KR20220120916A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체을 수납하는 모듈 프레임, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 개재되어 있는 적어도 하나의 화염 분리 구조를 포함하고, 상기 화염 분리 구조는 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이의 공간까지 연장된 제1 연장부를 포함한다.
Description
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 안전성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 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 방전율이 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 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 하나 이상의 전지 모듈은 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 전지셀 적층체(미도시)를 모듈 프레임(20)에 수납한 후 모듈 프레임(20)의 개방된 부분에 엔드 플레이트(40)를 접합하여 제조될 수 있다. 이 때 모듈 프레임(20) 내부에 수납된 전지셀 적층체는, 여러 개의 전지셀이 적층된 구조를 갖기 때문에, 전지셀 중 어느 하나에 열폭주 등의 문제가 발생시, 해당 셀로부터 발생한 열 및 화염이 인접한 전지셀로 쉽게 전파될 수 있다는 문제가 있다. 또한 내부에 열이 축적될 경우, 폭발의 위험이 높아지기 때문에 열과 화염을 인접 셀에 전파시키지 않으면서도 외부로 적절하게 방출할 수 있는 구조의 필요성이 높아지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내부에서 발화 현상이 발생하더라도 인접한 전지 셀로의 전달을 차단하고, 외부로 용이하게 화염을 배출할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
그러나, 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, 복수의 전지 셀이 적층된 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체을 수납하는 모듈 프레임, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 개재되어 있는 적어도 하나의 화염 분리 구조를 포함하고, 상기 화염 분리 구조는 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이의 공간까지 연장된 제1 연장부를 포함한다.
상기 화염 분리 구조는 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 화염 분리 구조 중 이웃하는 2개의 화염 분리 구조 사이에는 하나 이상의 전지 셀이 위치할 수 있다.
상기 화염 분리 구조 중 이웃하는 2개의 화염 분리 구조 사이에서, 상기 제1 연장부, 상기 모듈 프레임, 및 상기 전지셀 적층체로 둘러싸인 고립 공간이 형성될 수 있다.
상기 복수의 전지 셀 각각은 전극 리드를 포함하고, 상기 화염 분리 구조는 상기 전극 리드가 돌출된 영역에 대응하여 연장된 제2 연장부를 포함할 수 있다.
상기 화염 분리 구조는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부를 제외한 나머지 부분의 적어도 일부에 형성된 개방부를 포함할 수 있다.
상기 화염 분리 구조는 난연 패드 및 화염 분리 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 난연 패드는 실리콘 폼 패드를 포함할 수 있다.
상기 화염 분리 구조는 상기 난연 패드를 포함하고, 상기 난연 패드의 적어도 일면의 적어도 일부에 형성된 화염 분리 시트를 포함할 수 있다.
상기 화염 분리 시트는 상기 제1 연장부에 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
상기 화염 분리 시트는 상기 제2 연장부에 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
상기 화염 분리 시트는 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치되는 절연 커버를 더 포함하고, 상기 전지셀 적층체와 마주하는 상기 절연 커버의 내면에는 상기 전지셀 적층체를 향하여 돌출된 복수의 격벽을 포함할 수 있다.
상기 복수의 격벽 중 하나의 격벽은 상기 화염 분리 구조가 형성된 위치의 양측으로 형성된 한 쌍의 서브 격벽을 포함할 수 있다.
상기 절연 커버는, 상기 복수의 격벽 중 이웃하는 격벽 사이에 형성된 적어도 하나의 제1 벤트홀을 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 상기 적어도 하나의 제1 벤트홀에 대응하여 형성된적어도 하나의 제2 벤트홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩은, 상술의 전지 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 모듈 내의 어느 하나의 셀에서 발생한 화염을 차단할 수 있는 공간을 형성하도록 구성하면서 해당 공간으로부터 화염이 배출될 수 있는 경로를 마련함으로써 발화 지점에서 인접한 전지 셀로의 화염 전달을 차단하고, 외부로 용이하게 화염을 배출할 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 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3는 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 a-a’에 따른 단면의 일부를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에서 화염 분리 구조의 변형례를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에서 전지셀 적층체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈에서 엔드 플레이트와 절연 커버를 내측에서 바라본 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9은 도 7에서 b-b’에 따른 단면 중 B 부분을 도시한 도면이다.
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도 3는 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 a-a’에 따른 단면의 일부를 도시한 도면이다.
