WO2022004997A1 - 화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈 - Google Patents

화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈 Download PDF

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WO2022004997A1
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cell
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조상현
신진규
홍성곤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module provided with a barrier rib and a heat insulating layer for suppressing fire, and more particularly, by providing a barrier rib and an air insulating layer between cell stacks or a cell stack and a side cover, thereby preventing ignition conditions in advance to prevent fire. It relates to a battery module that suppresses generation and prevents transfer to adjacent cell stacks even if a fire occurs.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. Such secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • a lithium ion battery As such a secondary battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, etc. are known, and a plurality of battery cells are connected in series or parallel to form one battery module or battery pack. .
  • An energy storage system which has recently been attracting attention, is a device that can maximize power use efficiency by storing produced electricity in a battery and supplying it to consumers when electricity is needed.
  • ESS energy storage system
  • UPS uninterruptible power supply
  • solar power generation system which is a power generation device that converts sunlight into electrical energy.
  • secondary batteries have excellent electrical characteristics, but in abnormal operating conditions such as overcharge, overdischarge, high temperature exposure, and electrical short circuit, decomposition reactions of active materials and electrolytes, which are the components of the battery, are induced, and heat and gas are generated. There is a problem in that the battery expands, a so-called swelling phenomenon occurs. The swelling phenomenon accelerates this decomposition reaction, which may cause explosion and ignition of the secondary battery due to a thermal runaway phenomenon.
  • a flare which is a flame that comes out like a flash of light, a part with a weak sealing, a spark, a particle with high heat emitted by the desorption of the internal electrode and the melting of the aluminum current collector, and A high-temperature vent gas is generated.
  • they are highly likely to lead to a major accident because they do not only stay at the location, but also move to nearby modules, including battery cells located nearby.
  • the patent document discloses a plurality of battery cells arranged so that their main faces face each other; and a barrier rib interposed between adjacent battery cells, wherein the barrier rib has an intaglio-shaped air pocket recessed in a direction away from the main surface of the battery cell along the thickness direction of the barrier rib is formed. This is disclosed.
  • the prior literature is a battery pack in which prismatic cells are stacked side by side, and cannot be applied as it is to a battery module composed of a cell case, an electrode assembly, and pouch cells with leads protruding outside the case.
  • a thermal runaway phenomenon occurs, it does not play a sufficient role as a thermal insulation layer, and there is a problem in that heat is easily transferred to adjacent cells and fire spreads.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2020-0011816
  • the present invention provides a battery module capable of preventing a fire from occurring by blocking the movement of flares and sparks that occur during thermal runaway of a battery cell or from moving a fire to a nearby cell stack. is intended to provide
  • Another object of the present invention is to provide a battery module capable of preventing a fire in advance by rapidly discharging air inside the module case along with the vent gas ejected during thermal runaway of the battery cell.
  • a battery module capable of preventing the occurrence of a fire by suppressing the movement of heat generated during thermal runaway of the battery cell to a nearby cell stack, and discharging high-temperature heat together with vent gas to the outside. intended to provide
  • the cell module assembly 200 including two or more cell stacks 210 in which a plurality of battery cells 211 are vertically stacked is a protective case ( 100) Doedoe accommodated in the inner space, between the cell stacks 210 positioned adjacent to each other, and between the cell stack 210 and the protective case 100, at least one partition wall 300 is provided. characterized.
  • a first partition wall 310 is provided between the cell stacks 210 positioned adjacent to each other, and the first partition wall 310 faces each other while being spaced apart by a predetermined distance and has a flat plate shape.
  • the protective case 100 includes a pair of side covers 110 facing each other, a lower cover 120 connecting the lower ends of the side covers 110 , a front cover 130 , It is characterized in that it includes a rear cover 140, and an upper cover 150 that is seated on the upper side of the side cover 110.
  • both ends of the vertical partition wall 311 are bent and/or curved in the direction toward the cell stack 210 located nearby, the first bent wall 311 ′ and the second bent wall 311 ′′) is provided.
  • the first bent wall (311 ') and the second bent wall (311 ′′) is characterized in that it forms a fourth space (S4) and a fifth space (S5), respectively. .
  • the vertical partition wall 311 and the cell stack 210 are spaced apart by a predetermined distance to form a sixth space (S6).
  • a second partition wall 320 is provided on one side of the cell stack 210 adjacent to the side cover 110 to form a first space portion S1, and the The open surface of the second partition wall 320 is positioned to face the other edge of the cell stack 210 .
