KR20230070861A - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 복수의 전지셀들을 포함하는 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임 사이에는 상기 전지 모듈으로부터 발생된 가스를 배출하는 벤팅 유로가 구비되고, 상기 벤팅 유로의 내부에는 접착층이 형성된다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안전성이 강화된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 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 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 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 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 각광을 받고 있다.
한편, 소형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우, 주로 2-3개의 전지셀들이 사용되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우에는 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 사용된다. 소형 디바이스에 이용되는 이차 전지와 달리, 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지는 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상되나, 전지 모듈 내 좁은 공간에서 다수의 전지셀로부터 발생하는 열이 합산됨으로써 전체 온도가 더욱 빠르게 상승될 수 있는 문제가 있다.
도 1은 발화 현상이 발생된 전지 팩의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전지 팩(10)은 프레임(12)내에 장착되는 적어도 하나의 전지 모듈(11) 및 내부 가스를 배출하기 위한 벤팅 유로(13)를 포함할 수 있다. 전지 모듈(11)은 복수의 전지셀이 적층 형성된 전지셀 적층체 및 전지셀 적층체를 수용하는 프레임을 포함할 수 있다.
전지 모듈(11)에 장착된 전지셀은 충, 방전 과정에서 다량의 열을 발생시킬 수 있으며, 과충전 등의 이유로 그 온도가 적정 온도보다 높아지는 경우 성능이 저하될 수 있고, 온도 상승이 과도한 경우 폭발 또는 발화될 수 있다. 전지셀의 발화시 전지 모듈(11), 또는 전지 팩(10)의 외부로 고온의 인화성 가스와 함께 셀의 내부 물질이 분출될 수 있는데, 이러한 내부 물질은 주로 C, Cu, Al, Ni, Co, Mg, Li와 같은 물질로 고온의 파티클, 즉 스파크의 형태로 분출된다.
한편 이러한 스파크는 함께 배출된 인화 가스 또는 외부의 산소와 접촉하면 발화 현상을 발생시키므로 전지 팩(10) 내 외부에서 연속적인 열폭주 현상을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전지 모듈(11) 또는 전지 팩(10) 외부로 내부 물질, 즉, 스파크가 방출되지 못하도록 하는 구조가 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연속적인 열폭주 현상을 방지함으로써 내구성 및 안전성이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 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 팩은 복수의 전지셀들을 포함하는 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임 사이에는 상기 전지 모듈으로부터 발생된 가스를 배출하는 벤팅 유로가 구비되고, 상기 벤팅 유로의 내부에는 접착층이 형성된다.
상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 벤팅 방향과 평행하게 위치할 수 있다.
상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 내부 표면을 커버하도록 위치할 수 있다.
상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 벤팅 방향과 수직하게 위치할 수 있다.
상기 접착층의 일 모서리는 상기 벤팅 유로의 내부 표면에 고정될 수 있다.
상기 접착층의 적어도 두 모서리는 상기 벤팅 유로의 내부 표면에 고정될 수 있다.
상기 접착층에는 다수의 개구가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스는, 상술한 전지 팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 전지 팩은 전지 팩 외부로 파티클이 방출되는 것을 방지함으로써, 연속적인 열폭주 현상을 방지할 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 발화 현상이 발생된 전지 팩의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 변형예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 다른 변형예를 도시한 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, 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 팩에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 변형예를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 적어도 하나의 전지 모듈(110), 적어도 하나의 전지 모듈(110)을 수용하는 팩 프레임(120) 및 전지 모듈(110)과 팩 프레임(120) 사이에 형성된 벤팅 유로(130, venting flow path)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(110)은 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 전지셀 적층체의 전면 및/또는 후면 상에 위치하는 버스바 프레임, 버스바 프레임의 전면 및/또는 후면을 덮는(covering) 엔드 플레이트, 버스바 프레임 상에 장착되는 버스바 및/또는 센싱 유닛 등을 포함할 수 있다. 그러나 전지 모듈(110)이 포함하는 구성 요소가 이에 한정되는 것은 아니며, 설계에 따라 전지 모듈(110)은 상술한 구성 요소 중 일부가 생략된 상태로 제공될 수도 있고, 언급되지 않은 다른 구성 요소가 추가된 상태로 제공될 수도 있다.
전지 모듈(110)에 포함되는 전지셀의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 파우치형, 각형 또는 젤리 롤(Jelly Roll) 형태의 원통형의 전지셀이 모두 적용될 수 있다.
전지 모듈(110)에 포함되는 모듈 프레임은 열전도도가 높은 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속의 예로는 알루미늄, 금, 은, 구리, 백금 또는 이들을 포함하는 합금 등일 수 있으며, 상기 금속의 열전도율이 높을수록 모듈 프레임에 의한 방열 효과가 향상되므로, 열전도율 값에 특별한 범위가 있는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 전지 팩(100)에 포함된 전지 모듈(110)은 복수일 수 있다. 복수의 전지 모듈(110)들은 팩 프레임(120) 내에서 행 및 열을 이루어 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 팩 프레임(120)은 전지 모듈(110) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 팩 프레임(120)은 하부면(바닥면) 및 측면을 포함하는 하부 프레임을 포함할 수 있다. 하부면 및 측면으로부터 형성되는 하부 프레임의 내부 공간에 전지 모듈(110)들이 배치된 후, 상부 플레이트 또는 상부 프레임이 하부 프레임의 모서리와 결합됨으로써 팩 프레임(120)이 밀봉될 수 있다. 여기서, 상부 플레이트 또는 상부 프레임은 팩 프레임(120)에 포함될 수도 있고, 팩 프레임(120)에 포함되지 않는 별도의 구성일 수도 있다.
팩 프레임(120)은 내부 공간에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 방출하기 위하여 열전도율이 높은 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 팩 프레임(120)의 적어도 일부는 열전도율이 높은 금속으로 제조될 수 있으며, 그 예로는 알루미늄, 금, 은, 구리, 백금 또는 이들을 포함하는 합금 등일 수 있다. 또, 팩 프레임(120)은 부분적으로 전기 절연성을 가질 수 있으며, 절연이 요구되는 위치에는 절연 필름이 제공되거나, 절연성 도장이 적용될 수 있다. 팩 프레임(120)에서 절연 필름 또는 절연성 도장이 적용된 부분은 절연부로 지칭될 수도 있다.
벤팅 유로(130)는 전지 모듈(110)로부터 발생한 가스 등을 팩 프레임(120)의 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다. 벤팅 유로(130)는 전지 모듈(110)과 팩 프레임(120) 사이의 이격 공간에 형성될 수 있다. 벤팅 유로(130)와 대응되는 전지 모듈(110)의 일면에는 전지 모듈(110)의 내부 가스를 배출하는 벤팅부(도시되지 않음)가 위치할 수 있다. 각 전지 모듈(110)로부터 벤팅 유로(130)로 배출된 화염, 가스등은 벤팅 유로(130)를 따라 이동하여 팩 프레임(120)에 구비된 배출구(도시되지 않음)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 전지 모듈(110) 내부에 발화 현상이 발생하면 고온의 가스 및 스파크로 방출될 수 있고, 스파크가 외부의 산소등과 접촉함으로써 발화가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 전지 팩(100)은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 스파크, 즉 고온의 파티클이 외부로 비산되는 것을 방지하는 접착층(140)을 포함할 수 있다.
전지 팩(100)에 접착층(140)이 형성되면, 전지 모듈(110)의 발화 시 벤팅 유로(130)를 따라 이동하는 파티클이 접착층(140)에 부착될 수 있고, 이를 통해 파티클이 전지 팩(100) 외부로 비산되는 것이 방지될 수 있다. 접착층(140)에 의해 고온의 파티클, 즉 스파크의 방출이 제한되면, 스파크가 외부 산소와 접촉할 가능성이 낮아지고, 이에 따라 추가적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 내부에 층의 형태로 부착되거나, 액체 형태로 도포된 후 층으로 형성될 수 있다.
접착층(140)은 점착 물질을 포함할 수 있다. 접착층(140)에 사용될 수 있는 점착 물질은 파티클이 부착 가능한 점착성을 보유하는 것이라면 종류에 상관없이 가능하다. 점착 물질의 예로는 아트릴레이트 또는 실리콘을 포함하는 것을 들 수 있으며, 상술한 점착 물질에는 에스테르 고무, 페놀 수지 또는 그 밖의 물질이 보조제로 사용되거나, 피마지유 또는 폴리이소부틸렌과 같은 저분자 물질이 추가로 혼합될 수 있다.
접착층(140)은 벤팅 유로(130)에 제공될 수 있다. 접착층(140)은 가스 및 파티클이 전지 모듈(110)에서 팩 프레임(120) 방향으로 이동하는 경로 상에 위치할 수 있다.
접착층(140)은 도 2와 같이 벤팅 유로(130)의 하부면과 평행하게 위치할 수 있다. 접착층(140)은 팩 프레임(120)의 하부면과 평행하게 위치할 수 있다. 접착층(140)은 벤팅 방향과 평행하게 위치할 수 있다. 여기서, 벤팅 방향은 전지 모듈(110)로부터 토출되는 가스의 초기 이동 방향일 수 있으며, 벤팅 방향은 전지 모듈(110)에서 팩 프레임(120)을 향하는 방향일 수 있다. 벤팅 방향은 전지 모듈(110)에서 벤팅 유로(130)를 향하는 방향일 수 있다.
접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 내부 표면을 커버하도록 위치할 수 있다. 도 2와 같이 접착층(140)이 벤팅 유로(130)의 내부 표면 상에 위치하면, 접착층(140)과 벤팅 유로(130) 사이의 결합면이 넓게 형성되므로 접착층(140)이 안정적으로 고정되는 장점이 있다. 이 때, 접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 일부를 커버하도록 위치할 수도 있고, 전체를 커버하도록 위치할 수도 있다.
접착층(140)은 도 3 및 도 4와 같이 벤팅 유로(130)의 하부면과 수직하게 위치할 수 있다. 접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 단면상에 위치할 수 있다. 접착층(140)은 팩 프레임(120)의 하부면과 수직하게 위치할 수 있다. 접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 벤팅 방향과 수직하게 위치할 수 있다. 접착층(140)이 벤팅 유로(130)와 수직하게 위치하면, 벤팅 유로(130)를 통과하는 파티클이 접착층(140)과 접촉하기 쉬울 수 있고, 이에 따라 접착층(140)에 의한 파티클 포획율이 향상될 수 있다.
접착층(140)의 가장자리는 벤팅 유로(130)의 내부 표면에 고정될 수 있고, 이를 통해 접착층(140)은 벤팅 유로(130)의 벤팅 방향과 수직하게 위치할 수 있다. 그러나, 접착층(140)의 가장자리 중 적어도 두 모서리가 벤팅 유로(130)에 고정됨으로써 접착층(140)의 위치 및 형태가 완전히 고정되면 접착층(140)이 벤팅 유로(130)를 폐쇄하여 가스의 이동이 접착층(140)에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 접착층(140)은 도 3과 같이 가장자리 중 일 모서리만이 벤팅 유로(130)에 고정되도록 제공될 수 있다. 이처럼 도 3과 같이 접착층(140)이 형성되면, 전지 팩(100)의 내부 압력에 따라 접착층(140)이 벤팅 유로(130)를 개방할 수 있으므로, 파티클이 접착층(140)과 쉽게 접촉 가능하면서도, 가스의 배출이 방해되지 않을 수 있다.
접착층(140)은 도 4와 같이 개구를 포함하는 형태로 제공될 수도 있다. 접착층(140)이 개구를 포함하면, 접착층(140)의 위치가 벤팅 유로(130)에 고정되더라도 가스의 배출이 접착층(140)에 의해 방해되지 않을 수 있다. 따라서, 도 4와 같이 개구가 형성된 접착층(140)은, 모서리 중 적어도 두 개가 벤팅 유로(130)에 고정될 수 있고, 접착층(140)이 벤팅 유로(130)에 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 이상에서 구체적으로 언급되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및/또는 냉각 장치 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전지 팩이 적용되는 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단일 수 있다. 그러나, 상술한 디바이스가 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 예시 외에 다양한 디바이스에 본 실시예에 따른 전지 팩이 사용될 수 있고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전지 팩
110: 전지 모듈
120: 팩 프레임
130: 벤팅 유로
140: 접착층

Claims (8)

  1. 복수의 전지셀들을 포함하는 전지 모듈 및
    상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고,
    상기 전지 모듈과 상기 팩 프레임 사이에는 상기 전지 모듈으로부터 발생된 가스를 배출하는 벤팅 유로가 구비되고,
    상기 벤팅 유로의 내부에는 접착층이 형성된 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 벤팅 방향과 평행하게 위치하는 전지 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 내부 표면을 커버하도록 위치하는 전지 팩.
  4. 제1항에서,
    상기 접착층은 상기 벤팅 유로의 벤팅 방향과 수직하게 위치하는 전지 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착층의 일 모서리는 상기 벤팅 유로의 내부 표면에 고정되는 전지 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 접착층의 적어도 두 모서리는 상기 벤팅 유로의 내부 표면에 고정되는 전지 팩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 접착층에는 다수의 개구가 형성된 전지 팩.
  8. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
KR1020210156870A 2021-11-15 2021-11-15 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 KR20230070861A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024019414A1 (ko) * 2022-07-20 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스

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