KR20230174690A - 배터리 모듈 프레임 - Google Patents

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이형석
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Abstract

개시되는 발명은 내부에 복수의 배터리 셀을 수용하는 배터리 모듈 프레임에 관한 것으로서, 상기 배터리 모듈 프레임은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제1 층과, 상기 제1 층 위에 적층되고, 매쉬 구조의 금속 소재로 이루어진 제2 층 및 상기 제2 층 위에 적층되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제3 층을 포함한다.

Description

배터리 모듈 프레임{BATTERY MODULE FRAME}
본 발명은 배터리 모듈 프레임에 관한 것으로서, 프레임 내부에 탑재된 배터리 셀이 과열되어 화염이 발생하더라도 프레임 외부로는 화염이 노출되지 않도록 함으로써 외부의 화재나 폭발 등의 2차 피해 확산을 억제할 수 있는 배터리 모듈 프레임에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.
또한, 이차전지가 모듈이나 팩의 형태로서 집단을 이루고 있는 경우에는 어느 하나의 이차전지에 발생한 열 폭주에 의해 주변의 다른 이차전지가 연속적으로 과열되는 열 전파(Thermal Propagation) 현상이 일어나게 된다. 나아가 과열된 이차전지에서 발생한 화염이 외부로 노출되면 주변 장치를 훼손하는 것은 물론 화재나 폭발 등의 2차 피해로 확산될 수 있으므로, 이러한 화재 위험에 대한 대책을 마련할 필요가 있다.
한국공개특허 제2020-0078344호 (2020.07.01 공개)
본 발명은 내부에 탑재된 배터리 셀이 과열되어 화염이 발생하더라도 프레임 외부로는 화염이 노출되지 않도록 함으로써 외부의 화재나 폭발 등의 2차 피해 확산을 억제할 수 있는 배터리 모듈 프레임을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 내부에 복수의 배터리 셀을 수용하는 배터리 모듈 프레임에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 배터리 모듈 프레임은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제1 층과, 상기 제1 층 위에 적층되고, 매쉬 구조의 금속 소재로 이루어진 제2 층 및 상기 제2 층 위에 적층되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제3 층을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 모듈 프레임은, 상기 제1 층 내지 제3 층이 적층된 상태에서 프레스 가공으로 함께 성형될 수 있다.
그리고, 상기 제1 층 또는 제3 층에 체결부가 형성되며, 상기 체결부는 용접부 또는 볼팅부일 수 있다.
그리고, 상기 제2 층은, 상기 제1 층 및 제3 층의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 층을 이루는 금속 소재는 스틸 또는 스테인리스스틸 소재일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시형태에 따라서는, 상기 배터리 모듈 프레임의 적어도 어느 일면에는 상기 제1 층 및 제3 층의 일부에 상기 제2 층을 노출시키는 통기부가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 통기부는 상기 배터리 모듈 프레임의 상면에 형성될 수 있다.
상기 통기부는 대각 방향으로 복수 개가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 모듈 프레임의 상면에 포함된 제2 층의 매쉬 구조는 다른 면에 포함된 제2 층의 매쉬 구조보다 조밀한 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 상기 제1 층에 형성된 내측 통기부와, 상기 제3 층에 형성된 외측 통기부는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 제1 층에 형성된 내측 통기부를 중심으로 하여 상기 제3 층에 형성된 외측 통기부는 대각방향으로 이격되어 있을 수 있다.
그리고, 상기 외측 통기부는, 상기 내측 통기부로부터의 거리가 멀수록 통기면적이 커지는 복수 개의 통기공을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 배터리 모듈 프레임은, 알루미늄 소재의 구조층과 그 사이에 매쉬 구조의 금속층이 샌드위치 형태로 합체한 복합 소재로 이루어져 있음으로써, 경량의 프레임 구조를 이루는 동시에 내부에 화염이 발생하더라도 매쉬 구조를 통해 소염 작용을 일으키고, 이를 통해 화염이 외부로 배출되지 않게 된다.
또한, 매쉬 구조를 내장하면서 그 외부를 알루미늄 소재의 구조층이 감쌈으로써 용접이나 볼팅 등의 조립 구조를 손쉽게 구현할 수 있다.
그리고, 통기부의 배치와 형태를 최적화하여 내부에서 발생한 화염이 효과적으로 소염되도록 함으로써 화재의 위험을 더욱 낮출 수도 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 배터리 모듈 프레임을 포함하는 배터리 모듈의 일례를 도시한 도면.
도 2는 프레스 성형 전의 배터리 모듈 프레임의 단면 구조를 도시한 도면.
도 3은 프레스 성형을 통해 메인 프레임을 형성하는 일례를 도시한 도면.
도 4는 상부 플레이트에 통기공이 형성된 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 메인 프레임과 상부 플레이트의 매쉬 구조를 도시한 도면.
도 6은 메인 프레임과 상부 플레이트를 볼트로 결합하는 일례를 도시한 도면.
도 7은 내측 통기부와 외측 통기부의 배치 구조를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 내부에 복수의 배터리 셀을 수용하는 배터리 모듈 프레임에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상기 배터리 모듈 프레임은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제1 층과, 상기 제1 층 위에 적층되고, 매쉬 구조의 금속 소재로 이루어진 제2 층 및 상기 제2 층 위에 적층되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제3 층을 포함한다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 배터리 모듈 프레임은, 알루미늄 소재의 구조층과 그 사이에 매쉬 구조의 금속층이 샌드위치 형태로 합체한 복합 소재로 이루어져 있음으로써, 경량의 프레임 구조를 이루는 동시에 내부에 화염이 발생하더라도 매쉬 구조을 통해 소염 작용을 일으키고, 이를 통해 화염이 외부로 배출되지 않게 된다.
또한, 매쉬 구조를 내장하면서 그 외부를 알루미늄 소재의 구조층이 감쌈으로써 용접이나 볼팅 등의 조립 구조를 손쉽게 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배터리 모듈 프레임에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)을 포함하는 배터리 모듈(10)의 일례를 시한 도면이다. 배터리 모듈(10)은 배터리 셀을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체를 지칭하는 것이다. 배터리 모듈(10)은 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 셀들로 이루어져 있으며, 기계적 구조물인 배터리 모듈 프레임(100) 안에 매입된다.
배터리 셀은 각각이 에너지를 저장했다 필요할 때 외부로 공급하는 원천적인 역할을 하지만, 배터리 셀만으로는 용량이 작기 때문에 이를 한데 묶은 모듈을 만들고, 더 나아가 모듈을 몇 개 합쳐 대용량의 배터리 팩을 만들게 된다.
본 발명은 다수의 배터리 셀을 보호하는 기계적 구조물인 배터리 모듈 프레임(100)에 관한 것이다. 도 1에 하나의 예로서 도시된 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 하나의 조립체를 이루는 배터리 셀 어셈블리(400)를 포함하고 있다. 배터리 셀 어셈블리(400)의 양단에는 엔드 플레이트 어셈블리(500)와 기계적, 전기적으로 결합되는 구조체가 구비되어 있다.
그리고, 배터리 모듈 프레임(100)은, "∪" 자형 단면을 이루어 그 내부에 배터리 셀 어셈블리(400)를 수용할 공간을 형성하는 메인 프레임(102)과, 메인 프레임(102)의 개방된 상면을 덮는 상부 플레이트(104)를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈 프레임(100)의 개방된 양 측면에는 엔드 플레이트 어셈블리(500)가 결합하여 배터리 모듈(10)을 밀봉하는데, 크게 보아서는 엔드 플레이트 어셈블리(500)도 배터리 모듈 프레임(100)에 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀을 수용하는 다면체 형태, 도 1에서는 육면체 형태를 이루고 있는데, 배터리 모듈 프레임(100)의 단면 구조는 도 2에 도시되어 있다. 즉, 도 2는 메인 프레임(102)과 상부 플레이트(104)의 단면 구조를 도시하고 있으며, 더 나아가 엔드 플레이트 어셈블리(500) 역시 도 2의 단면 구조를 이룰 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 모듈 프레임(100)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제1 층(110)과, 상기 제1 층(110) 위에 적층되고 매쉬 구조의 금속 소재로 이루어진 제2 층(120)과, 상기 제2 층(120) 위에 적층되고 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제3 층(130)을 포함한다.
즉, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 알루미늄 소재로 이루어진 제1 층(110) 및 제3 층(130)의 구조층과, 구조층 사이에 매쉬 구조의 금속층이 샌드위치 형태로 합체한 복합 소재로 이루어져 있다. 여기서 구조층이라 함은 알루미늄 소재로 이루어진 제1 층(110) 및 제3 층(130)이 배터리 모듈 프레임(100)의 기계적 구조를 유지하는 역할을 하는 층임을 의미한다.
알루미늄 소재의 제1 층(110) 및 제3 층(130) 사이에 끼어 있는 제2 층(120)은 매쉬 구조의 금속층으로 이루어져 있다. 매쉬 구조의 금속층은 광의의 개념으로는 다공성의 금속층으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 금속재질의 그물망, 와이어 매쉬, 다수의 관통공이 형성된 금속 박막 등이 제2 층(120)을 형성할 수 있다. 또는, 가느다란 금속실을 나선형태로 감은 납작한 와이어 덩어리를 매쉬 구조의 금속층으로 삽입할 수도 있다.
이러한 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 구조층으로서 알루미늄 소재를 적용하면서 중간에 매쉬 금속층을 포함하고 있으므로, 알루미늄 소재에 의한 경량화와 더불어 매쉬 구조에 의한 중량 절감을 통해 경량의 프레임 구조를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은, 알루미늄 소재의 제1 층(110) 및 제3 층(130) 사이에 개재된, 매쉬 구조의 제2 층(120)이 배터리 셀의 열폭주 시 발생하는 화염을 통과시키면서 잘게 쪼갤 뿐만 아니라, 화염의 에너지를 흡수하는 흡열반응을 일으킴으로써 온도 하강 및 소염의 효과를 가져온다.
보다 구체적으로, 매쉬 구조의 제2 층(120)은 다수의 작은 구멍을 가지므로 가스나 증기 등의 기체는 제2 층(120)을 쉽게 통과할 수 있으나 화염은 상대적으로 통과하기 어렵다.
또한 제2 층(120)의 매쉬 구조는 배터리 셀 내부의 가연성 기체와 공기의 혼합물이 점화되었을 때, 연소되는 기체 혼합물에서 발생하는 열을 흡수하여 발산함으로써 주변의 기체가 자연 발화온도에 오르지 않도록 연소온도를 낮추어 주는 역할을 한다. 이것은 고온의 기체가 매쉬 구조의 제2 층(120)을 통과하면서 금속 재질의 다공 구조에 열을 빼앗기기 때문이다. 즉, 제2 층(120)은 수많은 구멍을 포함하는 금속 재질로 이루어져 있어 굉장히 넓은 단면적을 갖는 인화 방지망(flame arrester)으로 기능한다.
따라서, 배터리 셀의 열폭주에 의해 발생한 화염은 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)을 통과하면서는 더 이상 화염이 유지하지 못할 만큼의 열량을 빼앗기게 되고, 이로써 열전파 현상이나 외부 화재가 효과적으로 억제된다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태에서, 매쉬 금속층인 제2 층(120)은, 알루미늄 상기 제1 층(110) 및 제3 층(130)의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 층(120)을 이루는 금속 소재는 스틸 또는 스테인리스스틸 소재일 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(400)에서 화염이 발생하면 배터리 모듈 프레임(100)의 제1 층(110)을 녹이고 외부로 분출되려고 한다. 매쉬 금속층인 제2 층(120)이 장시간 동안 소염 기능을 유지하기 위해서는 매쉬 구조가 열에 강한 성질을 가질 필요가 있으므로, 제2 층(120)은 알루미늄 소재인 제1 층(110) 및 제3 층(130)에 비해 더 높은 용융점을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 제2 층(120)은 화염을 저지하는 소염 능력뿐만 아니라, 폭발 압력을 견디는 기계적 특성을 갖는 재질로 선정함이 바람직하다. 이런 점에서 제2 층(120)은 열에 강하면서 기계적 강도가 우수한 스틸 또는 스테인리스스틸 소재로 제작될 수 있다.
예를 들어, 제2 층(120)은 내열성 스테인리스스틸로 만들어 질 수 있다. 내열 스테인리스 강은 X10CrAlSi7, X10CrAl13, X10CrAl18 및 X18CrN28과 같은 페라이트계 스테인리스스틸 합금이나, X15CrNiSi20-12, X15CrNiSi25-20, X15CrNiSi25-21 및 X12CrNiTi18-10과 같은 오스테나이트계 스테인리스스틸 합금, 또는 NiCr15Fe, NiCr23Fe, NiCr22Mo9Nb, NiCr21Mo 및 NiCr28FeSiCe와 같은 니켈-크롬 스테인리스스틸 합금일 수 있다.
이와 같이, 매쉬 구조의 제2 층(120)은 얇은 판형이기 때문에, 배터리 모듈 프레임(100)의 사이즈 증가를 억제할 수 있다. 또한, 제2 층(120)은 다수의 구멍을 가지고 있기 때문에 중량의 증가도 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 배터리 모듈(10), 나아가 배터리 팩의 사이즈나 중량의 증가를 억제하면서, 배터리 셀로부터 화염이 분출하는 사태가 발생한 경우에 외부로의 화염의 분출을 방지함으로써 배터리 모듈(10)의 안전성을 향상시킨다.
한편, 도 3은 프레스 성형을 통해 메인 프레임(102)을 형성하는 일례를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은, 제1 층(110) 내지 제3 층(130)이 모두 적층된 평판 상태에서 프레스 가공을 통해 일괄적으로 성형될 수 있다.
이는 매쉬 구조의 제2 층(120)은 얇은 판형, 예를 들어 제2 층(120)은 1∼2㎜ 정도의 얇은 두께를 이루고 있으므로, 알루미늄 소재의 제1 층(110) 및 제3 층(130) 사이에 매쉬 구조의 제2 층(120)을 합지한 평판 형태(도 2 참조)로 제조한 후, 도 3과 같이 상형(UM)과 하형(BM) 사이에 평판 형태의 배터리 모듈 프레임(100)을 놓고 프레스 가공을 함으로써 "∪" 자형 단면의 메인 프레임(102)을 만들 수 있다.
즉, 제1 층(110) 및 제3 층(130)은 소성 가공이 용이한 알루미늄 소재이기에 프레스 가공에 적합하고, 반면 제2 층(120)을 이루는 금속 소재는 스틸 또는 스테인리스스틸 소재로서 기계적 강도가 높지만 그 두께가 얇기 때문에 프레스 가공으로 충분히 대응할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 알루미늄 소재의 제1 층(110) 및 제3 층(130) 사이에 매쉬 구조의 제2 층(120)을 합지한 평판 형태의 예비 프레임을 프레스 가공을 통해 다양한 형태로 변형하는 것이 가능하므로, 생산성 측면에서 매쉬 금속층이 없는 기존의 프레임과 동등 수준을 유지할 수 있다.
[제2 실시형태]
한편, 본 발명의 제2 실시형태에서, 배터리 모듈 프레임(100)을 이루는 상부 플레이트(104)에는 통기공이 형성될 수 있다. 도 4는 상부 플레이트(104)에 통기공이 형성된 예시적인 실시형태를 도시하고 있다.
참고로, 제2 실시형태에서는 배터리 모듈 프레임(100) 중의 상부 플레이트(104)에 통기공이 형성되는 것을 예로서 설명하고 있다. 이는 화염이 주로 위를 향해 전파되는 것을 고려한 것으로서, 메인 프레임(102)에도 통기공이 형성될 수 있음은 물론이다. 여기서, 통기공의 위치는, 통기공으로 분출되는 고온 가스나 일부 화염에 의한 외부 화재나 주변 부품에 대한 2차 피해를 고려하여 선정될 필요가 있다.
도 4를 참조하면, 배터리 모듈 프레임(100)의 상면을 이루는 상부 플레이트(104)에는 제3 층(130)의 일부에 외측 통기부(320)가 형성되어 있으며, 외측 통기부(320)를 통해 제2 층(120)이 외부로 노출되어 있다. 그리고, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상부 플레이트(104)의 제1 층(110)에도 제2 층(120)을 노출하는 내측 통기부(310)가 형성되어 있다.
내측 및 외측 통기부(310, 320)를 포함하는 통기부(300)는 배터리 모듈 프레임(100)의 제1 층(110) 및 제3 층(130)의 일부를 각각 절개한 부분으로서, 통기부(300)에 의해 제2 층(120)이 노출된다. 배터리 모듈(10) 내에서 화염이 발생하여 온도와 압력이 상승하게 되면, 배터리 모듈 프레임(100)의 일부분이 용융되면서 화염이 외부로 분출하게 된다. 이러한 화염의 분출 부위는 화재의 발생지점이나 배터리 모듈 프레임(100)의 국부적 강도 등에 의해 결정될 수 있는데, 이러한 부위는 예측하기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 제2 실시형태에서는, 의도적으로 제1 층(110) 및 제3 층(130)의 일부를 각각 절개한 통기부(300)를 형성하고, 이를 통해 화염이 정해진 지점, 즉 통기부(300)에서 분출되도록 그 위치를 제한하고 있다. 따라서, 통기부(300)의 위치를 적절히 설계함으로써 외부 화재 등 2차 피해의 위험을 크게 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 통기부(300)는 하나의 면, 도면을 예로 하면 배터리 모듈 프레임(100)의 상면에 대각 방향으로 복수 개가 형성될 수 있다. 통기부(300)는 매쉬 금속층인 제2 층(120)을 통과하여 제3 층(130) 바깥으로 화염이 분출되는 영역이므로, 복수의 통기부(300)를 형성할 경우 서로의 거리를 멀리 확보함으로써 화염이 충분한 거리와 시간 동안 제2 층(120)을 거치면서 열을 상실하게 된다.
그리고, 제1 층(110)에 형성된 내측 통기부(310)와, 제3 층(130)에 형성된 외측 통기부(320)는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직할 수 있다. 이 역시 내측 통기부(310)와 외측 통기부(320)가 바로 연결되면 제2 층(120)에 의한 소염 작용이 발휘될 정도의 충분한 화염 경로를 확보하기 어렵기 때문이다.
예를 들어, 도 7에 도시된 것처럼, 제1 층(110)에 형성된 내측 통기부(310)를 중심으로 하여 제3 층(130)에 형성된 외측 통기부(320)는 대각방향으로 이격되어 있을 수 있다. 이러한 내측 통기부(310)와 외측 통기부(320)의 배치에 의해, 내측 통기부(310)와 외측 통기부(320)는 서로 중첩되지 않으면서 외측 통기부(320) 사이의 거리를 멀게 만들 수 있다.
그리고, 외측 통기부(320)는 복수 개의 통기공이 하나의 군을 이루는 형태로 구성될 수 있는데, 이러한 경우에 외측 통기부(320)는 내측 통기부(310)로부터의 거리(d)가 멀수록 통기공의 통기면적이 커지는 단계적인 크기 배열을 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 제2 층(120)의 매쉬 구조를 통과하는 화염 경로가 길어서 충분히 열을 뺏긴 화염이 내측 통기부(310)로부터의 거리(d)가 먼 바깥쪽의 통기공으로 좀 더 많이 배출되도록 하는 것이 소염 측면에서 유리하기 때문이다.
아울러, 화염이 주로 배터리 모듈 프레임(100)의 상면을 향한다는 점을 고려하여, 배터리 모듈 프레임(100)의 상면에 포함된 제2 층(120)의 매쉬 구조, 즉 상부 플레이트(104)의 매쉬 구조를 다른 면에 포함된 제2 층(120)의 매쉬 구조보다 조밀하게 만드는 것도 가능하다. 이는 매쉬 구조가 조밀할수록 열전달 면적이 증가함에 따라 화염 억제능력이 향상되기 때문이다.
그리고, 알루미늄 소재인 제1 층(110) 또는 제3 층(130)에는 체결부(200)가 형성될 수 있으며, 이러한 체결부(200)는 용접부(210) 또는 볼팅부(220)일 수 있다. 도 5는 체결부(200)가 용접부(210)로 형성되는 일례를, 그리고 도 6은 볼팅부(220)가 체결부(200)를 형성하는 예를 각각 도시하고 있다.
본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 화염 억제를 위한 매쉬 금속층을 포함하고 있지만, 매쉬 구조의 제2 층(120)은 알루미늄 소재인 제1 층(110)과 제3 층(130) 사이에 매립되어 있으며, 이에 따라 제1 층(110) 및 제3 층(130)이 배터리 모듈 프레임(100)의 견고한 구조층을 이루게 된다. 따라서, 본 발명의 배터리 모듈 프레임(100)은 매쉬 구조체를 내장하면서 그 외부를 알루미늄 소재의 구조층이 감쌈으로써 용접이나 볼팅 등의 체결구조를 손쉽게 구현할 수 있다.
참고로, 도 5 및 도 6은 각각 용접부(210) 및 볼팅부(220)가 체결부(200)를 구성하는 일례를 도시하고 있는데, 하나의 배터리 모듈 프레임(100)이 체결부(200)로서 용접부(210)와 볼팅부(220)를 복합적으로 포함할 수 있음은 물론이다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 모듈 프레임
102: 메인 프레임 104: 상부 플레이트
110: 제1 층 120: 제2 층
130: 제3 층 200: 체결부
210: 용접부 220: 볼팅부
300: 통기부 310: 내측 통기부
320: 외측 통기부 400: 배터리 셀 어셈블리
500: 엔드 플레이트 어셈블리
UM: 상형 BM: 하형

Claims (13)

  1. 내부에 복수의 배터리 셀을 수용하는 배터리 모듈 프레임에 있어서,
    상기 배터리 모듈 프레임은,
    알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제1 층;
    상기 제1 층 위에 적층되고, 매쉬 구조의 금속 소재로 이루어진 제2 층; 및
    상기 제2 층 위에 적층되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 제3 층;
    을 포함하는 배터리 모듈 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 프레임은,
    상기 제1 층 내지 제3 층이 적층된 상태에서 프레스 가공으로 함께 성형되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 층 또는 제3 층에 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 체결부는,
    용접부 또는 볼팅부인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은,
    상기 제1 층 및 제3 층의 용융점보다 더 높은 용융점을 갖는 금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 층을 이루는 금속 소재는 스틸 또는 스테인리스스틸 소재인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 프레임의 적어도 어느 일면에는,
    상기 제1 층 및 제3 층의 일부에 상기 제2 층을 노출시키는 통기부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 통기부는,
    상기 배터리 모듈 프레임의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  9. 제9항에 있어서,
    상기 통기부는,
    대각 방향으로 복수 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 프레임의 상면에 포함된 제2 층의 매쉬 구조는, 다른 면에 포함된 제2 층의 매쉬 구조보다 조밀한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 층에 형성된 내측 통기부와, 상기 제3 층에 형성된 외측 통기부는 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 층에 형성된 내측 통기부를 중심으로 하여 상기 제3 층에 형성된 외측 통기부는 대각방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외측 통기부는,
    상기 내측 통기부로부터의 거리가 멀수록 통기면적이 커지는 복수 개의 통기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 프레임.
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