KR20230008524A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀들이 일방향으로 적층된 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체를 수용하고, 내부면 및 외부면을 갖는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 일면에는 상기 내부면 및 상기 외부면을 관통하는 벤팅부가 적어도 하나 형성되며, 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에는 배리어층 및 내화물층을 포함하는 커버층이 위치한다.
Description
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안전성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 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 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다. 전지 팩은 주로 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 구성된다. 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
도 1은 종래 전지 모듈의 분해 사시도를 나타낸 도면이다. 도 2는 종래 전지 모듈의 내부 발화 시 열폭주 현상이 전이되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체(12)의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(40)등을 포함한다.
전지셀 적층체(12)는 프레임(20) 및 엔드 플레이트(40)의 결합에 의해 밀폐된 구조 내에 위치할 수 있다. 이 때, 프레임(20)은 도 1의 A-A 절단면과 같이 빈 내부 공간을 가질 수 있으며, 프레임(20)의 빈 내부 공간에는 도 2에 도시된 것과 같이 전지셀(11)들이 일 방향으로 적층되어 위치할 수 있다.
한편, 프레임(20) 내에서 복수의 전지셀(11)들은 서로 격리됨이 없이 하나의 공간에 밀집되어 위치하므로, 과충전 등의 이유로 프레임(20) 내부에 존재하는 다수의 전지셀(11) 중 하나에만 열폭주 현상이 발생하더라도, 인접한 다른 전지셀(11)들로 열폭주 현상이 빠르게 전이될 수 있다.
더욱이, 전지 팩 내에서 복수의 전지 모듈(10)은 적어도 두 개의 엔드 플레이트(40)가 서로 대향하도록 배치되므로, 전지 모듈(10) 내에서 발생한 열, 가스 또는 화염 등이 전지 모듈(10) 외부로 배출되는 경우에는 인접한 다른 전지 모듈(10) 내의 복수의 전지셀(11)의 성능 및 안정성에 영향을 줄 수도 있을 것이다.
따라서, 전지 모듈(10)의 내부 발화 시 열 전파 속도를 효과적으로 지연시키고, 발생된 열, 가스 또는 화염이 전지 모듈(10)의 외부로 빠르게 배출되도록 함으로써, 내구성 및 안전성이 향상된 전지 모듈(10)의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 전지셀들 사이에서 열폭주 현상이 전이되는 것을 방지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 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 전지셀들이 일방향으로 적층된 전지셀 적층체 및 상기 전지셀 적층체를 수용하고, 내부면 및 외부면을 갖는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 일면에는 상기 내부면 및 상기 외부면을 관통하는 벤팅부가 적어도 하나 형성되며, 상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에는 배리어층 및 내화물층을 포함하는 커버층이 위치한다.
상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면에 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 상기 내화물층의 아래에 위치할 수 있다.
상기 내화물층에는 적어도 하나의 서브 벤팅부가 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 상기 서브 벤팅부의 홀을 덮을 수 있다.
상기 배리어층은 상기 배리어층의 일면으로부터 부분적으로 돌출된 돌기부를 포함하고, 상기 돌기부는 상기 서브 벤팅부 내에 삽입될 수 있다.
상기 벤팅부와 상기 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 길이 방향상 중첩될 수 있다.
상기 벤팅부와 상기 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 폭 방향상 중첩될 수 있다.
상기 서브 벤팅부 또는 상기 벤팅부의 홀은 상기 모듈 프레임의 일면과 예각을 이룰 수 있다.
상기 내화물층은 제1 내화물층 및 제2 내화물층을 포함하고, 상기 제1 내화물층은 상기 제2 내화물층보다 상기 배리어층과 가까이 위치할 수 있다.
상기 제1 내화물층에는 적어도 하나의 제1 서브 벤팅부가 형성되고, 상기 제2 내화물층에는 적어도 하나의 제2 서브 벤팅부가 형성될 수 있다.
상기 제1 서브 벤팅부와 상기 제2 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 길이 방향상 중첩될 수 있다.
상기 제1 서브 벤팅부와 상기 제2 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 폭 방향상 중첩될 수 있다.
상기 배리어층은 용융점이 약 300 ℃이하인 물질을 포함할 수 있다.
상기 배리어층은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함할 수 있다.
상기 내화물층은 알루미늄, SUS(Stainless Use Steel) 또는 클래드 금속(clad metal)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩은, 상술한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 가스 등이 모듈 프레임의 홀을 통해 전지 모듈 외부로 신속하게 배출됨으로써 전지 모듈 내부의 연속적인 열폭주 현상이 방지될 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 전지 모듈의 분해 사시도를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 전지 모듈의 내부 발화시 열폭주 현상이 전이되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 6은 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 3의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 3에 따른 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 전지 모듈의 내부 발화시 열폭주 현상이 전이되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 6은 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 3의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 3에 따른 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 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 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 특정 부재의 상면/하면은 어느 방향을 기준으로 하느냐에 따라서 상이하게 판단될 수 있으므로, 명세서 전체에서, ‘상면’ 또는 ‘하면’은 해당 부재에서 z축상 마주보는 두 면을 의미하는 것으로 정의한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 일방향을 따라 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200), 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면 상에 위치하는 버스바 프레임(300), 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면을 덮는(covering) 엔드 플레이트(400) 및 버스바 프레임(300) 상에 장착되는 버스바(510, 520)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀(110)은 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있는 파우치형으로 제공될 수 있다. 파우치형으로 제공되는 전지셀(110)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 라미네이트 시트의 셀 케이스(114)에 수납한 뒤 셀 케이스(114)의 실링부를 열융착함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 전지셀(110)이 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 향후 장착될 디바이스가 요구하는 저장 용량이 달성되는 수준 하에서 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있다.
