WO2021201408A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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WO2021201408A1
WO2021201408A1 PCT/KR2021/001482 KR2021001482W WO2021201408A1 WO 2021201408 A1 WO2021201408 A1 WO 2021201408A1 KR 2021001482 W KR2021001482 W KR 2021001482W WO 2021201408 A1 WO2021201408 A1 WO 2021201408A1
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venting
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cell stack
battery module
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성준엽
박명기
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module with enhanced stability and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because no by-products are generated due to energy use.
  • a battery module composed of at least one battery cell is configured, and other components are added using at least one battery module to form a battery pack.
  • the way it is configured is common. Since the battery cells constituting the mid-to-large-sized battery module are composed of rechargeable batteries capable of charging and discharging, such high-output, large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process.
  • the battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a frame accommodating the battery cell stack, and an end plate covering front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • FIG. 1 is a view showing a state of ignition of a battery module mounted on a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is a view showing a flame affecting an adjacent battery module when a battery module mounted on a conventional battery pack is ignited along a portion A-A of FIG. 1 .
  • a conventional battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells 10 are stacked, a frame 20 for accommodating the battery cell stack, and front and rear surfaces of the battery cell stack. It includes an end plate 30 , a terminal bus bar 40 formed to protrude out of the end plate, and the like.
  • the frame 20 and the end plate 30 may be coupled to be sealed through welding.
  • the internal pressure of the battery cell 10 increases when the battery module is overcharged to exceed the fusion strength limit of the battery cell 10 .
  • high-temperature heat, gas, and flame generated in the battery cell 10 may be discharged to the outside of the battery cell 10 .
  • high-temperature heat, gas, and flame may be discharged through the openings formed in the end plate 30 .
  • high-temperature heat, gas, and flame may affect the battery module adjacent to the battery module ejecting the flame.
  • the terminal bus bar 40 formed on the end plate 30 of the neighboring battery module may be damaged, and high-temperature heat, gas, and flame may penetrate the battery through the opening formed in the end plate 30 of the neighboring battery module. It may enter the inside of the module and damage the plurality of battery cells 10 .
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of dispersing high-temperature heat and flames emitted when an ignition occurs in the battery module, and a battery pack including the same.
  • a battery module for realizing the above object includes: a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a module frame for accommodating the battery cell stack; and an end plate covering the front and rear surfaces of the battery cell stack and coupled to the module frame, wherein a venting part is formed on the upper surface of the module frame, and the battery cell includes: a cell body; electrode leads protruding from both ends of the cell body; and a terrace portion extending from the cell body in a direction in which the electrode lead protrudes, wherein the vent portion is formed adjacent to a portion where the terrace portion is located rather than the cell body.
  • a first module frame for accommodating a first battery cell stack, covers the front and rear surfaces of the first battery cell stack, and the first module A first end plate coupled to a frame, a first terrace unit assembly extending from a plurality of battery cells of the first battery cell stack, and a first terminal bus bar and a first connector positioned on the first end plate a first battery module; and a second battery module adjacent to the first battery module, wherein a first venting part is formed on an upper surface of the first module frame, and the part where the first venting part is formed includes a part where the first terrace part assembly is located and A second end plate formed at a corresponding position and included in the second battery module includes a second terminal bus bar and a second connector, and the first battery module and the second battery module are connected to the first terminal bus bar and The second terminal bus bar is disposed to face each other, and the first connector and the second connector are disposed to face each other.
  • the venting part may be formed at a position corresponding to the part where the terrace part is located.
  • the end plate is formed of two end plates each covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, and the venting part is formed to be vented in a direction opposite to the end plate located closer among the two end plates.
  • the venting unit may include: an inlet formed on an upper surface of the module frame and facing the battery cell stack; and an outlet for discharging the gas introduced through the inlet, wherein the outlet may be formed in a direction perpendicular to the inlet.
  • the venting unit may include a connecting unit formed between the inlet and the outlet to guide the gas introduced into the inlet in a direction in which the outlet is located, and an upper surface of the connecting unit may be inclined.
  • the venting part may be formed to be vented in an upward direction based on the battery cell stack.
  • the venting unit may include: an inlet connected to the battery cell stack and formed upwardly on the upper surface of the module frame; an outlet formed in an upward direction for discharging the gas introduced through the inlet; and a connecting portion connecting the inlet and the outlet, wherein the connecting portion may be formed in a direction perpendicular to the inlet and outlet directions of the inlet and the outlet.
  • connection part may be formed with a foreign substance blocking part for blocking foreign substances entering through the outlet.
  • a plurality of the venting portions may be formed at positions corresponding to the portion where the terrace portion is located.
  • the venting unit may be formed such that a plurality of venting spaces having a rectangular shape are disposed on the upper surface of the module frame.
  • the venting part may be formed in the middle and both sides of the upper surface of the module frame, respectively.
  • the venting part may be formed in a hole structure obliquely penetrating through the upper surface of the module frame.
  • the venting part may be formed through the venting part at an angle to discharge gas in the direction of the end plate located farther from the vent part among the two end plates formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the first terminal bus bar and the second terminal bus bar may have openings formed on one side facing each other, and the first connector and the second connector may have openings formed on one side facing each other.
  • the first venting part may be formed to discharge gas in a direction opposite to a direction in which the second battery module is located.
  • a battery module and a battery pack including the same face the battery module by dispersing high-temperature heat, gas, and flame generated when the battery module is ignited through a vent formed on the upper surface of the module frame. It is possible to minimize damage to the terminal bus bar of the battery module and the plurality of battery cells.
  • FIG. 1 is a view showing a state of ignition of a battery module mounted on a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is a portion cut along line A-A of FIG. 1 , and is a view showing a flame affecting an adjacent battery module when a battery module mounted in a conventional battery pack ignites.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is coupled and a venting part is formed in the battery module.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which battery modules are arranged in a battery pack according to an embodiment of the present invention and a state in which high-temperature heat, gas, and flame are discharged from a venting part of the battery module.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 5 and showing a state in which high-temperature heat, gas, and flame are discharged from the venting part of the battery module in the battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a state of a venting unit in the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state in which high-temperature heat, gas, and flame are discharged from a venting part of the battery module in the battery pack including the battery module of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a view showing a venting part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a venting part of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a venting part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the first and second terms used in the present application may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is coupled and a venting part is formed in the battery module.
  • 5 is a view illustrating a state in which battery modules are disposed in a battery pack according to an embodiment of the present invention and a state in which high-temperature heat, gas and flame are discharged from a venting part of the battery module.
  • 6 is a section taken along line B-B of FIG. 5, and is a cross-sectional view illustrating a state in which high-temperature heat, gas, and flame are discharged from the battery module and the vent formed therein according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module is formed of a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked, upper, lower, left, and right surfaces, and thus a battery cell stack.
  • the module frame 200 accommodating the 120 and the first and second end plates 300 each covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 and including the module mounting part 310 are included, and the module frame A venting part 400 for discharging gas generated from the plurality of battery cells 110 to the outside is formed on the upper surface of the 200 .
  • the battery cell 110 includes a cell body 111 , an electrode lead 112 protruding from both ends of the cell body 111 , and a terrace portion extending from the cell body 111 in a direction in which the electrode lead 112 protrudes. 113).
  • the venting part 400 according to the present embodiment is formed adjacent to the portion where the terrace part 113 is located rather than the cell body 111 , so that high-temperature heat, gas, and flame are immediately discharged to the outside of the battery module 100 .
  • the venting part 400 may be formed at a position corresponding to the terrace part 113 .
  • the venting part 400 may be formed such that gas is discharged in a direction opposite to that of the closer end plate among the first and second end plates 300 .
  • the battery cell 110 is a secondary battery and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 may be stacked to each other so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120 .
  • Each of the plurality of battery cells 110 includes an electrode assembly, a cell body 111 accommodating the electrode assembly, and electrode leads 112 protruding from both ends of the electrode assembly.
  • the electrode assembly may include a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • the cell body 111 is for packaging the electrode assembly, and may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • a terrace portion 113 formed to extend from the cell body 111 in a direction in which the electrode lead 112 protrudes is included between the electrode lead 112 and the cell body 111 .
  • the terrace portion 113 extending from the cell case covering the cell body 111 may be formed by sealing the end.
  • the terrace portion 113 may be formed to surround the electrode lead 112 extending from the cell body 111 .
  • the upper plate 130 may be located on the upper side of the battery cell stack 120 and connect the bus bar frames formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the module frame 200 may be formed to accommodate the battery cell stack 120 and the bus bar frame coupled thereto on upper, lower, left and right surfaces of the battery cell stack 120 .
  • a thermal conductive resin may be injected between the lower end of the battery cell stack 120 and the lower surface of the module frame 200, and the lower surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200 through the injected thermal conductive resin.
  • a thermally conductive resin layer may be formed between the lower surfaces of the Through the module frame 200 , the battery cell stack 120 accommodated in the module frame 200 and the electrical components connected thereto can be protected from external physical impact.
  • the end plate 300 is formed to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the end plate 300 protects the bus bar frame and various electrical components connected thereto from external impact, and includes a module mounting unit 310 capable of mounting the battery module to the battery pack.
  • Terminal bus bar openings and connector openings for connecting the terminal bus bars and connectors formed on the bus bar frame to the outside are formed in the end plate 300 , and gas generated from the battery cells may be discharged to the outside through the openings.
  • the end plate 300 and the module frame 200 are coupled by welding, and the module frame 200 and the plurality of battery cells 110 located inside the end plate 300 are sealed through the end plate 300 by welding. And through the module frame 200 coupling structure, except for the above-mentioned openings, the connection with the outside can be blocked.
  • the venting part 400 may be formed on the upper surface of the module frame 200 .
  • the venting part 400 is formed at a position corresponding to the part where the terrace part 113 is located, and the sealed terrace part 113 part is released from sealing due to a change in internal pressure of the battery module, and high temperature heat, gas, and flame are released.
  • the high-temperature heat, gas, and flame may be immediately discharged to the outside through the venting unit 400 formed at a position corresponding to the portion where the terrace unit 113 is located.
  • discharge is possible only through the openings formed in the end plate 300, so by diversifying the discharge path inside the battery module, it prevents the concentration of emission to only a part of the battery module during ignition, and prevents high-temperature heat, Emissions of gases and flames can be dispersed.
  • the venting unit 400 is formed to be vented in a direction opposite to the end plate positioned closer among the first and second end plates 300 formed on each of the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 . That is, the end plate formed in the portion adjacent to the electrode lead 112 connected to the terrace portion 113 formed at the position corresponding to the position of the venting portion 400 is more than the end plate located in the opposite side of the reference to the battery cell stack. Since it is close, if it is vented in the direction of a nearby end plate, high-temperature heat, gas, and flame may be emitted to the close end plate and other battery modules adjacent to it, which may damage other battery modules. Therefore, the venting direction of the venting part is formed to be vented in the direction in which the end plate located at a relatively distant part is located, so that damage to other adjacent battery modules can be minimized.
  • the venting part 400 is formed on the upper surface of the module frame 200 and the gas introduced through the inlet 410 and the inlet 410 connected to the battery cell stack 120 . It includes an outlet 420 for discharging, and the outlet 420 may be formed in a direction perpendicular to the inlet 410 .
  • the venting part 400 includes a connection part 430 formed between the inlet 410 and the outlet 420 to guide the gas introduced into the inlet 410 in the direction in which the outlet 420 is located, and the connecting part ( The upper surface of 430 may be inclined.
  • the outlet 420 is formed in a direction perpendicular to the inlet 410 and the upper surface of the module frame 200 , thereby preventing foreign substances floating in the air from entering the outlet 420 by gravity.
  • the upper surface of the connection part 430 is formed to be inclined toward the outlet, so that the high-temperature heat, gas, and flame introduced into the inlet 410 is switched through the connection part 430 and naturally discharged through the outlet 420. have.
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention covers the front and rear surfaces of the first module frame 200 accommodating the first battery cell stack 120 , and the first battery cell stack 120 , and includes the first module On the first end plate 300 coupled to the frame 200 , the first terrace unit assembly 113 and the first end plate 300 extending from the plurality of battery cells of the first battery cell stack 120 .
  • a first battery module M1 including a first terminal bus bar 320 and a first connector 330 positioned therein and a second battery module M2 adjacent to the first battery module M1 are included.
  • terrace units extending from a plurality of stacked battery cells 110 may be gathered to form an assembly.
  • the first venting part 400 is formed on the upper surface of the first module frame 200 , and the first terrace part assembly 113 is formed in the portion where the first venting part 400 is formed.
  • the second end plate 300 ′ formed at a position corresponding to the positioned portion and included in the second battery module M2 includes a second terminal bus bar 320 ′ and a second connector 330 ′.
  • the first venting part 400 may be formed to discharge gas in a direction opposite to the direction in which the second battery module M2 is located.
  • the first battery module M1 and the second battery module M2 have a first terminal bus bar 320 and a second terminal bus bar 320 ′ facing each other, and a first connector 330 and a second connector ( 330') are arranged to face each other.
  • the first terminal bus bar 320 and the second terminal bus bar 320 ′ each have openings formed on one side facing each other, and the first connector 330 and the second connector 330 ′ each face each other. An opening may be formed at one side.
  • the second battery module (M2) disposed to face the high-temperature heat, gas, and flame formed in the first battery module (M1) through the first terminal bus bar 320 and the first connector 330 in which the opening is formed
  • the two-terminal bus bar 320 ′ and the second connector 330 ′ can be discharged to the second terminal bus bar 320 ′ and the second connector 330 ′ formed in the second battery module M2 at high temperature. damage from heat, gas and flames may occur.
  • high-temperature heat, gas, and flame pass through the openings formed in the second terminal bus bar 320 ′ and the second connector 330 ′ to the battery cell stack 110 ′ inside the second battery module M2. may cause damage.
  • the first venting portion 400 formed in the first battery module M1 the first together with the opening formed in the first terminal bus bar 320 and the first connector 330 . Since the high-temperature heat, gas, and flame generated in the terrace unit assembly 113 can be dispersed and discharged, the first terminal bus bar 320 and the second terminal bus bar disposed to face the first connector 330 ( 320') and the damage transmitted to the second connector 330' can be minimized.
  • the second battery module M2 includes a second module frame 200 ′ into which the second battery cell stack is inserted, and a second end plate that covers the front and rear surfaces of the second battery cell stack and is coupled to the second module frame ( 300'), and a second venting part may be formed on the upper surface of the second module frame 200'. At this time, the outlet of the second venting part may face a different direction from the outlet of the first venting part 400 .
  • the second battery module M2 further includes a second terrace part assembly 113 ′ extending from the plurality of battery cells of the second battery cell stack, and the portion where the second venting part is formed is the second terrace part. It may be formed at a position corresponding to the position where the assembly 113 ′ is formed.
  • FIG. 7 is a view showing a state of a venting unit in the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is a cross-sectional view illustrating a venting part of the battery module in the battery pack including the battery module of FIG. 7 .
  • the venting unit 500 may be formed to be vented upward relative to the battery cell stack 120 .
  • the venting unit 500 is connected to the battery cell stack 120 , and has an inlet 510 formed in an upward direction on the upper surface of the module frame 200 , and an outlet formed in an upward direction to discharge gas introduced through the inlet.
  • the venting unit 500 discharges high-temperature heat, gas, and flame inside the battery module toward the upper direction of the battery module, thereby minimizing damage to other battery modules arranged facing the end plate.
  • the outlet 520 is formed toward the upper direction so that foreign substances in the air can enter the outlet 520 by gravity, so that the connection part 530 is formed in a direction perpendicular to the outlet 520 to the outlet 520 .
  • a phenomenon in which foreign substances introduced into the battery module are introduced into the battery module through the inlet 510 may be minimized.
  • a foreign material blocking part 540 is formed on the connection part 530 to block foreign substances entering through the outlet 520 , so as to prevent foreign substances from entering the inlet 510 through the connection part 530 from the outlet 520 part.
  • the battery module described above may be included in the battery pack.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention covers the front and rear surfaces of the first module frame 200 accommodating the first battery cell stack 120 , and the first battery cell stack 120 , and includes the first module On the first end plate 300 coupled to the frame 200 , the first terrace unit assembly 113 and the first end plate 300 extending from the plurality of battery cells of the first battery cell stack 120 .
  • a first battery module M1 including a first terminal bus bar 320 and a first connector 330 positioned therein and a second battery module M2 adjacent to the first battery module M1 are included.
  • terrace units extending from a plurality of stacked battery cells 110 may be gathered to form an assembly.
  • the first venting part 500 is formed on the upper surface of the first module frame 200 , and the first terrace part assembly 113 is formed in the portion where the first venting part 500 is formed.
  • the second end plate 300 ′ formed at a position corresponding to the positioned portion and included in the second battery module M2 includes a second terminal bus bar 320 ′ and a second connector 330 ′.
  • the first terminal bus bar 320 and the second terminal bus bar 320 ′ face each other, and the first connector 330 and the second connector 330' are arranged to face each other.
  • FIG. 9 is a view showing a venting part of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of venting units 600 may be formed at positions corresponding to the portion where the terrace unit is located.
  • Each of the venting units 600 may be formed at both ends and at the center of the upper surface of the module frame 200 , respectively.
  • high-temperature heat, gas, and flame may be locally generated from a specific battery cell in a plurality of battery cells, such as high-temperature heat, gas, and flame generated in the outermost battery cell of the battery cell stack, FIG. 3 And as shown in FIG.
  • venting part 600 is formed in the middle and on both sides of the upper surface of the module frame 200, respectively, and high-temperature heat, gas, and flame generated in the battery cell adjacent to each venting part 600 . can be discharged outside.
  • the venting part 600 is formed on the upper surface of the module frame 200 and is connected to the battery cell stacked body inlet 610, the outlet 620 for discharging the gas introduced through the inlet 610. ), and the outlet 620 may be formed in a direction perpendicular to the inlet 610 .
  • the venting part 600 includes a connection part 630 formed between the inlet 610 and the outlet 620 and guiding the gas introduced into the inlet 610 in the direction in which the outlet 620 is located, and the connection part ( The upper surface of 630 may be inclined.
  • the outlet 620 is formed in a direction perpendicular to the inlet 610 and the upper surface of the module frame 200, thereby preventing foreign substances floating in the air from entering the outlet 620 due to gravity.
  • the upper surface of the connection part 630 is formed to be inclined toward the outlet, so that the high-temperature heat, gas, and flame introduced into the inlet 610 are switched through the connection part 630 and naturally discharged through the outlet 620. have.
  • FIG. 10 is a view showing a venting part of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the venting unit 700 may be formed such that a plurality of venting spaces having a rectangular shape are disposed on the upper surface of the module frame 200 . Since simultaneous ignition may occur from a plurality of battery cells, as in the venting unit 700 according to another embodiment of the present invention, a plurality of rectangular venting spaces are disposed on the upper surface of the module frame 200 . formed so that a significant amount of gas, heat and flame can be rapidly discharged to the outside.
  • FIG. 11 is a view showing a venting part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the venting part 800 formed in the battery module according to the present embodiment pumps gas in the direction of the end plate located further from the venting part 800 among the two end plates formed at both ends of the battery module. It can be formed to discharge.
  • the venting part 800 may have a hole structure formed on the upper surface of the module frame 200 , and further may have a hole structure that is obliquely penetrated to have an inclination.
  • the venting part 800 may be formed obliquely in the direction of the end plate positioned further from the venting part 800 among the two end plates 301 and 302 formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the inner inlet of the obliquely penetrating venting portion 800 is formed closer to the 1-1 end plate 301 than the outer outlet, and the outer outlet is closer to the 1-2 end plate 302 than the inner inlet. can be formed.
  • venting unit 800 does not require a separate additional space as a through-hole structure, and has the advantage of providing the directionality of the discharged gas simply by passing through the module frame 200 . have.
  • the battery pack described above may have a structure in which one or more battery modules according to the present embodiment are collected and a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of the battery and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module, which also falls within the scope of the present invention .
  • venting part first venting part

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Abstract

본 발명은 벤팅 구조를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 04월 01일자 한국 특허 출원 제10-2020-0039761호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품 군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 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 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(10)이 적층 형성된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(30), 엔드 플레이트 밖으로 돌출 형성된 단자 버스바(40) 등을 포함한다.
프레임(20)과 엔드 플레이트(30)는 용접을 통해 밀봉되도록 결합할 수 있다. 이와 같이 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20)과 엔드 플레이트(30)가 결합되면, 전지 모듈의 과충전시 전지셀(10)의 내부 압력이 증가하여 전지셀(10)의 융착 강도 한계치를 넘는 경우, 전지셀(10)에서 발생한 고온의 열, 가스 및 화염이 전지셀(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이때 고온의 열, 가스 및 화염은 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부들을 통해 배출될 수 있는데, 엔드 플레이트(30)끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 고온의 열, 가스 및 화염을 분출하는 전지 모듈에 이웃하는 전지 모듈에 영향을 미칠 수 있다. 이를 통해 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 단자 버스바(40)가 손상될 수 있으며, 고온의 열, 가스 및 화염이 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부를 통해 전지 모듈의 내부로 들어가 복수의 전지셀(10)들에 손상을 입힐 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 배출되는 고온의 열과 화염을 분산시킬 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.
또한 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체를 수용하는 제1 모듈 프레임, 상기 제1 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 상기 제1 모듈 프레임과 결합하는 제1 엔드 플레이트, 상기 제1 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체 및 상기 제1 엔드 플레이트 상에 위치하는 제1 단자 버스바와 제1 커넥터를 포함하는 제1 전지 모듈; 및 상기 제1 전지 모듈과 이웃하는 제2 전지 모듈을 포함하고, 상기 제1 모듈 프레임의 상면에 제1 벤팅부가 형성되며, 상기 제1 벤팅부가 형성된 부분은 상기 제1 테라스부 집합체가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 상기 제2 전지 모듈에 포함된 제2 엔드 플레이트는 제2 단자 버스바와 제2 커넥터를 포함하며, 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈은 상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바가 서로 마주보고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 서로 마주보도록 배치된다.
상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 각각 커버하는 두개의 엔드 플레이트로 형성되고, 상기 벤팅부는, 상기 두개의 엔드 플레이트 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면 상에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구; 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성되어 상기 유입구로 유입된 가스를 상기 배출구가 위치한 방향으로 안내하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체와 연결되고, 상기 모듈 프레임의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구; 상측 방향으로 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구; 및 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 배출구의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연결부에는, 상기 배출구를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부가 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는 복수개가 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임 상면에서 비스듬히 관통된 홀 구조로 형성될 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 두개의 상기 엔드 플레이트 중 벤팅부로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 비스듬히 관통 형성될 수 있다.
상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성될 수 있다.
상기 제1 벤팅부는 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 모듈 프레임의 상면에 형성된 벤팅부를 통해 전지 모듈의 발화시 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 분산시킴으로써, 상기 전지 모듈과 마주하는 전지 모듈의 단자 버스바 및 복수의 전지셀 부분의 손상을 최소화시킬 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 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈이 결합되고 전지 모듈에 벤팅부가 형성된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈들이 배치된 모습 과 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 B-B를 따라 절단한 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 벤팅부의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 전지 모듈을 포함하는 전지팩에서, 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
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.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅부(400)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈이 결합되고 전지 모듈에 벤팅부가 형성된 모습을 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 전지 모듈들이 배치된 모습과 전지 모듈의 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 B-B를 따라 절단한 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이에 형성된 벤팅부에서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(120), 상하좌우면으로 형성되어 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200) 및 전지셀 적층체(120)의 전후면을 각각 커버하고 모듈 마운팅부(310)를 포함하는 제1,2 엔드 플레이트(300)를 포함하고, 모듈 프레임(200)의 상면에는, 복수의 전지셀(110)로부터 발생하는 가스를 외부로 배출하는 벤팅부(400)가 형성된다.
전지셀(110)은, 셀 본체(111), 셀 본체(111)의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드(112) 및 전극 리드(112)가 돌출된 방향으로 셀 본체(111)로부터 연장 형성된 테라스부(113)를 포함한다. 본 실시예에 따른 벤팅부(400)는 셀 본체(111) 보다 테라스부(113)가 위치한 부분에 인접하여 형성됨으로써, 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 전지 모듈(100) 외부로 배출할 수 있다. 일 예로, 벤팅부(400)는 테라스부(113)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
벤팅부(400)는 제1,2 엔드 플레이트(300) 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 가스가 배출되도록 형성될 수 있다.
전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 본체(111) 및 전극 조립체로부터 양단으로 돌출 형성된 전극 리드(112)를 포함한다.
전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 셀 본체(111)는 전극 조립체를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
전극 리드(112)와 셀 본체(111) 사이에는, 전극 리드(112)가 돌출된 방향으로 셀 본체(111)로부터 연장 형성된 테라스부(113)를 포함한다. 구체적으로, 셀 본체(111)를 덮는 셀 케이스로부터 연장 형성된 테라스부(113)는 끝단이 밀봉되어 형성될 수 있다. 테라스부(113)는 셀 본체(111)로부터 연장 형성되는 전극 리드(112)를 감싸도록 형성될 수 있다. 상부 플레이트(130)는 전지셀 적층체(120)의 상측에 위치하고, 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 버스바 프레임을 연결할 수 있다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120)의 상하좌우면에서 전지셀 적층체(120) 및 이와 결합된 버스바 프레임을 수용하도록 형성될 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 하단과 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지를 통해 전지셀 적층체(120)의 하면과 모듈 프레임(200)의 하면 사이에 열전도성 수지층이 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하도록 형성된다. 엔드 플레이트(300)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 전지 모듈을 전지팩에 장착할 수 있는 모듈 마운팅부(310)를 포함한다. 엔드 플레이트(300)에는 버스바 프레임에 형성된 단자 버스바 및 커넥터가 외부와 연결되기 위한 단자 버스바 개구부 및 커넥터 개구부가 형성되며, 상기 개구부들을 통해 전지셀로부터 발생한 가스가 외부로 배출될 수 있다. 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200)은 용접으로 결합되고, 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(300) 내부에 위치한 복수의 전지셀(110)은, 용접을 통해 밀봉된 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200) 결합 구조를 통해, 상술한 개구부들을 제외하고는 외부와의 연결이 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)의 상면에 벤팅부(400)가 형성될 수 있다. 벤팅부(400)는 테라스부(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되어, 밀봉된 테라스부(113) 부분이 전지 모듈 내부 압력 변화로 인해 밀봉이 해제되면서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출될 경우, 테라스부(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성된 벤팅부(400)를 통해 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 외부로 배출할 수 있다.
또한 종래에는 엔드 플레이트(300)에 형성된 개구부들을 통하여만 배출이 가능한 바, 전지 모듈 내부의 배출 경로를 다양화시켜 발화시 전지 모듈의 일 부분으로만 배출이 집중되는 현상을 방지하고 고온의 열, 가스 및 화염의 배출을 분산시킬 수 있다.
또한 벤팅부(400)는, 전지셀 적층체(120)의 전후면 각각에 형성된 제1,2 엔드 플레이트(300) 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성된다. 즉, 벤팅부(400)의 위치와 대응되는 위치에 형성된 테라스부(113)와 연결된 전극 리드(112)와 인접한 부분에 형성된 엔드 플레이트가, 전지셀 적층체 기준 맞은 편 부분에 위치한 엔드 플레이트보다 더 가까우므로, 가까운 곳의 엔드 플레이트 방향으로 벤팅될 경우 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 인접한 다른 전지 모듈에 고온의 열, 가스 및 화염이 방출되어 다른 전지 모듈에 손상을 입힐 수 있다. 따라서 벤팅부의 벤팅 방향은 상대적으로 먼 부분에 위치한 엔드 플레이트가 위치한 방향으로 벤팅되도록 형성되어, 인접한 다른 전지 모듈에 피해를 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅부(400)는, 모듈 프레임(200)의 상면 상에 형성되어 전지셀 적층체(120)와 연결되는 유입구(410), 유입구(410)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(420)를 포함하고, 배출구(420)는 유입구(410)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한 벤팅부(400)는, 유입구(410)와 배출구(420) 사이에 형성되어 유입구(410)로 유입된 가스를 배출구(420)가 위치한 방향으로 안내하는 연결부(430)를 포함하고, 연결부(430)의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
배출구(420)가 유입구(410) 및 모듈 프레임(200)의 상면과 수직인 방향으로 형성되어, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 배출구(420) 내부로 들어가는 현상을 방지할 수 있다. 또한 연결부(430)의 상면이 배출구를 향해 경사지게 형성되어, 유입구(410)로 유입된 고온의 열, 가스 및 화염이 연결부(430)를 통해 방향이 전환되어 배출구(420)를 통해 자연스럽게 배출될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체(120)를 수용하는 제1 모듈 프레임(200), 제1 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하고 제1 모듈 프레임(200)과 결합하는 제1 엔드 플레이트(300), 제1 전지셀 적층체(120)의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체(113) 및 제1 엔드 플레이트(300) 상에 위치하는 제1 단자 버스바(320)와 제1 커넥터(330)를 포함하는 제1 전지 모듈(M1) 및 제1 전지 모듈(M1)과 이웃하는 제2 전지 모듈(M2)을 포함한다. 이때, 제1 테라스부 집합체(113)는, 적층 형성된 복수의 전지셀(110)로부터 연장 형성된 테라스부들이 모여 집합체를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모듈 프레임(200)의 상면에 제1 벤팅부(400)가 형성되며, 제1 벤팅부(400)가 형성된 부분은 제1 테라스부 집합체(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 전지 모듈(M2)에 포함된 제2 엔드 플레이트(300’)는 제2 단자 버스바(320’)와 제2 커넥터(330’)를 포함한다. 제1 벤팅부(400)는 제2 전지 모듈(M2)이 위치한 방향과 반대 반향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
제1 전지 모듈(M1)과 제2 전지 모듈(M2)은 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320’)가 서로 마주보고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330’)가 서로 마주보도록 배치된다. 이때 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320’)는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330’)는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성될 수 있다.
제1 전지 모듈(M1)에서 형성된 고온의 열, 가스 및 화염이 개구부가 형성된 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)를 통해 마주보도록 배치된 제2 전지 모듈(M2)의 제2 단자 버스바(320’) 및 제2 커넥터(330’)로 배출 될 수 있는바, 제2 전지 모듈(M2)에 형성된 제2 단자 버스바(320’) 제2 커넥터(330’)가 고온의 열, 가스 및 화염으로 인한 손상이 발생할 수 있다.
또한 고온의 열, 가스 및 화염이 제2 단자 버스바(320’) 및 제2 커넥터(330’)에 형성된 개구부를 통과하여 제2 전지 모듈(M2) 내부의 전지셀 적층체(110’)에도 손상을 가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전지 모듈(M1)에 형성된 제1 벤팅부(400)를 통해, 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)에 형성된 개구부와 함께 제1 테라스부 집합체(113)에서 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 분산하여 배출시킬 수 있으므로, 제1 단자 버스바(320) 및 제1 커넥터(330)와 마주보도록 배치된 제2 단자 버스바(320’) 및 제2 커넥터(330’)에 전달되는 피해를 최소화 할 수 있다.
제2 전지 모듈(M2)은, 제2 전지셀 적층체가 삽입되는 제2 모듈 프레임(200’) 및 제2 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 제2 모듈 프레임과 결합되는 제2 엔드 플레이트(300’)를 포함하고, 제2 모듈 프레임(200’)의 상면에 제2 벤팅부가 형성될 수 있다. 이때 제2 벤팅부의 배출구는 제1 벤팅부(400)의 배출구와 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
또한 제2 전지 모듈(M2)은, 제2 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제2 테라스부 집합체(113’)를 더 포함하고, 제2 벤팅부가 형성된 부분은, 제2 테라스부 집합체(113’)가 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(500)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 벤팅부의 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 전지 모듈을 포함하는 전지팩에서, 전지 모듈의 벤팅부를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는, 전지셀 적층체(120) 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성될 수 있다. 벤팅부(500)는, 전지셀 적층체(120)와 연결되고, 모듈 프레임(200)의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구(510), 상측 방향으로 형성되어 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(520) 및 유입구(510)와 배출구(520)를 연결하는 연결부(530)를 포함하고, 연결부(530)는 유입구(510) 및 배출구(520)의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
벤팅부(500)는 전지 모듈 내부의 고온의 열, 가스 및 화염을 전지 모듈의 상측 방향을 향해 배출하여, 엔드 플레이트를 맞대고 배치된 다른 전지 모듈들에 피해를 최소화시킬 수 있다. 그러나 배출구(520)가 상측 방향을 향해 형성되어 공기 중의 이물질이 중력에 의해 배출구(520)로 들어올 수 있는바, 연결부(530)를 배출구(520)와 수직인 방향으로 형성되도록 하여 배출구(520)로 유입된 이물질이 유입구(510)를 통해 전지 모듈 내부로 유입되는 현상이 최소화될 수 있다.
또한 연결부(530) 상에는 배출구(520)를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부(540)가 형성되어, 이물질이 배출구(520) 부분에서 연결부(530)를 통해 유입구(510) 부분으로 들어오지 못하도록 막을 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 제1 전지셀 적층체(120)를 수용하는 제1 모듈 프레임(200), 제1 전지셀 적층체(120)의 전후면을 커버하고 제1 모듈 프레임(200)과 결합하는 제1 엔드 플레이트(300), 제1 전지셀 적층체(120)의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체(113) 및 제1 엔드 플레이트(300) 상에 위치하는 제1 단자 버스바(320)와 제1 커넥터(330)를 포함하는 제1 전지 모듈(M1) 및 제1 전지 모듈(M1)과 이웃하는 제2 전지 모듈(M2)을 포함한다. 이때, 제1 테라스부 집합체(113)는, 적층 형성된 복수의 전지셀(110)로부터 연장 형성된 테라스부들이 모여 집합체를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모듈 프레임(200)의 상면에 제1 벤팅부(500)가 형성되며, 제1 벤팅부(500)가 형성된 부분은 제1 테라스부 집합체(113)가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고, 제2 전지 모듈(M2)에 포함된 제2 엔드 플레이트(300’)는 제2 단자 버스바(320’)와 제2 커넥터(330’)를 포함한다. 이때 제1 전지 모듈(M1)과 제2 전지 모듈(M2)은 제1 단자 버스바(320)와 제2 단자 버스바(320’)가 서로 마주보고, 제1 커넥터(330)와 제2 커넥터(330’)가 서로 마주보도록 배치된다.
전지팩과 관련하여 상술한 설명 이외의 내용은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 벤팅부(400)가 형성된 전지팩에 관해 설명한 내용과 동일하다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(600)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 벤팅부(600)는, 복수개의 벤팅부(600)가 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 각각의 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200) 상면의 양단 및 중앙에 각각 형성될 수 있다. 예를 들면 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀에서 고온의 열, 가스 및 화염이 발생하는 등 복수의 전지셀에서 특정 전지셀로부터 고온의 열, 가스 및 화염이 국부적으로 발생할 수 있기 때문에, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 테라스부가 형성된 부분을 따라 복수의 벤팅부(600)를 배치하여, 특정 부분에 위치한 전지셀로부터 발생한 고온의 열, 가스 및 화염을, 해당 전지셀와 가장 가까이 위치한 벤팅부(600)를 통해 신속히 외부로 배출할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 벤팅부(600)는 모듈 프레임(200)의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성되어, 각각의 벤팅부(600)와 인접한 부분의 전지셀에서 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 외부로 배출할 수 있다.
본 실시예에 따른 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200)의 상면 상에 형성되어 전지셀 적층체와 연결되는 유입구(610), 유입구(610)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(620)를 포함하고, 배출구(620)는 유입구(610)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한 벤팅부(600)는, 유입구(610)와 배출구(620) 사이에 형성되어 유입구(610)로 유입된 가스를 배출구(620)가 위치한 방향으로 안내하는 연결부(630)를 포함하고, 연결부(630)의 상면은 경사지게 형성될 수 있다.
배출구(620)가 유입구(610) 및 모듈 프레임(200)의 상면과 수직인 방향으로 형성되어, 공기중에 떠다니는 이물질이 중력에 의해 배출구(620) 내부로 들어가는 현상을 방지할 수 있다. 또한 연결부(630)의 상면이 배출구를 향해 경사지게 형성되어, 유입구(610)로 유입된 고온의 열, 가스 및 화염이 연결부(630)를 통해 방향이 전환되어 배출구(620)를 통해 자연스럽게 배출될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하며 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(700)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅부(700)는, 모듈 프레임(200)의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성될 수 있다. 복수의 전지셀로부터 동시 다발적인 발화 현상이 일어날 수 있는바, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(700)와 같이, 모듈 프레임(200)의 상면에 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성하여, 상당량의 가스, 열 및 화염을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있다.
이하, 도 3 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤팅부(800)가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈의 벤팅부를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 형성된 벤팅부(800)는 전지 모듈의 양단에 형성된 2개의 엔드 플레이트 중 벤팅부(800)로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다. 이때, 벤팅부(800)는 모듈 프레임(200) 상면에 형성된 홀 구조일 수 있으며, 나아가 경사를 갖도록 비스듬하게 관통된 홀 구조일 수 있다.
벤팅부(800)는, 전지셀 적층체(120)의 전후면에 형성된 두개의 엔드 플레이트(301, 302) 중 벤팅부(800)로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 비스듬히 관통 형성될 수 있다. 구체적으로, 비스듬하게 관통된 벤팅부(800)의 내측 유입구는 외측 배출구 보다 제1-1 엔드 플레이트(301)에 가깝게 형성되고, 외측 배출구는 내측 유입구보다 제1-2 엔드 플레이트(302)에 가깝게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 통해, 벤팅부(800) 통해 배출되는 열이나 가스에 자연스럽게 방향성을 부여할 수 있다. 즉, 더 멀리 위치한 제1-2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 제1-1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 벤팅부(800)는 관통된 홀 구조로써 별도의 추가 공간이 필요하지 않으며, 모듈 프레임(200)을 관통하는 것만으로 간단히 배출되는 가스의 방향성을 부여할 수 있다는 장점이 있다.
앞에서 설명한 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 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.
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.
부호의 설명
110: 전지셀
111: 셀 본체
112: 전극 리드
113: 테라스부(제1 테라스부 집합체)
113’: 테라스부(제2 테라스부 집합체)
120: 전지셀 적층체
130: 상부 플레이트
200: 제1 모듈 프레임(모듈 프레임)
200’: 제2 모듈 프레임
300: 제1 엔드 플레이트(엔드 플레이트)
301: 제1-1 엔드 플레이트
302: 제1-2 엔드 플레이트
300’: 제2 엔드 플레이트
310: 모듈 마운팅부
320: 제1 단자 버스바
320’: 제2 단자 버스바
330: 제1 커넥터
330’: 제2 커넥터
400, 500, 600, 700, 800: 벤팅부(제1 벤팅부)
410, 510, 610: 유입구
420, 520, 620: 배출구
430, 530, 630: 연결부
540: 이물질 차단부

Claims (16)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합하는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 상면에는 벤팅부가 형성되고,
    상기 전지셀은,
    셀 본체;
    상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및
    상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 상기 셀 본체로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고,
    상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 각각 커버하는 두개의 엔드 플레이트로 형성되고,
    상기 벤팅부는, 상기 두개의 엔드 플레이트 중 더 가까운 곳에 위치한 엔드 플레이트와 반대인 방향으로 벤팅되도록 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 모듈 프레임의 상면 상에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구;
    상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성되어 상기 유입구로 유입된 가스를 상기 배출구가 위치한 방향으로 안내하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부의 상면은 경사지게 형성된 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체 기준 상측 방향으로 벤팅되도록 형성되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 전지셀 적층체와 연결되고, 상기 모듈 프레임의 상면 상에서 상측 방향으로 형성된 유입구;
    상측 방향으로 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구; 및
    상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 배출구의 유입 및 배출 방향과 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 연결부에는, 상기 배출구를 통해 들어오는 이물질을 차단하는 이물질 차단부가 형성되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 복수개가 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 벤팅부는 상기 모듈 프레임의 상면 가운데 및 양측에 각각 형성되는 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 상면에서 사각 형상의 벤팅 공간이 복수개 배치되도록 형성되는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임 상면에서 비스듬히 관통된 홀 구조로 형성된 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 두개의 상기 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 비스듬히 관통 형성된 전지 모듈.
  14. 제1 전지셀 적층체를 수용하는 제1 모듈 프레임, 상기 제1 전지셀 적층체의 전후면을 커버하고 상기 제1 모듈 프레임과 결합하는 제1 엔드 플레이트, 상기 제1 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 제1 테라스부 집합체 및 상기 제1 엔드 플레이트 상에 위치하는 제1 단자 버스바와 제1 커넥터를 포함하는 제1 전지 모듈; 및
    상기 제1 전지 모듈과 이웃하는 제2 전지 모듈을 포함하고,
    상기 제1 모듈 프레임의 상면에 제1 벤팅부가 형성되며, 상기 제1 벤팅부가 형성된 부분은 상기 제1 테라스부 집합체가 위치한 부분과 대응되는 위치에 형성되고,
    상기 제2 전지 모듈에 포함된 제2 엔드 플레이트는 제2 단자 버스바와 제2 커넥터를 포함하며,
    상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈은 상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바가 서로 마주보고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 서로 마주보도록 배치되는 전지팩.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 단자 버스바와 상기 제2 단자 버스바는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되는 전지팩.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 벤팅부는 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성되는 전지팩.
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