KR20220125396A - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20220125396A
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천용호
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지 모듈이 서로 이격되게 장착되어 있는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재를 포함하고, 상기 단열 부재는 상기 냉각 부재와 상기 팩 프레임의 바닥면 사이에 위치하고, 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 인접한 전지 모듈의 하부에 각각 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 서로 이격되어 있다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 {BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인접한 전지 모듈 간의 열전파를 최소화하는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 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.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 또는 각형 이차 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 복수의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
특히, 전지 팩은 다수의 전지 모듈들이 조합된 구조로 이루어져 있어서, 일부 전지 모듈들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지 팩의 안전성과 작동효율이 문제될 수 있다. 특히 주행거리 향상을 위하여 전지 팩 용량은 점차 증가되는 추세이고, 그에 따라 팩 내부 에너지도 증가되는 가운데서 강화되는 안전성 기준을 만족하고 차량 및 운전자의 안전성 확보를 위한 구조의 설계가 필요하다. 이를 위하여 특히 내부의 열 폭주 등을 미연에 방지하고, 발생하더라도 그 피해를 최소화할 수 있는 구조의 필요성이 대두되고 있다.
도 1은 종래의 전지 팩의 단면도이다. 도 2는 도 1의 점선 영역을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 팩(10)에서, 복수의 전지 모듈(11)이 팩 하우징(40)에 장착되되, 복수 개의 전지 모듈(11)이 팩 하우징(40)에 위치한 냉각 플레이트(20) 상에 장착된다. 보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 서로 인접한 전지 모듈(11)이 팩 하우징(40)에 장착되되, 팩 하우징(40)의 하부에 부착되어 있는 냉각 플레이트(20) 상에 함께 위치할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 서로 인접한 전지 모듈(11) 중 일부 전지 모듈(11) 내에서 과전압, 과전류, 또는 과발열 등의 이상 현상(CE)이 발생될 수 있다. 이 때, 종래의 전지 팩(10)은 이상 현상(CE)이 발생된 전지 모듈(11)의 열은 냉각 플레이트(20)로 전달될 수 있어, 다른 전지 모듈(11)로 열전파가 발생될 수 있다. 특히, 일반적으로 냉각 플레이트(20)는 냉각 성능을 위해 열전도도가 높은 알루미늄(Al)으로 이루어져 있어, 냉각 플레이트(20)에 의한 열전파가 보다 빠르게 발생될 수 있다. 이로 인해, 이상 현상(CE)이 발생되지 않은 다른 전지 모듈(11)에 대해서도 열 폭주가 발생될 수 있고, 동일한 냉각 플레이트(40) 상에 위치한 다른 전지 모듈(11)에 대해서도 연쇄적인 열 폭주가 발생되는 문제가 있다.
이에 따라, 종래의 전지 팩(10)과 달리, 인접한 전지 모듈(11) 사이의 열전파를 방지하여, 연쇄적인 열 폭주가 발생되는 것을 방지하는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 인접한 전지 모듈 간의 열전파를 최소화하는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 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 팩은, 복수의 전지 모듈이 서로 이격되게 장착되어 있는 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재를 포함하고, 상기 단열 부재는 상기 냉각 부재와 상기 팩 프레임의 바닥면 사이에 위치하고, 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 인접한 전지 모듈의 하부에 각각 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 서로 이격되어 있다.
상기 복수의 전지 모듈 중 하나의 전지 모듈의 하부에 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재와, 다른 전지 모듈의 하부에 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 서로 이격되어 있다.
상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면과 상이한 크기를 가지되, 상기 전지 모듈의 하면보다 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면과 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 단열 부재는 상기 냉각 부재의 크기와 상이한 크기를 가지되, 상기 냉각 부재의 크기보다 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 단열 부재는 상기 냉각 부재와 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 냉각 부재는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
상기 단열 부재는 EPP(Expanded PolyPropylene) 폼(foam)으로 이루어질 수 있다.
상기 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임 하부에 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재가 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 각각의 전지 모듈 하부에 냉각 플레이트 및 단열재가 위치하여, 인접한 전지 모듈 간의 열전파를 최소화하는 것을 방지하는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
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 팩의 단면도이다.
도 2는 도 1의 점선 영역을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 팩의 상면도이다.
도 5는 도 3의 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 A-A’축을 따라 자른 단면을 간략하게 나타낸 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, 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 팩에 대해 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 팩의 상면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 전지 팩(1000)은, 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이격되게 장착되어 있는 팩 프레임(410); 및 전지 모듈(100)의 하부에 위치하는 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)를 포함한다.
팩 프레임(410)은 복수의 전지 모듈(100)이 장착되는 하부 하우징일 수 있고, 팩 프레임(410)에 결합하여 전지 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 커버(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 상부 커버(미도시됨)가 생략되어 설명되나, 본 실시예의 전지 팩(1000)은 일반적으로 사용될 수 있는 상부 커버(미도시됨)가 함께 결합되어 있는 것으로 가정하여 설명될 수 있다.
팩 프레임(410)은 복수의 전지 모듈(100)이 배치되는 바닥면과, 바닥면의 가장자리로부터 상부를 향해 연장된 측벽을 포함하여 구성될 수 있다. 팩 프레임(410)에는 전지 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 커버(미도시됨)가 결합되어 내부의 전장을 보호할 수 있다. 이 때, 팩 프레임(410) 내부에는 전지 모듈(100)과 함께 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템이 장착될 수 있다.
일 예로, 팩 프레임(410)은 스틸 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게는, 팩 프레임(410)은 알루미늄 재질에 비해 상대적으로 낮은 열전도도를 가지는 스틸 재질로 이루어져, 팩 프레임(410)을 통해 인접한 전지 모듈(100) 간의 열에너지가 전달되는 수준을 낮출 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 충분한 강성을 가지는 물질이라면 팩 프레임(410)에 적용 가능하다.
한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 전지 모듈(100)의 하부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 전지 모듈(100)에서, 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 각각의 전지 모듈(100)의 하부에 위치할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 팩 프레임(410)에 장착되는 전지 모듈(100)의 하부에 각각 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)가 배치되어 있을 수 있다. 즉, 종래의 전지 팩(10, 도 1)과 같이, 복수의 전지 모듈(100)이 동일한 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250) 상에 배치되는 것이 아니라, 각각의 전지 모듈(100)이 개별적으로 혹은 독립적으로 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250) 상에 배치될 수 있다.
또한, 복수의 전지 모듈(100) 중 서로 인접한 전지 모듈(100)의 하부에 각각 위치한 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 서로 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 하나의 전지 모듈(100)의 하부에 배치되어 있는 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 인접한 다른 전지 모듈(100)의 하부에 배치되어 있는 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)와 이격되어 있을 수 있다.
이에 따라, 종래의 전지 팩(10, 도 1)과 달리, 각각의 전지 모듈(100)이 서로 이격되어 있는 냉각 부재(200) 상에 위치하여, 일부 전지 모듈(100)에서 발생되는 과전압, 과전류, 또는 과발열 등의 이상 현상(CE)으로 인한 열이 인접한 다른 전지 모듈(100)로 직접적으로 전달되지 않을 수 있다.
한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)에서, 단열 부재(250)는 냉각 부재(200)와 팩 프레임(410)의 바닥면 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)에서, 냉각 부재(200)는 전지 모듈(100)의 하면과 접하고, 단열 부재(250)는 팩 프레임(410)의 바닥면과 접할 수 있다. 다르게 말하면, 본 실시예에서 팩 프레임(410), 단열 부재(250), 냉각 부재(200), 및 전지 모듈(100) 순으로 적층되어 있는 구조를 가질 수 있다.
한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 전지 모듈(100)의 하면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)에서, 냉각 부재(200)는 전지 모듈(100)의 하면을 따라 연장되어 있고, 단열 부재(250)는 냉각 부재(200)의 하면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
일 예로, 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 전지 모듈(100)의 하면과 상이한 크기를 가지되, 전지 모듈(100)의 하면보다 큰 크기를 가질 수 있다. 다른 예로, 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)는 전지 모듈(100)의 하면과 동일한 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈(100)의 하면에 대한 냉각 부재(200)의 접촉 면적을 충분히 확보하여, 전지 모듈(100)에 대한 냉각 부재(200)에 의한 냉각 성능이 효과적일 수 있다.
일 예로, 단열 부재(250)는 냉각 부재(200)의 크기와 상이한 크기를 가지되, 냉각 부재(200)의 크기보다 큰 크기를 가질 수 있다. 다른 일 예로, 단열 부재(250)는 냉각 부재(200)와 동일한 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 냉각 부재(200)에 대한 단열 부재(250)의 접촉 면적을 충분히 확보하여, 냉각 부재(200)에서 팩 프레임(410)에 전달되는 열을 효과적으로 차단할 수 있다.
일 예로, 냉각 부재(200)는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 아니하고, 전지 모듈(100)에서 발생되는 열을 충분히 냉각시킬 수 있는 냉각 성능을 가진 물질을 포함하는 형태라면 적용 가능하다.
일 예로, 단열 부재(250)는 EPP(Expanded PolyPropylene) 폼(foam) 등의 발포재로 이루어질 수 있다. 다만, 단열 부재(250)는 이에 한정되지 않고, 단열성이 우수한 소재라면 적용 가능하다.
이에 따라, 이상의 구성에 의해, 냉각 부재(200)는 전지 모듈(100)의 하부에 개별적으로 혹은 독립적으로 위치하여, 각각의 전지 모듈(100)에서 발생된 열이 효과적으로 냉각될 수 있다. 이와 더불어, 단열 부재(250)는 냉각 부재(200)와 팩 프레임(410)이 서로 직접 접하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전지 모듈(100)에서 전달된 열이 팩 프레임(410)으로 바로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 팩 프레임(410) 외부에서 발생된 열을 전지 모듈(100)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 도 3의 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 포함되는 복수의 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(111)이 적층된 전지셀 적층체(112), 및 전지셀 적층체(112)를 수납하는 모듈 프레임(114)을 포함한다.
전지셀(111)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 일 예로, 전지셀(111)은 전극 조립체를 수지층과 속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지셀(111)은 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 이러한 전지셀(111)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(111)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(112)를 형성한다.
모듈 프레임(114)는 상부 커버(115) 및 U자형 프레임(116)을 포함할 수 있다. 여기서, U자형 프레임(116)은 바닥부와 상기 바닥부의 양 단부에서 상향 연장된 2개의 측면부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 바닥부는 전지셀 적층체(112)의 하면을 커버할 수 있고, 상기 측면부는 전지셀 적층체(112)의 측면을 커버할 수 있다. 상부 커버(115)는 U자형 프레임(116)은 서로 대응되는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서 용접 등에 의해 결합되어, 전지셀 적층체(112)의 상화좌우를 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 이를 위해 상부 커버(115)와 U자형 프레임(116)은 소정의 강도를 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 모듈 프레임(114)은 이에 한정되는 것은 아니며, 상하면 및 양측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모노 프레임일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 전지 모듈(100)에서, 모듈 프레임(114)의 하부에 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)가 위치할 수 있다. 다르게 말하면, U자형 프레임(116)의 상기 바닥면 하부에 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)가 위치할 수 있다.
엔드 플레이트(120)는 모듈 프레임(114)의 개방된 제1 측(x축 방향)과 제2 측(x축 반대 방향)에 위치하여, 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하도로 형성될 수 있다. 이에 따라, 엔드 플레이트(120)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(112) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.
한편 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(112)와 엔드 플레이트(120) 사이에는 버스바가 장착되는 버스바 프레임 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등이 위치할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시에에 따르면, 전지셀 적층체(112)의 전후면에 위치하는 엔드 플레이트(120) 중 어느 한 쪽에는, 전지 모듈(100) 내부와 연통하여 내측에서 발생할 수 있는 화염 내지 열을 방출할 수 있는 벤팅 게이트(121)를 포함한다. 전지 팩(1000) 내에서, 이러한 벤팅 게이트(121)는 전지 팩(1000)의 외측을 향하도록 배치되며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 전지 팩(1000)에서 제1 방향(x축 방향)의 양 단부를 향해 외측을 바라보도록 배치될 수 있다.
또한, 복수의 전지 모듈(100)의 가장자리를 따라 배치된 벤팅 유도 프레임(300)을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 전지 모듈(100)과 벤팅 유도 프레임(300)은 팩 프레임(410) 내에 장착될 수 있다.
일 예로, 팩 프레임(410)의 일 측벽에는 적어도 하나의 파열부(500)가 형성되어 있어, 내부에서 발생한 열 또는 화염을 외측으로 배출할 수 있다. 본 실시예에서는, 한 쌍의 수평 빔(320)의 어느 한 쪽에만 2개의 파열부(500)가 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 다른 쪽 수평 빔(320)에도 파열부(500)가 구비되거나, 또는 수직 빔(310)에 구비되어도 좋으며, 필요에 따라 적절하게 그 위치 및 개수를 선택할 수 있다.
또한, 복수의 전지 모듈(100) 전체의 가장자리를 따라서는 벤팅 유도 프레임(300)이 배치될 수 있다. 벤팅 유도 프레임(300)은 전지 팩(1000)의 각 변을 따라 관 형상으로 형성되고, 각각 제1 방향(x축 방향)과 제2 방향(y축 방향)을 따라 연장된 한 쌍의 수직 빔(310)과 한 쌍의 수평 빔(320)을 포함할 수 있고, 이들은 전체로서 연통할 수 있도록 형성된다.
이상의 구성에 의해, 수직 빔(310)과 수평 빔(320)으로 이루어진 사각 형상의 벤팅 유도 프레임(300)의 내부에서 통로가 전체로 연통하도록 형성되며, 이러한 통로는 전지 모듈(100)의 벤팅 게이트(121) 및 파열부(500)와 연통하여, 전지 모듈(100)로부터 열 폭주 등이 발생할 경우 발열 및 화염을 외측으로 유도하여 주변 전지 모듈에의 영향을 최소화할 수 있다. 이 때, 발생한 고압의 벤팅 가스에 포함된 화염은, 벤팅 유도 프레임(300) 내부의 경로를 지나면서 모두 연소되어 보다 안전한 상태로 외부로 배출될 수 있다. 또한, 이러한 벤팅 유도 프레임(300)은 열 폭주 발생시가 아닌 평소에는, 전지 모듈(100)을 안정적으로 지지하는 지지 프레임으로 작용하여, 전지 팩(1000)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 전지 팩 내의 일부 전지 모듈에서 과전압, 과전류 또는 과발열 등의 이슈가 발생했을 경우 열전파 경로에 대해 구체적으로 설명한다.
도 7은 도 4의 A-A’축을 따라 자른 단면을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 본 실시예의 전지 팩(1000)에서, 일부 전지 모듈(100)에서 셀 이벤트(CE)가 발생될 수 있다. 여기서, 셀 이벤트(CE)는 전지 모듈(100) 내에서 과전압, 과전류 또는 과발열 등의 이상 현상이 발생되어, 전지 모듈(100)가 고온 및 가스 발생이 생기는 것을 의미할 수 있다.
여기서, 셀 이벤트(CE)가 발생된 전지 모듈(100)에서 발생된 열은, 전지 모듈(100)의 하부에 위치한 한 쌍의 냉각 부재(200) 및 단열 부재(250)를 거치는 열에너지 이동 경로를 통해 전달될 수 있다.
보다 구체적으로, 셀 이벤트(CE)가 발생된 전지 모듈(100)에서 발생된 열은 우선 냉각 부재(200)에 전달될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 냉각 부재(200)는 각각의 전지 모듈(100)의 하부에 개별적으로 혹은 독립적으로 배치되어, 전지 모듈(100)로부터 냉각 부재(200)에 전달된 열은 다른 인접한 전지 모듈(100)로 전달되지 않는다. 이에 따라, 복수의 전지 모듈(100) 중 일부 전지 모듈(100)에서 셀 이벤트(CE)가 발생되더라도, 본 실시예는 냉각 부재(200)에 의해 인접한 전지 모듈(100)에 열전파가 되는 것을 방지할 수 있다.
이와 더불어, 전지 모듈(100)로부터 냉각 부재(200)에 전달된 열은 단열 부재(250)로 전달될 수 있다. 여기서, 단열 부재(250)는 전지 모듈(100)로부터 냉각 부재(200)에 전달된 열 중 일부를 차단하면서, 전지 모듈(100)에서 발생된 열이 팩 프레임(410)으로 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 복수의 전지 모듈(100) 중 일부 전지 모듈(100)에서 셀 이벤트(CE)가 발생되어 비교적 많은 열에너지가 발생되더라도, 단열 부재(250)를 통해 팩 프레임(410)으로 전달되는 열에너지를 최소화시키며, 인접한 전지 모듈(100)의 온도 상승 또한 최소화할 수 있다.
또한, 셀 이벤트(CE)가 발생된 전지 모듈(100)의 단열 부재(250)로부터 팩 프레임(410)에 전달된 열은, 다른 인접한 전지 모듈(100)의 단열 부재(250)에 전달될 수 있다. 이에 따라, 다른 인접한 전지 모듈(100)에 셀 이벤트(CE)가 발생된 전지 모듈(100)에서 발생된 열 중 일부가 전달되더라도, 단열 부재(250)에 의해 팩 프레임(410)에서 전달되는 열을 효과적으로 차단할 수 있다.
이에 따라, 이상의 열전파 경로를 가지는 본 실시예는, 복수의 전지 모듈(100) 중 일부 전지 모듈(100)에서 셀 이벤트(CE)가 발생되더라도, 인접한 다른 전지 모듈(100)에 열이 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 이에 따른 연쇄적인 열 폭주 현상 또한 방지할 수 있다.
앞에서 설명한 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.
100: 전지 모듈
200: 냉각 부재
250: 단열 부재
300: 벤팅 유도 프레임
410: 팩 프레임

Claims (12)

  1. 복수의 전지 모듈이 서로 이격되게 장착되어 있는 팩 프레임; 및
    상기 전지 모듈의 하부에 위치하는 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재를 포함하고,
    상기 단열 부재는 상기 냉각 부재와 상기 팩 프레임의 바닥면 사이에 위치하고,
    상기 복수의 전지 모듈 중 서로 인접한 전지 모듈의 하부에 각각 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 서로 이격되어 있는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 모듈 중 하나의 전지 모듈의 하부에 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재와, 다른 전지 모듈의 하부에 위치한 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 서로 이격되어 있는 전지 팩.
  3. 제2항에서,
    상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면을 따라 연장되어 있는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면과 상이한 크기를 가지되, 상기 전지 모듈의 하면보다 큰 크기를 가지는 전지 팩.
  5. 제3항에서,
    상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재는 상기 전지 모듈의 하면과 동일한 크기를 가지는 전지 팩.
  6. 제3항에서,
    상기 단열 부재는 상기 냉각 부재의 크기와 상이한 크기를 가지되, 상기 냉각 부재의 크기보다 큰 크기를 가지는 전지 팩.
  7. 제3항에서,
    상기 단열 부재는 상기 냉각 부재와 동일한 크기를 가지는 전지 팩.
  8. 제1항에서,
    상기 냉각 부재는 알루미늄(Al)으로 이루어지는 전지 팩.
  9. 제1항에서,
    상기 단열 부재는 EPP(Expanded PolyPropylene) 폼(foam)으로 이루어지는 전지 팩.
  10. 제1항에서,
    상기 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하는 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 모듈 프레임 하부에 상기 한 쌍의 냉각 부재 및 단열 부재가 위치하는 전지 팩.
  12. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.

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