KR20220106379A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체을 수용하는 모듈 프레임; 상기 전지셀 적층체의 전면을 커버하고, 터미널 버스바가 연결되는 제1 버스바 프레임; 상기 전지셀 적층체의 후면을 커버하고, 모듈 커넥터가 연결되는 제2 버스바 프레임; 및 상기 모듈 프레임과 결합되고, 상기 제1 버스바 프레임과 상기 제2 버스바 프레임을 각각 덮는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상부에 적어도 하나의 벤팅부가 형성되어 있고, 상기 벤팅부는 적어도 일 모서리가 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있되, 나머지 모서리는 상기 모듈 프레임의 상부가 절개되어 형성된다.

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 것으로, 보다 구체적으로는 가스 및 화염의 방출 방향을 유도하여, 이웃하는 전지 모듈 간의 발화 연속성을 최소화하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 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 것일 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 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 2는 전지 모듈의 발화 시 도 1의 a-a’축을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 종래의 전지팩에 장착된 도 1의 전지 모듈의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(미도시됨), 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임(20), 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(41, 42)를 포함한다.
여기서, 모듈 프레임(20)과 엔드 플레이트(41,42)는 용접을 통해 밀봉되도록 결합될 수 있다. 그러나, 전지 모듈(10)의 과충전 시, 전지셀(11)의 내부 압력이 증가하여, 전지셀(11)의 융착 강도의 한계치를 넘는 경우, 전지셀(10)에서 발생한 고온의 열, 가스, 및 화염이 전지 모듈(10)의 외부로 배출될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 고온의 열, 가스 및 화염은 전지 모듈(10)의 양측 방향에 위치하는 엔드 플레이트(41, 42)에 포함된 취약부를 통해 외부로 분출될 수 있고, 특히 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(41, 42)에도 영향을 끼쳐 발화의 연속성이 발생될 수 있다. 이 때, 이웃하는 전지 모듈 또한 엔드 플레이트(41, 42)에 포함된 취약부를 통해, 가스 및 화염 등이 모듈 프레임(20) 내부로 들어가 복수의 전지셀(11)을 손상시키는 문제가 있다.
이에 따라, 가스 및 화염의 방출 방향을 유도하여, 이웃하는 전지 모듈 간의 발화 연속성을 최소화하는 전지 모듈이 개발될 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 가스 및 화염의 방출 방향을 유도하여, 이웃하는 전지 모듈 간의 발화 연속성을 최소화하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체을 수용하는 모듈 프레임; 상기 전지셀 적층체의 전면을 커버하고, 터미널 버스바가 연결되는 제1 버스바 프레임; 상기 전지셀 적층체의 후면을 커버하고, 모듈 커넥터가 연결되는 제2 버스바 프레임; 및 상기 모듈 프레임과 결합되고, 상기 제1 버스바 프레임과 상기 제2 버스바 프레임을 각각 덮는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상부에 적어도 하나의 벤팅부가 형성되어 있고, 상기 벤팅부는 적어도 일 모서리가 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있되, 나머지 모서리는 상기 모듈 프레임의 상부가 절개되어 형성된다.
상기 벤팅부에서 절개되어 있는 각각의 모서리는 서로 연결되어 있을 수 있다.
상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리를 기준으로, 상기 벤팅부가 상기 모듈 프레임 상부로부터 외부를 향하는 방향으로 비스듬하게 들어 올려질 수 있다.
상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리는 제1 엔드 플레이트와 인접하게 위치할 수 있다.
상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리는 상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 벤팅부는 상기 제2 엔드 플레이트가 배치된 방향으로 벤팅되도록 들어 올려질 수 있다.
적어도 둘의 상기 벤팅부를 포함하되, 적어도 둘의 상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 있을 수 있다.
적어도 둘의 상기 벤팅부는 서로 동일한 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
상기 제1 벤팅부와 상기 제2 벤팅부는 서로 동일한 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
상기 터미널 버스바는, 상기 터미널 버스바가 포함된 전지 모듈에 이웃하는 다른 전지 모듈과 연결되도록 하는 외부 버스바와 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 모듈 프레임의 상부에 소정의 방향으로 가스 및 화염의 방출 방향을 유도하는 벤팅부를 포함하여, 이웃하는 전지 모듈 간의 발화 연속성을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 전지 모듈의 발화 시 도 1의 a-a’축을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 종래의 전지팩에 장착된 도 1의 전지 모듈의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 제2 엔드 플레이트가 정면에서 보여지도록 각도를 달리하여 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 A-A’축을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩에 장착된 도 4의 전지 모듈의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
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 도 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 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 6은 도 4의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극리드(111, 112)를 포함하는 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200), 및 전극리드(111)가 돌출되는 일 방향(x축 방향)의 전지셀 적층체(120)의 일면에 배치된 제1 버스바 프레임(310)을 포함한다.
우선, 도 6을 참고하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 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. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스(Terrace)부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은, 전극리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함한다.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 도 4를 참고하면, 전지셀(110)들이 y축 방향을 따라 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 전극리드(111)가 돌출된 방향(x축 방향)의 전지셀 적층체(120)의 일면에는 제1 버스바 프레임(310)이 위치할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 전극리드(112)가 돌출되는 방향(-x축 방향)의 전지셀 적층체(120)의 타면에 제2 버스바 프레임이 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(120) 및 제1 버스바 프레임(310)은 모듈 프레임(200)에 함께 수용될 수 있다. 모듈 프레임(200)이 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모듈 프레임(200)은 모노 프레임의 구조를 가질 수 있다. 우선, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있으며, 압출 성형으로 제조될 수 있다. 다만, 모듈 프레임(200) 구조는 이에 한정되지 않고, U자형 프레임과 상부 플레이트가 결합된 구조일 수 있다. U자형 프레임과 상부 플레이트가 결합된 구조의 경우, 하면 및 양 측면이 결합된 또는 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으며, 프레스 성형으로 제조될 수 있다.
전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지를 통해 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다.
한편, 전극리드(111, 112)들이 돌출된 방향(x축 방향, -x축 방향)으로, 모듈 프레임(200)의 개방될 수 있으며, 모듈 프레임(200)의 개방된 양 측에 각각 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)가 위치할 수 있다. 제1 엔드 플레이트(410)가 제1 버스바 프레임(310)을 덮으면서 모듈 프레임(200)과 접합될 수 있고, 제2 엔드 플레이트(420)가 제2 버스바 프레임(미도시)을 덮으면서 모듈 프레임(200)과 접합될 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(410)와 전지셀 적층체(120) 사이에 제1 버스바 프레임(310)이 위치할 수 있고, 제2 엔드 플레이트(420)와 전지셀 적층체(120) 사이에 제2 버스바 프레임(미도시)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 엔드 플레이트(410)와 제1 버스바 프레임(310) 사이에는 전기절 절연을 위한 절연 커버(800, 도 4 참조)가 위치할 수 있다.
제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 전지셀 적층체(120)의 상기 일면과 상기 타면을 각각 커버하도록 위치한다. 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 외부의 충격으로부터 제1 버스바 프레임(310) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호할 수 있고, 이를 위해 소정의 강도를 가져야 하며 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 각각 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리와 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
제1 버스바 프레임(310)은 전지셀 적층체(120)의 일면에 위치하여, 전지셀 적층체(120)를 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내할 수 있다. 구체적으로, 제1 버스바 프레임(310)에는 버스바, 터미널 버스바 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 특히, 제1 버스바 프레임(310)이 전지셀 적층체(120)와 마주하는 면의 반대 면에 버스바, 터미널 버스바 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 일례로, 도 4에는 제1 버스바 프레임(310)에 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 모습이 나타나 있다.
버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 의해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 직렬 또는 병렬 연결될 수 있고, 전지 모듈(100)의 외부로 노출되는 터미널 버스바(520)를 통해 외부 기기나 회로와 전지셀(110)들이 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 터미널 버스바(520)는, 터미널 버스바(520)가 포함된 전지 모듈에 이웃하는 다른 전지 모듈과 연결되도록 하는 외부 버스바와 연결될 수 있다.
제1 버스바 프레임(310)은 전기적으로 절연인 소재를 포함할 수 있다. 제1 버스바 프레임(310)은, 버스바(510)나 터미널 버스바(520)가 전극리드(111)와 접합된 부분을 제외하고, 버스바(510)나 터미널 버스바(520)가 전지셀(110)들과 접촉하는 것을 제한하여, 단락 발생을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(120)의 타면에 제2 버스바 프레임이 위치할 수 있는데, 제2 버스바 프레임에는 버스바와 모듈 커텍터가 장착될 수 있다. 이러한 버스바에 전극리드(112)가 접합될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 엔드 플레이트(410)에 터미널 버스바(520)가 노출되는 개구부가 형성될 수 있다. 상기 개구부는 터미널 버스바 개구부일 수 있다. 일례로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 플레이트(410)에 터미널 버스바(520)가 노출되는 터미널 버스바 개구부(410H)가 형성될 수 있다. 터미널 버스바(520)는 버스바(510)와 비교하여, 상향 돌출된 부분을 더 포함하는데, 이러한 상향 돌출된 부분이 터미널 버스바 개구부(410H)를 통해 전지 모듈(100)의 외부로 노출될 수 있다. 터미널 버스바 개구부(410H)를 통해 노출된 터미널 버스바(520)가 다른 전지 모듈이나 BDU(Battery Disconnect Unit)와 연결되어 HV(High voltage) 연결을 형성할 수 있다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 제2 엔드 플레이트가 정면에서 보여지도록 각도를 달리하여 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 엔드 플레이트(420)에 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 노출되는 개구부가 형성될 수 있다. 상기 개구부는 모듈 커넥터 개구부일 수 있다. 일례로, 도 7에 도시된 바와 같이 제2 엔드 플레이트(420)에 모듈 커넥터(600)가 노출되는 모듈 커넥터 개구부(420H)가 형성될 수 있다. 이는 앞서 언급한 제2 버스바 프레임에 모듈 커넥터(600)가 장착된 것을 의미한다. 또한, 제2 엔드 플레이트(420)와 제2 버스바 프레임(320) 사이에는 전기절 절연을 위한 절연 커버(800)가 위치할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 모듈 커넥터(600)는, 전지 모듈(100) 내부에 마련된 온도 센서나 전압 측정 부재 등과 연결될 수 있다. 이러한 모듈 커넥터(600)는 외부 BMS(Battery Management System)와 연결되어 LV(Low voltage) 연결을 형성하는데, 상기 온도 센서나 전압 측정 부재가 측정한 온도 정보와 전압 정도 등을 상기 외부 BMS에 전달하는 기능을 담당한다.
이하에서는 모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅부(250)를 중심으로 설명한다.
도 4, 도 5, 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 프레임(200)의 상부에 적어도 하나의 벤팅부(250)가 형성되어 있고, 벤팅부(250)는 적어도 일 모서리가 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되어 있되, 나머지 모서리는 모듈 프레임(200)의 상부가 절개되어 형성된다.
또한, 벤팅부(250)에서 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되어 있는 모서리는 제1 엔드 플레이트(410)와 인접하게 위치할 수 있다. 즉, 벤팅부(250)에서 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되어 있는 모서리는 터미널 버스바(520)에 인접하게 형성될 수 있다. 또한, 벤팅부(250)에서 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되어 있는 모서리는 모듈 프레임(200)의 폭 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 다만, 여기서 제1 엔드 플레이트(410)와 인접하게 위치한다는 것은, 제2 엔드 플레이트(420)와 멀어지게 위치하는 것으로도 설명될 수 있다.
