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

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

Info

Publication number
WO2021201409A1
WO2021201409A1 PCT/KR2021/001484 KR2021001484W WO2021201409A1 WO 2021201409 A1 WO2021201409 A1 WO 2021201409A1 KR 2021001484 W KR2021001484 W KR 2021001484W WO 2021201409 A1 WO2021201409 A1 WO 2021201409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
end plate
module
venting
battery module
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/001484
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최종화
성준엽
박명기
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP21780142.2A priority Critical patent/EP4024594A4/en
Priority to CN202180005196.1A priority patent/CN114365341B/zh
Priority to JP2022513972A priority patent/JP7378588B2/ja
Priority to US17/760,902 priority patent/US20220352595A1/en
Publication of WO2021201409A1 publication Critical patent/WO2021201409A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/358—External gas exhaust passages located on the battery cover or case
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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 attracting a lot of attention as an energy source for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, as well as mobile devices such as cell phones, digital cameras, and laptops.
  • 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 phenomenon occurs in the battery module, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a module frame in which a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked is inserted, an end plate covering the front and rear surfaces of the battery cell stack and coupled to the module frame, and the battery cell It includes a cell terrace assembly positioned between the stacked body and the end plate, and a venting part is formed on a side surface of the module frame, and the vented part is formed adjacent to the cell terrace assembly rather than the battery cell stacked body.
  • the venting part may be formed in a region where the cell terrace assembly is formed.
  • the portion in which the venting portion is formed may be located at both ends of the side surface of the module frame.
  • a terminal bus bar opening and a connector opening may be formed on the end plate, and the venting part may disperse and discharge gas and heat emitted from the terminal bus bar opening and the connector opening.
  • the venting part may have a hole structure formed on a side surface of the module frame.
  • the hole structure may obliquely penetrate the side surface of the module frame.
  • the end plate includes a first end plate and a second end plate, and the hole structure has an inclination direction closer to an end plate positioned further from the venting portion among the first end plate and the second end plate.
  • the venting part is formed on the side surface of the module frame and includes an inlet corresponding to the stacked surface of the battery cell stack, and an outlet for discharging the gas introduced through the inlet, wherein the outlet is in a direction perpendicular to the inlet.
  • the venting unit may further 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 the connecting unit may have a structure in which the module frame is inclined with respect to the side surface.
  • the end plate may include a first end plate and a second end plate, and the outlet may be formed toward an end plate positioned further from the venting portion among the first end plate and the second end plate.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention includes two or more battery modules described above, and the first battery module and the second battery module among the battery modules have openings formed on one side facing each other.
  • the venting part of the first battery module may be formed to discharge gas in a direction opposite to a direction in which the second battery module is located.
  • a venting portion is formed on the side of the module frame in a portion adjacent to the cell terrace assembly rather than the battery cell stack, thereby dispersing high-temperature heat, gas and flame generated when the battery module is ignited, thereby facing the battery module. 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 of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is combined.
  • FIG. 6 is a plan view taken along the cutting line B-B of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view taken along line C-C of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top plan view of the battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference portion means to be located above or below the reference portion, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity no.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • 5 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is combined.
  • 6 is a plan view taken along the cutting line B-B of FIG. 5 .
  • 6 is a plan view taken along the XY plane of FIG. 5 and viewed in the B direction.
  • the battery module 100 accommodates a battery cell stack 120 and a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked. and a module frame 200 that does.
  • a venting part 400 is formed on the side of the module frame 200 .
  • the venting part 400 means a part for discharging heat or gas inside the battery module 100 .
  • the battery cell 110 is a secondary battery and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cell 110 may include an electrode assembly 113 , a cell case 114 , and electrode leads 111 and 112 protruding from the electrode assembly 113 .
  • the electrode assembly 113 may include a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • the cell case 114 is for packaging the electrode assembly 113 and may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the cell case 114 may include a case body 113B and a cell terrace 116 .
  • the case body 113B may accommodate the electrode assembly 113 .
  • an accommodation space for accommodating the electrode assembly 113 is provided in the case body 113B.
  • the cell terrace 116 may extend from the case body 113B and may be sealed to seal the electrode assembly 113 .
  • the electrode leads 111 and 112 may be electrically connected to the electrode assembly 113 .
  • the electrode leads 111 and 112 may be provided as a pair including a negative electrode lead 111 and a positive electrode lead 112 .
  • a portion of the pair of electrode leads 111 and 112 may protrude out of the cell terrace 116 at the front (+X-axis direction) and rear (-X-axis direction) of the cell case 114 , respectively.
  • the battery cell 110 by sealing both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side part 114c connecting them in a state in which the electrode assembly 113 is accommodated in the cell case 114 . can be manufactured.
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a total of three sealing parts 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing parts 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • connection part 115 may extend long along one edge of the battery cell 110 , and a protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear is formed at an end of the connection part 115 .
  • the cell case 114 may be sealed with the protruding electrode leads 111 and 112 interposed therebetween.
  • the configuration of the battery cell 110 described above is an example, and the shape of the battery cell 110 for configuring the battery cell stack may be variously modified.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 may be stacked to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120 .
  • the upper plate 130 may be positioned on the upper side of the battery cell stack 120 , and a bus bar frame ( 140) may be located.
  • the battery cell stack 120 , the upper plate 130 , and the bus bar frame 140 may be accommodated together in the module frame 200 .
  • a thermal conductive resin may be injected between the lower surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200 , and between 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 (not shown) may be formed.
  • the bus bar frame 140 is positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively, to cover the battery cell stack 120 and guide the connection between the battery cell stack 120 and external devices at the same time. can do.
  • the bus bar 141 and the terminal bus bar 142 may be mounted on the bus bar frame 140 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may be bent after passing through the slit formed in the bus bar frame 140 to be bonded to the bus bar 141 or the terminal bus bar 142 .
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 may be connected in series or in parallel through the bus bar 141 , and an external device may be connected through the terminal bus bar 142 exposed to the outside of the battery module 100 .
  • the circuit and the battery cells 110 may be electrically connected.
  • a connector (not shown) may be mounted on the bus bar frame 140 , and the temperature or voltage data of the battery cell 110 measured through the sensing assembly (not shown) is transmitted to the external BMS through the connector (not shown). (Battery Management System), etc.
  • the end plates 301 and 302 are formed to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • a mounting portion 310 for coupling with the pack frame is formed on the end plates 301 and 302 .
  • the first end plate 301 and the second end plate 302 may be positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively.
  • the end plates 301 and 302 can protect the bus bar frame 140 and various electrical components connected thereto from external impact, and for this, they must have a predetermined strength and may include a metal such as aluminum.
  • Terminal busbar openings 320 and connector openings 330 are formed in the end plates 301 and 302 for connecting the terminal busbars 142 and connectors (not shown) mounted on the busbar frame 140 to the outside. and gas or heat generated from the battery cell 110 through the openings 320 and 330 may be discharged to the outside of the battery module 100 .
  • the end plates 301 and 302 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 plates 301 and 302 are welded to the sealed end. Through the coupling structure between the plates 301 and 302 and the module frame 200 , connection with the outside may be blocked except for the above-described openings 320 and 330 .
  • the conventional battery module can discharge high-temperature heat, gas, or flame generated in the battery cell through the openings.
  • high-temperature heat, gas, flame, etc. ejected from the battery module may damage neighboring battery modules.
  • the venting part 400 is formed on the side surface of the module frame 200 according to the present embodiment, so that heat, gas, flame, etc. discharged through the openings 320 and 330 can be dispersed.
  • the venting part 400 may have a hole structure formed on the side surface of the module frame 200 . As shown in FIGS. 3 and 5 , the hole structure according to the present embodiment may have a shape in which the side end of the module frame 200 is partially cut.
  • the venting unit 400 By diversifying the exhaust path inside the battery module 100 through the venting unit 400, it prevents the concentration of exhaust to only a part of the battery module 100 when ignited, and prevents the discharge of high-temperature heat, gas and flame. can be dispersed.
  • the venting part 400 according to the present embodiment is formed at a position corresponding to the portion where the cell terrace 116 of the battery cell 110 is located. A lot of heat is generated in the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 and the cell terrace 116 adjacent thereto, and the sealing of the cell terrace 116 is released due to a change in pressure inside the battery module 100 . high temperature heat, gas and flame may be emitted. At this time, the venting unit 400 according to the present embodiment is formed at a position corresponding to the cell terrace 116 to immediately discharge high-temperature heat, gas, and flame to the outside of the battery module 100 .
  • the plurality of cell terraces 116 may be formed to form the cell terrace assembly 116G.
  • the venting part 400 may be formed on a side part of the module frame 200 corresponding to the cell terrace assembly 116G.
  • the portion where the venting part 400 is formed according to the present embodiment may be formed adjacent to the cell terrace assembly 116G rather than the battery cell stack 120 .
  • the venting part 400 may be formed at a position corresponding to the cell terrace assembly 116G.
  • a venting part may be additionally formed adjacent to the second end plate 302 .
  • the additionally formed venting part may be formed to discharge gas toward the first end plate 301 .
  • FIG. 7 is a perspective view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view taken along line C-C of FIG. 7 .
  • 8 is a plan view taken along the XY plane of FIG. 7 and viewed in the C direction.
  • 9 is a perspective view illustrating a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the venting parts 500 and 600 are the end plates located farther from the venting part 500 among the first end plate 301 and the second end plate 302 . It can be formed to exhaust gas in the direction. As shown in FIGS. 7 and 9 , the venting parts 500 and 600 located close to the first end plate 301 may be formed to discharge gas in the direction of the second end plate 302 located further away. Although not shown, the venting part 500 may be additionally formed adjacent to the second end plate 302 . In this case, the additionally formed venting part may be formed to discharge gas toward the first end plate 301 .
  • Venting parts 500 and 600 are formed at positions corresponding to the portion where the cell terrace 116 is located, and the first end plate 301 is positioned opposite to the reference portion of the battery cell stack 120 . Since it is closer than 302, when the gas is discharged in the direction of the first end plate 301, high-temperature heat, gas, and flame are emitted to other battery modules adjacent to the first end plate 301, so that the other battery modules may cause damage. In order to prevent this, it is preferable that the venting parts 500 and 600 are formed to discharge gas in the direction of the second end plate 302 . This will be described again with reference to FIG. 10 below.
  • the venting unit 500 according to the present embodiment has a hole structure formed in the side portion of the module frame 200, and unlike the venting unit 400 according to the embodiment described in FIG. 5, the module frame ( 200) A hole may be formed to be spaced apart from the end of the side part by a predetermined interval. Furthermore, the venting part 500 according to the present embodiment may have a hole structure that obliquely penetrates the side part of the module frame 200 . In this case, the hole structure may have an inclination direction closer to the end plate positioned further from the venting part 500 among the first end plate 301 and the second end plate 302 .
  • the inner inlet of the venting part 500 passing through an angle may be formed closer to the first end plate 301 than the outer outlet, and the outer outlet may be formed closer to the second end plate 302 than the inner inlet. .
  • the venting unit 500 it is possible to naturally impart direction to the heat or gas discharged through the venting unit 500 . That is, the gas may be induced to be discharged in the direction of the second end plate 302 located further away, thereby preventing damage to other battery modules adjacent to the first end plate 301 .
  • venting unit 500 does not require a separate additional space as a perforated hole structure, and has the advantage of providing the directionality of the discharged gas simply by passing through the module frame 200 . have.
  • the venting part 600 is formed on the side surface of the module frame 200 and faces an inlet 610 and an inlet 610 facing one side of the battery cell according to the stacking direction of the battery cell stack. It may include an outlet 620 for discharging the gas introduced through, and a connector 630 connecting the inlet 610 and the outlet 620 .
  • the outlet 620 may be formed in a direction perpendicular to the inlet 610 .
  • the connection part 630 may have a shape protruding from the side surface of the module frame 200 and may be inclined.
  • the venting unit 600 may more reliably guide heat or gas inside the battery module toward the second end plate 302 . That is, it has an advantage that the directionality of heat or gas can be more reliably provided.
  • the connection part 630 may serve as a kind of cover to prevent foreign substances from entering the battery module.
  • the number of the venting units 400 , 500 , and 600 may be one or may be configured in plurality.
  • a direction perpendicular to the side of the module frame 200 to correspond to the position of the cell terrace 116 constituting the battery cell stack 120 . can be arranged accordingly.
  • the direction perpendicular to the side of the module frame 200 means a direction parallel to the z-axis in FIG. 5 .
  • the module frame 200 may have a structure of a mono frame or a structure in which an upper cover is coupled to a U-shaped frame.
  • the mono frame may be in the form of a metal plate in which the upper surface, the lower surface and both sides are integrated, and may be manufactured by extrusion molding.
  • the lower surface and both sides may be formed by coupling the upper cover to the upper side of the U-shaped frame, which is an integrated metal plate, and may be manufactured by press molding.
  • the venting parts 400 and 500 of the hole structure may be applied to both a mono frame manufactured by extrusion molding or a U-shaped frame manufactured by press molding.
  • the venting part 600 having a protruding structure is easier to implement in a U-shaped frame manufactured by press molding rather than a mono frame manufactured by extrusion molding.
  • a hole is formed in the side portion of the module frame 200 and the connection portion 630 and the outlet 620 are joined to the side portion of the module frame 200 to form it. can do.
  • the venting unit 600 is also applicable to a mono frame manufactured by extrusion molding.
  • FIG. 10 is a top plan view of the battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 may include two or more of the battery modules 100a and 100b described above.
  • the battery modules 100a and 100b may be accommodated in the pack frame 1100 and may be mounted together with various control and protection systems such as a Battery Management System (BMS) and a cooling system.
  • BMS Battery Management System
  • the first battery module 100a and the second battery module 100b may each have openings 320a, 330a, 320b, and 330b formed on one side facing each other.
  • the first end plate 301a of the first battery module 100a and the second end plate 302b of the second battery module 100b may face each other.
  • the terminal bus bar opening 320a and the connector opening 330a may be formed in the first end plate 301a, and the terminal bus bar opening 320b and the connector opening 330b in the second end plate 302b. ) can be formed.
  • the battery modules 100a and 100b according to the present embodiment may reduce heat, gas, flame, etc. discharged through the openings 320a, 330a, 320b, and 330b by providing the above-described venting portion on the side surface of the module frame.
  • venting parts 500 and 600 shown in FIGS. 7 and 9 may be provided in the first battery module 100a, and accordingly, the second battery module 100b is located in a direction opposite to the direction in which it is located. It can induce gas and flame to be discharged. That is, damage that may be applied to the second battery module 100b may be minimized.
  • the battery modules 100a and 100b according to the present embodiment may be spaced apart from the side portion 1110 of the pack frame 1100 .
  • the battery modules 100a and 100b may have a support member formed between the module frame 200 side part and the pack frame 1100 .
  • the support member may prevent the battery modules 100a and 100b from flowing in the pack frame 1100 .
  • the battery module or battery pack according to the present embodiment described above may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, etc., but is not limited thereto and may be applied to various devices that can use a secondary battery.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