전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111,112)를 포함할 수 있다. 전극 리드(111,112)는 셀 본체(113)의 일단으로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 각 전극 리드(111,112)의 일단은 셀 케이스(114)의 내부에 위치함으로써 전극 조립체의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되고, 각 전극 리드(111,112)의 타단은 셀 케이스(114)의 외부로 도출됨으로써 별도의 부재, 예를 들어, 버스바(510,520)와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편 도 4에서는 전지셀(110)의 양극 리드와 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 것을 도시하였으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 전지셀(110)의 전극 리드들이 동일한 방향으로 돌출되는 것도 가능하다.
셀 케이스(114)내의 전극 조립체는 실링부(114sa, 114sb, 114sc)에 의해 밀봉될 수 있다. 셀 케이스(114)의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)상에 위치할 수 있다.
셀 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 셀 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈(100)을 형성하기 위하여 다수의 전지셀(110)들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀(110)들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 셀 케이스(114)의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
연결부(115)는 상술한 실링부(114sa, 114sb, 114sc)가 위치하지 않은 셀 케이스(114)의 일 단에서 길이 방향을 따라 연장되는 영역을 지칭하는 것일 수 있다. 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌기부(110p)가 형성될 수 있다. 또, 테라스(Terrace)부(116)는 셀 케이스(114)의 가장자리를 기준으로, 셀 케이스(114)의 외부로 그 일부가 돌출된 전극 리드(111, 112)와 셀 케이스(114)의 내부에 위치하는 셀 본체(113) 사이의 영역을 지칭하는 것일 수 있다.
전지셀 적층체(120)는 전기적으로 연결된 복수의 전지셀(110)이 일 방향을 따라 적층된 것일 수 있다. 복수의 전지셀(110)이 적층된 방향(이하에서는 ‘적층 방향’으로 지칭됨)은 y축 방향(또는 -y축 방향일 수 있으며, 이하에서는 ‘축 방향’이라는 표현이 +/-방향을 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있음)일 수 있다.
한편, 전지셀(110)이 일방향을 따라 배치됨으로써 전지셀(110)의 전극 리드들은 전지셀 적층체(120)의 일면 또는 일면 및 일면과 마주보는 타면에 위치할 수 있다. 이처럼, 전지셀 적층체(120)에서 전극 리드(111,112)들이 위치되는 면은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면으로 지칭될 수 있으며, 여기서, 전지셀 적층체(120)의 전면으로부터 후면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(120)의 길이 방향으로 정의될 수 있으며, x축 방향일 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 길이 방향은 전지셀(110)의 길이 방향과 실질적으로 동일할 수 있다.
또, 전지셀 적층체(120)에서 최외각 전지셀(110)이 위치한 면은 전지셀 적층체(120)의 측면으로 지칭될 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 측면은 y축 상에서 서로 마주보는 두 면으로 설명될 수 있다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품 모듈 프레임(200)의 내부 공간에 수용할 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200)은 내부면 및 외부면을 포함하며, 모듈 프레임(200)의 내부 공간은 내부면에 의해 정의될 수 있다.
모듈 프레임(200)의 구조는 다양할 수 있다. 일 예로, 모듈 프레임(200)의구조는 모노 프레임의 구조일 수 있다. 여기서, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있다. 모노 프레임은 압출 성형으로 제조될 수 있다. 다른 예로, 모듈 프레임(200)의 구조는 U자형 프레임과 상부 플레이트(상면)가 결합된 구조일 수 있다. U자형 프레임과 상부 플레이트가 결합된 구조의 경우, 모듈 프레임(200)의 구조는 하면 및 양 측면이 결합된 또는 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으며, 각 프레임 또는 플레이트는 프레스 성형으로 제조될 수 있다. 또, 모듈 프레임(200)의 구조는 모노 프레임 또는 U자형 프레임 외에 L형 프레임의 구조로 제공될 수도 있으며, 상술한 예에서 설명하지 않은 다양한 구조로 제공될 수도 있을 것이다.
모듈 프레임(200)의 구조는 전지셀 적층체(120)의 길이 방향을 따라 개방된 형태로 제공될 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 모듈 프레임(200)에 의해 가려지지 않을 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 후술할 버스바 프레임(300) 또는 엔드 플레이트(400) 등에 의해 가려질 수 있으며, 이를 통해 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 외부의 물리적 충격 등으로부터 보호될 수 있을 것이다.
