 사이에 형성되어 유입구(610)로 유입된 가스를 배출구(620)가 위치한 방향으로 안내하는 연결부(630)를 포함하고, 연결부(630)의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
배출구(620)가 유입구(610) 및 모듈 프레임(200)의 상면과 수직인 방향으로 형성되어, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 배출구(620) 내부로 들어가는 현상을 방지할 수 있다. 또한 연결부(630)의 상면이 배출구를 향해 경사지게 형성되어, 유입구(610)로 유입된 고온의 열, 가스 및 화염이 연결부(630)를 통해 방향이 전환되어 배출구(620)를 통해 자연스럽게 배출될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하며 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(700)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅부(700)는, 모듈 프레임(200)의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성될 수 있다. 복수의 전지셀로부터 동시 다발적인 발화 현상이 일어날 수 있는바, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(700)와 같이, 모듈 프레임(200)의 상면에 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성하여, 상당량의 가스, 열 및 화염을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있다.
이하, 도 3 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(800)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 형성된 벤팅부(800)는 전지 모듈의 양단에 형성된 2개의 엔드 플레이트 중 벤팅부(800)로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다. 이때, 벤팅부(800)는 모듈 프레임(200) 상면에 형성된 홀 구조일 수 있으며, 나아가 경사를 갖도록 비스듬하게 관통된 홀 구조일 수 있다.
벤팅부(800)는, 전지셀 적층체(120)의 전후면에 형성된 두개의 엔드 플레이트(301, 302) 중 벤팅부(800)로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 비스듬히 관통 형성될 수 있다. 구체적으로, 비스듬하게 관통된 벤팅부(800)의 내측 유입구는 외측 배출구 보다 제1-1 엔드 플레이트(301)에 가깝게 형성되고, 외측 배출구는 내측 유입구보다 제1-2 엔드 플레이트(302)에 가깝게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 통해, 벤팅부(800) 통해 배출되는 열이나 가스에 자연스럽게 방향성을 부여할 수 있다. 즉, 더 멀리 위치한 제1-2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 제1-1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 벤팅부(800)는 관통된 홀 구조로써 별도의 추가 공간이 필요하지 않으며, 모듈 프레임(200)을 관통하는 것만으로 간단히 배출되는 가스의 방향성을 부여할 수 있다는 장점이 있다.
앞에서 설명한 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110: 전지셀
111: 셀 본체
112: 전극 리드
113: 테라스부(제1 테라스부 집합체)
113': 테라스부(제2 테라스부 집합체)
120: 전지셀 적층체
130: 상부 플레이트
200: 제1 모듈 프레임(모듈 프레임)
200': 제2 모듈 프레임
300: 제1 엔드 플레이트(엔드 플레이트)
301: 제1-1 엔드 플레이트
302: 제1-2 엔드 플레이트
300': 제2 엔드 플레이트
310: 모듈 마운팅부
320: 제1 단자 버스바
320': 제2 단자 버스바
330: 제1 커넥터
330': 제2 커넥터
400, 500, 600, 700, 800: 벤팅부(제1 벤팅부)
410, 510, 610: 유입구
420, 520, 620: 배출구
430, 530, 630: 연결부
540: 이물질 차단부

Claims (16)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합하는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고,
    상기 전지셀은,
    셀 본체;
    상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및
    상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고,
    상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 각각 커버하는 두개의 엔드 플레이트로 형성되고,
    상기 벤팅부는, 상기 두개의 엔드 플레이트 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 모듈 프레임의 상면 상에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구;
    상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성되어 상기 유입구로 유입된 가스를 상기 배출구가 위치한 방향으로 안내하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부의 상면은 경사지게 형성된 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 전지셀 적층체와 연결되고, 상기 모듈 프레임의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구;
    상측 방향으로 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구; 및
    상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 배출구의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 연결부에는, 상기 배출구를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부가 형성되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 복수개가 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성되는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성되는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임 상면에서 비스듬히 관통된 홀 구조로 형성된 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 두개의 상기 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 비스듬히 관통 형성된 전지 모듈.
  14. 제1 전지셀 적층체를 수용하는 제1 모듈 프레임, 상기 제1 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 상기 제1 모듈 프레임과 결합하는 제1 엔드 플레이트, 상기 제1 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체 및 상기 제1 엔드 플레이트 상에 위치하는 제1 단자 버스바와 제1 커넥터를 포함하는 제1 전지 모듈; 및
    상기 제1 전지 모듈과 이웃하는 제2 전지 모듈을 포함하고,
    상기 제1 모듈 프레임의 상면에 제1 벤팅부가 형성되며, 상기 제1 벤팅부가 형성된 부분은 상기 제1 테라스부 집합체가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고,
    상기 제2 전지 모듈에 포함된 제2 엔드 플레이트는 제2 단자 버스바와 제2 커넥터를 포함하며,
    상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈은 상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바가 서로 마주보고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 서로 마주보도록 배치되는 전지팩.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되는 전지팩.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 벤팅부는 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성되는 전지팩.
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