KR20230040125A - Battery module and battery pack including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module having improved safety and a battery pack including the same.
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 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.As the use of portable devices such as mobile phones, laptop computers, camcorders, and digital cameras has become commonplace in modern society, development of technologies in fields related to the above mobile devices has become active. In addition, secondary batteries capable of charging and discharging are a solution to air pollution, such as existing gasoline vehicles using fossil fuels, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV), etc., the need for development of secondary batteries is increasing.
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.Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. , it is in the limelight due to its very low self-discharge rate and high energy density.
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.These lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and a battery case in which the electrode assembly is sealed and housed together with an electrolyte solution.
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.In general, lithium secondary batteries can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of an exterior material.
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. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.In the case of secondary batteries used in small devices, 2-3 battery cells are disposed, but in the case of secondary batteries used in medium-large devices such as automobiles, a battery module electrically connecting multiple battery cells this is used In this battery module, capacity and output are improved by forming a battery cell stack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other. In addition, one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.When the temperature of the secondary battery is higher than an appropriate temperature, the performance of the secondary battery may deteriorate, and in severe cases, there is a risk of explosion or ignition. In particular, in a battery module or battery pack having a plurality of secondary batteries, that is, battery cells, the temperature of a battery module or battery pack having a plurality of battery cells may increase rapidly and severely due to the sum of heat emitted from the plurality of battery cells in a narrow space. In other words, in the case of a battery module in which a plurality of battery cells are stacked and a battery pack equipped with such a battery module, high output can be obtained, but it is not easy to remove heat generated from the battery cells during charging and discharging. If the heat dissipation of the battery cell is not performed properly, the battery cell deteriorates rapidly, shortens its lifespan, and increases the possibility of explosion or ignition.
더욱이, 차량용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여 질 수 있다.Moreover, battery modules included in vehicle battery packs are often exposed to direct sunlight and may be placed in high temperature conditions such as summer or desert areas.
종래 전지 모듈의 경우, 전지 모듈 내부에서 상기 폭발 또는 발화에 의한 화염이 발생할 때, 화염 및 가스가 효과적으로 배출될 수 있는 구조가 부재하였다. 그러므로, 복수의 전지 모듈이 인접함에 따라, 일 전지 모듈에서 발생한 화염은 인접한 전지 모듈로 전이 및 전파될 수 있었다. 특히, 열폭주 전파(thermal runaway propagation) 현상 발생 시 종래 전지 모듈 간 연쇄 반응에 매우 취약하였다. In the case of a conventional battery module, when a flame is generated due to the explosion or ignition inside the battery module, there is no structure in which the flame and gas can be effectively discharged. Therefore, as a plurality of battery modules are adjacent to each other, flames generated in one battery module could be transferred and propagated to adjacent battery modules. In particular, when a thermal runaway propagation phenomenon occurs, it is very vulnerable to a chain reaction between conventional battery modules.
따라서, 상기 문제들을 해결하고자, 전지 모듈 내부에 화염이 발생할 때, 가스 등이 방출되면서 화염 전이를 지연시키고, 인접 모듈 간의 연쇄 반응을 지연시킬 수 있는 구조의 필요성이 있다. Therefore, in order to solve the above problems, there is a need for a structure capable of delaying flame transition and delaying a chain reaction between adjacent modules while a gas or the like is released when a flame is generated inside the battery module.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 안전성이 향상된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a battery module having improved safety and a battery pack including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings. .
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층된 전지 셀 적층체; 상기 전지 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임에서 개방되어 있는 상기 전지 셀 적층체의 전후면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트에는 벤팅홀이 형성되며, 상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트의 중앙부로부터 이격된 부분에 형성된다.A battery module according to an embodiment of the present invention includes a battery cell laminate in which a plurality of battery cells are stacked; a module frame accommodating the battery cell stack; and end plates covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, which are open from the module frame, and a venting hole is formed in the end plate, and the venting hole is formed at a portion spaced apart from a central portion of the end plate. .
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트 상에 이격되어 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. At least one venting hole may be formed on the end plate and spaced apart from each other.
상기 상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트 상의 동일 높이에 위치하도록 형성될 수 있다. The venting hole may be formed to be positioned at the same height on the end plate.
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트의 정중앙을 기준으로 상측에 형성될 수 있다. The venting hole may be formed on an upper side based on a center of the end plate.
본 실시예에 따른 전지 모듈은 상기 전지 셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 형성되는 절연 커버를 더 포함할 수 있다. The battery module according to the present embodiment may further include an insulating cover formed between the battery cell stack and the end plate.
상기 벤팅홀의 위치와 대응되는 상기 절연 커버의 영역은 상기 절연 커버의 다른 영역에 비해 얇은 두께로 형성될 수 있다. An area of the insulating cover corresponding to the location of the venting hole may be formed to have a smaller thickness than other areas of the insulating cover.
상기 절연 커버는 내부 화염 시 용융되고, 상기 벤팅홀을 통한 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. The insulating cover may be melted during an internal flame, and a gas discharge path through the venting hole may be formed.
상기 내부 화염 시 발생한 가스는 상기 벤팅홀에 의해 외부로 배출될 수 있다. Gas generated during the internal flame may be discharged to the outside through the venting hole.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기 엔드 플레이트 상에 형성되는 절연 커버 결합용 홀을 더 포함하고, 상기 절연 커버 결합용 홀을 통해 상기 엔드 플레이트 및 상기 절연 커버는 고정 결합될 수 있다. The battery module according to another embodiment of the present invention may further include an insulating cover coupling hole formed on the end plate, and the end plate and the insulating cover may be fixedly coupled through the insulating cover coupling hole. .
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 전지 모듈을 포함할 수 있다.A battery pack according to another embodiment of the present invention may include the battery module.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 엔드 플레이트에 벤팅홀이 형성됨으로써, 전지 모듈 내 화염 발생 시 가스를 효과적으로 외부로 배출하여 화염의 전파를 지연시킬 수 있다. In the battery module according to an embodiment of the present invention, since a venting hole is formed in an end plate, gas can be effectively discharged to the outside when a flame is generated in the battery module, thereby delaying the propagation of the flame.
또한, 상기 벤팅홀과 대응되는 절연 커버의 영역은 상기 절연 커버의 다른 영역에 비해 얇은 두께로 형성됨으로써, 화염 발생 시 신속하게 용융되어 가스 배출 경로 확보가 가능하다. In addition, since the area of the insulating cover corresponding to the venting hole is formed to have a smaller thickness than other areas of the insulating cover, it is quickly melted when a flame is generated, so that a gas discharge path can be secured.
더불어, 상기 벤팅홀과 대응되는 상기 절연 커버의 영역은 화염 발생 전까지 막혀 있음으로써 전지 모듈의 절연 성능 확보가 가능하다. In addition, an area of the insulating cover corresponding to the venting hole is blocked until a flame occurs, thereby ensuring insulation performance of the battery module.
그러나, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 엔드 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 절연 커버 및 엔드 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 P면을 따라 자른 절연 커버의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 절연 커버 및 엔드 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 전지 셀 적층체에 포함된 하나의 전지 셀을 나타내는 사시도이다. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an assembled state of the battery module of FIG. 1 .
3 is a view showing an end plate of a battery module according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an insulating cover and an end plate of a battery module according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a cross section of the insulating cover cut along the P plane of FIG. 4 .
6 is a view showing an insulating cover and an end plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 1 .
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
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.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to the shown bar. In the drawings, the thickness is shown enlarged to clearly express the various layers and regions. And in the drawings, for convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
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.In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" or "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where another part is in the middle. . Conversely, when a part is said to be "directly on" another part, it means that there is no other part in between. In addition, to be "on" or "on" a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located "above" or "on" in the opposite direction of gravity does not mean no.
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.In addition, throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
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.In addition, throughout the specification, when it is referred to as "planar image", it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as "cross-sectional image", it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The first and second terms used in this application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다. Hereinafter, a battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈이 조립된 모습을 나타낸 도면이다. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing an assembled state of the battery module of FIG. 1 .
