KR20220167965A - 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모둘 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 복수개의 배터리 셀(100), 상기 복수개의 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결하는 버스바(200), 상기 복수개의 배터리 셀(100)과 버스바(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함하되, 상기 모듈 케이스(300)는 소정공간을 형성하는 수납부(310), 공기가 유입되는 제1 트랩부(320), 공기가 유출되는 제2 트랩부(330) 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.

Description

절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{A Battery Module With A Curved Trap Part And A Battery Pack Containing It}
본 발명은 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 전지 모듈 내에서 열폭주 발생 시 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지함으로써 2차 피해발생을 억제할 수 있는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
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.
한편, 전지 모듈에 수납된 전지 셀에서 과열 등의 이유로 열폭주가 발생할 수 있어 전지 모듈 내 전지 셀에 대한 냉각이 필요하며, 하나의 전지 셀에서 발생한 열폭주 및 화재가 인근 전지 셀로 전이되어 고온의 가스와 부산물이 발생하게 되는데, 이 때 발생한 고온의 부산물이 전지 모듈 외부로 방출되면서 전지 팩 또는 해당 전지 모듈이 장착되어 있는 디바이스에 화재를 유발하여 2차적인 피해가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이와 관련하여 도 1은 종래 기술에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 1을 참조하여 설명하면 종래 기술에 따른 전지 모듈은 적층된 복수개의 전지 셀(10) 및 복수개의 전지 셀(10)을 수납하는 모듈 케이스(20)를 포함하여 구성되고, 상기 모듈 케이스(20)는 전지 셀(10)들을 공기를 통해 냉각시킬 수 있도록 공기유입구(21)와 공기유출구(22) 및 유입된 공기가 순환하는 공기순환로(23)가 형성되어 있다.
종래 기술에 따른 전지 모듈은 전지 셀(10)을 공기를 통해 냉각하여 온도 상승을 억제하고 있으나, 냉각에 한계가 있어 열폭주가 발생할 수 있다. 또한 열폭주로 인해 고온의 부산물과 벤팅 가스가 발생할 수 있으며, 벤팅 가스가 공기유입구(21) 및 공기유출구(22)를 통해 방출되는 과정에서 고온의 부산물이 같이 방출되어, 전지 모듈이 장착된 전지 팩 또는 디바이스에 2차 화재가 발생할 수 있다는 위험이 있다.
한국공개특허공보 제2020-0110081호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 전지 모듈 내에서 열폭주 발생으로 인한 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 내부에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 방출할 수 있어, 안전성이 향상된 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈은, 복수개의 전지 셀(100), 상기 복수개의 전지 셀(100)을 전기적으로 연결하는 버스바(200), 상기 복수개의 전지 셀(100)과 버스바(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함하되, 상기 모듈 케이스(300)는 소정공간을 형성하는 수납부(310), 공기가 유입되는 제1 트랩부(320), 공기가 유출되는 제2 트랩부(330) 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부(340)를 포함하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 트랩부(320)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제1 포켓부(321)가 구비되어 있고, 상기 제1 포켓부(321) 측면 방향으로 절곡된 제1 공기 순환로(322)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 소정각도 절곡되어 소정 공간을 형성하는 격벽(331)이 구비되어 있고, 상기 격벽(331)에 의해 'S'자 형상의 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제2 포켓부(333)가 구비되어 있고, 상기 제2 포켓부(333) 측면 방향으로 절곡된 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 공기 순환로(333)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 트랩부(320)는 상기 수납부(310)의 일측 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 상기 제1 트랩부(320)의 일직선상에 위치하는 상기 수납부(310) 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 전지 모듈이 구비된 전지 팩일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 열폭주로 발생하는 고온의 부산물이 전지 모듈 외부로 방출되는 것을 방지하여 부산물로 인한 2차 피해 발생을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지하면서 벤팅 가스는 외부로 방출할 수 있어 부피팽창으로 인한 파손을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
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 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈은 전지 셀(100), 버스바(200) 및 모듈 케이스(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 전지 셀(100)은 셀 조립체, 셀 조립체를 수납하는 셀 케이스 및 한 쌍의 리드들을 포함하여 구성된다.
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 케이스에 내장되며, 셀 케이스는 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 리드와 음극 리드로 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.
버스바(200)는 적층된 복수개의 전지 셀(100)에서 돌출 연장된 양극 리드와 음극 리드를 직렬 또는 병렬 타입으로 연결하기 위한 것으로, 양방향 전지 셀(100)일 시에는 전지 모듈의 전면과 후면에 각각 구비되고, 단방향 전지 셀(100)의 경우에는 전면 또는 후면 일측 방향에만 구비된다.
다음으로, 모듈 케이스(300)는 수납부(310), 제1 트랩부(320), 제2 트랩부(330) 및 공기 유로부(340)를 포함하여 구성된다.
수납부(310)는 복수개의 적층된 전지 셀(100)을 수납하기 위한 것으로 평판 형상의 하부 커버, 하부 커버의 가장자리에서 수직 연장된 측면 플레이트 및 적층된 복수개의 전지 셀(100) 상부를 덮는 상부 커버를 포함하여 이루어지며, 외부의 이물질 및 충격으로부터 전지 셀(100)을 보호한다.
제1 트랩부(320)는 수납부(310) 일측 모서리 부분에 헝성되며, 외측 방향으로 소정깊이 만입된 제1 포켓부(321) 및 공기가 전지 모듈 내부로 유입될 수 있는 제1 공기 순환로(322)를 포함하여 구성된다.
비록, 제1 공기 순환로(322)는 공기가 유입되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유출되는 통로로 사용되어도 무방하다.
제1 포켓부(321)는 소정깊이 만입되어 소정의 공간을 형성하고, 제1 공기 순환로(322)가 제1 포켓부(321)의 측면 방향으로 소정각도 절곡되도록 형성되어 있어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인해 벤팅 가스와 고온의 부산물이 발생하고 벤팅 가스와 부산물이 전지 모듈 외부로 방출될 때 부산물은 제1 포켓부(321)의 소정공간에 쌓이게 되고, 벤팅 가스는 소정각도 절곡된 제1 공기순환로(322)를 따라 외부로 방출되어 고온의 부산물로 인한 2차 피해를 방지할 수 있다는 이점이 있다.
제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 향할수록 너비가 넓어지는 깔때기 형상인데, 이는 공기의 유입을 좀더 용이하게 하고, 내측 통로가 좁아 부산물이 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 제2 트랩부(330)는 제1 트랩부(320)와 일직선상에 위치하는 수납부(310) 모서리 부분에 형성되어 있으며 격벽(331) 및 공기가 전지 모듈 외부로 유출될 수 있는 제2 공기 순환로(332)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 트랩부(320)와 제2 트랩부(330)는 보다 원활한 공기 순환을 위해 동일한 일직선상에 위치하나, 유입된 공기를 통하여 전지 셀(100)을 냉각할 수 있다면 상호간 대각선방향 등 위치는 제한하지 않는다.
또한, 제2 공기 순환로(332)는 공기가 유출되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유입되는 통로로 사용되어도 무방하다.
격벽(331)은 제2 트랩부(330) 내측에 형성되어 있고 수납부(310)의 측면 플레이트로부터 소정각도를 가진 평판형상으로, 측면 플레이트와 격벽(331) 사이에 소정 공간을 형성한다.
또한 격벽(331)이 소정각도 가진 상태로 형성되고, 그로인해 제2 공기 순환로(332)는 소정각도 절곡되어 'S'자 형상을 띄게 되어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인한 부산물 및 벤팅 가스가 전지 셀(100)로부터 방출될 때 부산물은 측면 플레이트와 격벽(331) 사이에 형성되는 소정공간에 쌓이게 되고 부산물이 분리된 벤팅 가스는 'S'자 형상의 제2 공기순환로(332)를 따라 방출되어 부산물로 인한 화재 및 벤팅 가스로 인해 팽창되어 전지 모듈 파손 등을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
공기 유로부(340)는 수납부(310)에 수납된 전지 셀(100)들이 제1 트랩부(320) 및 제2 트랩부(330)가 연결된 측면 플레이트로부터 소정 거리 이격되어 형성된 공간으로, 제1 트랩부(320) 또는 제2 트랩부(330)를 통해 유입되어 복수개의 전지 셀(100)을 냉각하는 공기가 이동하는 통로이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈은 도 2 및 도 3에서 설명한 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제2 트랩부(330)의 일부 구성을 제외하고는 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 제2 트랩부(330)는 외측 방향으로 소정깊이 만입된 제2 포켓부(333) 및 공기가 전지 모듈 외부로 유출될 수 있는 제2 공기 순환로(322)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전술한 바와 같이 제2 공기 순환로(332)는 공기가 유출되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유입되는 통로로 사용되어도 무방하다.
제2 포켓부(333)는 전술한 제1 포켓부(321)와 동일하게, 소정깊이 만입되어 소정의 공간을 형성하고, 제2 공기 순환로(332)가 제2 포켓부(333)의 측면 방향으로 소정각도 절곡되도록 형성되어 있어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인해 벤팅 가스와 고온의 부산물이 발생하여 벤팅 가스와 부산물이 전지 모듈 외부로 방출될 때 부산물은 제2 포켓부(333)에 쌓이게 되고, 벤팅 가스는 소정각도 절곡된 제2 공기순환로(332)를 따라 외부로 방출되어 고온의 부산물로 인한 2차 화재를 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 제2 공기 순환로(332)는 내측에서 외측으로 향할수록 너비가 넓어지는 깔때기 형상인데, 이는 공기의 유입을 좀더 용이하게 하고, 내측 통로가 좁아 부산물이 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명은 상기 기재된 것 중 어느 하나 이상의 특징을 가지고 있는 전지 모듈이 구비된 전지 팩일 수 있고, 상기 전지 팩은 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등과 같이 디바이스에 장착될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 전지 셀
200 : 버스바
300 : 모듈 케이스
310 : 수납부
320 : 제1 트랩부
321 : 제1 포켓부
322 : 제1 공기순환로
330 : 제2 트랩부
331 : 격벽
332 : 제2 공기순환로
333 : 제2 포켓부
340 : 공기 유로부

Claims (10)

  1. 복수개의 전지 셀(100);
    상기 복수개의 전지 셀(100)을 전기적으로 연결하는 버스바(200);
    상기 복수개의 전지 셀(100)과 버스바(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함하되,
    상기 모듈 케이스(300)는 소정공간을 형성하는 수납부(310), 공기가 유입되는 제1 트랩부(320), 공기가 유출되는 제2 트랩부(330) 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랩부(320)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제1 포켓부(321)가 구비되어 있고,
    상기 제1 포켓부(321) 측면 방향으로 절곡된 제1 공기 순환로(322)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랩부(330)는 소정각도 절곡되어 소정 공간을 형성하는 격벽(331)이 구비되어 있고,
    상기 격벽(331)에 의해 'S'자 형상의 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랩부(330)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제2 포켓부(333)가 구비되어 있고,
    상기 제2 포켓부(333) 측면 방향으로 절곡된 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 공기 순환로(333)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랩부(320)는 상기 수납부(310)의 일측 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트랩부(330)는 상기 제1 트랩부(320)의 일직선상에 위치하는 상기 수납부(310) 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈이 구비된 전지 팩.










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