KR20240085171A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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임상욱
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀과, 상기 복수의 전지 셀이 수용되는 하우징과, 상기 복수의 전지 셀 사이에 배치되며 상기 하우징과 함께 격실을 구획하는 배리어, 및 상기 하우징에 제공되며 상기 격실에 배치된 전지 셀을 위한 벤트부를 포함하고, 상기 하우징과 상기 배리어는 서로 이어져 상기 격실을 한정한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 {BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 열 폭주 시 열 전파 차단 기능이 개선된 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.
한편, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지 셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
전지 셀의 특정 조건에서 내부 온도가 상승하면 전지 셀의 비정상적인 반응으로 인해 과도하게 과열되거나 과충전된 전지 셀로부터 열 폭주가 발생할 수 있다.
열 폭주 시, 문제의 전지 셀로부터는 고온의 열과 배기 부산물을 포함한 배기 가스가 배출되는데, 전지 모듈에서는 이러한 고온의 열과 배기 가스가 다른 전지 셀로 이동되어 피해를 주지 않도록, 다시 말해 열 전이되지 않도록 하는 것이 중요하다.
이에 따라 전지 모듈을 구획화하고 구획화된 영역에 전지 셀을 배치하여 전지 모듈을 구성하려는 노력들이 시도되고 있는데, 이러한 구획화에는 비용이 많이 들고 많은 공간이 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열 폭주에 의한 열 전이를 방지(또는 최소화)하는 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 측면에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지 셀과, 상기 복수의 전지 셀이 수용되는 하우징과, 상기 복수의 전지 셀 사이에 배치되며 상기 하우징과 함께 격실을 구획하는 배리어, 및 상기 하우징에 제공되며 상기 격실에 배치된 전지 셀을 위한 벤트부를 포함하고, 상기 하우징과 상기 배리어는 서로 이어져 상기 격실을 한정한다.
상기 복수의 전지 셀은 복수의 전지 셀 그룹을 포함하고, 상기 배리어는 상기 복수의 전지 셀 그룹 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀 그룹 각각은 대응하는 각 격실 내에 배치될 수 있다.
상기 배리어와 상기 벤트부는 비중첩할 수 있다. 예를 들어, 벤트부는 열을 이루어 배열되고, 배리어는 벤트부의 열 사이에 배치될 수 있다.
상기 배리어는 내열재 및/또는 내화재를 포함할 수 있다. 일 실시예를 통해 배리어는 유리 섬유 시트, 실리콘 시트, 운모, (MICA), 또는 FLAME BARRIER FRB, 및 폼 패드 중 하나로 이루어질 수 있다.
또한 상기 배리어는 보강재를 더욱 포함할 수 있다. 일 실시예를 통해 배리어는 상기 보강재 및 상기 보강재에 적층된 상기 내열재를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 한 쌍의 제1 면과 상기 한 쌍의 제1 면에 수직하게 배치되는 한 쌍의 제2 면을 갖는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 배리어는 상기 한 쌍의 제1 면 또는 상기 한 쌍의 제2 면에 접촉되어 지지될 수 있다.
상기 배리어는 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 면은 상기 모듈 프레임의 넓은 면으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 제2 면은 상기 모듈 프레임의 좁은 면으로 이루어지며, 상기 벤트부는 상기 한 쌍의 제1 면 중 적어도 어느 한 면을 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 관통홀은 상기 적어도 어느 한 면의 길이 방향을 따라 복수로 배열될 수 있다.
상기 관통홀은 복수의 열로 배열되고, 상기 배리어는 이웃하는 관통홀의 열 사이에 배치될 수 있다.
다른 실시예를 통해 전지 모듈은, 상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리를 더욱 포함하고, 상기 배리어는 상기 버스 바 프레임에 접촉되어 지지될 수 있다.
다른 실시예를 통해 전지 모듈은, 상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리, 및 상기 버스 바 어셈블리를 덮으면서 상기 모듈 프레임에 결합되는 엔드 플레이트를 더욱 포함하고, 상기 배리어는 상기 엔드 플레이트에 접촉되어 지지될 수 있다.
상기 복수의 전지 셀은 복수의 전지 셀 그룹을 포함하고, 상기 버스 바 프레임은 상기 복수의 전지 셀 그룹에 각기 대응하여 서로 분리된 복수의 서브 버스 바 프레임을 포함하고, 상기 배리어는 복수의 서브 버스 바 프레임 중 이웃하는 서브 버스 바 프레임 사이로 연장되어 상기 엔드 플레이트의 내면에 맞닿을 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 상기 격실에 배치된 전지 셀을 위한 추가 벤트부를 포함할 수 있다.
상기 추가 벤트부는 상기 엔드 플레이트를 관통하는 추가 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리를 더욱 포함하고, 상기 버스 바 프레임에는 슬릿이 형성되고, 상기 배리어는 상기 슬릿을 관통할 수 있다.
상기 버스 바 어셈블리를 덮으면서 상기 모듈 프레임에 결합되는 엔드 플레이트를 더욱 포함하고, 상기 배리어는 상기 슬릿을 통과하여 상기 엔드 플레이트에 접촉되어 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 전지 팩을 포함하는 디바이스가 제공된다.
실시예들에 따르면, 격실에 배치된 전지 셀로부터 배출되는 배출 가스나 이로 인한 화염이 이웃하는 격실 내의 전지 셀로 전파되지 않도록 하여 전지 모듈 및 전지 팩의 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선에 따른 절개 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배리어를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 개략적으로 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII 선에 따른 전개 사시도이다.
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 경우뿐만 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 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선에 따른 절개 사시도이고, 도 3은 도 1의 III-III 선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(110)과 이 복수의 전지 셀(110)이 수용되는 하우징(120)을 포함한다.
본 실시예에서 전지 셀(110)은 파우치형 이차 전지로 구성된다. 즉, 전지 셀(110)은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 이 전극 조립체가 수용되는 장방형의 셀 케이스를 포함한다. 셀 케이스의 외측으로는 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결되는 전극 리드가 돌출 배치된다.
이러한 전지 셀(110)은 복수의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)을 구분되어 하우징(120) 내부 공간에 배열된다. 본 실시예에서는 전지 셀(110)은 4개의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)으로 구비되고, 하나의 전지 셀 그룹은 4개의 전지 셀로 구비되는데, 본 발명이 반드시 이로써 한정되는 것은 아니다.
이러한 복수의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)이 수용되는 하우징(120)은 모듈 프레임(122), 제1 엔드 플레이트(124) 및 제2 엔드 플레이트(126)를 포함하여 구성될 수 있다.
모듈 프레임(122)은 한 쌍의 제1 면(122a)과 한 쌍의 제2 면(122b)으로 구성된 사각관 형태의 프레임으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 한 쌍의 제1 면(122a)은 한 쌍의 제2 면(122b)에 비해 넓은 면으로 이루어지고, 한 쌍의 제2 면(122b)은 한 쌍의 제1 면(122a)에 비해 좁은 면으로 이루어진다. 이와 달리 한 쌍의 제1 면이 좁은 면으로 이루어지고 한 쌍의 제2 면이 넓은 면으로 이루어질 수도 있다.
이에 따라 모듈 프레임(122)은 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)이 수용될 수 있는 수용 공간을 가지며 길이 방향(x)을 따라 개구부가 대향 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 모듈 프레임(122)은 압출 성형에 의해 형성될 수도 있고, 넓은 면(122a)과 좁은 면(122b)을 구성하는 판재들이 용접 또는 나사, 리벳 등의 결합 수단에 의해 서로 연결되는 것으로도 구성 가능하다. 다른 한편으로 모듈 프레임(122)은 한 쌍의 좁은 면(122b)과 한 쌍의 넓은 면(122a) 중 하나(도면 기준으로 전지 모듈의 하부에 배치되는 넓은 면)가 하나의 일체형 구조체로 형성되고, 한 쌍의 넓은 면(122a) 중 다른 하나(도면 기준으로 전지 모듈의 상부에 배치되는 넓은 면)가 커버 방식으로 상기한 일체형 구조체에 결합되어 구성되는 것도 가능한데, 본 실시예에서는 이 경우로 모듈 프레임(122)이 구성된다.
제1 엔드 플레이트(또는 전면 엔드 플레이트)(124)와 제2 엔드 플레이트(또는 후면 엔드 플레이트)(126)는 모듈 프레임(122)의 개구부를 막으면서 모듈 프레임(122)의 양 단부에 용접 등을 통해 고정되어 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 양단부 예를 들어, 전면부과 후면부를 커버한다.
제1 엔드 플레이트(124) 및 제2 엔드 플레이트(126)는 모듈 프레임(122)의 개방된 제1 측(y축 방향)과 제2 측(-y측 방향)에 위치하여 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 적층체를 커버한다. 이러한 제1 엔드 플레이트(124) 및 제2 엔드 플레이트(126)는 외부의 충격으로부터 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 적층체 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.
제1 엔드 플레이트(124) 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 적층체의 양 단부 사이 및 제2 엔드 플레이트(126)와 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 적층체의 양 단부 사이에는, 전지 셀(110)을 서로 전기적으로 연결하기 위한 버스 바 어셈블리(200)가 배치된다.
버스 바 어셈블리(200)는 버스 바(210) 및 버스 바 프레임(212)를 포함한다. 버스 바(210)는 버스 바 프레임(212)에 장착되어 각각의 전지 셀(110)의 전극 리드와 전기적으로 연결될 수 있다. 버스 바 프레임(212)은 버스 바(210)의 위치를 고정시키고 외부 충격으로부터 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 적층체 및 버스 바(210)를 물리적으로 보호할 수 있다. 본 실시예에서 이러한 버스 바 프레임(212)은 하나의 일체형 구조물로 구비된다.
한편, 이웃하는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에는 배리어(300)가 배치된다. 배리어(300)는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 중 적어도 하나의 전지 셀이, 열 폭주되어 해당 전지 셀로부터 배출된 고온의 배출 가스, 배출 부산물(예: 금속 입자 등), 화염 등이 다른 전지 셀로 이동되는 것을 방지하게 된다.
보다 구체적으로, 배리어(300)는 이웃하는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에 배치되어(예를 들어, 본 실시예에는 4개의 전지 셀 그룹 사이 모두에 배치됨) 하나의 전지 셀 그룹에 포함된 전지 셀이 열 폭주되어 이로부터 고온의 배출 가스와 이로부터 비롯된 열 에너지가 다른 전지 셀 그룹으로 전파되는 것을 방지하게 된다.
이를 위해 배리어(300)는 하우징(120)과 함께 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)을 위한 격실(310, 312, 314, 316)을 구성하게 된다.
전술한 바와 같이 배리어(300)는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에 배치된다. 여기서 배리어(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈 프레임(122)의 양 넓은 면(122a)의 내면에 접촉되어 지지된다. 예를 들어, 배리어(300)는 도면 기준으로 상부 가장자리 및 하부 가장자리를 모듈 프레임(122)의 양 넓은 면(122a)의 내면에 맞닿도록 모듈 프레임(122) 내부에 배치된다.
이에 따라 하우징(120) 내부에는 배리어(300)와 하우징(120)의 일부가 이어져 한정되는(또는 만들어지는) 복수의(본 실시예에서는 4개) 격실(310, 312, 314, 316)이 제공된다.
이러한 격실(310, 312, 314, 316) 각각에는 대응하는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)이 배치된다. 이 때, 각 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 최외곽 전지 셀은 배리어(300)에 밀착될 수 있다. 더욱이, 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 중 최외곽 전지 셀 그룹(1101, 1104)에서 모듈 프레임(122)의 좁은 면(122b)에 이웃한 전지 셀과 좁은 면(122b) 사이에는 충격 흡수 등을 위한 패드(350)가 배치될 수 있다. 이 패드(350)는 필요에 따라 생략될 수 있다.
배리어(300)는 하우징(120) 내의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)의 배열에 따른 밀착력에 의해 고정 상태를 유지할 수 있고, 필요에 따라 넓은 면(122a)과의 접촉 부위가 접착제나 용접 등을 통해 고정되어 고정 상태를 더욱 강화시킬 수 있다.
배리어(300)는 내열재 및/또는 내화재를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어 배리어(300)는 유리 섬유 시트, 실리콘 시트, 운모(MICA), 또는 FLAME BARRIER FRB 등으로 구성될 수 있다. 다른 한편으로 배리어(300)는 폼 패드로도 구성될 수 있다. 또한, 배리어(300)는 보강재를 더욱 포함하여 구성될 수도 있다.
도 4는 실시예에 따른 배리어(300)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도시된 배리어(300)는 보강재(300a)와 내열재(300b)을 포함할 수 있다. 보강재(300a)는, 예를 들어 금속 시트일 수 있다. 보강재(300a) 및 내열재(300b)는 전지 셀(110)의 형상에 맞추어 장방형으로 구비되며, 내열재(300b)는 보강재(300a)의 양 측면에 적층된다. 이러한 구조의 배리어(300)는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에 배치될 때, 모듈 프레임(122)의 길이 방향(x)을 따라 길게 배치될 수 있다.
한편, 모듈 프레임(122)의 넓은 면(122a) 중 적어도 하나에는 벤트부(400)가 제공된다. 벤트부(400)는 각 격실(310, 312, 314, 316)에 배치된 전지 셀을 안전을 위한 것으로서, 전지 셀에서 배출된 고온의 배출 가스나 열은 물론 이들에 의해 발생되는 화염을 하우징(120) 외부로 배출시킬 수 있도록 구성된다.
본 실시예에서 이러한 벤트부(400)는 모듈 프레임(122)의 넓은 면(122a)(도면 기준으로 상부에 배치되는 넓은 면)에 모듈 프레임(122)의 길이 방향(x)을 따라 등간격으로 배치되는 관통홀(400a)로 이루어진다. 관통홀(400a)은 적절한 형상을 가질 수 있고, 모듈 프레임(122)이 적정의 강도를 지니도록 적절한 크기를 가질 수 있다.
벤트부(400)는 배리어(300)와는 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도 1 및 도 3를 통해 더욱 알 수 있듯이, 벤트부(400)는 각 격실(310, 312, 314, 316)에 대응하는 모듈 프레임(122)의 넓은 면(122a) 상에 일렬로 배열되고, 배리어(300)는 이웃하는 벤트부(400) 사이에 배치된다.
본 실시예에서는 벤트부(400)가 모듈 프레임(122)의 길이 방향(x)으로 길게 형성된 슬롯 형태이고 각 격실(310, 312, 314, 316)에 대응하는 모듈 프레임(122)의 넓은 면(122a)의 중심부에 일렬로 배열된 관통홀(400a)로 구비되나, 본 발명의 벤트부(400)가 반드시 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 벤트부는 밸브 방식으로도 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 전지 모듈(100)은 전기 차량과 같은 디바이스에 적용되어 작동 중, 하나의 전지 셀 그룹(1101)(예를 들어, 도 3에서 왼쪽에서 첫 번째 전지 셀 그룹)의 전지 셀이 비정상 상태를 일으키면 이로부터 고온의 가스가 배출되고 해당 격실(310) 내에는 고온의 열이 발생되는데, 이 고온의 배출 가스 및 열은 이웃하는 전지 셀 그룹, 예를 들어 도 3에서 왼쪽에서 두 번째 전지 셀 그룹(1102)이 배치된 해당 격실(312)쪽으로는 배리어(300)에 차단되어 이동되지 못한다. 반면, 배출 가스와 열은 벤트부(400)가 배치된 하우징(120)의 상방으로 상승되어 관통홀(400a)을 통해 하우징(120) 외부로 배출될 수 있다. 심지어 격실(310)에서 화염이 발생되더라도 이 화염은 관통홀(400a)을 통해 하우징(120) 외부로 빠져나갈 수 있게 된다. 이처럼 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지 셀의 열 폭주가 일어나게 되더라도 배리어(300)와 하우징(120)에 의해 만들어지는 격실 및 벤트부에 의해 열 폭주가 일어난 전지 셀로부터 이에 이웃한 전지 셀로 열 전파가 되는 것을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈(500)을 도시한 도면으로서, 도 1의 II-II 절단선에 따른 절개 사시도이다. 제2 실시예의 전지 모듈(500)은 제1 실시예의 전지 모듈(100)과 실질적으로 동일하게 형성되므로 이하 다른 구성에 대해서만 설명하도록 한다.
제2 실시예의 전지 모듈(500)에서 배리어(330)는, 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에 배치될 때, 양 단부가 버스 바 어셈블리(200)의 버스 바 프레임(212)에 접촉되어 지지되도록 한다. 즉, 배리어(330)는 도면 기준으로 상부 가장자리 및 하부 가장자리는 모듈 프레임(122)의 넓은 면(122a)의 내측면에 접촉시키고 양 단부 가장자리는 버스 바 프레임(212)의 내측면에 접촉시킨다.
이러한 배리어(330)는 하우징(120) 내에 격실(310, 312, 314, 316)이 만들어질 때, 버스 바 어셈블리(200) 측으로도 각각의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)이 해당 격실(310, 312, 314, 316)에 완전히 격리되도록 할 수 있다.
전지 셀의 열 폭주의 경우, 고온의 배출 가스와 함께 배출된 부산물(금속 입자 등)이 버스 바 어셈블리(200) 측으로 흘러 스파크를 일으킬 수 있다. 반면, 이 실시예의 전지 모듈(500)는 벤트부(400)를 통해 배출 가스 등을 미리 하우징(120) 외부로 배출하여 스파크 발생 현상을 줄일 수 있고, 스파크가 발생되더라도 버스 바 어셈블리(200) 주위에 배리어(330)가 배치되어 있으므로, 발생된 스파크는 배리어(330)에 차단되어 전지 모듈(500)의 전역으로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII 선에 따른 절개 부분 사시도이다.
제3 실시예에 따른 전지 모듈(600)도 제1 실시예의 전지 모듈(100)과 실질적으로 동일하게 형성되므로 이하 다른 구성에 대해서만 설명하도록 한다.
제3 실시예의 전지 모듈(600)에서 배리어(370)는 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 사이에 배치될 때, 양 단부 중 적어도 하나의 단부 가장자리가 엔드 플레이트의 내측면에 접촉되어 지지되도록 한다. 더욱이 양 엔드 플레이트 중 적어도 하나의 엔드 플레이트에는 추가 벤트부가 제공된다.
도 6은 배리어(370)의 우측 단부의 가장자리가 제2 엔드 플레이트(126)의 내측면에 접촉되어 지지되는 것을 도시하고 있다. 이 경우, 버스 바 어셈블리(200)의 버스 바 프레임(212)은 전술한 실시예와 달리 일체형으로 형성되지 않고 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)에 대응하여 분리된 개별형으로 형성될 수 있다. 이에 따라 배리어(370)는 모듈 프레임(122) 내에 배치될 때, 단부 영역이 분리된 버스 바 프레임(212) 사이에 위치되도록 하면서 단부 가장자리를 제2 엔드 플레이트(126)에 내측면에 밀착되도록 할 수 있다. 구체적으로, 버스 바 프레임(212)에는 배리어(370)가 삽입될 수 있는 슬릿(SL)이 형성된다. 배리어(370)는 버스 바 프레임(212)에 형성된 슬릿(SL)을 통과하여 제2 엔드 플레이트(126)의 내측면에 밀착될 수 있다.
추가 벤트부(450)는 제2 엔드 플레이트(126)의 전면을 관통하여 형성된 추가 관통홀(450a, 450b, 450c, 450d)로 이루어질 수 있다. 추가 관통홀(450a, 450b, 450c, 450d)은 각각의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104) 또는 각각의 격실(310, 312, 314, 316)에 대응하여 임의의 패턴을 가지고 제2 엔드 플레이트(126)의 전면에 제공될 수 있다.
이와 같이 구성되는 제3 실시예의 전지 모듈(600)은, 하우징 내에 격실(310, 312, 314, 316)이 만들어질 때, 각각의 전지 셀 그룹(1101, 1102, 1103, 1104)이 엔드 플레이트(126) 측까지 해당 격실(310, 312, 314, 316)에 완전히 격리되도록 할 수 있다.
따라서, 격실(310, 312, 314, 316) 중 어느 격실에서 전지 셀의 열 폭주로 인해 발생된 고온의 배기 가스나 열은 우선적으로 전술한 벤트부(400)의 관통홀(400a, 400b, 400c, 400d)를 통해 하우징(120)의 외부로 배출될 수 있고, 여기에 추가적으로(또는 보조적으로) 엔드 플레이트 측으로도 배출 가스나 열이 추가 벤트부(450)의 추가 관통홀(450a, 450b, 450c, 450d)을 통해 하우징(120)의 외부로 빠르게 배출될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 전지 모듈은 하우징 내부에 마련되는 격실 구조에 따라 문제의 전지 셀에서 인접 셀로 열 전파가 되는 것을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
이러한 전지 모듈은 복수로 마련되어 전지 팩으로 구성될 수 있으며, 해당 전지 팩은 전지 모듈 자체 마련된 열 폭주로 인한 열 전파 방지 구조의 강화로 팩 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한 실시예들에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단이나 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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, 500, 600: 전지 모듈
110: 전지 셀
1101, 1102, 1103, 1104: 전지 셀 그룹
120: 하우징
122: 모듈 프레임
122a: 넓은 면
122b: 좁은 면
124: 제1 엔드 플레이트
126: 제2 엔드 플레이트
200: 버스 바 어셈블리
210: 버스 바
212: 버스 바 플레이트
300, 330, 370: 배리어
310, 312, 314, 316: 격실
400: 벤트부
400a, 400b, 400c, 400d: 관통홀
450: 추가 벤트부
450a, 450b, 450c, 450d: 추가 관통홀

Claims (21)

  1. 복수의 전지 셀;
    상기 복수의 전지 셀이 수용되는 하우징;
    상기 복수의 전지 셀 사이에 배치되며 상기 하우징과 함께 격실을 구획하는 배리어; 및
    상기 하우징에 제공되며 상기 격실에 배치된 전지 셀을 위한 벤트부
    를 포함하고,
    상기 하우징과 상기 배리어는 서로 이어져 상기 격실을 한정하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 셀은 복수의 전지 셀 그룹을 포함하고, 상기 배리어는 상기 복수의 전지 셀 그룹 사이에 배치되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 배리어와 상기 벤트부는 비중첩하는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 배리어는 내열재 및/또는 내화재를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 배리어는 유리 섬유 시트, 실리콘 시트, 운모, (MICA), 또는 FLAME BARRIER FRB, 및 폼 패드 중 하나를 포함하는 전지 모듈.
  6. 제4항에서,
    상기 배리어는 보강재를 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 배리어는 상기 보강재 및 상기 상기 보강재에 적층된 상기 내열재를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 하우징은 한 쌍의 제1 면과 상기 한 쌍의 제1 면에 수직하게 배치되는 한 쌍의 제2 면을 갖는 모듈 프레임을 포함하고,
    상기 배리어는 상기 한 쌍의 제1 면 또는 상기 한 쌍의 제2 면에 접촉되어 지지되는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 배리어는 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 배열되는 전지 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 한 쌍의 제1 면은 상기 모듈 프레임의 넓은 면으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 제2 면은 상기 모듈 프레임의 좁은 면으로 이루어지며,
    상기 벤트부는 상기 한 쌍의 제1 면 중 적어도 어느 한 면을 관통하는 관통홀을 포함하는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 관통홀은 상기 적어도 어느 한 면의 길이 방향을 따라 복수로 배열되는 전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 관통홀은 복수의 열로 배열되고, 상기 배리어는 이웃하는 관통홀의 열 사이에 배치되는 전지 모듈.
  13. 제8항에서,
    상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리를 더욱 포함하고,
    상기 배리어는 상기 버스 바 프레임에 접촉되어 지지되는 전지 모듈.
  14. 제8항에서,
    상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리, 및 상기 버스 바 어셈블리를 덮으면서 상기 모듈 프레임에 결합되는 엔드 플레이트를 더욱 포함하고,
    상기 배리어는 상기 엔드 플레이트에 접촉되어 지지되는 전지 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 복수의 전지 셀은 복수의 전지 셀 그룹을 포함하고,
    상기 버스 바 프레임은 상기 복수의 전지 셀 그룹에 각기 대응하여 서로 분리된 복수의 서브 버스 바 프레임을 포함하고,
    상기 배리어는 복수의 서브 버스 바 프레임 중 이웃하는 서브 버스 바 프레임 사이로 연장되어 상기 엔드 플레이트의 내면에 맞닿는 전지 모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 격실에 배치된 전지 셀을 위한 추가 벤트부를 포함하는 전지 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 추가 벤트부는 상기 엔드 플레이트를 관통하는 추가 관통홀을 포함하는 전지 모듈.
  18. 제8항에서,
    상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바 및 상기 버스 바가 지지되는 버스 바 프레임을 포함하는 버스 바 어셈블리를 더욱 포함하고,
    상기 버스 바 프레임에는 슬릿이 형성되고,
    상기 배리어는 상기 슬릿을 관통하는 전지 모듈.
  19. 제18항에서,
    상기 버스 바 어셈블리를 덮으면서 상기 모듈 프레임에 결합되는 엔드 플레이트를 더욱 포함하고,
    상기 배리어는 상기 슬릿을 통과하여 상기 엔드 플레이트에 접촉되어 지지되는 전지 모듈.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  21. 제20항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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