모듈 프레임(200)의 상면/하면, 전면/후면, 양 측면은 전술한 전지셀 적층체(120)의 내용에 기초하여 설명될 수 있다. 구체적으로, 모듈 프레임(200)의 상면/하면은 z축상 서로 마주보는 두 면으로, 모듈 프레임(200)의 전면/후면은 x축상 서로 마주보는 두 면으로, 모듈 프레임(200)의 양 측면은 y축 상 서로 마주보는 두 면으로 설명될 수 있다. 여기서, 전면으로부터 후면 또는 후면으로부터 전면을 향하는 방향은 모듈 프레임(200)의 길이 방향일 수 있다.
한편, 도시되지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에는 압축 패드가 위치할 수 있다. 이 때, 압축 패드는 전지셀 적층체(120)의 측면과 모듈 프레임(200)의 측면 사이에 위치할 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 양 단에 있는 두 전지셀(110)중 적어도 하나와 면을 마주할 수 있다.
또, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지에 의하여 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다. 이 때, 열전도성 수지층은 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 하면(또는 바닥면, 바닥부로 지칭될 수 있음) 사이에 형성될 수 있다.
버스바 프레임(300)은 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하여, 전지셀 적층체(120)의 일면을 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내하기 위한 것일 수 있다. 버스바 프레임(300)은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면 상에 위치할 수 있다. 버스바 프레임(300)에는 버스바(510,520) 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 버스바 프레임(300)의 일면은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면과 연결되고, 버스바 프레임(300)의 타면은 버스바(510,520)와 연결될 수 있다. 버스바 프레임(300)은 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면 상에 각각 위치할 수 있다.
버스바 프레임(300)은 전기적으로 절연인 소재를 포함할 수 있다. 버스바 프레임(300)은, 버스바(510,520)가 전극 리드(111,112)와 접합된 부분 외에 전지셀(110)들의 다른 부분과 접촉하는 것을 제한할 수 있으며, 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 면을 밀폐함으로써, 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(400)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하는 버스바 프레임(300) 또는 버스바(510,520)를 덮으면서 모듈 프레임(200)과 결합(접합, 밀봉 또는 밀폐)될 수 있다. 엔드 플레이트(400)의 각 모서리는 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 또한, 엔드 플레이트(400)와 버스바 프레임(300) 사이에는 전기절 절연을 위한 절연 커버(700)가 위치할 수 있다. 절연 커버(700)는 엔드 플레이트(400)의 내부면에 위치할 수 있으며, 엔드 플레이트(400)의 내부면에 밀착될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
엔드 플레이트(400)는 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면 상에 위치하는 제1 엔드 플레이트 및 전지셀 적층체(120)의 후면 상에 위치하는 제2 엔드 플레이트를 포함할 수 있다.
버스바(510,520)는 버스바 프레임(300)의 일면 상에 장착되고, 전지셀 적층체(120) 또는 전지셀(110)들과 외부 기기 회로를 전기적으로 연결하기 위한 것일 수 있다. 버스바(510,520)는 전지셀 적층체(120) 또는 버스바 프레임(300)과 엔드 플레이트(400) 사이에 위치함으로써 외부의 충격 등으로부터 보호될 수 있으며, 외부의 수분 등에 의한 내구성 저하가 최소화될 수 있다.
버스바(510,520)는 전지셀(110)의 전극 리드(111,112)를 통해 전지셀 적층체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 전지셀(110)의 전극 리드(111,112)는 버스바 프레임(300)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(510,520)와 연결될 수 있다. 버스바(510,520)에 의해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 버스바(510,520)는 전지 모듈(100)들 사이에 전기적 연결을 형성하기 위한 터미널 버스바(520)를 포함할 수 있다. 외부의 다른 전지 모듈(100)과 연결되기 위해서 터미널 버스바(520)의 적어도 일부는 엔드 플레이트(400)의 외부로 노출될 수 있으며, 엔드 플레이트(400)에는 이를 위한 터미널 버스바 개구부(400H)가 구비될 수 있다. 터미널 버스바는 터미널 버스바 개구부(400H)를 통해 노출된 돌기부를 통해 다른 전지 모듈(100)이나 BDU(Battery Disconnect Unit)와 연결될 수 있으며, 이들과 HV(High voltage) 연결을 형성할 수 있다.
도시되지 않았으나, 전지 모듈(100)은 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어하는 센싱 부재를 포함할 수 있다. 센싱 부재는 LV(Low voltage) 연결을 위한 것으로, 여기서 LV 연결은 전지셀의 전압 등을 감지하고 제어하기 위한 센싱 연결을 의미할 수 있다. 센싱 부재를 통해 전지셀(110)의 전압 정보 및 온도 정보가 외부 BMS(Battery Management System)에 전달될 수 있다.
센싱 부재는 전지 모듈 내부의 온도를 감지하는 온도 센서, 버스바(510,520)의 전압 값을 센싱하는 센싱 단자, 수집된 데이터를 외부의 제어 장치에 전달하며, 외부의 제어 장치로부터 신호를 수신하는 모듈 커넥터 및/또는 이를 연결하기 위한 연결 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 연결 부재는 전지셀 적층체(120)의 상면에서 길이 방향을 따라 연장되는 형태로 배치되며, 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다.
또 여기서, 모듈 커넥터는 상술한 버스바 프레임(300)에 장착될 수 있으며, 모듈 커넥터의 적어도 일부는 엔드 플레이트(400)에 형성된 모듈 커넥터 개구부를 통해 외부로 노출될 수 있다.
한편, 상술한 것과 같이 전지셀(110)이 높은 밀도로 적층된 전지 모듈(100)의 내부에서는 발화 현상이 나타날 수 있다. 하나의 전지 모듈(100)에서 발화 현상이 발생하면, 전지 모듈(100)의 열, 가스 또는 화염 등이 그와 인접한 전지 모듈(100)에 전달될 수 있으므로, 전지 모듈(100) 사이에 연속적인 발화 현상이 발생하기도 하였으며, 이에 따라 전지 모듈(100) 또는 이를 포함하는 전지 팩의 내구성 및 안정성이 저하되는 문제가 있었다.
따라서 이하에서는 위와 같은 발화 현상을 해소함으로써 전지 모듈(100)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 커버층(cover layer, 800) 및 벤팅부(venting part, 900)에 관하여 설명하기로 한다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 프레임(200)은 모듈 프레임(200) 내부면과 외부면을 관통하는 벤팅부(900)를 포함할 수 있다. 벤팅부(900)는 모듈 프레임(200)의 내부면에 형성된 유입구(inlet, 900a) 및 외부면에 형성된 배출구(outlet, 900b)를 연통하는 홀(hole) 형태를 가질 수 있다. 벤팅부(900)는 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(400) 등에 의해 밀폐된 전지 모듈(100)의 내부와 전지 모듈(100)의 외부를 연통하기 위한 것일 수 있다.
벤팅부(900)는 전지 모듈(100)의 내부 발화 시, 발생하는 열, 가스 또는 화염 등을 전지 모듈(100)의 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다. 벤팅부(900)는 모듈 프레임(200)의 내부 발화 현상을 완화시키고, 압력 또는 온도의 상승을 최소화함으로써 연속적인 열폭주 현상을 방지할 수 있다. 구체적으로 모듈 프레임(200) 내부에서 발화가 발생한 경우, 전지셀(110)의 발화에 의한 열, 가스, 스파크, 화염 등이 벤팅부(900)를 통해 전지 모듈(100)의 외부로 배출됨으로써 내부 화재가 빠르게 진압되고, 발화 현상이 보다 완화될 수 있다. 또, 벤팅부(900)를 통해 열, 가스 등이 배출됨에 따라 전지 모듈(100) 내부의 압력 또는 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지될 수 있고, 내부 공간에서 열폭주가 전이되는 속도 또한 지연될 수 있다.
벤팅부(900)는 모듈 프레임(200)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 벤팅부(900)는 모듈 프레임(200)의 상면에 형성될 수 있다. 벤팅부(900)는 모듈 프레임(200)에서 전지셀 적층체(120)의 적층 방향 또는 길이 방향을 따라 연장되는 면에 형성될 수 있다.
모듈 프레임(200)의 상면에 형성된 벤팅부(900)는 적어도 하나 이상일 수 있다. 모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅부(900)의 수가 많을수록, 모듈 프레임(200)의 발화 현상은 더욱 빠르게 완화될 수 있다. 벤팅부(900)가 복수인 경우, 벤팅부(900)는 일방향을 따라 나열된 행 및 상기 일방향과 수직하는 방향을 따라 나열된 열을 이루어 배치될 수 있다. 이 때, 벤팅부(900)는 상술한 도면들과 같이 모듈 프레임(200)의 일면 상에 전체적으로 형성될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 모듈 프레임(200)의 일면 중 일부에 형성될 수도 있다.
벤팅부(900)가 가지는 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 형상은 상술한 도면들과 같이 곡률을 가지는 라운드 형상일 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 벤팅부(900)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)는 원형, 타원형 또는 꼭지점을 가지는 다각형으로 제공될 수도 있다. 또, 벤팅부(900)를 통해 배출되는 열, 가스 또는 화염은 전지 모듈(100)의 외부로 보다 빠르게 확산되는 것이 바람직하므로, 배출구(220b)의 크기는 유입구(220a)의 크기보다 더 크게 제공될 수도 있을 것이다.
한편, 벤팅부(900)의 유입구(220a)로부터 배출구(220b)를 향하는 방향은 전지 모듈(100) 내부의 가스가 외부로 배출되는 배출 방향일 수 있다. 상술한 도면에서는 벤팅부(900)의 유입구(220a)로부터 배출구(220b)를 향하는 방향이 벤팅부(900)가 형성된 모듈 프레임(200)의 일면과 수직하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 벤팅부(900)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 위치를 변경함으로써 배출 방향이 상기 모듈 프레임(200)의 일면과 예각을 이루도록 홀 구조가 형성될 수도 있다. 이처럼 벤팅부(900)의 홀이 경사진 구조를 가짐으로써, 전지 모듈(100) 내부의 노출이 최소화되고, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 전지 모듈(100) 내부로 들어가는 현상이 방지될 수 있다.
벤팅부(900)의 유입구(220a) 및 배출구(220b)의 위치를 변경함으로써 배출 방향이 각(예각)을 이루게 되면, 벤팅부(900)로부터 배출되는 열, 가스 또는 화염의 방향이 전환(조절)될 수 있다. 이로 인해 배출 경로의 길이가 증가할 수 있고, 벤팅부(900)의 배출구(220b)를 통해 배출되는 가스 등이 좀 더 낮은 온도를 가질 수 있다. 또한, 벤팅부(900)의 배출 방향이 인접한 전지 모듈(100)이 위치하지 않는 방향으로 형성된 경우에는, 인접한 전지 모듈(100) 사이에 열이 전파되는 현상이 최소화될 수도 있을 것이다.
벤팅부(900)가 복수인 경우, 복수의 벤팅부(900)의 배출방향은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. 복수의 벤팅부(900)의 배출 방향이 서로 상이하게 형성되면 벤팅부(900)로부터 배출되는 가스 등이 다양한 방향을 향해 전지 모듈(100) 외부의 더 넓은 공간으로 확산될 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100)로부터 가스 배출이 신속하게 이루어 질 수 있고, 전지 모듈(100)의 발열 방지와 같은 효과가 달성될 수 있다.
한편, 본 실시예와 같이 모듈 프레임(200)에 내부와 외부를 연통하기 위한 벤팅부(900)가 구비되는 경우, 모듈 프레임(200) 외부의 먼지, 불순물 등이 벤팅부(900)의 홀 구조를 통해 모듈 프레임(200) 내부로 들어오거나, 내부 발화시 벤팅부(900)를 따라 외부의 산소가 공급됨으로써 열폭주 현상이 촉진될 수 있다. 또, 모듈 프레임(200)의 벤팅부(900)를 통해 배출되는 가스, 스파크 등은 그 온도 및 압력이 매우 높은 상태일 수 있으므로, 배출된 가스, 스파크 등이 인접한 전지 모듈(100)로 전달되어 인접한 전지 모듈(100)에 열폭주 현상을 유발하는 문제가 있다.
따라서, 본 실시예의 벤팅부(900)에는 열폭주 현상이 발생하기 전 홀을 폐쇄(closing)하고, 열폭주 현상 발생시 홀을 개방(opening)하며, 방출되는 가스등의 온도 및 압력을 다소 낮출 수 있는 커버층(800)이 제공될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 벤팅부(900)의 홀 구조의 개구를 가리는(덮는, covering) 커버층(800)을 포함할 수 있다.
여기서‘커버층’이라는 표현은 벤팅부(900)의 홀을 막기 위한 막의 형태를 표현하기 위한 것이므로,
마개, 후드(hood), 뚜껑(lid), 캡(cap) 또는 이와 유사한 다른 단어들로 변경하여 표현될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.
커버층(800)은 벤팅부(900)가 형성된 모듈 프레임(200) 또는 엔드 플레이트(400)의 일면 아래에 위치할 수 있다. 일 예로, 커버층(800)은 전지셀 적층체(120)의 상면과 모듈 프레임(200)의 상면 사이에 위치할 수 있다.
커버층(800)은 유입구(220a)를 가리도록 배치됨으로써 벤팅부(900)의 홀을 커버할 수 있다. 커버층(800)은 벤팅부(900)의 홀을 가리기 위한 판상 형태로 제공될 수 있다. 커버층(800)은 벤팅부(900)의 홀을 가리기 위한 패드 형태로 제공될 수 있다.
커버층(800)은 다수의 층을 포함할 수 있다. 커버층(800)은 열 또는 압력에 의해 부분적으로 파단될 수 있는 배리어층(810) 및 소정의 온도 또는 압력을 견딜 수 있는 내화물로 제조된 내화물층(820,830)을 포함할 수 있다. 여기서, 배리어층(810)은 내화물층(820,830)보다 전지셀 적층체(120)에 가까이 위치할 수 있으며, 그 위치를 고려하여 배리어층(810)은 제1층으로, 내화물층(820,830)은 제2층으로 지칭될 수 있다. 또, 여기서 내화물층은 도 4에 도시된 것과 같이 2개 이상의 층을 포함할 수 있으며, 설명의 편의를 위해 상대적으로 배리어층(810)과 가까이 위치한 층은 제1 내화물층(820)으로, 멀리 위치한 층은 제2 내화물층(830)으로 지칭될 수 있다. 또는, 그 위치상 배리어층(810)은 제1층으로, 제1 내화물층(820)은 제2층으로, 제2 내화물층(830)은 제3층으로 지칭될 수도 있다.
한편, 내화물층(820,830)에는 다수의 벤팅부가 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅부(900)와의 구별을 위해, 내화물층(820,830)에 형성된 벤팅부는 서브 벤팅부(822,832)로 지칭될 수 있다. 각각의 서브 벤팅부(822,832)는 유입구 및 배출구를 가질 수 있으며, 유입구는 배출구보다 상대적으로 아래에 위치할 수 있다. 내화물층(820,830)에 형성된 서브 벤팅부(822,832)는 전지셀(110)에서 발생한 가스, 스파크 등이 전지 모듈(100) 내의 다른 공간으로 이동하지 않고 벤팅부(900)로 배출되도록 가스의 배출 경로를 안내할 수 있다.
내화물층(820,830)은 고온 고압 환경에서 일정 시간 견딜 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 내화물층(820,830)은 알루미늄, SUS(Stainless Use Steel) 또는 클래드 금속(clad metal)을 소재로 제조될 수 있다. 내화물층(820,830)은 고온 고압 환경에서 일정 시간 견딜 수 있는 사출물일 수 있다.
배리어층(810)은 내화물층(820,830)과 전지셀 적층체(120) 사이에 위치하며, 전지 모듈(100)에 열폭주 현상이 발생하기 전에는 전지 모듈(100) 내부로 이물질이 투입되는 것을 방지하고, 전지 모듈(100)에 열폭주 현상이 발생한 후에는 열 또는 압력에 의해 제거됨으로써 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832)를 개방할 수 있다. 도 4에서는 구체적으로 도시되지 않았으나, 배리어층(810)의 상면은 부분적으로 돌출될 수 있으며, 돌출된 부분이 제1 내화물층(820)에 형성된 제1 서브 벤팅부(822)에 삽입됨으로써 전지 모듈(100) 내부로의 이물질의 유입이 최소화될 수 있다.
배리어층(810)은 전지 모듈(100)의 내부온도에 의해 용융되는 소재를 포함할 수 있다. 배리어층(810)은 전지셀(110)로부터 방출되는 열, 고온의 가스 또는 스파크에 의해 용융되는 소재를 포함할 수 있다. 배리어층(810)은 용융점이 소정의 범위 이하인 물질로 제조될 수 있다. 배리어층(810)은 용융점이 300 ℃이하인 물질로 제공될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 배리어층(810)은 용융점이 약 200 ℃이하인 열가소성 고분자 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 배리어층(810)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 용융점이 약 100 ℃ 이상 200℃ 이하인 물질들로 제조될 수 있다.
배리어층(810)은 전지 모듈(100)의 내부 발화시, 발화 현상을 완화하기 위한 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배리어층(810)은 소화(fire extinguishing) 약제를 포함할 수 있다. 배리어층(810)이 소화 약제를 포함하면, 전지 모듈(100)은 자기 소염 기능을 가질 수 있다. 여기서, 소화 약제는 분말 형태의 소화 약제 물질일 수 있다. 소화 약제는 전지 모듈(100)의 내부 발화시 열분해 반응을 통해 이산화탄소 및 수증기를 발생시킬 수 있고, 발생된 이산화탄소 및 수증기는 외부의 산소가 전지 모듈(100) 내부로 유입되는 것을 방지함으로써 화염을 억제할 수 있다. 소화 약제는 흡열 반응인 열분해 반응을 수행함으로써 전지 모듈 내에서 발생한 열을 흡수할 수 있고, 이산화탄소 및 수증기를 발생시킴으로써 외부의 산소 공급 또한 차단할 수 있다. 이에 따라 전지 모듈(100) 내부의 화염 및 열 전파 속도는 효과적으로 지연될 수 있고 전지 모듈의 안전성은 향상될 수 있다.
배리어층(810)은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함할 수 있다. 소화 약제 물질의 보다 구체적인 예로는 탄산 수소 나트륨(NaHCO3), 탄산 수소 칼륨(KHCO3), 인산 암모늄(NH4H2PO3), 및 "탄산 수소 칼륨(KHCO3)과 요소((NH2)2CO)"의 혼합물 등일 수 있다. 커버층(800)이 탄산 수소 칼륨(KHCO3)을 포함하는 경우, 탄산 수소 칼륨의 열분해 반응을 통해 탄산 칼륨(K2CO3), 수증기(H2O), 및 이산화탄소(CO2)가 생성될 수 있다. 생성된 수증기는 전지 모듈(100) 내부의 화염을 상쇄시키며, 생성된 이산화탄소는 화염이 산소 등과 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 다만, 본 실시예의 소화 약제 물질은 이에 한정되지 아니하고, 소화 기능을 수행하는 물질이라면 제한 없이 사용 가능할 것이다.
이처럼, 배리어층(810)은 상술한 물성을 가지는 물질들로 제조되어 제공될 수 있으나, 복수의 물성을 포함하는 물질 또는 각 물성을 포함하는 물질들의 복합체로 제공될 수도 있다.
이하에서는 본 실시예의 전지 모듈에 커버층이 제공됨으로써 발생되는 효과를 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다. 도 7은 도 3의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 3에 따른 전지 모듈의 내부 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 여기서, 도 6은 전지 모듈(100)의 길이 방향상 단면을 도시한 것이고, 도 7은 전지 모듈(100)의 폭 방향상 단면을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅부(900)와 내화물층(820,830)에 형성된 서브 벤팅부(822,832)의 적어도 일부는 전지 모듈(100)의 길이 방향(x축) 상 중첩될 수 있다. 벤팅부(900)와 서브 벤팅부(822,832)의 적어도 일부는 전지 모듈(100)의 폭 방향(y축) 상 중첩될 수 있다.
모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅부(900)와 제2 내화물층(830)에 형성된 제2 서브 벤팅부(832), 또는 제2 서브 벤팅부(832)와 제1 내화물층(820)에 형성된 제1 서브 벤팅부(822)의 적어도 일부는 전지 모듈(100)의 길이 방향(x축) 상 중첩될 수 있다. 벤팅부(900)와 제2 서브 벤팅부(832), 또는 제2 서브 벤팅부(832)와 제1 서브 벤팅부(822)의 적어도 일부는 폭 방향(y축) 상 중첩될 수 있다.
모듈 프레임(200) 및 내화물층(820,830)에 형성된 홀들이 서로 부분적으로 중첩되면, 홀을 통해 전지 모듈(100)의 외부로 배출되는 가스등의 경로가 전환될 수 있다. 구체적으로, 모듈 프레임(200) 및 내화물층(820,830)에 형성된 홀들이 서로 완전히 대응되지 않음으로써, 도 6 및 도 7에 도시된 화살표와 같이 가스 등이 배출되는 경로는 z축과 각을 이룰 수 있다. 가스등이 배출되는 경로는 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200) 및 내화물층(820,830)에 형성된 홀들이 서로 완전히 대응되지 않음으로써, 서로 대응되는 경우와 비교하여 그 배출 경로가 더욱 길어질 수 있다. 가스의 배출 경로는 전지셀 적층체(120)의 상면으로부터 모듈 프레임(200) 사이의 최단거리보다 더 길 수 있다. 가스의 배출 경로가 다소 길어짐으로써, 전지 모듈(100) 외부로 배출되는 가스의 온도 및 압력은 더욱 낮아질 수 있고, 인접한 전지 모듈(100)에 영향을 주지 못할 만큼 낮은 에너지를 가질 수 있다.
구체적으로 도시되지 않았으나, 모듈 프레임(200) 및 내화물층(820,830)에 형성된 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832)는 경사진 홀의 구조를 가질 수도 있다. 각 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832)의 홀이 모듈 프레임(200)의 일면과 예각을 이루도록 형성되면, 상술한 배출 경로의 전환이 더욱 효과적으로 구현될 수 있을 것이다.
도 8를 참조하면, 전지 모듈(100)의 내부, 구체적으로는 일부 전지셀(110)에서 화염, 가스 또는 스파크가 발생하면, 발화 현상 주변의 배리어층(810)은 열 또는 압력에 의해 물리적으로 찢어지거나 또는 화학적으로 용융되어 뚫릴(penetrating) 수 있고, 이에 따라 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832)가 개방될 수 있다. 전지 모듈(100) 내부의 열, 가스 또는 스파크는 개방된 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832)를 통해 배출될 수 있고, 전지 모듈(100)의 발화 현상은 완화될 수 있다. 여기서, 배리어층(810)이 뚫리는, 즉, 개방되는 과정은 흡열 반응을 수반할 수 있으며, 배리어층(810)이 내부의 열을 흡수함으로써 전지 모듈(100) 내부의 온도가 다소 낮아질 수 있다. 배리어층(810)의 흡열 반응을 통해 벤팅부(900) 외부로 방출되는 열, 가스 등은 인접한 전지 모듈(100)에 영향을 주지 못할 만큼 에너지를 잃을 수 있으며, 스파크는 에너지를 잃고 파티클로 변화되어 인접한 전지 모듈(100)의 열폭주 현상을 촉진하지 못할 수 있다.
한편, 이상에서는 배리어층(810)의 효과에 대해 배리어층(810)이 화학적 반응을 통해 개방되는 것을 중심으로 설명하였으나, 배리어층(810)이 압력 등에 의해 물리적으로 개방되는 경우에도 배리어층(810)이 제거되는 과정에서 가스 또는 스파크의 운동 에너지는 감소하게 되므로, 전지 모듈(100) 외부로 방출되는 열, 가스 등은 인접한 전지 모듈(100)에 영향을 주지 못할 만큼 에너지를 잃을 수 있으며, 스파크는 에너지를 잃고 파티클로 변화되어 인접한 전지 모듈(100)의 열폭주 현상을 촉진하지 못할 수 있다.
한편, 배리어층(810)은 소정의 범위 이상의 열 또는 압력이 가해질 때만 개방될 수 있으므로, 발화 현상이 나타난 주변에 위치한 배리어층(810)만이 개별적으로 개방될 수 있다. 배리어층(810)은 다수의 벤팅부(900) 및 서브 벤팅부(822,832) 중 일부만을 개방함으로써, 추가 산소 유입에 따른 열폭주 현상 촉진을 방지할 수 있다.