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층된 전지 셀 적층체(120), 전지 셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200), 및 모듈 프레임(200)에서 개방되어 있는 전지 셀 적층체(120)의 전후면을 덮는 엔드 플레이트(150)를 포함한다. 또한, 엔드 플레이트(150)는 전지 셀 적층체(120)의 전면을 덮는 전면 엔드 플레이트(151)와 후면을 덮는 후면 엔드 플레이트(152)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
이때, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이, 특히, 버스 바 프레임(130)과 엔드 플레이트(150) 사이에 형성되는 절연 커버(190)를 더 포함할 수 있다. 절연 커버(190)는 전지 셀 적층체(120)와 전면 엔드 플레이트(151) 사이 및 전지 셀 적층체(120)와 후면 엔드 플레이트(152) 사이에 모두 형성될 수 있다. 또한, 절연 커버(190)는 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. At this time, the battery module according to the present embodiment further includes an
전지 셀(110)은 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 7을 참조하면 본 실시예에 따른 전지 셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지 셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지 셀(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. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지 셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지 셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.The
연결부(115)는 전지 셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지 셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.The
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지 셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지 셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지 셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지 셀 적층체(120)는 y축 방향으로 적층되고, z축 방향으로 모듈 프레임(200) 내부에 수용될 수 있다. The
모듈 프레임(200)은 상부면, 전면 및 후면이 개방되어 전지 셀 적층체(120)의 하부 및 양측부를 덮는 프레임 부재(300), 및 전지 셀 적층체(120)의 상부를 덮는 상부 플레이트(400)를 포함한다. 다만, 모듈 프레임(200)은 이에 한정된 것이 아니며, L자형 프레임 또는 전후면을 제외하고 전지 셀 적층체(120)를 둘러싸는 모노 프레임과 같은 다른 형상의 프레임으로 대체될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200)의 내부에 수용된 전지 셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이때, 프레임 부재(300)는 전지 셀 적층체(120)의 하부를 받치는 프레임 바닥부(300a)와 프레임 바닥부(300a)의 양단부에서 각각 상향 연장된 프레임 측면부(300b)를 포함할 수 있다. 프레임 바닥부(300a)는 전지셀 적층체(120)의 하면을 커버할 수 있고, 프레임 측면부(300b)는 전지셀 적층체(120)의 양 측면을 커버할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 하면은 -z축 방향의 면을 지칭하고, 전지셀 적층체(120)의 양 측면은 y축 및 -y축 방향의 면을 지칭한다. 다만 이는 설명의 편의를 위해 지칭한 면들이며, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.The module frame 200 includes a
상부 플레이트(400)는 프레임 부재(300)에 의해 감싸지는 상기 하면 및 상기 양 측면을 제외한 나머지 상면(z축 방향의 면)을 감싸는 하나의 판상형 구조로 형성될 수 있다. 상부 플레이트(400)와 프레임 부재(300)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접에 의해 접합됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 플레이트(400)와 프레임 부재(300)를 통해 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 상부 플레이트(400)와 프레임 부재(300)는 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다.The
이때, 전지 모듈(100)은, 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이, 구체적으로 전지 셀 적층체(120)와 절연 커버(190) 사이에 위치하는 버스 바 프레임(130)을 더 포함한다. 따라서, 전지 셀 적층체(120)와 버스 바 프레임(130)이 결합되어 셀 어셈블리를 형성할 수 있다. 버스 바 프레임(130)에 장착된 복수의 버스 바는 전지 셀(110)들로부터 돌출 형성되어 버스 바 프레임(130) 상에 장착된 전극 리드(111)들과 접촉될 수 있다. At this time, the
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀 적층체(120)의 하면과 프레임 부재(300)의 바닥부(300a) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(310)을 더 포함하고, 열전도성 수지층(310)은 전지셀(110)에서 발생하는 열을 전지 모듈(100) 바닥으로 전달하고 전지셀 적층체(120)를 고정하는 역할을 할 수 있다.In addition, the
더불어, 본 발명의 실시예에 따라, 모듈 프레임(200) 내에 삽입된 셀 어셈블리를 상부 플레이트(400)로 덮고 나면 도 2에 도시한 전지 모듈이 형성될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, after covering the cell assembly inserted into the module frame 200 with the
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 전지 모듈의 엔드 플레이트 및 절연 커버에 대해 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the end plate and the insulating cover of the battery module according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5 .
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 엔드 플레이트 및 절연 커버를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 P면을 따라 자른 절연 커버의 단면을 나타낸 도면이다. 3 is a perspective view illustrating an end plate included in a battery module according to an embodiment of the present invention. 4 is a perspective view illustrating an end plate and an insulating cover included in a battery module according to an embodiment of the present invention. 5 is a view showing a cross section of the insulating cover cut along the P plane of FIG. 4 .
종래에는 전지 모듈 내부에 화염이 발생할 경우, 화염에 의한 가스를 효과적으로 배출할 수 있는 구조가 부재하였다. 그러므로, 복수의 전지 모듈이 인접할 때, 일 전지 모듈에서 발생한 화염은 인접한 전지 모듈로 전이 및 전파될 위험이 매우 크고, 특히, 열폭주 전파(thermal runaway propagation) 현상 발생 시 전지 모듈 간 연쇄 반응에 매우 취약하여 안전성 확보에 어려움이 있었다. Conventionally, when a flame occurs inside a battery module, there is no structure capable of effectively discharging gas caused by the flame. Therefore, when a plurality of battery modules are adjacent, the risk of a flame generated in one battery module being transferred and propagated to an adjacent battery module is very high, and in particular, when a thermal runaway propagation phenomenon occurs, it causes a chain reaction between battery modules. It was very vulnerable, so it was difficult to secure safety.
이에, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(150)에는 벤팅홀(500)이 형성된다. 이때, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 중앙부로부터 이격된 부분에 형성된다. 즉, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 중앙부 및 정중앙을 기준으로 상측, 하측, 좌측 및 우측에 형성될 수 있다. Accordingly, referring to FIG. 3 , a
이때, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150) 상에 이격되어 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 여기서, 적어도 하나 이상은 단수개 또는 복수개 형성될 수 있음을 나타낼 수 있다. 따라서, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150) 상에 단수개 또는 복수개 형성될 수 있다. At this time, at least one
엔드 플레이트(150)에 벤팅홀(500)이 형성됨으로써, 내부 화염 시 발생하는 가스의 효과적인 배출이 가능하다. 특히, 이격되어 복수개 형성된 벤팅홀에 의해 가스 배출 경로가 다수 형성됨으로써 가스의 배출이 효과적으로 이루어질 수 있다. By forming the
벤팅홀(500)은 상기에서 설명한 바와 같이 복수개 형성될 수 있는 바, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150) 상의 동일 높이에 위치하도록 형성될 수 있다. 이때, 엔드 플레이트(150) 상의 상기 동일 높이라는 것은, 도 1에서의 z축 방향을 가리키는 것일 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(150)상에 형성되는 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트의 하면으로부터 z축 방향으로 동일한 길이만큼 상승하여 위치하도록 형성될 수 있다. As described above, a plurality of venting
또한, 상기 복수개 형성된 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 정중앙을 기준으로 좌측 및 우측에 모두 형성될 수 있다. 특히, 상기 복수개 형성된 벤팅홀(500)은 서로 대칭되도록 좌측 및 우측에 동일한 개수로 형성될 수 있다. 대칭으로 형성된 벤팅홀(500)에 의해 전지 모듈 내 발생한 가스가 원활하게 전지 모듈 외부로 배출될 수 있다. In addition, the plurality of venting
이때, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 정중앙을 기준으로 상측에 형성될 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 정중앙을 기준으로, z축 방향인, 엔드 플레이트(150)의 상부에 위치하도록 형성될 수 있다. In this case, the venting
모듈 내부의 화염 시 절연 커버(190)는 용융될 수 있다. 이에, 절연 커버(190)에 의해 막혀 있던 경로가 개방되며, 벤팅홀(500)과 이어지도록 형성되는 가스 배출 경로, 즉, 벤팅홀(500)을 통한 가스 배출 경로가 형성될 수 있다. 이때, 절연 커버(190)의 용융 잔여물들은 중력에 의해 하부로 이동하므로, 상기 하부에 대응되는 위치에 형성되는 구조를 통한 가스 배출에는 어려움이 있다. 또한, 가스는 기체로서 일반적으로 상측을 향해 이동할 수 있다. 그러므로, 본 실시예에 따른 벤팅홀(500)은 엔드 플레이트(150)의 정중앙을 기준으로 상부에 치우치도록 형성됨으로써, 절연 커버(190)의 상기 잔여물에 의한 경로 방해 없이 내부 화염 시 발생한 가스는 벤팅홀(500)에 의해 효과적으로 외부로 배출될 수 있다. In the event of a fire inside the module, the insulating
또한, 엔드 플레이트(150)의 상부에 벤팅홀(500)이 형성되고, 벤팅홀(500)이 복수개 형성되는 경우 동일 높이에 위치하도록 형성됨으로써, 인접 모듈에 화염이 전이되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 벤팅홀(500)을 통해 화염이 분출될 경우, 화염은 상부를 향해 분출될 가능성이 높을 수 있다. 따라서, 하부에 형성되는 벤팅홀(500)에 의해서는 인접 모듈에 화염이 전이될 가능성이 높다. 따라서, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 벤팅홀(500)을 엔드 플레이트(150)의 상부에 형성하고 벤팅홀(500)의 형성 높이를 일정하게 형성함으로써 인접 모듈에 화염이 전이되는 것을 억제 및 전지 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다. In addition, the venting
벤팅홀(500)은 가스 배출을 원활하게 하는 어떠한 형상도 가질 수 있다. 구체적으로, 원형, 타원, 또는 다각형에서 선택된 형상 중에서 선택된 하나 이상의 형상을 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 원형 형상을 가질 수 있다. 또한, 벤팅홀(500)이 복수개 형성되는 경우에는, 각 벤팅홀(500)의 형상은 서로 다르게 형성될 수 있으며, 같게 형성될 수도 있다. The
더불어, 상기에서 설명한 바와 같이, 전지 셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(150) 사이에는 절연 커버(190)가 더 형성될 수 있다. 이때, 벤팅홀(500)의 위치와 대응되는 절연 커버(190)의 영역(190H)은 절연 커버(190)의 다른 영역에 비해 얇은 두께로 형성될 수 있다. 즉, 벤팅홀(500)의 위치와 대응되는 절연 커버(190)의 영역(190H)의 두께(W2)는 상기 절연 커버(190)의 다른 영역의 두께(W1)에 비해 얇게 형성될 수 있다. 따라서, 절연 커버(190)의 영역 중 벤팅홀(500)의 위치와 대응되는 절연 커버(190)의 영역(190H)이 상기 절연 커버(190)의 다른 영역에 비해 빠르게 용융될 수 있다. 이에, 엔드 플레이트(190) 상의 벤팅홀(500)이 내부 화염 및 가스의 이동 경로가 되어, 전지 모듈 외부로 화염 및 가스가 배출될 수 있다. 특히, 벤팅홀(500)의 위치와 대응되는 절연 커버(190)의 영역(190H)이 상기 절연 커버(190)의 다른 영역보다 먼저 용융됨으로써, 벤팅홀(500)에 의한 가스 배출과 동시에 상기 다른 영역에서의 절연 성능을 최장 시간동안 확보할 수 있다. In addition, as described above, an insulating
이하에서는, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 형성된 절연 커버 및 엔드 플레이트에 대해 설명한다. 상기 설명한 전지 모듈 및 상기 전지 모듈에 포함되는 절연 부재의 내용과 중복되는 내용이 존재하는 바, 중복 기재를 피하기 위해 상기 내용은 생략하도록 한다.Hereinafter, an insulating cover and an end plate formed on a battery module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 . Since there are overlapping contents of the above-described battery module and the insulating member included in the battery module, the above contents are omitted to avoid redundant description.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 절연 커버 및 엔드 플레이트를 나타낸 도면이다. 6 is a view showing an insulating cover and an end plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(150)는 절연 커버 결합용 홀(155)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 절연 커버 결합용 홀(155)을 통해 엔드 플레이트(150) 및 절연 커버(190)는 고정 결합될 수 있다. Referring to FIG. 6 , the
절연 커버(190)는 절연 성능 확보를 위해 형성되는 바, 엔드 플레이트(150)와 고정 결합되도록 형성됨으로써, 절연 커버(190)의 이동을 방지하여 절연 성능의 저하를 방지할 수 있다. 더불어, 내부 화염 발생 시에도 절연 커버(190)가 용융되지 않는 부분들의 붕괴를 방지함으로써, 절연 커버의 성능을 최대한으로 유지시킬 수 있다. The
앞서 설명한 전지 모듈은 전지 팩에 포함될 수 있다. 전지 팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.The battery module described above may be included in a battery pack. The battery pack may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are gathered and packed by adding a battery management system (BMS) for managing temperature or voltage of the battery and a cooling device.
상기 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 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.The battery pack may be applied to various devices. These devices can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrid vehicles, etc., but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices capable of using a battery module, which also falls within the scope of the present invention. .
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is common in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those with knowledge of, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
110: 전지 셀
120: 전지 셀 적층체
130: 버스 바 프레임
150: 엔드 플레이트
190: 절연 커버
200: 모듈 프레임
300: 프레임 부재
300a: 프레임 바닥부
300b: 프레임 측면부
400: 상부 플레이트
500: 벤팅홀110: battery cell
120: battery cell stack
130: bus bar frame
150: end plate
190: insulation cover
200: module frame
300: frame member
300a: frame bottom
300b: frame side part
400: upper plate
500: venting hall
Claims (10)
상기 전지 셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
상기 모듈 프레임에서 개방되어 있는 상기 전지 셀 적층체의 전후면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고,
상기 엔드 플레이트에는 벤팅홀이 형성되며,
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트의 중앙부로부터 이격된 부분에 형성되는 전지 모듈. a battery cell laminate in which a plurality of battery cells are stacked;
a module frame accommodating the battery cell stack; and
And an end plate covering the front and rear surfaces of the battery cell stack that is open from the module frame,
A venting hole is formed in the end plate,
The battery module wherein the venting hole is formed in a portion spaced apart from the central portion of the end plate.
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트 상에 이격되어 적어도 하나 이상 형성되는 전지 모듈. In paragraph 1,
The battery module wherein at least one venting hole is spaced apart on the end plate.
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트 상의 동일 높이에 위치하도록 형성되는 전지 모듈. In paragraph 2,
The battery module wherein the venting hole is formed to be positioned at the same height on the end plate.
상기 벤팅홀은 상기 엔드 플레이트의 정중앙을 기준으로 상측에 형성되는 전지 모듈. In paragraph 1,
The battery module wherein the venting hole is formed on the upper side based on the center of the end plate.
상기 전지 셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 형성되는 절연 커버를 더 포함하는 전지 모듈. In paragraph 1,
The battery module further comprising an insulating cover formed between the battery cell stack and the end plate.
상기 벤팅홀의 위치와 대응되는 상기 절연 커버의 영역은 상기 절연 커버의 다른 영역에 비해 얇은 두께로 형성되는 전지 모듈. In paragraph 5,
A region of the insulating cover corresponding to the position of the venting hole is formed to be thinner than other regions of the insulating cover.
상기 절연 커버는 내부 화염 시 용융되고,
상기 벤팅홀을 통한 가스 배출 경로가 형성되는 전지 모듈. In paragraph 5,
The insulating cover is melted during an internal flame,
A battery module in which a gas discharge path is formed through the venting hole.
상기 내부 화염 시 발생한 가스는 상기 벤팅홀에 의해 외부로 배출되는 전지 모듈. In paragraph 7,
A battery module in which gas generated during the internal flame is discharged to the outside through the venting hole.
상기 엔드 플레이트 상에 형성되는 절연 커버 결합용 홀을 더 포함하고,
상기 절연 커버 결합용 홀을 통해 상기 엔드 플레이트 및 상기 절연 커버는 고정 결합되는 전지 모듈. In paragraph 5,
Further comprising a hole for coupling the insulating cover formed on the end plate,
The battery module wherein the end plate and the insulating cover are fixedly coupled through the insulating cover coupling hole.
A battery pack comprising the battery module of claim 1.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |