WO2021201409A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체가 삽입되는 모듈 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 셀 테라스 집합체를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 측면부에 벤팅부가 형성되며, 상기 벤팅부가 형성된 부분은 상기 전지셀 적층체보다 상기 셀 테라스 집합체에 인접하여 위치한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 04월 01일자 한국 특허 출원 제10-2020-0039759호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안정성이 강화된 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 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 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 배출되는 고온의 열과 화염을 분산시킬 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체가 삽입되는 모듈 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 셀 테라스 집합체를 포함하고, 상기 모듈 프레임의 측면부에 벤팅부가 형성되며, 상기 벤팅부가 형성된 부분은 상기 전지셀 적층체보다 상기 셀 테라스 집합체에 인접하여 형성된다.
상기 벤팅부는 상기 셀 테라스 집합체가 형성된 영역에 형성될 수 있다.
상기 벤팅부가 형성된 부분은, 상기 모듈 프레임의 측면부 양 단부에 위치할 수 있다.
상기 엔드 플레이트 상에 단자 버스바 개구부와 커넥터 개구부가 형성되고, 상기 벤팅부는 상기 단자 버스바 개구부와 상기 커넥터 개구부로부터 방출되는 가스 및 열을 분산 배출할 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 측면부에 형성된 홀 구조일 수 있다.
상기 홀 구조는, 상기 모듈 프레임의 측면부를 비스듬하게 관통할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 홀 구조는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 가질 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 측면부에 형성되어 상기 전지셀 적층체의 적층면과 대응하는 유입구, 및 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 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 모듈 프레임이 측면부 기준으로 경사진 구조를 가질 수 있다.
상기 엔드 플레이트는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트를 향해 상기 배출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 앞에서 설명한 전지 모듈을 둘 이상 포함하고, 상기 전지 모듈들 중 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈은 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성된다.
상기 제1 전지 모듈의 벤팅부는, 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 전지셀 적층체보다 셀 테라스 집합체에 인접한 부분에서 모듈 프레임 측면부에 벤팅부가 형성됨으로써, 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 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함되는 전지셀에 대한 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈이 결합된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 절단선 C-C를 따라 자른 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)을 위에서 바라본 평면도이다.
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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함되는 전지셀에 대한 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈이 결합된 모습을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 평면도이다. 도 6은 도 5의 XY평면을 따라 잘라 B 방향으로 바라본 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120) 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200)을 포함한다. 모듈 프레임(200) 측면부에는 벤팅부(400)가 형성된다. 본 명세서 상에서 벤팅부(400)라 함은, 전지 모듈(100) 내부의 열이나 가스를 배출하기 위한 부분을 의미한다.
이하 도 4를 참고하여 하나의 전지셀(110)의 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 4를 참고하면, 전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 전극 조립체(113), 셀 케이스(114), 및 전극 조립체(113)로부터 돌출된 전극 리드(111, 112)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(113)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 셀 케이스(114)는 전극 조립체(113)를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이러한 셀 케이스(114)는, 케이스 본체(113B) 및 셀 테라스(116)를 포함할 수 있다.
케이스 본체(113B)는 전극 조립체(113)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 케이스 본체(113B)에는 전극 조립체(113)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련되어 있다. 셀 테라스(116)는 케이스 본체(113B)로부터 연장되며, 전극 조립체(113)를 밀봉할 수 있도록 실링될 수 있다.
전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극 리드(111, 112)는 음의 전극 리드(111)와 양의 전극 리드(112)를 포함하는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드들(111, 112)의 일부는 각각, 셀 케이스(114)의 전방(+X축 방향) 및 후방(-X축 방향)에서 셀 테라스(116) 밖으로 돌출될 수 있다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(113)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 실링함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉될 수 있다.
앞에서 설명한 전지셀(110)의 구성은 한 예이고, 전지셀 적층체를 구성하기 위한 전지셀(110) 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 상측에는 상부 플레이트(130)가 위치할 수 있고, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향인 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에는 각각 버스바 프레임(140)이 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(120), 상부 플레이트(130) 및 버스바 프레임(140)은 모듈 프레임(200)에 함께 수용될 수 있다.
전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지를 통해 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 부품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
버스바 프레임(140)은 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하여, 전지셀 적층체(120)를 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내할 수 있다. 구체적으로, 버스바 프레임(140)에는 버스바(141) 및 단자 버스바(142)가 장착될 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 버스바 프레임(140)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(141)나 단자 버스바(142)와 접합될 수 있다. 버스바(141)를 통해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 직렬 또는 병렬 연결될 수 있고, 전지 모듈(100)의 외부로 노출되는 단자 버스바(142)를 통해 외부 기기나 회로와 전지셀(110)들이 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 버스바 프레임(140)에 커넥터(미도시)가 장착될 수 있고, 센싱 어셈블리(미도시)를 통해 측정된 전지셀(110)의 온도나 전압 데이터가 커넥터(미도시)를 통해 외부 BMS(Battery Management System )등으로 전달될 수 있다.
엔드 플레이트(301, 302)는 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 커버하도록 형성된다. 엔드 플레이트(301, 302)에는 팩 프레임과의 결합을 위한 마운팅부(310)가 형성되어 있다. 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면 각각에 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302)가 위치할 수 있다. 엔드 플레이트(301, 302)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(140) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호할 수 있고, 이를 위해 소정의 강도를 가져야 하며 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(301, 302)에는 버스바 프레임(140)에 장착된 단자 버스바(142) 및 커넥터(미도시)가 외부와 연결되기 위한 단자 버스바 개구부(320) 및 커넥터 개구부(330)가 형성되며, 개구부(320, 330)들을 통해 전지셀(110)로부터 발생한 가스나 열이 전지 모듈(100)의 외부로 배출될 수 있다. 엔드 플레이트(301, 302)와 모듈 프레임(200)은 용접으로 결합되고, 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(301, 302) 내부에 위치한 복수의 전지셀(110)은, 용접을 통해 밀봉된 엔드 플레이트(301, 302)와 모듈 프레임(200) 결합 구조를 통해, 상술한 개구부(320, 330)들을 제외하고는 외부와의 연결이 차단될 수 있다.
종래의 전지 모듈은, 상술한 바대로, 개구부들을 통해 전지셀에서 발생한 고온의 열, 가스 또는 화염을 배출할 수 있다. 그러나, 엔드 플레이트끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 전지 모듈로부터 분출된 고온의 열, 가스 및 화염 등이 이웃하는 전지 모듈을 손상시킬 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(200)의 측면부에 벤팅부(400)가 형성되어, 개구부(320, 330)들을 통해 배출되는 열, 가스 및 화염 등을 분산시킬 수 있다. 이러한 벤팅부(400)는 모듈 프레임(200)의 측면부에 형성된 홀 구조일 수 있다. 본 실시예에 따른 홀 구조는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 모듈 프레임(200) 측면부 단부가 일부 절단된 모양일 수 있다.
벤팅부(400)를 통해 전지 모듈(100) 내부의 배출 경로를 다양화시켜 발화시 전지 모듈(100)의 일 부분으로만 배출이 집중되는 현상을 방지하고 고온의 열, 가스 및 화염의 배출을 분산시킬 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅부(400)는 전지셀(110)의 셀 테라스(116)가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성된다. 전지셀(110) 중 전극 리드(111, 112) 및 그와 인접한 셀 테라스(116)에 열이 많이 발생하며, 또 셀 테라스(116)가 전지 모듈(100) 내부의 압력 변화로 인해 밀봉이 해제되면서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출될 수 있다. 이 때, 본 실시예에 따른 벤팅부(400)가 셀 테라스(116)에 대응되는 위치에 형성되어 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 전지 모듈(100) 외부로 배출할 수 있다. 구체적으로, 전지셀 적층체를 구성하는 전지셀(110)이 복수개 형성됨에 따라, 셀 테라스(116)는 복수개 형성되어 셀 테라스 집합체(116G)를 형성할 수 있다. 벤팅부(400)는 셀 테라스 집합체(116G)에 대응하는 모듈 프레임(200)의 측면부에 형성될 수 있다. 본 실시에에 따른 벤팅부(400)가 형성된 부분은 전지셀 적층체(120)보다 셀 테라스 집합체(116G)에 인접하여 형성될 수 있다. 일 예로, 벤팅부(400)는 셀 테라스 집합체(116G)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
도시하지 않았으나, 제2 엔드 플레이트(302)에 인접하여 벤팅부가 추가 형성될 수도 있다. 이때, 추가 형성되는 벤팅부는 제1 엔드 플레이트(301) 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9와 함께, 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 벤팅부에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 7의 절단선 C-C를 따라 자른 평면도이다. 도 8은 도 7의 XY평면을 따라 잘라 C 방향으로 바라본 평면도이다. 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 9를 참고하면, 본 실시예들에 따른 벤팅부(500, 600)는 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302) 중 벤팅부(500)로부터 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다. 도 7과 도 9에 도시된 바와 같이 제1 엔드 플레이트(301)와 가까이 위치한 벤팅부(500, 600)들은 더 멀리 위치한 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다. 도시하지 않았으나, 제2 엔드 플레이트(302)에 인접하여 벤팅부(500)가 추가 형성될 수도 있다. 이때, 추가 형성되는 벤팅부는 제1 엔드 플레이트(301) 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
셀 테라스(116)가 위치한 부분과 대응하는 위치에 벤팅부(500, 600)가 형성되는데, 제1 엔드 플레이트(301)가, 전지셀 적층체(120) 기준 맞은 편 부분에 위치한 제2 엔드 플레이트(302)보다 더 가까우므로, 제1 엔드 플레이트(301) 방향으로 가스가 배출될 경우 제1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈에 고온의 열, 가스 및 화염이 방출되어 그 다른 전지 모듈에 손상을 입힐 수 있다. 이를 방지하기 위해 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 벤팅부(500, 600)가 형성되는 것이 바람직하다. 이는 아래 도 10에서 다시 설명하도록 한다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는 모듈 프레임(200) 측면부에 형성된 홀 구조이며, 도 5에서 설명한 실시예에 따른 벤팅부(400)와 달리 모듈 프레임(200) 측변부 단부로부터 홀이 일정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 나아가 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는 모듈 프레임(200)의 측면부를 비스듬하게 관통하는 홀 구조일 수 있다. 이때, 상기 홀 구조는, 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302) 중 벤팅부(500)에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 가질 수 있다.
구체적으로, 비스듬하게 관통된 벤팅부(500)의 내측 유입구는 외측 배출구 보다 제1 엔드 플레이트(301)에 가깝게 형성되고, 외측 배출구는 내측 유입구보다 제2 엔드 플레이트(302)에 가깝게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 통해, 벤팅부(500) 통해 배출되는 열이나 가스에 자연스럽게 방향성을 부여할 수 있다. 즉, 더 멀리 위치한 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 제1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는 관통된 홀 구조로써 별도의 추가 공간이 필요하지 않으며, 모듈 프레임(200)을 관통하는 것만으로 간단히 배출되는 가스의 방향성을 부여할 수 있다는 장점이 있다.
다음, 도 9를 참고하면, 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200)의 측면부에 형성되어 전지셀 적층체의 적층 방향에 따른 전지셀 일면과 마주보는 유입구(610), 유입구(610)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(620) 및 유입구(610)와 배출구(620)를 연결하는 연결부(630)를 포함할 수 있다.
배출구(620)는 유입구(610)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 연결부(630)는 모듈 프레임(200)의 측면부로부터 돌출된 형태를 가질 수 있고, 경사지게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조에 따라, 본 실시예에 따른 벤팅부(600)는 전지 모듈 내부의 열이나 가스를 보다 확실하게 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 유도할 수 있다. 즉, 열이나 가스의 방향성을 보다 확실하게 부여할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 연결부(630)가 일종의 덮개의 역할을 수행하여, 외부의 이물질이 전지 모듈 내부로 들어가는 것을 차단할 수 있다.
한편, 앞에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅부(400, 500, 600)의 개수에 특별한 제한은 없으며, 하나일 수 있고, 또 복수로 구성될 수도 있다. 다만, 벤팅부(400, 500, 600)가 복수로 형성될 경우, 전지셀 적층체(120)를 구성하는 셀 테라스(116)의 위치와 대응되도록, 모듈 프레임(200) 측면부에서 수직한 방향을 따라 배열될 수 있다. 여기서 모듈 프레임(200) 측면부에서 수직한 방향이라 함은 도 5에서 z축과 평행한 방향을 의미한다.
도 3을 다시 참고하면, 본 발명에 따른 모듈 프레임(200)은 모노 프레임의 구조 또는 U자형 프레임과에 상부 커버가 결합된 구조일 수 있다. 우선, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있으며, 압출 성형으로 제조될 수 있다. 다음, U자형 프레임과에 상부 커버가 결합된 구조의 경우, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 커버를 결합하여 형성될 수 있으며, 프레스 성형으로 제조될 수 있다.
도 5나 도 7에 도시된 바와 같이, 홀 구조의 벤팅부(400, 500)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임이나 프레스 성형으로 제조된 U자형 프레임에 모두 적용될 수 있다. 반면, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌출된 구조의 벤팅부(600)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임보다는 프레스 성형으로 제조된 U자형 프레임에서 구현되기 용이하다. 다만, 돌출된 구조의 벤팅부(600)를 형성함에 있어, 모듈 프레임(200)의 측면부에 관통된 홀을 형성하고 연결부(630)와 배출구(620)를 모듈 프레임(200) 측면부에 접합하여 형성할 수 있다. 이 경우, 이러한 벤팅부(600)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임에도 적용 가능하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)을 위에서 바라본 평면도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 앞서 설명한 전지 모듈(100a, 100b)을 둘 이상 포함할 수 있다.
전지 모듈(100a, 100b)들은 팩 프레임(1100)에 수용될 수 있으며, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착될 수 있다.
제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)은 각각 서로 마주보는 일측에 개구부(320a, 330a, 320b, 330b)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 전지 모듈(100a)의 제1 엔드 플레이트(301a)와 제2 전지 모듈(100b)의 제2 엔드 플레이트(302b)가 서로 마주볼 수 있다. 이 때, 제1 엔드 플레이트(301a)에 단자 버스바 개구부(320a) 및 커넥터 개구부(330a)가 형성될 수 있고, 제2 엔드 플레이트(302b)에 단자 버스바 개구부(320b) 및 커넥터 개구부(330b)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100a, 100b)들은 모듈 프레임 측면부에 앞서 설명한 벤팅부를 마련함으로써, 개구부(320a, 330a, 320b, 330b)들을 통해 배출되는 열, 가스 및 화염 등을 줄일 수 있다.
또한, 제1 전지 모듈(100a)에 도 7 및 도 9에 도시된 벤팅부(500, 600)를 마련할 수 있고, 이에 따라, 제2 전지 모듈(100b)이 위치한 방향과 반대방향으로 열, 가스 및 화염 등이 배출되도록 유도할 수 있다. 즉, 제2 전지 모듈(100b)에 가해질 수 있는 손상을 최소화할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100a, 100b)들은, 팩 프레임(1100)의 측면부(1110)로부터 이격될 수 있다. 도시하지 않았으나, 전지 모듈(100a, 100b)들이 모듈 프레임(200) 측면부와 팩 프레임(1100) 사이에 형성되는 지지 부재를 가질 수 있다. 상기 지지 부재는 팩 프레임(1100) 내에서 전지 모듈(100a, 100b)이 유동하는 것을 방지할 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 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.
부호의 설명
116: 셀 테라스
116G: 셀 테라스 집합체
200: 모듈 프레임
301, 302: 엔드 플레이트
400, 500, 600: 벤팅부

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체가 삽입되는 모듈 프레임,
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮고 상기 모듈 프레임과 결합되는 엔드 플레이트, 및
    상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 셀 테라스 집합체를 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 측면부에 벤팅부가 형성되며, 상기 벤팅부가 형성된 부분은 상기 전지셀 적층체보다 상기 셀 테라스 집합체에 인접하여 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 상기 셀 테라스 집합체가 형성된 영역에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 벤팅부가 형성된 부분은, 상기 모듈 프레임의 측면부 양 단부에 위치하는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트 상에 단자 버스바 개구부와 커넥터 개구부가 형성되고, 상기 벤팅부는 상기 단자 버스바 개구부와 상기 커넥터 개구부로부터 방출되는 가스 및 열을 분산 배출하는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 측면부에 형성된 홀 구조인 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 홀 구조는, 상기 모듈 프레임의 측면부를 비스듬하게 관통하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 엔드 플레이트는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 홀 구조는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 갖는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 모듈 프레임의 측면부에 형성되어 상기 전지셀 적층체의 적층면과 대응하는 유입구, 및
    상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 벤팅부는,
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 형성되어, 상기 유입구로 유입된 가스를 상기 배출구가 위치한 방향으로 안내하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 상기 모듈 프레임이 측면부 기준으로 경사진 구조를 갖는 전지 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 엔드 플레이트는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트를 향해 상기 배출구가 형성되는 전지 모듈.
  11. 제1항에 따른 전지 모듈을 둘 이상 포함하고,
    상기 전지 모듈들 중 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈은 각각 서로 마주보는 일측에 개구부가 형성되는 전지팩.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 전지 모듈의 벤팅부는, 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대 방향으로 가스를 배출하도록 형성되는 전지팩.
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