구체적으로, 제1 전지셀(110a)에 발화 현상이 발생하면, 제1 전지셀(110a)과 대응되는 배리어층(810)의 제1 부분(810a)이 개방됨으로써 제1 전지셀(110a)에서 발생된 가스, 화염 등이 배출될 수 있다. 이 때, 전지 모듈(100) 내에서 발화 현상이 발생되지 않은 제2 전지셀(110b)의 상부에 위치한 배리어층(810)의 제2 부분(810b)은 개방되지 않을 수 있고, 제2 부분(810b)과 대응되는 제1 서브 벤팅부(822)는 폐쇄된 상태일 수 있다. 이처럼, 발화 현상이 발생하지 않은 다른 부분의 배리어층(810)이 폐쇄된 상태를 유지함으로써 외부 산소가 전지 모듈(100) 내부로 추가 유입되는 것이 차단될 수 있고, 전지 모듈(100) 내부에서 발생한 화염 등이 유입된 산소에 의해 증폭되는 것이 억제될 수 있다.
한편, 배리어층(810)은 배리어층(810)의 일면으로부터 부분적으로 돌출된 돌기부(812)를 포함할 수 있다. 돌기부(812)는 배리어층(810)의 상면에 형성될 수 있다. 이 때, 돌기부(812)의 크기는 제1 서브 벤팅부(822)의 크기와 유사하거나 그보다 작을 수 있으며, 이를 통해 돌기부(812)는 제1 내화물층(820)에 형성된 제1 서브 벤팅부(822)에 삽입될 수 있다. 돌기부(812)의 외형은 제1 서브 벤팅부(822)의 내형과 대응될 수 있으며, 이를 통해 제1 서브 벤팅부(822)의 홀은 돌기부(812)에 의해 닫힐(closing) 수 있다. 배리어층(810)의 돌기부(812)가 제1 내화물층(820)의 제1 서브 벤팅부(822)의 홀을 메우도록 제공되면, 배리어층(810)에서 돌기부(812)가 형성된 영역은 다소 두꺼운 두께를 가지게 될 수 있다. 배리어층(810)에 돌기부(812)가 형성되면, 배리어층(810)이 전지 모듈(100) 내부에서 차지하는 공간은 동일하나, 전지 모듈(100)이 가스등을 외부로 방출하기 위해 다소 두꺼운 배리어층(810)이 개방되어야 하므로, 배리어층(810)에 의한 화재 진압효과가 더 클 수 있을 것이다. 그러나, 반드시 그러한 것은 아니며, 배리어층(810)에 돌기부(812)가 형성되지 않고, 배리어층(810)이 편평한 형상을 가지도록 제공되는 것도 가능하다.
한편, 상술한 전지 모듈(100)은 전지 팩에 포함될 수 있다. 전지 팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상을 포함하며, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
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 권리범위에 속한다.
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: 전지 모듈
110: 전지셀
111,112: 전극 리드
120: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
800: 커버층
810: 배리어층
820,830: 내화물층
900: 벤팅부
110: 전지셀
111,112: 전극 리드
120: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
800: 커버층
810: 배리어층
820,830: 내화물층
900: 벤팅부
Claims (17)
- 복수의 전지셀들이 일방향으로 적층된 전지셀 적층체 및
상기 전지셀 적층체를 수용하고, 내부면 및 외부면을 갖는 모듈 프레임을 포함하고,
상기 모듈 프레임의 일면에는 상기 내부면 및 상기 외부면을 관통하는 벤팅부가 적어도 하나 형성되며,
상기 벤팅부가 형성된 상기 모듈 프레임의 일면과 상기 전지셀 적층체 사이에는 배리어층 및 내화물층을 포함하는 커버층이 위치하는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면에 형성되는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 배리어층은 상기 내화물층의 아래에 위치하는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 내화물층에는 적어도 하나의 서브 벤팅부가 형성된 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 배리어층은 상기 서브 벤팅부의 홀을 덮는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 배리어층은 상기 배리어층의 일면으로부터 부분적으로 돌출된 돌기부를 포함하고, 상기 돌기부는 상기 서브 벤팅부 내에 삽입되는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 벤팅부와 상기 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 길이 방향상 중첩되는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 벤팅부와 상기 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 폭 방향상 중첩되는 전지 모듈. - 제4항에서,
상기 서브 벤팅부 또는 상기 벤팅부의 홀은 상기 모듈 프레임의 일면과 예각을 이루는 전지 모듈. - 제1항에서,
상기 내화물층은 제1 내화물층 및 제2 내화물층을 포함하고,
상기 제1 내화물층은 상기 제2 내화물층보다 상기 배리어층과 가까이 위치하는 전지 모듈. - 제10항에서,
상기 제1 내화물층에는 적어도 하나의 제1 서브 벤팅부가 형성되고,
상기 제2 내화물층에는 적어도 하나의 제2 서브 벤팅부가 형성되는 전지 모듈. - 제11항에서,
상기 제1 서브 벤팅부와 상기 제2 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 길이 방향상 중첩되는 전지 모듈. - 제11항에서,
상기 제1 서브 벤팅부와 상기 제2 서브 벤팅부의 적어도 일부는 상기 전지 모듈의 폭 방향상 중첩되는 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 배리어층은 용융점이 약 300 ℃이하인 물질을 포함하는 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 배리어층은 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함하는 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 내화물층은 알루미늄, SUS(Stainless Use Steel) 또는 클래드 금속(clad metal)을 을 포함하는 전지 모듈. - 제1항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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