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.
PCT/KR2021/001484 2020-04-01 2021-02-04 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 WO2021201409A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21780142.2A EP4024594A4 (en) 2020-04-01 2021-02-04 BATTERY MODULE AND BATTERY PACK WITH IT
CN202180005196.1A CN114365341B (zh) 2020-04-01 2021-02-04 电池模块和包括该电池模块的电池组
JP2022513972A JP7378588B2 (ja) 2020-04-01 2021-02-04 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
US17/760,902 US20220352595A1 (en) 2020-04-01 2021-02-04 Battery module and battery pack including the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0039759 2020-04-01
KR1020200039759A KR20210122509A (ko) 2020-04-01 2020-04-01 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021201409A1 true WO2021201409A1 (ko) 2021-10-07

Family

ID=77929312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/001484 WO2021201409A1 (ko) 2020-04-01 2021-02-04 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220352595A1 (ko)
EP (1) EP4024594A4 (ko)
JP (1) JP7378588B2 (ko)
KR (1) KR20210122509A (ko)
CN (1) CN114365341B (ko)
WO (1) WO2021201409A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4266452A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-25 Hyundai Mobis Co., Ltd. Battery module assembly and method for manufacturing battery module assembly

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220114400A (ko) * 2021-02-08 2022-08-17 에스케이온 주식회사 배터리 팩
JP2024529350A (ja) * 2021-12-23 2024-08-06 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 安全性が強化されたバッテリーモジュール

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100081942A (ko) * 2009-01-06 2010-07-15 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
KR20120009592A (ko) * 2010-07-19 2012-02-02 에스비리모티브 주식회사 전지 모듈
JP2016134335A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 豊田合成株式会社 燃料電池スタック
KR20180113416A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 주식회사 엘지화학 엔드 플레이트, 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20190124022A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5914828B2 (ja) * 2011-07-29 2016-05-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池パック
JP5461610B2 (ja) * 2012-03-22 2014-04-02 三菱重工業株式会社 電池及び電池システム
CN203192879U (zh) * 2013-02-05 2013-09-11 东莞市迈科科技有限公司 一种加强型电动汽车用锂离子动力电池系统
US9553289B2 (en) * 2013-07-26 2017-01-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
WO2015019570A1 (ja) * 2013-08-08 2015-02-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池ユニット
KR101776853B1 (ko) * 2015-06-30 2017-09-12 인지컨트롤스 주식회사 배터리 팩
EP3273500B1 (en) * 2016-07-21 2018-09-12 Samsung SDI Co., Ltd. Battery system
TWI619287B (zh) * 2017-05-16 2018-03-21 Battery device with ceramic heat insulation paper and heat dissipation channel
KR102096983B1 (ko) * 2017-09-08 2020-04-03 주식회사 엘지화학 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈
KR102033101B1 (ko) * 2017-09-27 2019-10-16 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR102330378B1 (ko) * 2018-04-20 2021-11-22 주식회사 엘지에너지솔루션 디개싱 유로를 구비한 배터리 팩
KR102382382B1 (ko) * 2018-07-03 2022-04-01 주식회사 엘지에너지솔루션 열수축성 튜브를 포함하는 배터리 모듈

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100081942A (ko) * 2009-01-06 2010-07-15 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
KR20120009592A (ko) * 2010-07-19 2012-02-02 에스비리모티브 주식회사 전지 모듈
JP2016134335A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 豊田合成株式会社 燃料電池スタック
KR20180113416A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 주식회사 엘지화학 엔드 플레이트, 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20190124022A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4266452A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-25 Hyundai Mobis Co., Ltd. Battery module assembly and method for manufacturing battery module assembly

Also Published As

Publication number Publication date
EP4024594A1 (en) 2022-07-06
EP4024594A4 (en) 2023-05-17
CN114365341B (zh) 2024-07-05
CN114365341A (zh) 2022-04-15
JP7378588B2 (ja) 2023-11-13
JP2022545566A (ja) 2022-10-27
US20220352595A1 (en) 2022-11-03
KR20210122509A (ko) 2021-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021201421A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021201409A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021125469A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022080908A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2019235724A1 (ko) 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈
WO2021201408A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021221342A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021210771A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021221339A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021221415A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022182016A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022108145A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021075688A1 (ko) 전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩
WO2022097935A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022250287A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022169127A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021221351A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021040242A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022158792A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20220000638A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021201454A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022119186A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022154431A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022211250A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022225168A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21780142

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022513972

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021780142

Country of ref document: EP

Effective date: 20220329

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE