KR20240012309A - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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KR20240012309A
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김승준
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 복수의 전지셀 유닛들이 적층된 전지셀 어셈블리; 상기 전지셀 어셈블리가 장착되는 팩 트레이; 상기 팩 트레이 상에서 상기 전지셀 어셈블리의 일 측면에 위치하고 내부에 가스 통로가 마련된 팩 크로스 빔; 및 상기 전지셀 어셈블리의 상부에 위치하는 벤팅 유닛;을 포함한다. 상기 전지셀 유닛은, 적어도 하나의 전지셀 및 적어도 하나의 상기 전지셀을 부분적으로 감싸는 셀 커버를 포함하고, 상기 셀 커버에는 적어도 하나의 벤팅부가 형성된다. 상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅부에서 분출되는 가스를 상기 가스 통로까지 유도하는 복수의 벤팅 채널들을 포함하고, 상기 벤팅 채널들 각각은, 상기 전지셀 유닛들 각각과 대응하도록 위치한다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 7월 20일자 한국 특허 출원 제10-2022-0089869호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 CTP(Cell To Pack) 타입의 전지팩에 있어서, 열적 이벤트가 발생한 경우 벤팅 가스가 특정 경로를 따라 전지팩의 외부로 배출되도록 하여 전지팩 내부에 열 폭주 전이를 최소하고 구조적 붕괴를 막을 수 있는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
현재 이차전지는 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 사용되고 있을 뿐만 아니라, 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 광범위하게 사용되고 있다.
일반적으로 이차전지는 하나당 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 대용량 및 고출력이 요구되는 전기자동차나 전력저장장치의 경우, 다수의 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 전지 모듈과, 상기 전지 모듈을 직렬 및/또는 병렬 연결한 전지팩을 에너지원으로 사용하고 있다. 즉, 종래의 전지팩은 그 하위 개념으로 전지 모듈을 포함하고, 전지 모듈은 그 하위 개념으로 전지셀을 포함한다. 그리고 전지 모듈에 들어가는 전지셀의 개수 또는 전지팩에 들어가는 전지 모듈의 개수는 전기자동차에 요구되는 전지팩의 출력이나 용량에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
한편, 종래 전지팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 전지셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 전지팩의 부피와 무게가 불필요하게 증가하거나 전지셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 전지셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 전지팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는데 한계가 생길 수 있다.
또한, 종래의 전지팩의 경우, 대표적으로 중요한 문제 중 하나가 안전성이다. 특히, 전지팩에 포함된 다수의 전지셀 중, 어느 하나의 전지셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트가 다른 전지셀로 전파(propagation)되는 것을 차단할 필요가 있다.
만일, 전지셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 전지팩에 포함된 다른 전지셀의 열적 이벤트로 이어져, 전지팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 전지팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 전지팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 구성을 생략하고 전지셀들 단위로 조립된 CTP 타입의 전지팩을 제공하여 전지팩의 조립 공정과 에너지 밀도를 향상하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, CTP 타입의 전지팩에 있어서, 열적 이벤트가 발생한 때를 대비하여, 벤팅 가스가 미리 의도한 특정 경로를 따라 이동하여 전지팩의 외부로 배출되도록 유도하는 것이다. 이에 따라, 전지팩 내부에 전지셀들 간 열 폭주 전이를 최소하고 전지팩의 구조적 붕괴를 방지할 수 있다.
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 전지팩은, 복수의 전지셀 유닛들이 적층된 전지셀 어셈블리; 상기 전지셀 어셈블리가 장착되는 팩 트레이; 상기 팩 트레이 상에서 상기 전지셀 어셈블리의 일 측면에 위치하고 내부에 가스 통로가 마련된 팩 크로스 빔; 및 상기 전지셀 어셈블리의 상부에 위치하는 벤팅 유닛;을 포함한다. 상기 전지셀 유닛은, 적어도 하나의 전지셀 및 적어도 하나의 상기 전지셀을 부분적으로 감싸는 셀 커버를 포함하고, 상기 셀 커버에는 적어도 하나의 벤팅부가 형성된다. 상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅부에서 분출되는 가스를 상기 가스 통로까지 유도하는 복수의 벤팅 채널들을 포함하고, 상기 벤팅 채널들 각각은, 상기 전지셀 유닛들 각각과 대응하도록 위치한다.
상기 벤팅 채널들 각각은 상호 간 공유되지 않는 독립적인 벤팅 공간을 가질 수 있다.
상기 벤팅 채널들은, 상기 벤팅 유닛 내부의 격벽부에 의해 구획될 수 있다.
상기 벤팅 채널은, 상기 전지셀 유닛이 적층되는 방향과 수직한 방향인 상기 전지셀 유닛의 길이 방향을 따라 이어질 수 있다.
상기 벤팅 채널들 각각은, 상기 전지셀 유닛들 각각과 일대일로 연통될 수 있다.
상기 셀 커버는 하측이 개방된 형태일 수 있다.
상기 셀 커버는 상면부 및 측면부들을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 상기 벤팅부가 상기 상면부에 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 일부분이 관통된 홀 형태일 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 일부분이 인접 부분에 비해 강성이 약해 일정 압력 이상의 힘이나 열이 가해지면 파열되는 부분일 수 있다.
상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅부와 연통되는 인렛들을 포함할 수 있다.
상기 인렛에 메쉬 구조가 구비될 수 있다.
상기 벤팅 유닛과 상기 팩 크로스 빔 중 어느 하나에 접속부가 형성될 수 있고, 다른 하나에 상기 접속부와 결합되는 접속홀이 형성될 수 있다. 상기 접속부들 각각은, 상기 벤팅 채널 각각과 일대일로 연통될 수 있다.
상기 접속부들이 대응하는 상기 접속홀들에 일대일로 끼워지며 결합될 수 있다.
상기 접속부 또는 상기 접속홀 중 적어도 하나의 내부에 일정 압력 이상에서 파열되는 구조의 파열 디스크가 구비될 수 있다.
상기 벤팅 채널은, 상기 접속부 및 상기 접속홀을 통해, 상기 팩 크로스 빔의 상기 가스 통로와 연통될 수 있다.
상기 팩 크로스 빔은, 상기 가스 통로를 구획하는 복수의 메쉬부를 포함할 수 있고, 상기 메쉬부들은, 상기 팩 크로스 빔의 길이 방향으로 따라 상기 접속부들 사이의 지점마다 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는, 상기 전지팩을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지셀들을 공간 효율적으로 팩 트레이에 수납할 수 있고 종래의 전지팩에 비해 에너지 밀도가 높고, 조립 공정이 간소화된 전지팩이 제공될 수 있다.
또한, 전지셀에 열적 이벤트가 발생한 때, 해당 전지셀에서 분출하는 고온의 벤팅 가스나 화염이 미리 의도한 특정 경로를 따라 이동하여 전지팩의 외부로 배출된다. 이에 따라, 전지팩 내부에 전지셀들 간의 열 폭주 전이가 최소화되고 전지팩의 구조적 붕괴가 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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 일 부분을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지팩에서, 벤팅 유닛을 제거한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리와 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 전지셀 어셈블리에 포함된 전지셀 유닛들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 6은, 도 5의 전지셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 7은, 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 전지셀을 나타난 도면이다.
도 8은 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 셀 커버를 나타낸 사시도이다.
도 9의 (a)와 (b)는 각각 도 8의 절단선 C-C’에 따른 단면으로써, 본 발명의 실시예들을 나타낸 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 1의 절단선 A-A’에 따른 단면 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 1의 절단선 B-B’에 따른 단면 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 13은 도 5 및 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 전지셀과 버스바 모듈을 확대하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 14는 도 5 및 6의 버스바 모듈에 포함된 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 15는 도 5 및 6의 버스바 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 16은 도 5의 전지셀 유닛에서 버스바 모듈이 장착된 부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 일 부분을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지팩에서, 벤팅 유닛을 제거한 모습을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리와 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지셀 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 복수의 전지셀 유닛(100)들이 적층된 전지셀 어셈블리(100A); 전지셀 어셈블리(100A)가 장착되는 팩 트레이(1100); 팩 트레이(1100) 상에서 전지셀 어셈블리(100A)의 일 측면에 위치하고 내부에 가스 통로가 마련된 팩 크로스 빔(1200); 및 전지셀 어셈블리(100A)의 상부에 위치하는 벤팅 유닛(400);을 포함한다.
팩 트레이(1100)는 전지셀 어셈블리(100A)가 안착되는 공간을 구비하며, 전지셀 어셈블리(100A)는 팩 트레이(1100)의 안착 공간에 수용될 수 있다. 팩 트레이(1100)는 상단이 개방된 박스 형태일 수 있다. 즉, 팩 트레이(1100)는, 바닥부(1100F)와 바닥부(1100F)의 일 모서리로부터 수직으로 연장되는 측벽부(1100S)를 포함할 수 있고, 전지셀 어셈블리(100A)는 바닥부(1100F)와 측벽부(1100S)가 형성하는 안착 공간에 수용될 수 있다. 한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 팩 트레이(1100)의 개방된 상부를 덮는 팩 커버를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지팩(1000)은 상술한 안착 공간을 구획하는 팩 크로스 빔(1200)을 포함할 수 있다. 팩 크로스 빔(1200)에 의해 안착 공간에 장착된 전지셀 어셈블리(100A)가 이탈되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은 전지셀 어셈블리(100A)의 다른 측면에 배치되는 팩 사이드 빔(1500)을 포함할 수 있다. 팩 크로스 빔(1200)과 팩 사이드 빔(1500)에 의해 전지셀 어셈블리(100A)의 전후 좌우로의 이동이 최소화됨으로써, 외부 진동 및 충격에 따른 전지셀 어셈블리(100A)의 손상이 방지될 수 있다. 이러한 팩 크로스 빔(1200)의 내부에는 가스 통로가 마련되는데, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
팩 크로스 빔(1200)은, 전지셀 어셈블리(100A) 내에서 전지셀 유닛(100)이 적층되는 방향을 따라 연장되는 형태일 수 있고, 팩 사이드 빔(1500)은, 전지셀 어셈블리(100A) 내에서 전지셀 유닛(100)이 적층되는 방향과 수직한 방향을 따라 연장되는 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 전지셀 유닛(100)이 Y축과 평행한 방향을 따라 적층될 수 있고, 팩 크로스 빔(1200)은 이러한 Y축과 평행한 방향을 따라 연장될 수 있으며, 팩 사이드 빔(1500)은 이러한 Y축과 수직인 X축과 평행한 방향을 따라 연장될 수 있다. 이 때, 본 명세서에서 전지셀 유닛(100)이 적층되는 방향과 수직한 방향은 전지셀 유닛(100)의 길이 방향에 해당하고, 이러한 전지셀 유닛(100)의 길이 방향은 X축과 평행한 방향일 수 있다.
팩 크로스 빔(1200)과 팩 사이드 빔(1500)은, 상호 이격되도록 배치되거나 교차되도록 배치되어 상기 복수의 안착 공간을 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 전지셀 어셈블리(100A)는 팩 트레이(1100) 내부에 2열로 배치될 수 있고, 팩 크로스 빔(1200)은 2열로 배치되는 전지셀 어셈블리(100A)를 이격시키도록 팩 트레이(1100)의 중앙 부분을 가로질러 배치될 수 있다. 팩 사이드 빔(1500)은 각 열에 배치된 전지셀 어셈블리(100A)들을 이격시키도록 팩 크로스 빔(1200)과 수직하게 배치되고, 일정 간격을 두어 복수개로 배치될 수 있다. 그러나 이는 전지팩(1000)의 내부 구조를 예시한 것으로써, 본 실시예의 전지팩(1000)의 구조가 상술한 예시에 한정되지 않는다.
한편, 상술한 바와 같이 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)는 전지셀 유닛(100)들의 외면을 보호하는 별도의 프레임이 최소화된 상태로 제공될 수 있다. 즉, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)는 모듈-리스(Module-less)구조를 가질 수 있다. 여기서, 모듈-리스 구조란, 모듈 프레임 없이 전지셀 구조가 전지팩 구조에 바로 결합되는 셀투팩(cell to pack) 구조를 지칭하는 것일 수 있다.
통상적으로, 종래의 전지팩(1000)들은, 복수의 전지셀 및 이와 연결된 여러 부품들을 조립하여 전지 모듈을 형성하고, 복수의 전지 모듈이 다시 전지팩(1000)에 수용되는 이중 조립 구조를 가지고 있다. 이 때, 전지 모듈은 그 외면을 형성하는 모듈 프레임 등을 포함하므로, 종래의 전지셀들은 전지 모듈의 모듈 프레임 및 전지팩(1000)의 팩 트레이(1100)에 의해 이중으로 보호된다. 그러나, 이러한 이중 조립 구조는 전지팩(1000)의 제조 단가 및 제조 공정을 증가시킬 뿐 아니라, 일부 전지셀에서 불량이 발생하는 경우 재조립성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 냉각 부재 등이 전지 모듈의 외부에 존재하는 경우, 전지셀과 냉각 부재 사이의 열전달 경로가 다소 복잡해지는 문제가 있다.
이에, 본 실시예에서 전지팩(1000)에 장착되는 단위 모듈은 모듈 프레임이 생략된 ‘전지셀 어셈블리’의 형태로 제공될 수 있다. 이를 통해, 전지팩(1000)의 구조가 보다 단순해질 수 있으며, 제조 단가 및 제조 공정을 상의 이점을 획득할 수 있고, 전지팩(1000)의 경량화가 달성되는 효과를 가질 수 있다.
본 실시예의 경우, 종래의 전지 모듈이나 전지팩과 같이 모듈 케이스나 적층용 프레임, 전지셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다. 즉, 본 실시예에서 해당 구성 요소들이 차지하는 공간이 제거됨에 따라 전지셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있고, 전체 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리, 전지셀 유닛 및 전지셀에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 전지셀 어셈블리에 포함된 전지셀 유닛들 중 하나를 나타낸 사시도이다. 도 6은, 도 5의 전지셀 유닛의 분해 사시도이다. 도 7은, 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 전지셀을 나타난 도면이다.
도 4 내지 도 7을 함께 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100A)는, 일 방향을 따라 적층되는 복수의 전지셀 유닛(100)들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 유닛(100)은, 적어도 하나의 전지셀(110) 및 적어도 하나의 전지셀(110)을 부분적으로 감싸는 셀 커버(200)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지셀(110)은, 다양한 형태의 전지셀일 수 있으며, 예를 들어 파우치형 전지셀, 각형 전지셀 또는 원통형 전지셀일 수 있다. 일례로, 도 7에 도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이하에서는 파우치형 전지셀에 관해 설명하나, 본 실시예에 따른 전지셀(110)을 이에 한정되지 않고, 다양한 종류의 전지셀이 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀(110)은, 일 방향 또는 양 방향으로 돌출되는 전극 리드(111)들을 갖는 전극 조립체가 파우치 케이스(114)에 수납된 형태일 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 장방형의 시트 형상일 수 있다. 전지셀(110)은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스(114)에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스(114)의 외주부를 접착하여 형성될 수 있다. 일례로, 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111)들이 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예로써, 전지셀(110)의 전극 리드(111)들이 모두 한 방향으로 돌출되는 구조도 가능하다. 전극 리드(111)들 중 하나는 양극 리드이고, 다른 하나는 음극 리드이다.
전지셀(110)은, 파우치 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 파우치 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114s)를 갖고, 실링부(114s)는 융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 폴딩부(115)로 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은, 전극 조립체가 파우치 케이스(114) 내부에 수납되고 파우치 케이스(114)의 외주변이 실링되어 실링부(114s)가 형성된 형태의 파우치형 이차 전지일 수 있다. 도 7에서 파우치 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)에 실링부(114s)가 형성된 것만 도시되어 있고, 폴딩부(115)와 마주하는 변에는 실링부가 도시되어 있지 않지만, 폴딩부(115)와 마주하는 변의 실링부는, 공간 활용성을 위해 실링이 완료된 이후에 한쪽으로 접힌 상태이다.
라미네이트 시트의 파우치 케이스(114)는, 밀봉을 위한 내측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 금속층 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층을 포함할 수 있다. 파우치 케이스(114) 내부의 전극 조립체를 기준으로, 내측 수지층이 가장 안쪽에 위치하고, 외측 수지층이 가장 바깥쪽에 위치하며, 금속층이 내측 수지층과 외측 수지층 사이에 위치할 수 있다.
외측 수지층은 외부로부터 전극 조립체를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 띌 수 있다. 이러한 외측 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 금속층은 공기, 습기 등이 파우치형 이차 전지 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 내측 수지층은 전극 조립체를 내장한 상태에서 인가된 열 및/또는 압력에 의해 서로 열 융착될 수 있다. 이러한 내측 수지층은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)을 포함할 수 있다.
파우치 케이스(114)가 2개의 부분으로 구분되고, 상기 2개의 부분 중 적어도 하나에 전극 조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부가 형성될 수 있다. 이러한 수납부의 바깥 둘레를 따라, 파우치 케이스(114)의 상기 2개의 부분들의 내측 수지층끼리 서로 접합되어 실링부(114s)가 마련될 수 있다. 이러한 방식으로 파우치 케이스가 밀봉되어, 파우치형 이차 전지인 전지셀(110)이 제조될 수 있다.
전지셀 유닛(100) 내에서, 전지셀(110)은 하나 또는 복수로 구성될 수 있다. 일례로 도 6에는 전지셀 유닛(100)이 3개의 전지셀(110)을 포함하는 것이 도시되어 있다. 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층될 수 있다. 특히, 복수의 전지셀(110)들이, 셀 본체(113)의 일면끼리 마주하도록 직립한 채, y축과 평행한 방향을 따라 적층될 수 있다. 이에 따라, 전극 리드(111)들은 전지셀(110)들이 적층되는 방향과 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 전지셀(110)에서 하나의 전극 리드(111)는 x축 방향을 향해 돌출될 수 있고, 다른 전극 리드(111)는 -x축 방향을 향해 돌출될 수 있다. 만일 전극 리드(111)들이 일 방향으로만 돌출된 전지셀이라면, 전극 리드(111)들은 x축 방향 또는 -x축 방향으로 돌출될 수 있다.
도 8은 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 셀 커버를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 8을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 셀 커버(200)는, 상술한 것처럼, 적어도 하나의 전지셀(110)을 부분적으로 감싼다. 셀 커버(200)는, 측면부(210)와 상면부(220)를 포함할 수 있다. 측면부(210)는 전지셀(110)의 일 측면을 커버할 수 있고, 상면부(220)는 전지셀(110)의 상부를 커버할 수 있다. 셀 커버(200)는, 2개의 측면부(210)들과 1개의 상면부(220)를 포함할 수 있다. 측면부(210)들의 일면과 상면부(220)의 일면이 수직할 수 있고, 측면부(210)들은 각각 상면부(220)의 마주하는 양 변으로부터 하향 연장될 수 있다. 본 실시예에 따른 셀 커버(200)는 하측이 개방된 형태일 수 있다. 즉, 도 8에서 셀 커버(200)를 yz 평면을 따라 자를 경우, 셀 커버(200)는 ‘n’ 형상을 띌 수 있다. 셀 커버(200)는 6면의 전지셀(110)에서 전극 리드(111)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련될 수 있다.
셀 커버(200)는 열폭주 현상을 지연할 수 있을 뿐 아니라, 전지셀(110)의 강성을 보완함으로써, 전지셀(110)이 직립 상태를 유지하도록 할 수 있다. 셀 커버(200)는 전지셀(110)의 적어도 일부를 커버함으로써 전지셀(110)을 지지할 수 있고, 일 방향으로 직립되어 배치된 전지셀(110)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 셀 커버(200)의 측면부(210)들이 전지셀(110)의 측면을 지지함으로써 전지셀(110)의 직립 상태가 유지될 수 있다. 또한 셀 커버(200)의 하측 가장자리가 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 위의 써멀 레진층(1300)에 안착될 수 있고, 이를 통해 셀 커버(200)가 자립하고, 셀 커버(200) 내부의 전지셀(110)의 기립 상태가 유지될 수 있다.
도 9의 (a)와 (b)는 각각 도 8의 절단선 C-C’에 따른 단면으로써, 본 발명의 실시예들을 나타낸 단면도들이다.
도 8 및 도 9의 (a)와 (b)를 참고하면, 본 실시예에 따른 셀 커버(200)에는 적어도 하나의 벤팅부(200V)가 형성될 수 있다. 적어도 하나의 벤팅부(200V)는 셀 커버(200)의 상면부(220)에 형성될 수 있다.
셀 커버(200) 내부에서 적어도 하나의 전지셀(110)에 열 폭주(Thermal runaway)가 발생하여 고온의 가스와 화염이 발생할 때, 셀 커버(200)에 형성된 벤팅부(200V)는, 이러한 고온의 가스와 화염을 후술하는 벤팅 유닛(400)으로 배출시키기 위한 통로로 기능한다. 가스와 화염의 효율적인 배출이 가능하다면, 하나의 셀 커버(200)에 마련되는 벤팅부(200V)의 개수와 면적에 특별한 제한은 없다. 일례로 도 8 등에 도시된 것처럼, 셀 커버(200)의 상면부(220)에 3개의 벤팅부(200V)가 형성될 수 있고, 가운데 형성된 벤팅부(200V)의 면적이 다른 벤팅부(200V)의 면적보다 다소 클 수 있다.
종래에는 전지셀(110)에 발화가 발생하는 경우, 가스 및 스파크 등이 전극 리드(111) 방향으로 이동함으로써 추가적인 열폭주 현상을 발생시키는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 셀 커버(200)에 벤팅부(200V)를 형성됨으로써 전극 리드(111)가 위치한 방향으로의 가스 및 스파크의 이동이 최소화될 수 있다. 벤팅부(200V)에 의한 가스 배출 경로가 전극 리드(111)와 이격될 수 있고, 전극 리드(111) 및 이와 연결되는 전장 부재들이 가스, 스파크 또는 화염등에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 9의 (a)에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅부(200Va)는, 셀 커버(200)의 상면부(220)에서 일부분이 관통된 홀 형태일 수 있다. 또는 도 9의 (b)에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(200Vb)는, 상면부(220)의 일부분의 강성을 그 인접 부분보다 상대적으로 매우 약하게 하여, 일정 압력 이상의 힘이나 열이 가해지면 해당 부분이 파열되는 부분일 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)로 감싸인 적어도 하나의 전지셀(110)에서 고온의 가스나 화염이 분출하면 벤팅부(200V)을 통해 고온의 가스나 화염이 배출되고, 후술하는 벤팅 유닛(400)의 내부로 유도될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(400)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 3, 도 5, 도 6, 도 8 및 도 10을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(400)은, 전지셀 어셈블리(100A)의 상부에 위치한다. 또한, 벤팅 유닛(400)은, 셀 커버(200)의 벤팅부(200V)에서 분출되는 가스를 후술하는 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로까지 유도하는 복수의 벤팅 채널(410)들을 포함하고, 벤팅 채널(410)들 각각은, 전지셀 유닛(100)들 각각과 대응하도록 위치한다. 벤팅 유닛(400)은, 특정 전지셀 유닛(100)에 포함된 전지셀(110)에서 열적 이벤트가 발생하여 해당 전지셀 유닛(100)에서 고온의 가스가 분출되는 상황일 때, 해당 전지셀 유닛(100)의 벤팅부(200V)에서 팩 크로스 빔(1200)의 내부까지 고온의 가스가 흐르도록 안내할 수 있다.
벤팅 유닛(400)은, 내부에 가스가 이동할 수 있는 통로인 복수의 벤팅 채널(410)들을 포함한다. 벤팅 채널(410)들 각각은 상호 간 공유되지 않는 독립적인 벤팅 공간을 가질 수 있다. 벤팅 유닛(400)은 내부 공간을 구획하는 격벽부(420)를 포함할 수 있고, 벤팅 채널(410)들은, 벤팅 유닛(400) 내부의 격벽부(420)에 의해 구획될 수 있다.
벤팅 유닛(400)은, 내부 공간을 갖는 박스형 구조물일 수 있고, 이러한 내부 공간이 격벽부(420)에 의해 구획되어 벤팅 채널(410)이 마련될 수 있다. 벤팅 채널(410)들 상호 간에는 격벽부(420)에 의해 완전히 가로 막혀, 서로의 공간이 공유되지 않고, 독립적인 벤팅 경로를 가질 수 있다. 이에 어느 한 벤팅 채널(410)을 통과하는 고온의 가스나 화염이 인접한 다른 벤팅 채널(410)로 전파되지 않는다.
도 11은 도 1의 절단선 A-A’에 따른 단면 중 일부를 나타낸 단면도이다. 도 12는 도 1의 절단선 B-B’에 따른 단면 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3, 도 6, 도 8, 도 10, 도 11 및 도 12를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(400)은, 전지셀 유닛(100)의 벤팅부(200V)와 연통되는 인렛(430)들을 포함할 수 있다. 인렛(430)들은 벤팅 유닛(400)의 하면에 형성될 수 있고, 벤팅부(200V)를 통해 배출되는 고온의 가스와 화염이 인렛(430)을 거쳐 벤팅 채널(410)의 내부로 유입될 수 있다.
벤팅 채널(410)은, 전지셀 유닛(100)이 적층되는 방향과 수직한 방향인 전지셀 유닛(100)의 길이 방향을 따라 이어질 수 있다. 또한, 벤팅 채널(410)들 각각은, 전지셀 유닛(100)들 각각과 일대일로 연통될 수 있다. 즉, 벤팅 채널(410)의 개수는, 전지셀 어셈블리(100A) 내에서의 전지셀 유닛(100)의 개수와 일치할 수 있고, 어느 하나의 전지셀 유닛(100)은, 그 상부에 위치한 벤팅 채널(410)과만 연통되고, 다른 벤팅 채널(410)과는 연통되지 않을 수 있다.
어느 하나의 전지셀 유닛(100)에서 발생한 고온의 가스와 화염은, 그와 연통된 벤팅 채널(410)로만 배출되며, 다른 벤팅 채널(410)로는 이동이 제한된다. 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100A)에서, 전지셀(110)들은, 셀 커버(200)에 수납되면서 전지셀 유닛(100)을 이룬다. 어느 한 전지셀 유닛(100)에서 발생한 열폭주 현상에 따른 고온의 가스나 화염은, 셀 커버(200)의 측면부(210)에 막혀, 인접한 다른 전지셀 유닛(100)으로 전파되지 못한다. 셀 커버(200)는 열폭주 현상에서도 용융되지 않도록 높은 용융점을 가지는 소재로 제조될 수 있다. 또한, 셀 커버(200)는 전지셀(110)을 안정적으로 지지할 수 있도록 기계적 강도가 소정의 범위 이상인 물질로 제조될 수 있으며, 이를 통해 외부의 충격 등으로부터 전지셀(110)을 보호할 수 있다. 셀 커버(200)에 사용되는 재료의 예로는 스틸, 스테인리스 스틸(SUS) 등을 들 수 있다.
또한, 고온의 가스나 화염이 해당 전지셀 유닛(100)의 상부에서 일대일로 대응하는 벤팅 채널(410)로 배출될 때, 벤팅 채널(410)들 각각은 상호 간 공유되지 않는 독립적인 벤팅 공간을 갖기 때문에 고온의 가스나 화염이 인접한 다른 벤팅 채널(410)로 유입되지 않는다. 따라서, 인접한 다른 벤팅 채널(410)과 그 아래 위치한 다른 전지셀 유닛(100)으로 고온의 가스나 화염이 역류할 위험도 없다. 만일 벤팅 채널(410)들의 벤팅 공간의 서로 공유된다면, 열폭주 현상이 발생한 전지셀 유닛(100)과 인접한 다른 전지셀 유닛(100)은, 내부 압력이 상대적으로 낮기 때문에 발생한 고온의 가스나 화염이 그 내부로 유입될 위험이 있다. 본 실시예에서는, 전지셀 유닛(100) 별로 독자적인 벤팅 경로를 구현함으로써, 전지셀(110)들 간의 열 폭주 전이가 최소화되고 전지팩의 구조적 붕괴가 방지될 수 있도록 하였다.
한편, 본 실시예에 따른 인렛(430)에 메쉬 구조가 구비될 수 있다. 메쉬 구조는, 금속 소재로 형성될 수 있다. 고온의 가스나 화염에 포함된 금속 파티클이 인렛(430)을 통과할 때, 상기 메쉬 구조에 의해 필터링될 수 있으며, 금속 파티클이 메쉬 구조에 부딪히며 온도가 저감되어 폭발의 위험을 줄일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 벤팅 유닛(400)과 팩 크로스 빔(1200)이 상호 연결될 수 있다. 구체적으로, 벤팅 유닛(400)과 팩 크로스 빔(1200) 중 어느 하나에 접속부가 형성될 수 있고, 다른 하나에 상기 접속부와 결합되는 접속홀이 형성될 수 있다. 예를 들어 도 12에 도시된 것처럼, 벤팅 유닛(400)에 접속부(440)가 형성될 수 있고, 팩 크로스 빔(1200)에 접속부(440)가 삽입되는 접속홀(1220)이 형성될 수 있다. 다른 실시예로써, 팩 크로스 빔(1200)에 접속부가 형성되고 벤팅 유닛(400)에 팩 크로스 빔(1200)의 접속부가 삽입되는 접속홀이 형성되는 것도 물론 가능하다.
본 실시예에 따른 접속부(440)는 접속홀(1220)에 삽입되어 결합될 수 있도록 파이프 형태일 수 있다. 접속부(440)들이 대응하는 접속홀(1220)들에 일대일로 끼워지며 결합될 수 있다. 또한, 접속부(440)들 각각은, 벤팅 채널(410) 각각과 일대일로 연통될 수 있다.
상술한 것처럼, 팩 크로스 빔(1200)의 내부에는 가스 통로(1210)가 마련된다. 즉, 팩 크로스 빔(1200)은 벤팅 가스를 외부로 배출시키기 위한 통로로 기능하도록 중공 구조로 마련될 수 있다. 접속부(440)와 접속홀(1220)의 결합을 통해, 벤팅 유닛(400)의 벤팅 채널(410)과 팩 크로스 빔(1200) 내부의 가스 통로(1210)가 연통될 수 있다. 즉, 벤팅 채널(410)은 접속부(440) 및 접속홀(1220)을 통해 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로(1210)와 연통될 수 있다.
이에 따라, 벤팅 채널(410)을 따라 이동하는 고온의 가스나 화염이 접속부(440) 및 접속홀(1220)을 통해 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로(1210)로 이동하고 최종적으로 전지팩(1000)의 외부로 배출될 수 있다. 본 실시예에 따른 팩 크로스 빔(1200)은, 전지셀 어셈블리(100A)의 유동이나 이탈을 방지할 뿐만 아니라, 전지셀 유닛(100)의 열 폭주 현상으로 인해 발생한 고온의 가스나 화염을 전지팩(1000)의 외부로 배출하는 벤팅 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 접속부(440) 또는 접속홀(1220) 중 적어도 하나의 내부에 일정 압력 이상에서 파열되는 구조의 파열 디스크(450)가 구비될 수 있다. 일정 압력은 이러한 파열 디스크(450)의 두께나 재질 등으로 조절될 수 있다. 구조 상으로 접속부(440)의 내부에 파열 디스크(450)가 구비되는 것이 보다 바람직하다. 파열 디스크(450)는 일정 압력 이상에서 파열되는 막 구조로 구성될 수 있다.
어떤 전지셀 유닛(100)에서 분출된 가스는 이러한 전지셀 유닛(100)에 대응하는 벤팅 채널(410)을 따라 흐름이 안내되고, 상기 가스의 압력에 의해 해당 벤팅 채널(410)과 대응하는 접속부(440)의 파열 디스크(450)가 파열됨으로써 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로(1210) 내부로 토출될 수 있다. 그리고 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로(1210)에서의 가스의 흐름은 도 12에서와 같이, 파열 디스크(450)로 막혀 있는 다른 접속부(440)로는 역류하지 않고, 팩 크로스 빔(1200)에 마련된 별도의 가스 배기구(미도시) 방향으로 유도될 수 있다. 즉, 상기 가스 배기구는 외기와 연통하고, 다른 접속부(440)들은 파열 디스크(450)로 막혀 있어, 팩 크로스 빔(1200)의 가스 통로(1210)에서의 가스 흐름은 상기 가스 배기구 방향으로 곧장 유도될 수 있다. 팩 크로스 빔(1200) 내부에서도 전지셀 유닛(100)마다의 독자적인 벤팅 경로가 그대로 유지됨으로써, 전지셀(110)들 간의 열 폭주 전이가 방지될 수 있다.
아울러, 팩 크로스 빔(1200)은, 가스 통로(1210)를 구획하는 복수의 메쉬부(1230)를 포함할 수 있고, 메쉬부(1230)들은, 팩 크로스 빔(1200)의 길이 방향으로 따라 접속부(440)들 사이의 지점마다 위치할 수 있다. 여기서 팩 크로스 빔(1200)의 길이 방향은, 팩 크로스 빔(1200)이 연장되는 방향으로, 전지셀 유닛(100)이 적층되는 방향일 수 있다. 도 12에서 팩 크로스 빔(1200)의 길이 방향은, Y축과 평행한 방향이다. 메쉬부(1230)는 금속 소재로 형성될 수 있다.
메쉬부(1230)가 구비된 팩 크로스 빔(1200)은, 가스 통로(1210)를 통과하는 화염이나 파티클을 다시 한번 필터링할 수 있다. 또한, 가스가 메쉬부(1230)를 통과하면서 온도가 저감되는 효과가 있다.
한편, 도 1, 도 6 및 도 11을 다시 참고하면, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 상에는 써멀 레진이 도포되어 형성된 써멀 레진층(1300)이 위치할 수 있고, 전지셀 어셈블리(100A)는 이러한 써멀 레진층(1300)의 위에 놓일 수 있다. 상기 써멀 레진은 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 또는 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 써멀 레진은, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 어셈블리(100A)를 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 써멀 레진은 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속히 전지팩(1000)의 하측을 통해 외부로 배출시킬 수 있다.
상술한 것처럼, 본 실시예에 따른 셀 커버(200)는, 측면부(210)와 상면부(220)를 포함할 수 있고, 셀 커버(200)의 내부에 위치한 전지셀(110)을 기준으로 하측이 개방될 수 있다. 이러한 구조의 전지셀 유닛(100)을 포함한 전지셀 어셈블리(100A)의 경우, 전지셀(110)들이 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)와 직접 대면할 수 있다. 또한, 전지셀 어셈블리(100A)에 포함된 전지셀(110)들은 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 상에 마련된 써멀 레진층(1300)과 직접 접촉할 수 있다. 전지셀(110)들이 전지팩(1000) 단위의 써멀 레진층(1300)과 직접 접촉하기 때문에 전지팩(1000)의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다. 각 전지셀(110)로부터 발생한 열이 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)에 직접 전달되고 바로 방출되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 이 경우, 전지셀(110)과 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 사이에 프레임 등의 구조가 개재되지 않고 오직 열전달을 위한 써멀 레진층(1300)이 있는 것이므로, 열전달 경로가 단순화되고 각 층 사이의 에어 갭을 줄일 수 있기 때문에 냉각 효율이나 성능이 증대될 수 있다.
써멀 레진층(1300)과 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 사이에 히트 싱크(1400)가 위치할 수 있다. 히트 싱크(1400)의 내부에는 냉매(coolant)가 흐르는 공간인 냉각 채널(1400C)이 마련될 수 있다. 각 전지셀(110)로부터 발생한 열은 써멀 레진층(1300), 히트 싱크(1400) 및 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 유닛(100)의 버스바 모듈(300)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 13은 도 5 및 도 6의 전지셀 유닛에 포함된 전지셀과 버스바 모듈을 확대하여 나타낸 분해 사시도이다. 도 14는 도 5 및 6의 버스바 모듈에 포함된 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 5, 도 6, 도 8, 도 13 및 도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 유닛(100)은, 전지셀(110)에서 전극 리드(111)가 배치된 부분의 적어도 일부를 커버하는 적어도 하나의 버스바 모듈(300)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 셀 커버(200)에 개방부(200P)가 형성될 수 있다. 셀 커버(200)에 있어서, 전지셀(110)로부터 전극 리드(111)가 돌출되는 방향의 양 측에 개방부(200P)들이 형성될 수 있다. 이러한 개방부(200P)에 버스바 모듈(300)이 장착될 수 있다.
버스바 모듈(300)은, 전극 리드(111)와 연결되는 버스바(310)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 버스바(310)는, 전지셀(110)들 간의 전기적 연결을 위한 부재로써, 구리나 알루미늄과 같은 금속 소재를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 버스바(310)는, 전지셀(110)의 전극 리드(111)와 결합되는 리드 결합부(311) 및 리드 결합부(311)로부터 연장된 터미널부(312)를 포함할 수 있다.
버스바(310)를 지면에 대해 기립시켰을 때, 리드 결합부(311)는, 수직으로 연장될 수 있고, 전지셀(110)의 전극 리드(111)와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 터미널부(312)는 셀 커버(200)의 외부로 노출되는 부분으로써, 전지셀 유닛(100)의 전기적 연결을 안내하기 위한 부분이다. 이러한 터미널부(312)에는 터미널부(312)가 외부 버스바와 결합되기 위해 마련된 홀(312H)이 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 버스바(310)는, 리드 결합부(311)와 터미널부(312)의 사이에 위치한 꺾임부(313)를 더 포함할 수 있다. 이러한 꺾임부(313)는, 리드 결합부(311)에서 소정의 각도로 기울어져 경사지게 연장되는 부분일 수 있다. 버스바(310)의 리드 결합부(311)가 전극 리드(111)와 결합될 때, 꺾임부(313)가 전극 리드(111)보다 셀 커버(200)의 내부 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 도 3에서처럼 셀 본체(113)의 양 단부(114a, 144b)의 실링부(114s)의 윗부분이 잘릴 수 있다. 이러한 셀 본체(113)의 양 단부(114a, 144b)의 형상에 대응하도록, 버스바(310)에 소정의 각도로 기울어져 경사지게 연장되는 꺾임부(313)가 마련될 수 있다.
도 8에 도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 셀 커버(200)에는 버스바(310)의 일부가 노출되는 절개 형상(200N)이 형성될 수 있다. 셀 커버(200)는, 절개 형상(200N)으로 인해 셀 커버(200)의 단부에서 돌출된 형태를 갖는 커버부(230)를 포함한다.
셀 커버(200)의 개방부(200P)의 상단에서, 측면부(210)의 일부와 상면부(220)의 일부가 절개되어 절개 형상(200N)이 마련될 수 있다. 측면부(210)에 있어서, 절개 형상(200N)에 따라 만입된 부분과 달리, 절개되지 않은 부분은 상대적으로 돌출된 형상을 갖는 커버부(230)에 해당한다. 즉, 절개 형상(200N) 및 커버부(230)는, 개방부(200P)에 마련될 수 있다.
버스바(310)의 일부가 절개 형상(200N)을 통해 셀 커버(200)의 상부 방향으로 노출될 수 있다. 보다 구체적으로, 터미널부(312)가 절개 형상(200N)을 통해 셀 커버(200)의 상부 방향으로 노출될 수 있다. 또한, 절개 형상(200N)에 의해, 커버부(230)의 상변(230U)과 터미널부(312)가 이격될 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바 모듈(300)에서의 버스바(310)의 위치와 크기에 따라 절개 형상(200N)이 변경될 수 있다. 절개 형상(200N)은, 셀 커버(200)와 버스바(310) 사이의 접촉을 방지하여, 버스바 모듈(300)의 전기 절연성을 확보할 수 있다. 절개 형상(200N)은 버스바 모듈(300)의 전기 절연성이 확보될 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 버스바(310)의 전체적인 위치나, 버스바(310)에서 터미널부(312)의 위치가 하측으로 조절될 경우, 절개 형상(200N)은 하측 방향으로 더 절개될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는 내부에 배치된 적어도 하나의 전지셀(110)을 지지하고 보호하기 위해 금속 소재를 포함 수 있다. 이 때, 본 실시예에 따른 셀 커버(200)에 절개 형상(200N)이 마련되어 있기 때문에 버스바(310), 특히 터미널부(312)가 셀 커버(200)와 접촉되어 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 버스바 모듈(300)의 전기 절연성을 확보할 수 있다.
한편, 셀 커버(200)의 커버부(230)는, 버스바 모듈(300)의 측면을 커버할 수 있다. 보다 구체적으로, 셀 커버부(230)는, 버스바 모듈(300)의 버스바 프레임(320)의 측면을 커버할 수 있다. 이에 따라, 커버부(230)가, 외부 충격이나 진동 등으로부터 버스바 모듈(300)을 보호할 수 있고, 버스바 모듈(300)은, 셀 커버(200)의 개방부(200P)에 안정적으로 장착될 수 있다.
또한, 셀 커버(200)에 마련된 절개 형상(200N)만큼, 셀 커버(200)의 무게를 줄일 수 있다. 이에 따라 전지셀 유닛(100) 및 이를 포함하는 전지셀 어셈블리(100A)의 에너지 밀도를 보다 향상시키면서도 무게를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 15는 도 5 및 6의 버스바 모듈에 포함된 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 13 내지 도 15를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 버스바 모듈(300)은, 버스바(310)가 장착되고 전기 절연성 소재를 포함하는 버스바 프레임(320)을 더 포함할 수 있다.
전기 절연성 소재를 포함하는 버스바 프레임(320)은 버스바(310)의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 이에 따라, 버스바 프레임(320)은, 버스바(310)가 전극 리드(111) 외에 다른 부분과 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
버스바 프레임(320)은, 터미널부(312)의 둘레를 감싸면서 셀 커버(200)의 절개 형상(200N)에 장착되는 페리미터부(321)를 포함할 수 있다. 페리미터부(321)에는 상부홀(321H)이 형성될 수 있고, 버스바(310)가 상부홀(321H)을 통해 버스바 프레임(320)의 내부 공간으로 삽입될 수 있다. 버스바(310)는 버스바 프레임(320)의 내부에서 다양한 방식에 의해 고정될 수 있는데, 예를 들어, 버스바 프레임(320)의 내부 공간에 마련된 돌출부(320PR)가 버스바(310)에 형성된 홀(311H)에 삽입되는 방식이 적용될 수 있다.
한편, 버스바 프레임(320)에는 슬릿(320S)이 형성될 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(111)가 이러한 슬릿(320S)을 통과한 뒤에 구부러져 버스바(310)의 리드 결합부(311)에 결합될 수 있다. 전극 리드(111)와 리드 결합부(311)의 결합 방식에 특별한 제한은 없으나, 일례로 용접 접합이 적용될 수 있다. 버스바 프레임(320)에는 버스바 개방부(320P)가 형성될 수 있고, 이러한 버스바 개방부(320P)를 통해서 전극 리드(111)와 리드 결합부(311) 간의 용접 작업이 수행될 수 있다. 전극 리드(111)와 리드 결합부(311) 간의 결합이 완료되면, 버스바 커버(330)와 절연 시트(340)가 버스바 개방부(320P)를 덮으면서 버스바 프레임(320)에 조립될 수 있다.
도 16은 도 5의 전지셀 유닛에서 버스바 모듈이 장착된 부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
도 13 내지 도 16을 함께 참고하면, 본 실시예에 따라 버스바(310)의 터미널부(312)의 둘레를 감싸는 페리미터부(321)는, 터미널부(312)와 커버부(230)의 사이에 위치할 수 있다. 절개 형상(200N)에 의해 커버부(230)의 상변(230U)과 터미널부(312)가 이격될 수 있고, 아울러, 전기 절연성 소재의 페리미터부(321)가 터미널부(312)와 커버부(230) 사이에 개재됨으로써, 버스바 모듈(300)의 전기 절연성이 더욱 확보할 수 있다. 버스바 프레임(320)의 페리미터부(321)가 셀 커버(200)의 절개 형상(200N)에 조립되면서, 버스바 모듈(300)의 구조적 안정성과 함께 전기 절연성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리(100A)의 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 6을 함께 참고하면, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)는 복수의 전지셀 유닛(100), 복수의 전지셀 유닛(100) 중 최외각에 위치한 전지셀 유닛(100)의 일면을 지지하는 지지 플레이트(120), 복수의 전지셀 유닛(100)의 전면 및 후면을 커버하는 엔드 커버(130) 및 복수의 전지셀 유닛(100)을 상호 결합하는 고정 유닛(140)을 포함할 수 있다. 또, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)는 핸들 유닛(150)을 더 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 복수의 전지셀(110)들이 별도의 모듈 케이스에 수용되어 전지팩(1000)의 팩 트레이(1100)에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 셀 커버(200)에 의해 부분적으로 커버된 상태로 팩 트레이(1100)에 직접 장착될 수 있으며, 이러한 전지셀 유닛(100) 구조를 통해 전체 전지팩(1000)의 무게와 부피가 감소되고 전지팩(1000)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 다수의 전지셀(110)들을 케이스에 직접 장착하고 사용하는 과정에서 발생하는 전지셀(110)들의 손상이 방지되고, 전지셀의 스웰링(swelling) 제어와 가스 벤팅 경로의 설계가 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 설명에 앞서, 전지셀 유닛(100)은 가로(길이), 세로(폭), 두께를 가지는 6면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 길이 방향은 X축, 폭 방향은 Z축, 두께 방향은 Y축일 수 있다. 복수의 전지셀 유닛(100)들은 두께 방향(Y축 방향)을 따라 연이어 배치될 수 있으며, 두께 방향(Y축 방향)은 전지셀 유닛(100)의 적층 방향으로 지칭될 수 있다.
여기서, 전지셀 유닛(100)의 길이 방향(X축 방향)상 마주보는 두 면은 전면 및 후면으로, 전지셀 유닛(100)의 두께 방향(Y축 방향)상 마주보는 두 면은 측면으로, 전지셀 유닛(100)의 폭 방향(Z축 방향)상 마주보는 두 면은 상면 및 하면으로 지칭될 수 있다.
전지셀 유닛(100)은 복수일 수 있고, 복수의 전지셀 유닛(100)은 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 전지셀 유닛(100)은 일 방향으로 적층되어 팩 트레이(1100)에 수납될 수 있다. 전지셀 유닛(100)은 그 측면과 인접한 전지셀 유닛(100)의 측면이 평행하도록 연이어 배치될 수 있다.
전지셀 유닛(100)은 측면이 팩 트레이(1100)와 수직하도록 Z축 방향을 따라 직립하여 배치될 수 있다. 전지셀 유닛(100)은 하면이 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)와 대응되도록 배치될 수 있다.
지지 플레이트(120)는 적층된 전지셀 유닛(100)들의 전체적인 형상을 유지하기 위한 것일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 적층된 전지셀 유닛(100)을 지지하기 위한 것일 수 있다. 전지팩(1000)에서 전지셀 유닛(100)은 그 일면이 전지팩(1000)의 바닥부(1100F)와 수직하도록 배치될 수 있고, 지지 플레이트(120)는 전지셀 유닛(100)의 일면이 직립상태를 유지할 수 있도록 그 일면을 지지하는 것일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 복수의 전지셀 유닛(100)들이 상호 이격되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 전지셀 유닛(100)들 사이의 상대적인 위치를 고정할 수 있다. 지지 플레이트(120)는 판상형 부재일 수 있고, 모듈 프레임을 대신하여 전지셀 어셈블리(100A)의 강성을 보완할 수 있다.
지지 플레이트(120)는 적층된 전지셀 유닛(100)들 중 최외각 전지셀 유닛(100)의 일면상에 배치될 수 있다. 지지 플레이트(120)는 적층된 전지셀 유닛(100)들 중 최외각 전지셀 유닛(100)의 측면상에 배치될 수 있다.
여기서, 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)에 제공되는 지지 플레이트(120)는 2개일 수 있다. 지지 플레이트(120)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 지지 플레이트(120)는 적층된 전지셀 유닛(100)들의 적층 방향상 양단에 각각 제공될 수 있다. 제1 지지 플레이트(120a)는 적층된 전지셀 유닛(100)들 중 일측 최외각 전지셀 유닛(100)과 접촉하고, 제2 지지 플레이트(120b)는 적층된 전지셀 유닛(100)들 중 타측 최외각 전지셀 유닛(100)과 접촉할 수 있다.
지지 플레이트(120)는 다양한 소재로 제조될 수 있고, 다양한 제조 방법을 통해 제공될 수 있다. 일 예로, 지지 플레이트(120)는 금속 소재로 제조될 수 있으며, 금속 소재의 예로는 알루미늄을 들 수 있다. 다른 예로, 지지 플레이트(120)는 인서트 몰딩(insert molding)을 통해 알루미늄과 고분자 합성 수지를 조합한 소재로 제조될 수도 있다. 그러나 지지 플레이트(120)의 소재 및 제조 방식이 상술한 설명에 의해 한정되어서는 아니되며, 언급하지 않은 다양한 소재를 포함하거나, 다른 제조 방식으로 제조되는 것도 가능하다.
지지 플레이트(120)는 전지셀 유닛(100)을 지지하는 지지부(122), 엔드 커버(130)와의 결합을 위한 커버 결합부(124) 및 핸들 유닛(150)과의 결합을 위한 핸들 결합부(126)을 포함할 수 있다.
지지부(122)는 지지 플레이트(120)의 대부분의 면적에 해당하는 것으로써, 전지셀 유닛(100)을 지지할 수 있도록 판상 형상을 가질 수 있다. 지지부(122)는 전지셀 유닛(100)의 측면 형상과 유사한 형상을 가질 수 있다. 판상 형상의 지지부(122)는 길이 방향(X축 방향)상 및 폭 방향(Z축 방향)상 양측 가장자리를 포함할 수 있다.
한편, 지지 플레이트(120)와 복수의 전지셀 유닛(100)들은 고정 유닛(140)에 의해 결합되고, 이에 따라 상대적인 위치 이동이 제한될 수 있다. 이를 위해, 지지부(122)에는 고정 유닛(140)이 삽입되는 플레이트 체결홀(123)이 형성될 수 있다. 후술하겠지만, 플레이트 체결홀(123)은 전지셀 유닛(100)에 포함된 셀 커버(200)의 셀 유닛 체결홀(115)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 플레이트 체결홀(123)은 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 가깝게 위치할 수 있다. 이는 지지 플레이트(120) 및 전지셀 유닛(100)에 포함된 셀 커버(200)를 관통하는 고정 유닛(140)이 전지셀(110)을 손상시키는 것을 방지하기 위함일 수 있다.
지지 플레이트(120)에 형성된 플레이트 체결홀(123)은 하나일 수 있다. 그러나, 복수의 전지셀 유닛(100) 및 지지 플레이트(120)가 안정적으로 결합하기 위해서는 고정 유닛(140)이 복수인 것이 바람직할 수 있고, 이에 따라 지지 플레이트(120)에 플레이트 체결홀(123)이 복수로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 전지셀 어셈블리(100A)에 제공되는 고정 유닛(140)은 2개일 수 있고, 플레이트 체결홀(123)은 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 양단과 가까운 부분에 각각 형성될 수 있다. 플레이트 체결홀(123)이 복수인 경우에는 각 셀 커버(200)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115) 또한 복수일 수 있으며, 이 때, 복수의 플레이트 체결홀(123)과 각 셀 커버(200)에 형성된 복수의 셀 유닛 체결홀(115)은 각각 대응될 수 있다.
커버 결합부(124)는 지지 플레이트(120)와 엔드 커버(130)의 결합면을 제공하는 것일 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 일 가장자리로부터 연장되는 형태를 가질 수 있다.
커버 결합부(124)는 지지부(122)의 가장자리 중 엔드 커버(130)와 대응되는일 가장자리에 형성될 수 있다. 엔드 커버(130)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 가깝게 배치될 수 있고, 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 가장자리에 형성되어 엔드 커버(130)와의 결합면을 제공할 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 가장자리에서 엔드 커버(130)를 향하여 연장되는 형태를 가질 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 일면과 평행하게 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이 때, 엔드 커버(130)는 그 길이 방향(Y축 방향)상 단부가 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응되도록 배치될 수 있다.
하나의 지지 플레이트(120)에 형성된 커버 결합부(124)는 2개일 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 서로 마주보는 두 가장자리에 각각 위치할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 엔드 커버(130)는 2개일 수 있고, 2개의 엔드 커버(130)는 하나의 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 커버 결합부(124)는 지지부(122)의 길이 방향(X축 방향)상 양 가장자리에 각각 형성되고, 2개의 커버 결합부(124)는 2개의 엔드 커버(130)와 각각 대응될 수 있다. 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향) 상 일단부에 위치한 커버 결합부(124)는 하나의 엔드 커버(130)와 대응되고, 타단부에 위치한 커버 결합부(124)는 다른 하나의 엔드 커버(130)와 대응될 수 있다. 이처럼, 커버 결합부(124)는 지지부(122)에 복수로 형성될 수 있고, 각각의 커버 결합부(124)는 각각의 엔드 커버(130)에 형성된 커버 연장부(134)와 결합될 수 있다.
한편, 전지셀 어셈블리(100A)에 제공되는 지지 플레이트(120)는 2개일 수 있고, 한 쌍의 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 일단부 및 타단부는 한 쌍의 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 일단부 및 타단부와 각각 대응될 수 있다. 이에 따라 하나의 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향) 상 일단부에는 제1 지지 플레이트(120a)에 형성된 커버 결합부(124)가 대응되고, 타단부에는 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 커버 결합부(124)가 대응될 수 있다.
커버 결합부(124)에는 엔드 커버(130)와의 결합을 위한 제2 플레이트 체결홀(125)이 형성될 수 있다. 제2 플레이트 체결홀(125)은 하나일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있다. 일 예로, 제2 플레이트 체결홀(125)은 하나일 수 있다. 이러한 경우 엔드 커버(130)의 결합 안정성은 엔드 커버(130)의 형상 또는 다른 부재의 형상에 따라 보완될 수 있다. 또한, 제2 플레이트 체결홀(125)이 하나인 경우에는, 제조 비용이 절감되고 제조 공정이 단순화되는 효과가 있을 수 있다. 또한, 다른 예로, 제2 플레이트 체결홀(125)은 두 개일 수 있다. 이러한 경우 엔드 커버(130)의 결합의 신뢰성은 향상될 수 있다.
핸들 결합부(126)는 지지 플레이트(120)와 핸들 유닛(150)의 결합면을 제공하는 것일 수 있다. 핸들 결합부(126)는 적어도 하나의 핸들 유닛(150)과 결합할 수 있다.
여기서, 핸들 유닛(150)은 전지셀 어셈블리(100A)를 팩 트레이(1100) 내부에 안정적으로 안착시키기 위한 것일 수 있으며, 사용자에 의해 파지 가능한 핸들을 포함할 수 있다. 핸들 유닛(150)은 그 일단부가 지지 플레이트(120)와 분리가능하게 결합될 수 있고, 전지셀 어셈블리(100A)의 장착이 완료된 후에는 지지 플레이트(120)로부터 제거될 수 있다.
핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 일 가장자리로부터 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 핸들 결합부(126)는 지지부(122)의 폭 방향(Z축 방향)상 일단부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로 전지셀 어셈블리(100A)가 장착된 상태를 기준으로 상측에 위치할 수 있다. 이는 전지셀 어셈블리(100A)의 장착이 완료된 후에 핸들 유닛(150)의 제거가 쉽도록 하기 위함일 수 있다.
엔드 커버(130)는 복수의 전지셀 유닛(100)의 전면 또는 후면을 보호하기 위한 것일 수 있다. 엔드 커버(130)는 복수의 전지셀 유닛(100)의 전면 또는 후면을 커버할 수 있다. 엔드 커버(130)는 적층된 전지셀 유닛(100)들의 길이 방향상 단부에 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)는 2개일 수 있고, 2개의 엔드 커버(130)는 적층된 전지셀 유닛(100)들의 길이 방향상 양단부에 각각 제공될 수 있다.
엔드 커버(130)는 복수의 전지셀 유닛(100)에 포함된 전지셀들의 단자 부분들을 일체로 커버할 수 있다. 엔드 커버(130)는 복수의 전지셀 유닛(100)에 포함된 전지셀(110)들의 전극 리드(111) 부분과 대응되는 바디부(132) 및 바디부(132)의 일 가장자리로부터 수직으로 연장되고, 지지 플레이트(120)와 결합되는 커버 연장부(134)를 포함할 수 있다.
바디부(132)는 복수의 전지셀 유닛(100)의 전면 또는 후면을 커버할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 전지셀 유닛(100)의 길이 방향상 단부에 위치할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 전지셀 유닛(100)의 길이 방향상 단부를 커버할 수 있다. 바디부(132)는 복수의 전지셀 유닛(100)에 포함된 전지셀들의 단자 부분을 커버할 수 있다. 여기서, 바디부(132)는 ‘단자 커버부’로 지칭될 수도 있다.
바디부(132)는 그 개략적인 형상이 판상형일 수 있다. 판상 형상의 바디부(132)는 길이 방향(Y축 방향)상 양측 가장자리 및 폭 방향(Z축 방향)상 양측 가장자리를 포함할 수 있다.
바디부(132)에는 커버 벤팅 홀(133)이 형성될 수 있다. 커버 벤팅 홀(133)은 복수일 수 있고, 복수의 커버 벤팅 홀(133)은 각각의 전지셀 유닛(100)과 대응될 수 있다. 그러나 각각의 커버 벤팅 홀(133)이 반드시 하나의 전지셀 유닛(100)과 대응되어야 하는 것은 아니며, 복수의 커버 벤팅 홀(133)이 하나의 전지셀 유닛(100)과 대응되거나, 하나의 커버 벤팅 홀(133)에 복수의 전지셀 유닛(100)이 대응되는 것도 가능하다. 커버 벤팅 홀(133)에 의해 엔드 커버(130)는 전지셀 유닛(100)을 외부 환경으로부터 보호하면서도, 전지셀(110)로부터 발생되는 가스등을 외부로 배출할 수 있다. 이를 통해, 전지셀 어셈블리(100A)의 연쇄적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
커버 연장부(134)는 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)의 결합을 위한 결합면을 제공하기 위한 것일 수 있다.
커버 연장부(134)는 바디부(132)의 가장자리 중 지지 플레이트(120)와 대응되는 일 가장자리에 형성될 수 있다. 지지 플레이트(120)는 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 단부와 가깝게 배치될 수 있고, 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 길이 방향(Y축 방향)상 가장자리에 형성되어 지지 플레이트(120)와의 결합면을 제공할 수 있다. 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 일 가장자리로부터 지지 플레이트(120)를 향하여 연장되는 형태를 가질 수 있다. 커버 연장부(134)는 바디부(132)의 일 가장자리로부터 지지 플레이트(120)를 향하여 바디부(132)의 일면과 수직으로 연장되는 형태를 가질 수 있다. 이 때, 엔드 커버(130)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)는 그 길이 방향(Y축 방향)상 단부가 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응되도록 배치될 수 있다.
커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 중첩될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부의 외측에 위치할 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 결합될 수 있다.
하나의 엔드 커버(130)에 형성된 커버 연장부(134)는 2개일 수 있다. 2개의커버 연장부(134)는 바디부(132)의 서로 마주보는 두 가장자리에 각각 형성되는 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)를 포함할 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 바디부(132)의 길이 방향(Y축 방향)상 양 가장자리에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)는 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 양단부와 대응되도록 각각 위치할 수 있다. 엔드 커버(130)의 길이 방향(Y축 방향)상 일단부에 위치한 제1 커버 연장부(134a)는 제1 지지 플레이트(120a)와 대응되고, 타단부에 위치한 제2 커버 연장부(134b)는 제2 지지 플레이트(120b)와 대응될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)를 향하여, 바디부(132)의 일면과 수직하게 연장되는 형태를 가질 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)의 단부와 각각 대응될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)의 단부와 각각 중첩될 수 있고, 결합될 수 있다. 제1 커버 연장부(134a)는 제1 지지 플레이트(120a)의 외측에 위치하고, 제2 커버 연장부(134b)는 제2 지지 플레이트(120b)의 외측에 위치할 수 있다. 여기서, 특정 부재의 외측이란, 전지셀 어셈블리(100A)의 중심을 기준으로 설명될 수 있다. 또한, 후술하는 것과 같이, 제1 커버 연장부(134a) 및 제2 커버 연장부(134b)는 제1 지지 플레이트(120a) 및 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 커버 결합부(124)와 각각 대응될 수 있다.
커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 커버 결합부(124)와 대응될 수 있다. 커버 연장부(134)는 커버 결합부(124)와 중첩될 수 있다. 커버 연장부(134)는 지지 플레이트(120)의 커버 결합부(124)와 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 커버 연장부(134)는 커버 결합부(124)의 외측에 위치할 수 있고, 커버 연장부(134)의 내측면은 커버 결합부(124)의 외측면과 접촉할 수 있다.
커버 연장부(134)와 커버 결합부(124)가 용이하게 중첩되도록, 커버 결합부(124)의 외측면은 내측면을 향하여 움푹 들어간 형상을 가질 수 있고, 함몰된 외측면에 커버 연장부(134)가 안착될 수 있다. 또한, 커버 연장부(134)의 각 모서리는 둥근 형상을 가질 수 있고, 이를 통해 엔드 커버(130)가 전지셀 유닛(100)과 지지 플레이트(120)의 결합체에 장착될 때, 지지 플레이트(120)와 엔드 커버(130) 사이의 간섭이 최소화될 수 있다.
한편, 종래에는 전지셀들을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 적층된 전지셀들의 상하 좌우면을 커버하는 모듈 프레임과 전후면을 커버하는 엔드 플레이트가 제공되었다. 또한, 전지셀들의 외부에서 모듈 프레임과 엔드 플레이트가 주로 용접에 의해 결합되었다. 그러나 본 실시예에서는 모듈 프레임이 생략됨에 따라 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 결합되며, 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 체결 부재에 의해 결합됨으로써 용접 공정을 추가하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 보다 쉽고 빠르게 완료될 수 있다. 또한, 엔드 커버(130)에는 커버 연장부(134)가 형성되며, 지지 플레이트(120)에는 이와 대응되는 커버 결합부(124)가 형성되므로, 이를 통해 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120) 사이의 결합이 안정적이고 용이하게 수행될 수 있다.
커버 연장부(134)에는 지지 플레이트(120)와의 결합을 위한 커버 체결홀(135)이 형성될 수 있다. 커버 체결홀(135)은 커버 결합부(124)에 형성된 제2 플레이트 체결홀(125)과 대응될 수 있다. 본 실시예의 전지셀 어셈블리(100A)의 제조 공정에서, 엔드 커버(130)는 커버 체결홀(135)과 제2 플레이트 체결홀(125)의 동일 축상에 위치하도록 배치될 수 있고, 커버 체결홀(135)과 제2 플레이트 체결홀(125)에는 제2 고정 유닛이 삽입될 수 있으며, 이를 통해 엔드 커버(130)와 지지 플레이트(120)가 결합될 수 있다. 여기서, 제2 고정 유닛은 볼트 또는 리벳과 같은 체결 부재일 수 있다.
커버 체결홀(135)의 수는 하나일 수도 있으나, 두 개 이상일 수도 있다. 이에 관하여는 제2 플레이트 체결홀(125)에 관한 설명을 참조한다. 커버 체결홀(135)이 복수인 경우에는 제2 플레이트 체결홀(125)도 복수일 수 있으며, 복수의 커버 체결홀(135) 및 제2 플레이트 체결홀(125)은 각각 대응될 수 있다.
한편, 본 실시예의 전지셀 유닛(100)은 고정 유닛(140)에 의해 결합될 수 있으며, 고정 유닛(140)에 의해 전지셀 유닛(100)의 상대적인 이동이 제한될 수 있다. 고정 유닛(140)은 지지 플레이트(120) 및 전지셀 유닛(100)을 결합할 수 있다. 고정 유닛(140)은 제1 지지 플레이트(120a)에 형성된 플레이트 체결홀(123)을 통과한 후, 복수의 전지셀 유닛(100)에 포함된 셀 커버(200)에 형성된 셀 유닛 체결홀(115)을 통과할 수 있으며, 제2 지지 플레이트(120b)에 형성된 플레이트 체결홀(123)을 통과할 수 있다. 이를 통해, 지지 플레이트(120) 및 전지셀 유닛(100)의 상대적인 이동이 제한되고, 전지셀 어셈블리(100A)는 블록화될 수 있다.
이처럼, 고정 유닛(140)에 의해 복수의 전지셀 유닛(100)이 블록화될 수 있고, 전지셀 유닛(100)들의 상대적인 위치가 고정됨으로써 전지셀 어셈블리(100A)의 취급이 보다 용이할 수 있다. 즉, 고정 유닛(140)에 의해 전지셀(110)들의 장착이 용이할 수 있고, 전지셀(110)의 장착에 필요한 구조가 간소화됨에 따라 경량화 및 제조 비용 절감과 같은 효과가 달성될 수 있다.
고정 유닛(140)은 롱 볼트 형상으로 제공될 수 있다. 고정 유닛(140)은 전지셀 어셈블리(100A)에 포함된 복수의 전지셀 유닛(100)을 모두 관통하기에 충분한 길이의 롱 볼트로 제공될 수 있다.
한편, 도면에서는 고정 유닛(140)이 전지셀 어셈블리(100A)의 하측 부분을 관통하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 전지셀(110) 및 전극 리드(111)를 손상시키지 않는 다면 다른 위치에 제공되는 것도 가능하다. 예를 들어, 고정 유닛(140)은 전지셀 어셈블리(100A)의 상측 부분을 관통하도록 제공될 수 있고, 이에 따라 고정 유닛(140)이 통과하는 플레이트 체결홀(123) 및 셀 유닛 체결홀(115)의 위치는 조정될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지셀 어셈블리는, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
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: 전지셀 유닛
100A: 전지셀 어셈블리
110: 전지셀
200: 셀 커버
200V: 벤팅부
300: 버스바 모듈
400: 벤팅 유닛
410: 벤팅 채널
1100: 팩 트레이
1200: 팩 크로스 빔
1210: 가스 통로

Claims (17)

  1. 복수의 전지셀 유닛들이 적층된 전지셀 어셈블리;
    상기 전지셀 어셈블리가 장착되는 팩 트레이;
    상기 팩 트레이 상에서 상기 전지셀 어셈블리의 일 측면에 위치하고 내부에 가스 통로가 마련된 팩 크로스 빔; 및
    상기 전지셀 어셈블리의 상부에 위치하는 벤팅 유닛;을 포함하고,
    상기 전지셀 유닛은, 적어도 하나의 전지셀 및 적어도 하나의 상기 전지셀을 부분적으로 감싸는 셀 커버를 포함하며,
    상기 셀 커버에는 적어도 하나의 벤팅부가 형성되고,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅부에서 분출되는 가스를 상기 가스 통로까지 유도하는 복수의 벤팅 채널들을 포함하며,
    상기 벤팅 채널들 각각은, 상기 전지셀 유닛들 각각과 대응하도록 위치하는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅 채널들 각각은 상호 간 공유되지 않는 독립적인 벤팅 공간을 갖는 전지팩.
  3. 제1항에서,
    상기 벤팅 채널들은, 상기 벤팅 유닛 내부의 격벽부에 의해 구획되는 전지팩.
  4. 제1항에서,
    상기 벤팅 채널은, 상기 전지셀 유닛이 적층되는 방향과 수직한 방향인 상기 전지셀 유닛의 길이 방향을 따라 이어지는 전지팩.
  5. 제1항에서,
    상기 벤팅 채널들 각각은, 상기 전지셀 유닛들 각각과 일대일로 연통되는 전지팩.
  6. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 하측이 개방된 형태인 전지팩.
  7. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 상면부 및 측면부들을 포함하고,
    적어도 하나의 상기 벤팅부가 상기 상면부에 형성되는 전지팩.
  8. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 일부분이 관통된 홀 형태인 전지팩.
  9. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 일부분이 인접 부분에 비해 강성이 약해 일정 압력 이상의 힘이나 열이 가해지면 파열되는 부분인 전지팩.
  10. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅부와 연통되는 인렛들을 포함하는 전지팩.
  11. 제10항에서,
    상기 인렛에 메쉬 구조가 구비되는 전지팩.
  12. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛과 상기 팩 크로스 빔 중 어느 하나에 접속부가 형성되고, 다른 하나에 상기 접속부와 결합되는 접속홀이 형성되며,
    상기 접속부들 각각은, 상기 벤팅 채널 각각과 일대일로 연통되는 전지팩.
  13. 제12항에서,
    상기 접속부들이 대응하는 상기 접속홀들에 일대일로 끼워지며 결합되는 전지팩.
  14. 제12항에서,
    상기 접속부 또는 상기 접속홀 중 적어도 하나의 내부에 일정 압력 이상에서 파열되는 구조의 파열 디스크가 구비되는 전지팩.
  15. 제12항에서,
    상기 벤팅 채널은, 상기 접속부 및 상기 접속홀을 통해, 상기 팩 크로스 빔의 상기 가스 통로와 연통되는 전지팩.
  16. 제15항에서,
    상기 팩 크로스 빔은, 상기 가스 통로를 구획하는 복수의 메쉬부를 포함하고,
    상기 메쉬부들은, 상기 팩 크로스 빔의 길이 방향으로 따라 상기 접속부들 사이의 지점마다 위치하는 전지팩.
  17. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.

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