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도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에서 전지셀 적층체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈에서 엔드 플레이트와 절연 커버를 내측에서 바라본 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9은 도 7에서 b-b’에 따른 단면 중 B 부분을 도시한 도면이다.
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.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 3는 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 a-a’에 따른 단면의 일부를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)을 수납하는 모듈 프레임(200), 및 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트(410, 420)를 포함한다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체의 양단부로부터 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.
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 3을 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)은 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다. 모듈 프레임(200)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모듈 프레임(200)일 수 있다. 즉, 사각 관 형태의 모듈 프레임(200)인 경우, 내부에 전지셀 적층체(120)가 수용될 수 있는 공간이 형성되고, 사각 관 형태의 양 단부에 엔드 플레이트(410, 420)가 결합되는 형태를 갖는다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태의 모듈 프레임(200)이 적용될 수 있다. 가능한 변형예로서, 상부 커버와 U자형 프레임이 결합된 형태 또는 하부 플레이트와 역방향의 U자형 프레임이 결합된 형태의 모듈 프레임(200)도 가능하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 전극리드(111, 112)들이 돌출된 방향(x축 방향, -x축 방향)으로, 모듈 프레임(200)이 개방될 수 있으며, 모듈 프레임(200)의 개방된 양 측에 각각 엔드 플레이트(410, 420)가 위치할 수 있다. 2개의 엔드 플레이트(410, 420)를 각각 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)로 지칭하도록 한다. 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 전기적 절연을 위한 절연 커버(800)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 적층체와 마주하는 면의 반대 면에 버스바, 터미널 버스바 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 일례로, 도 3에는 제1 버스바 프레임(310)에 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 모습이 나타나 있다.
전지셀(110)의 전극리드(111)가 제1 버스바 프레임(310)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(510)나 터미널 버스바(520)와 접합될 수 있다. 버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 의해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 외부로 노출되는 터미널 버스바(520)를 통해 외부 기기나 회로와 전지셀(110)들이 전기적으로 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 버스바, 터미널 버스바 및 모듈 커텍터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 이러한 버스바에 전극리드(112)가 접합될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)에서는, 전지셀(110) 사이에 배치된 적어도 하나의 화염 분리 구조(130)를 포함할 수 있다. 즉, 화염 분리 구조(130)는 복수의 전지셀(110) 중 서로 이웃하는 전지셀(110) 사이, 및 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(120) 사이 중 적어도 한 곳에 개재될 수 있다.
이 때, 화염 분리 구조(130)는, 전지셀 적층체(120)의 상면과 모듈 프레임(220)의 상부 플레이트 사이의 공간까지 연장된 제1 연장부(131)를 포함할 수 있다. 즉, 도 4를 참조하면, 2개의 화염 분리 구조(130) 사이에는, 하나 이상의 전지셀(110)이 배치되고, 이 때 2개의 화염 분리 구조(130)의 상부(즉, 도면에서 z축 상부 방향)로 연장된 각각의 제1 연장부(131)는, 모듈 프레임(200)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 이에 의해, 2개의 제1 연장부(131), 전지셀(110)과 모듈 프레임(200)으로 둘러싸인 고립 공간(SP)이 형성될 수 있다.
또한, 화염 분리 구조(130)는, 전지셀(110)의 전극 리드가 돌출된 영역에 대응하여 연장된 제2 연장부(132)를 더욱 포함할 수 있다.
이에 의해, 전지셀(110) 중 어느 하나에 발화가 발생하더라도, 이에 의한 가스 및 화염 등이 이웃하는 전지셀(110)로 전파되는 것을 최대한 차단하면서, 해당 가스 및 화염이 고립 공간(SP) 내에 머물 수 있게 된다. 또한 고립 공간(SP)은 인접 셀과 연결되지 않는 대신, 화염 분리 구조(130)의 제2 연장부(132)가 형성된 방향으로 연장되어 있기 때문에, 화염의 이동 통로 역할을 하고, 이를 따라 외부로 가스 및 화염이 방출될 수 있도록 유도하는 역할을 할 수 있다. 즉, 셀간 화염 및 열 전달을 최대한 차단하면서도 일정한 통로를 따라 화염의 이동을 유도할 수 있기 때문에 안전성을 향상시킬 수 있다.
이러한 화염 분리 구조(130)의 구체적인 구성을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에서 화염 분리 구조의 변형례를 도시한 도면이다.
화염 분리 구조(130)는, 전지셀(110)에 발생한 열 및 화염의 전달을 방지할 수 있도록, 난연 패드(130a) 및 화염 분리 시트(130b) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 때, 도 5a 및 도 5b에 표시된 바와 같이 난연 패드(130a)와 그 일면에 형성된 화염 분리 시트(130b)를 포함할 수도 있고, 또는 단층의 난연 패드(130a)를 포함하거나, 단층의 화염 분리 시트(130b)를 포함할 수도 있다. 또한, 2층이 아닌 추가로 난연 패드(130a)와 화염 분리 시트(130b)를 더욱 포함하여 다층 구조를 가질 수도 있다. 아울러 하나의 전지 모듈(100) 내에서 모두 동일한 화염 분리 구조(130)를 포함할 수도 있고, 위치에 따라 다르게 구성된 화염 분리 구조(130)를 포함할 수도 있다.
화염 분리 시트(130b)는, 난연 패드(130a)의 일면 전체에 형성될 수도 있고(도 5b), 또는 화염 분리의 필요성이 직접적으로 요구되는 부분인 화염 분리 구조(130)의 제1 연장부(131) 및 제2 연장부(132)에 대응해서만 형성될 수도 있다(도 5a).
여기서 난연 패드(130a)는, 실리콘 폼 패드로 형성될 수 있다. 실리콘 폼 패드는, 내부에 기공이 형성된 발포성 패드로서, 높은 열적, 화학적 안정성을 갖고, 우수한 난연 및 단열 특성을 갖는다. 특히 열경화성 발포 실리콘으로 이루어진 실리콘 폼 패드를 적용하여 더욱 우수한 난연 특성을 확보할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 우수한 열적 특성을 갖는 재질이라면 난연 패드(130a)로서 적절하게 사용될 수 있다.
화염 분리 시트(130b)로는, 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함하는 시트 형상의 재료가 사용될 수 있다. 특히 운모 시트가 적절하게 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 우수한 열적 특성을 갖는 재질이라면 화염 분리 시트(130b)로서 적절하게 사용될 수 있다.
다음으로, 도 6를 참조하여 본 발명의 다른 실시에에 대해 설명한다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈에서 전지셀 적층체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는, 화염 분리 구조(130)가 전지셀(110)의 본체부에 대응하여 개방부(133)를 더욱 포함하도록 구성된다. 즉, 화염 분리 구조(130)의 제1 연장부(131) 및 제2 연장부(132)를 제외한 나머지 부분 중 적어도 일부에 개방부(133)가 형성될 수 있다. 이에 의하면, 앞서 설명한 셀간 열 및 화염의 전달 방지 및 화염 분리 구조(130)에 의한 화염의 이동 유도 효과를 유지하면서도, 화염 분리 구조(130)의 소요량을 감소시킬 수 있기 때문에 재료비를 절감하고, 전지 모듈(100) 전체의 중량을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 8을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 모듈(101)을 나타낸 사시도이다. 도 8은 도 7의 전지 모듈에서 엔드 플레이트와 절연 커버를 내측에서 바라본 모습을 나타낸 사시도이다. 도 9은 도 7에서 b-b’에 따른 단면 중 B 부분을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 절연 커버(800)의 내측에 복수의 격벽(810)을 포함한다. 즉, 복수의 격벽(810)은, 절연 커버(800)와 전지셀 적층체(120)가 마주하는 절연 커버(800)의 내면에 형성된다. 복수의 격벽(810) 중 하나의 격벽(810)은, 한 쌍의 서브 격벽(811)으로 이루어지고 이러한 서브 격벽(811)은, 화염 분리 구조(130)의 제2 연장부(132)가 형성된 부분을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 이에 의해, 화염 분리 구조(130) 사이로 유도된 화염 및 열은, 격벽(810)들 사이에서 여전히 분리되어 유도될 수 있다.
이러한 격벽(810) 사이에 대응하는 영역에서 절연 커버(800)는, 적어도 하나의 제1 벤트홀(820)을 구비할 수 있다. 즉, 격벽(810) 사이의 통로로 유도된 화염은, 이러한 제1 벤트홀(820)을 통해 절연 커버(800)의 외측으로 배출될 수 있다.
또한, 제1 벤트홀(820)에 대응하는 영역에서, 엔드 플레이트(410)는 제2 벤트홀(411)을 포함할 수 있다. 즉, 격벽(810) 사이의 통로로 유도되어 제1 벤트홀(820)을 통과한 화염은, 제2 벤트홀(411)을 통해 완전히 외부로 배출될 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 전지셀(110) 중 일부에 열폭주가 발생하여 화염 및 가스가 발생하더라도, 이웃하는 다른 셀로 전이되는 것을 최대한 차단할 수 있다. 또한, 발생된 화염 및 가스는, 화염 분리 구조(130)의 제1 및 제2 연장부(131, 132)에 의해 형성된 이동 통로를 따라 유도되어, 절연 커버(800) 및 엔드 플레이트(410) 각각에 형성된 제1 및 제2 벤트홀(820, 411)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 어느 한 셀에서 발생한 화염 및 가스가 다른 셀로 전이되는 것을 효과적으로 차단하면서, 외부로의 배출을 신속하게 유도함으로써, 전지 모듈(100) 내부에 열에너지가 축적되는 것을 억제할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 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. 구체적으로는, 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, 101: 전지 모듈
120: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
410: 제1 엔드 플레이트
420: 제2 엔드 플레이트
800: 절연 커버
130: 화염 분리 구조
131: 제1 연장부
132: 제2 연장부
130a: 난연 패드
130b: 화염 분리 시트
810: 격벽
820: 제1 벤트홀
411: 제2 벤트홀
120: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
410: 제1 엔드 플레이트
420: 제2 엔드 플레이트
800: 절연 커버
130: 화염 분리 구조
131: 제1 연장부
132: 제2 연장부
130a: 난연 패드
130b: 화염 분리 시트
810: 격벽
820: 제1 벤트홀
411: 제2 벤트홀
Claims (16)
- 복수의 전지 셀이 적층된 전지셀 적층체;
상기 전지셀 적층체을 수납하는 모듈 프레임; 및
상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 개재되어 있는 적어도 하나의 화염 분리 구조를 포함하고,
상기 화염 분리 구조는 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이의 공간까지 연장된 제1 연장부를 포함하는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 화염 분리 구조는 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 화염 분리 구조 중 이웃하는 2개의 화염 분리 구조 사이에는 하나 이상의 전지 셀이 위치하는 전지 모듈. - 제2항에서,
상기 화염 분리 구조 중 이웃하는 2개의 화염 분리 구조 사이에서, 상기 제1 연장부, 상기 모듈 프레임, 및 상기 전지셀 적층체로 둘러싸인 고립 공간이 형성되는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 복수의 전지 셀 각각은 전극 리드를 포함하고,
상기 화염 분리 구조는 상기 전극 리드가 돌출된 영역에 대응하여 연장된 제2 연장부를 포함하는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 화염 분리 구조는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부를 제외한 나머지 부분의 적어도 일부에 형성된 개방부를 포함하는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 화염 분리 구조는 난연 패드 및 화염 분리 시트 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈. - 제6항에서,
상기 난연 패드는 실리콘 폼 패드를 포함하는 전지 모듈. - 제6항에서,
상기 화염 분리 구조는 상기 난연 패드를 포함하고, 상기 난연 패드의 적어도 일면의 적어도 일부에 형성된 화염 분리 시트를 포함하는 전지 모듈. - 제8항에서,
상기 화염 분리 시트는 상기 제1 연장부에 대응하는 부분에 형성되어 있는 전지 모듈. - 제8항에서,
상기 화염 분리 시트는 상기 제2 연장부에 대응하는 부분에 형성되어 있는 전지 모듈. - 제8항에서,
상기 화염 분리 시트는 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 플레이트, 및
상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치되는 절연 커버를 더포함하고,
상기 전지셀 적층체와 마주하는 상기 절연 커버의 내면에는 상기 전지셀 적층체를 향하여 돌출된 복수의 격벽을 포함하는 전지 모듈. - 제12항에서,
상기 복수의 격벽 중 하나의 격벽은 상기 화염 분리 구조가 형성된 위치의 양측으로 형성된 한 쌍의 서브 격벽을 포함하는 전지 모듈. - 제13항에서,
상기 절연 커버는, 상기 복수의 격벽 중 이웃하는 격벽 사이에 형성된 적어도 하나의 제1 벤트홀을 포함하는 전지 모듈. - 제14항에서,
상기 엔드 플레이트는, 상기 적어도 하나의 제1 벤트홀에 대응하여 형성된적어도 하나의 제2 벤트홀을 포함하는 전지 모듈. - 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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2022
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