다르게 말하면, 벤팅부(250)에서 절개되어 있는 나머지 모서리는, 모듈 프레임(200)의 길이 방향을 따라 제2 엔드 플레이트(420)에 인접한 위치까지 절개되어 형성될 수 있다. 즉, 벤팅부(250)에서 절개되어 있는 나머지 모서리 중 일부는 모듈 커넥터(600)에 인접하게 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 벤팅부(250)에서 절개되어 있는 나머지 모서리가 제2 엔드 플레이트(420)에 인접하게 절개되어 있어, 벤팅부(250)에 의해 배출되는 가스 및 화염의 배출 경로를 유도할 수 있다.
보다 구체적으로, 벤팅부(250)에서 절개되어 있는 각각의 모서리는 서로 연결되어 있을 수 있다. 일 예로, 벤팅부(250)는 직사각형의 형상을 가지되, 일 모서리가 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되고, 나머지 모서리가 절개되어 형성될 수 있다. 다만, 벤팅부(250)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니며, 소정의 방향으로 전지 모듈(100) 내 가스 및 화염의 배출 방향을 유도할 수 있는 형상이라면 적용 가능하다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 모듈 프레임(200)의 상부 중 일부를 절개하여 벤팅부(250)를 형성할 수 있어, 제조 공정이 간이하고 제조 비용 또한 절감되는 이점이 있다.
도 8은 도 7의 A-A’축을 따라 자른 단면도이다. 도 8(a)는 전지 모듈(100)의 정상 작동 시 도 7의 A-A’축을 따라 자른 단면도이며, 도 8(b)는 전지 모듈(100)의 발화 시 도 7의 A-A’축을 따라 자른 단면도이다.
도 8(a)를 참조하면, 전지 모듈(100)의 정상 작동 시, 벤팅부(250)는 모듈 프레임(200) 상부와 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 즉, 벤팅부(250)는 전지 모듈(100)의 정상 작동 시에는, 모듈 프레임(200)의 상부를 밀폐하고 있을 수 있다.
이에 따라, 벤팅부(250)는 전지 모듈(100)의 정상 작동 시 모듈 프레임(200) 내로 외부 기체가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 8(b)를 참조하면, 전지 모듈(100)의 발화 시, 벤팅부(250)에서 모듈 프레임(200)의 상부와 연결되어 있는 모서리를 기준으로, 벤팅부(250)가 모듈 프레임(200) 상부로부터 외부를 향하는 방향으로 비스듬하게 들어 올려질 수 있다. 즉, 전지 모듈(100)의 발화 시 모듈 프레임(200)의 내부 압력이 증가하여, 벤팅부(250)는 도 8(b)와 같이 들어 올려지게 된다.
이에 따라, 벤팅부(250)와 모듈 프레임(200) 상부 사이에는 틈이 발생되게 되고, 이러한 틈은 모듈 프레임(200) 내 가스 및 화염의 배출 경로가 될 수 있다. 또한, 벤팅부(250)와 모듈 프레임(200) 상부 사이에 발생되는 틈은 벤팅부(250)의 모서리를 따라 형성되어, 가스 및 화염의 배출 면적이 크고, 가스 및 화염의 배출 효과 또한 현저히 높아질 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩에 장착된 도 4의 전지 모듈의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 전지 모듈(10) 내 발화 시 발생되는 고온의 열, 가스, 및 화염이 모듈 프레임(200) 내부의 압력을 중가 시키고, 이에 따라 전지 모듈(10)의 양측면인 엔드 플레이트(41, 42)의 취약부가 파열됨에 따라 이웃하는 전지 모듈(10)에 발화가 전파되는 문제가 있다.
특히, HV 연결을 위해 전지 모듈(10)은 터미널 버스바(미도시됨)가 위치한 엔드 플레이트(41)끼리 마주하도록 배치되며, 상술한 발화 현상 발생 시, 마주하는 엔드 플레이트(41) 내에 위치하는 터미널 버스바(미도시됨)이나 전지셀(10)을 비롯한 기타 부품들에 손상이 발생될 수 있다.
이와 달리, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)에서, 벤팅부(250)는 제2 엔드 플레이트(420)가 배치된 방향으로 벤팅되도록 들어 올려질 수 있다. 보다 구체적으로, 벤팅부(250)는 모듈 프레임(200) 내 가스 및 화염의 배출 경로가 제2 엔드 플레이트(420)가 배치된 방향으로 배출되도록 유도할 수 있다.
이에 따라, 벤팅부(250)와 모듈 프레임(200) 상부 사이에 발생되는 틈이 모듈 커넥터(600, 도 7 참조)에 인접하게 형성되어, 전지셀(110)로부터 기인한 고온의 열, 가스, 및 화염 등이 제1 엔드 플레이트(410)의 개구부, 일 예로 터미널 버스바 개구부(410H, 도 5 참조) 등을 통해 배출되는 것을 방지할 수 있다.
이는, 터미널 버스바(520, 도 5 참조)에 화염이 전이되면, 서로 이웃하는 전지 모듈을 연결하는 외부 버스바 또한 녹아 내부 쇼트에 의한 추가 발화가 진행될 수 있고, 이웃하는 전지 모듈로 전이될 가능성이 높기 때문이다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 이웃하는 전지 모듈 및 HV 연결 구조에 가해지는 손상을 크게 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 적어도 둘의 벤팅부(250)를 포함하되, 적어도 둘의 벤팅부(250)는 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 둘의 벤팅부(250)는 서로 동일한 방향으로 배치되어 있을 수 있다. 또한, 벤팅부(250)의 개수는 도 10(a)와 같이 2개 혹은, 도 10(b)와 같이 4개일 수 있으나, 이에 제한되지 아니하고, 다양한 개수가 적용될 수 있다.
이에 따라, 적어도 둘의 벤팅부(250)와 모듈 프레임(200) 상부 사이에는 틈이 발생되게 되고, 이러한 틈은 모듈 프레임(200) 내 가스 및 화염의 배출 경로가 더욱 다양하게 확보될 수 있다. 즉, 모듈 프레임(200) 내 가스 및 화염 배출이 각각의 경로를 통해 배출될 수 있어, 가스 및 화염이 배출되는 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 한편, 본 실시 예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 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 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
200: 모듈 프레임
250: 벤팅부
310: 버스바 프레임
410: 제1 엔드 플레이트
420: 제2 엔드 플레이트
520: 터미널 버스바
600: 모듈 커넥터

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체을 수용하는 모듈 프레임;
    상기 전지셀 적층체의 전면을 커버하고, 터미널 버스바가 연결되는 제1 버스바 프레임;
    상기 전지셀 적층체의 후면을 커버하고, 모듈 커넥터가 연결되는 제2 버스바 프레임; 및
    상기 모듈 프레임과 결합되고, 상기 제1 버스바 프레임과 상기 제2 버스바 프레임을 각각 덮는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 상부에 적어도 하나의 벤팅부가 형성되어 있고,
    상기 벤팅부는 적어도 일 모서리가 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있되, 나머지 모서리는 상기 모듈 프레임의 상부가 절개되어 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅부에서 절개되어 있는 각각의 모서리는 서로 연결되어 있는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리를 기준으로, 상기 벤팅부가 상기 모듈 프레임 상부로부터 외부를 향하는 방향으로 비스듬하게 들어 올려지는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리는 제1 엔드 플레이트와 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  5. 제3항에서,
    상기 벤팅부에서 상기 모듈 프레임의 상부와 연결되어 있는 모서리는 상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 벤팅부는 상기 제2 엔드 플레이트가 배치된 방향으로 벤팅되도록 들어 올려지는 전지 모듈.
  7. 제3항에서,
    적어도 둘의 상기 벤팅부를 포함하되, 적어도 둘의 상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 있는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    적어도 둘의 상기 벤팅부는 서로 동일한 방향으로 배치되어 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 터미널 버스바는, 상기 터미널 버스바가 포함된 전지 모듈에 이웃하는 다른 전지 모듈과 연결되도록 하는 외부 버스바와 연결되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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