  • a third partition wall 330 is provided near the other edge of the cell stack 210 adjacent to the side cover 110 to form a second space S2, and the third partition wall
  • the open surface of (330) is characterized in that it is positioned to face the open surface of the second partition wall (320).
  • a third space (S3) is provided between the side cover 110 and the cell stack 210.
  • the cell stack 210 includes a plurality of battery cells 211 , a first bus bar 213 to which negative or positive leads of the battery cells 211 are connected, and a battery cell ( It is characterized in that it includes a second bus bar 214 to which the remaining leads of 214 are connected, and the cell stacks 210 positioned adjacent to each other are connected by a connection bus bar 220 .
  • the front cover 130 includes a front plate 131 and a first recessed part 132 , wherein the first recessed part 132 is directed toward the front part of the cell stack 210 . It is positioned on both sides of the front plate 131 in a state of being depressed to a predetermined depth, and a first slit 132 ′ is formed in the first depression 132 so that the electrode lead of the battery cell 211 can pass therethrough. characterized.
  • the first slit 132 ′ is characterized in that it is formed by the first inclined plate 132 ′′ inclined at a predetermined angle.
  • the rear cover 140 includes a rear plate 141 and a second depression 142 , wherein the second depression 142 is directed toward the rear surface of the cell stack 210 . It is located on both sides of the rear plate 141 in a state of being depressed to a predetermined depth, and a second slit 142 ′ is formed in the second depression 142 so that the electrode lead of the battery cell 211 can pass therethrough. characterized.
  • the second recessed portion 142 is characterized in that all surfaces except for the second slit 142' are sealed.
  • the second slit 142 ′ is characterized in that it is formed by a second inclined plate 142 ′′ inclined at a predetermined angle.
  • a fastening groove 111 protruding outward is provided at the upper end of the pair of side covers 110 , and the upper cover 150 includes a main plate 151 positioned in a horizontal direction and and an auxiliary plate 152 bent downward from the main plate 151 , wherein a second perforated portion 151 ′ is formed in the main plate 151 , and the auxiliary plate 152 is formed on an outer surface of the auxiliary plate 152 . It is characterized in that the fastening protrusion (152') accommodated in the fastening groove (111) is formed.
  • the second perforated portion 151 ′ is characterized in that it is positioned vertically above the connection wall 312 of the first partition wall 310 .
  • the lower cover 120 is provided with a first perforated portion 121 , and the first perforated portion 121 is perpendicular to the connecting wall 312 of the first partition wall 310 . It is characterized in that it is located in the lower part.
  • the present invention is characterized in that it provides a battery pack including the above-described battery module.
  • the present invention is characterized in that it provides an energy storage device including the above-described battery module.
  • the vertical partition wall and the bent wall are positioned between the cell stacks, it is possible to block flares and sparks generated during thermal runaway from moving to the adjacent cell stack or electrode lead, and thus the fire of the battery module It has the advantage of being able to prevent
  • the second and third barrier ribs are positioned to face each other between the side cover and the cell stack, so that flares and sparks generated during thermal runaway are prevented from moving to the adjacent cell stack or electrode lead. It has the advantage of being able to shut off and preventing fire.
  • the vent gas ejected during thermal runaway is quickly induced to the outside, and at this time, the air is discharged together, so that it is possible to prevent the occurrence of a flame.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a battery module according to a first preferred embodiment of the present invention viewed from one side.
  • FIG 2 is an external perspective view of the battery module according to the first preferred embodiment of the present invention as viewed from the other direction.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a coupling structure of a lower cover and an upper cover in the battery module shown in FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the coupling structure of the front cover and the rear cover in the battery module shown in FIG.
  • 5 is a view viewed from various angles to explain the front cover.
  • FIG. 6 is a view viewed from various angles to explain the rear cover.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view for explaining the coupling structure of the partition wall in the battery module shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of a first partition wall
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating various modified examples of the first partition wall.
  • FIG. 10 is a perspective view showing various modifications of the third partition wall
  • FIG. 11 is a perspective view viewed from the front in a state in which the front cover and the upper cover are separated from the battery module shown in FIG. 1 .
  • FIG. 12 is a plan view viewed from above in a state in which the upper cover is removed from the battery module shown in FIG. 1 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG 14 is a plan view viewed from above in a state in which the upper cover is removed from the battery module according to the second preferred embodiment of the present invention.
  • 15 is a cross-sectional view taken along the width direction according to the second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a battery module according to a first preferred embodiment of the present invention viewed from one direction
  • FIG. 2 is an external perspective view of a battery module according to a first preferred embodiment of the present invention viewed from the other direction
  • FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the coupling structure of the lower cover and the upper cover in the battery module shown in FIG.
  • the cell module assembly 200 and the partition wall 300 are formed in the inner space of the protective case 100 made of a metal material to form a substantially hexahedron. This is stored.
  • a plurality of battery cells 211 are vertically stacked to form one cell stack 210 , and two of the cell stacks 210 are positioned side by side while being spaced apart by a predetermined distance.
  • the barrier rib 300 blocks or inhibits movement of flare, spark, vent gas, and heat generated when an event occurs in a specific cell to a nearby cell stack, and is filled in the protective case 100 at the same time. This is to induce the exhaust of the existing air. That is, the first partition wall 310 is positioned between the adjacent cell stacks 210 , and the second partition wall 320 and the third partition wall 330 are provided between the cell stack 210 and the protective case 100 . Detailed descriptions related to these will be provided later.
  • the protective case 100 is for physically protecting the cell module assembly 200 accommodated inside, and faces each other while being spaced apart from each other at a distance slightly larger than the width (X-axis direction) of the cell module assembly 200 .
  • a plurality of fastening grooves 111 protruding outward are provided at the upper end of the side cover 110 for protecting the side of the cell module assembly 200 by substantially improving the flat plate, and a pair of side covers 110 at the lower end of the lower end The cover 120 is connected.
  • the pair of side cover 110 and the lower cover 120 may be manufactured by a known bonding method or manufactured in an integrated state by a known method such as molding.
  • the upper cover 150 for protecting the upper part of the cell module assembly 200 includes a main plate 151 positioned horizontally and an auxiliary plate 152 bent from the main plate 151 toward the lower cover 120 . is composed by
  • a fastening protrusion 152 ′ that can be accommodated in the fastening groove 111 of the above-described side cover 110 is provided on the outer surface of the auxiliary plate 152 .
  • the second perforated portion 151 ′ acts as a passage through which vent gas and hot heat are discharged when an event occurs, and in particular, since the air inside the protective case 100 is discharged together when the high-pressure vent gas is discharged, a fire occurs. can be prevented from doing
  • the shape of the second perforated part 151' is alternately formed in a slit shape and a circular shape. in order to be able to respond to each other.
  • the first perforated portion 121 for inducing the emission of air and hot heat which is a function of the second perforated portion 151 ′, is also provided in the lower surface cover 120 in the longitudinal direction (Z-axis direction). .
  • FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the coupling structure of the front cover and the rear cover in the battery module shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is a view viewed from various angles to explain the front cover
  • FIG. 6 is to explain the rear cover It is a drawing viewed from various angles.
  • the front cover 130 is located in the direction in which one electrode lead of the cell stacks 210 protrudes, and the rear cover 140 is located in the direction in which the other electrode leads protrude. While fixing the bars, electrical insulation between the protective case 100 and the bus bar and protecting the cell stacks 210 from external shocks applied from the front and rear surfaces are performed.
  • the front cover 130 made of a heat-resistant plastic material will be described in detail.
  • the front cover 130 includes the front plate 131 and the cell stack 210 at a position slightly spaced apart from both edges of the front plate 131 . It is configured to include a pair of first recessed portions 132 having a predetermined width, height and depth toward the front portion of the .
  • the reason for forming the first recessed portions 132 at positions slightly spaced apart from both edges of the front plate 131 is to allow the front cover 130 to be in close contact with the second partition wall 320 , which will be described in detail. will be described later.
  • a first slit 132' is provided in the first recessed part 132 so that the electrode lead of the battery cell 211 can pass therethrough, and the first slit 132' is generated around the battery cell lead. Formed by a plurality of first swash plates 132′′ that are inclined downward at a predetermined angle toward the outer surface of the front cover 130 so that flames, etc. pass through the first slit 132' and move to the outside as much as possible. It is preferable to be In detail, all surfaces of the first recessed portion 132 are sealed except for the first slit 132 ′.
  • the rear cover 140 made of a heat-resistant plastic material will be described, the rear cover 140 is similar in configuration and function to the aforementioned front cover 130 .
  • the rear cover 140 includes a rear plate 141 and a pair of second pairs having a predetermined width, height and depth toward the rear portion of the cell stack 210 at positions slightly spaced apart from both edges of the rear plate 141 . It is configured to include a depression (142).
  • the reason for forming the second recessed portions 142 at positions slightly spaced apart from both edges of the rear plate 141 is that the rear cover 140 is in close contact with the third partition wall 330 . In order to be able to do this, a detailed description will be given later.
  • a second slit 142' is provided in the second recessed part 142 to allow the electrode lead of the battery cell 211 to pass therethrough, and the second slit 142' is a spark generated around the battery cell lead.
  • the back is formed by a plurality of second swash plates 142 ′′ that are inclined upward at a predetermined angle toward the outer surface of the rear cover 140 so as to block the movement of the back to the outside through the second slit 142 ′. It is preferable All surfaces of the second recessed portion 142 are also sealed except for the second slit 142 ′.
  • the cell module assembly 200 includes two cell stacks 210 and a connection bus bar 220 for electrically connecting the cell stacks 210 to each other.
  • the cell stack 210 includes a plurality of battery cells 211 stacked in a vertical direction, a pad 212 provided one each on the upper and lower portions of the stacked battery cells 211 , and one cell stack 210 .
  • a first bus bar 213 for electrically connecting one side leads of the battery cells 211 positioned relatively above in the , and a second bus bar 214 for connecting both leads of the other side of the battery cells 211 . is comprised of
  • the battery cell 211 may be a pouch-type battery cell, and includes a cell case for accommodating an electrode assembly (not shown) and a pair of electrode leads.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type assembly having a structure in which a separator is interposed between a long sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and then wound, or a stacked assembly in which a rectangular positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween , a stack-folding assembly in which unit cells are wound by a long separation film, or a lamination-stacking assembly in which battery cells are stacked and attached to each other with a separator interposed therebetween, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly as described above is accommodated in a cell case, and the cell case is typically composed of a laminate sheet structure of an inner layer/metal layer/outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the electrode assembly, it must have insulation and electrolyte resistance, and for sealing with the outside, the sealing property, that is, the sealing portion where the inner layers are thermally bonded to each other must have excellent thermal bonding strength.
  • the material of the inner layer may be selected from polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, polybutylene, etc., polyurethane resins and polyimide resins having excellent chemical resistance and good sealing properties, but is not limited thereto, Polypropylene excellent in mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is the most preferable.
  • polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, polybutylene, etc.
  • polyurethane resins and polyimide resins having excellent chemical resistance and good sealing properties, but is not limited thereto
  • Polypropylene excellent in mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is the most preferable.
  • the metal layer in contact with the inner layer corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside.
  • an outer layer is provided on the other side of the metal layer, and this outer layer can be made of a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeability and air permeability prevention so as to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeability and air permeability prevention so as to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the pair of electrode leads are composed of a positive electrode lead and a negative electrode lead, and after the positive electrode tab and the negative electrode tab of the cell assembly are respectively electrically connected, they may be exposed to the outside of the cell case, or the tab may be omitted and directly connected to the cell assembly. .
  • the pad 212 usually adheres the stacked battery cells 211 to each other and absorbs the expanded volume during swelling, and also a material with low thermal conductivity, for example, EPP (Extended Polypropylene), EDS, EPDM, etc. It is preferably made of a material having elasticity, insulation, and low thermal conductivity, but is not particularly limited as long as it can perform the same function.
  • a thermal barrier layer (not shown) made of an insulating material may be provided so as to be additionally in close contact with the lower surface cover 120 and the upper surface cover 150 so as to reliably block the transfer of hot heat to the adjacent cell stack.
  • the first bus bar 213 and the second bus bar 214 for electrically connecting the leads of the battery cells 211 have a plate shape made of a metal material in which a slit is formed so that the leads can pass therethrough.
  • the connecting bus bar 220 includes a pair of third bus bar 221 and a connecting bar 222 .
  • the third bus bar 221 fixes the remaining leads not connected by the first bus bar 213 in one cell stack 210
  • the pair of third bus bars 221 are connected to each other.
  • adjacent cell stacks 210 may be connected to each other in series or in parallel.
  • a pad 211 a plurality of battery cells 211 , and a cell stack 210 stacked in the order of the pad 211 are prepared. and the leads of the battery cell 211 , for example, the leads facing the front, pass through the first slit 132 ′ of the front cover 130 .
  • the upper leads pass through the slit of the first bus bar 213 and are bent and fixed, and the lower leads pass through the slit of the third bus bar 221 , which is the connecting bus bar 220 . After bending, it is fixed through known joining means such as welding.
  • the first bus bar 213 and the third bus bar 221 are fastened while seated in the first recessed portion 132 of the front cover 130 , the first bus bar 213 and the third bus bar 221 .
  • An increase in volume due to the bus bar 221 may be minimized.
  • the pair of third bus bars 221 are connected by a connecting bar 222 bent in an open shape with three sides formed at right angles along the outer shape of the front cover 130 to form a cell stack 210 nearby. ) can be maintained in a state of being energized with each other.
  • the battery cell 211 leads facing the rear are bent after sequentially penetrating the second slit 142 ′ of the rear cover 140 and the slit of the second bus bar 214 , and thereafter by known means such as welding. is fixed At this time, since the second bus bar 214 is seated on the second recessed portion 142 of the rear cover 140 , an increase in volume can be minimized as well.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view for explaining the coupling structure of the partition wall in the battery module shown in FIG. 1
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of the first partition wall.
  • the partition wall 300 of the present invention prevents thermal runaway products such as flares and sparks from moving to the nearby cell stack 210 and at the same time preventing them from protruding out of the protective case 100 .
  • the vent gas and heat are induced and discharged to the second perforated portion 151 ′ of the upper cover 150 and the first perforated 121 of the lower cover 120 , and in this process, the protective case 100 is filled inside. Since the existing air is exhausted together, it becomes a state in which a flame cannot occur.
  • the barrier rib 300 for performing the above function is a first barrier rib 310 positioned between the cell stacks 210 and the cell stack 210. It is configured to include a second partition wall 320 positioned near one edge and a third partition wall 330 positioned near the other edge of the cell stack 210 .
  • the first partition wall 310 interposed between the cell stacks 210 positioned adjacent to each other and positioned slightly spaced apart from the cell stack 210 has a flare and a spark. It fundamentally blocks movement to the nearby cell stack 210 and at the same time prevents ejection to the front or rear of the protective case 100, and further induces vent gas, heat and air to move in the vertical direction.
  • the first partition wall 310 includes a pair of vertical partition walls 311 standing upright while facing each other while being spaced apart by a predetermined distance, and a connecting wall 312 connecting the upper ends of the vertical partition walls 311 to each other. .
  • the length (Z-axis direction) of the vertical partition wall 311 is similar to that of the battery cell 211 , and the height is about a flat plate shape enough to be in close contact with the upper cover 150 .
  • the connecting wall 312 is to quickly guide the vent gas to the outside while connecting and supporting the pair of vertical partition walls 311 to each other, and one or more opening holes 312 ′ are formed in the connecting wall 312 .
  • a second perforated portion 151 ′ is provided in the upper cover 150 , which is on the upper and lower vertical extension lines of the connection wall 312
  • a first perforated portion 121 is provided in the lower cover 120 , respectively.
  • first bent wall 311 ′ and a second bent wall 311 ′′ are further provided near both ends of the vertical partition wall 311 , that is, both edges of the cell stack 210 , and these first bent walls (311') and the second curved wall (311′′) may have a shape in which two sides of which one side is open are connected at a right angle.
  • the vertical barrier rib 311 By providing the vertical barrier rib 311 , the movement of flares and sparks to the adjacent cell stack 210 is blocked, but the blocked flares and sparks are the lead of the battery cell 211 . Since it can move to the vicinity of the front cover 130 or the rear cover 140 where is located, there is still a possibility of ignition.
  • first bent wall 311 ′ and the second bent wall 311 ′′ each having a shape where two sides are connected at right angles to both ends of the vertical partition wall 311
  • the vertical partition wall 311 The primarily blocked flares and sparks cannot move in the direction of the electrode lead because they are trapped in the first and second curved walls 311 ′ and 311 ′′.
  • the second partition wall 320 located near one edge of the cell stack 210, more specifically, near the edge where the side cover 110 and the front cover 130 meet each other, has a flare and a spark. This is to block the side cover 110 from moving in the direction in which the electrode lead is located and at the same time secure a space so that the side cover 110 and the cell stack 210 can be spaced apart by a predetermined distance.
  • the second partition wall 320 has an open shape with three sides having one side open at right angles, and one side is open, and the open surface is disposed to face the electrode leads located opposite to each other.
  • the third partition wall 330 has the same shape as the second partition wall 320 , and is located near the other edge of the cell stack 210 , only the direction of the open surface is different, and the rest of the configuration and functions are the same. A description will be omitted.
  • the flare is primarily blocked by the side cover 110 by the second partition wall 320 and the third partition wall 330 positioned to face each other. (flare) and spark (spark) can block direct contact with the electrode lead because movement is limited by them.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating various modifications of the first partition wall.
  • the first bent wall 311 ′ and the second bent wall 311 ′′ of the first partition wall 310 can be deformed to trap flares and sparks. do. That is, instead of the shape in which one side is open in which three sides are made at right angles according to the first preferred embodiment, the bending part angle may be different or may be deformed into a shape including a curved part.
  • front cover 130 and the rear cover 140 may also be changed to correspond to the deformed first curved wall 311 ′ and the second curved wall 311 ′′.
  • FIG. 10 is a perspective view showing various modifications of the third partition wall; As shown in FIG. 10 , the third partition wall 310 is deformable to trap flares and sparks. That is, instead of the shape in which one side is open in which three sides are made at right angles according to the first preferred embodiment, the bending part angle may be different or may be deformed into a shape including a curved part.
  • front cover 130 and the rear cover 140 may also be changed to correspond to the deformed external shape of the third partition wall 310 .
  • FIG. 11 is a perspective view viewed from the front in a state in which the front cover and the upper cover are separated from the battery module shown in FIG. 1
  • FIG. 12 is a plan view viewed from above in a state in which the upper cover is removed from the battery module shown in FIG. 1
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 1 .
  • the first space portion (S1) to the seventh space portion (S7) are additionally provided together with the partition wall 300 described above.
  • the first space portion S1 is the second partition wall 320
  • the second space portion S2 is the third partition wall 330
  • the third space portion S3 is a longitudinal side of the cell stack 210 . and formed between the side cover 110 .
  • the fourth space S4 and the fifth space S5 are respectively formed in the first bent wall 311 ′ and the second bent wall 311 ′′, and the sixth space S6 is a vertical partition wall ( 311 ) and the longitudinal vertical side of the cell stack 210 , and finally, the seventh space S7 is between a pair of vertical partition walls 311 .
  • a flare or a spark is formed in the first space. It cannot move to the cell stack 210 located on the left because it is gathered in a blocked state in any one or more of the parts S1 to S6.
  • the protective case 100 and the partition wall 300 do not maintain a perfect airtight state, the generated vent gas and air pass through the front cover 130 and the rear cover 140 and the seventh space S7 and then the upper surface It is discharged to the outside through the second perforated portion 151 ′ of the cover 150 and the first perforated portion 121 of the lower surface cover 120 .
  • the battery cells 211 constituting the cell stack in the present invention are vertically stacked in a plate shape, the volume increases in the vertical direction even when swelling occurs, and the expansion in the lateral direction can be minimized. . Accordingly, the sixth space portion S6 and the seventh space portion S7 may maintain the air insulation layer without being affected by swelling.
  • the battery cell separator contracts and a short occurs. Since it is discharged through the second perforated portion of the heat movement is limited, and therefore, a relatively safe temperature is maintained around the cell stack located nearby, so that the shrinkage of the separator can be prevented.
  • FIG. 14 is a plan view viewed from above in a state in which the upper cover is removed from the battery module according to the second preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the width direction according to the second preferred embodiment of the present invention.
  • three first and second depressions are provided in each of the front cover 130 and the rear cover 140 , and two first partition walls are positioned one by one between the cell stacks.
  • the second embodiment of the present invention is illustrated as having three cell stacks, it is obvious that four or more cell stacks may be continuously arranged while locating one first barrier rib between the cell stacks.
  • the battery module having the above configuration may be accommodated in a separate case to constitute one battery pack, and the battery module or battery pack is an energy storage system, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug- It can be used in various facilities or devices including a large-capacity power source, such as an in-hybrid electric vehicle.
  • main plate 151′ second perforated part
  • auxiliary plate 152′ fastening protrusion
  • 311′ 1st bending wall 311′′ : 2nd bending wall

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Abstract

본 발명은 열폭주 방지를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 전지셀이 수직방향으로 적층된 셀스택을 2개 이상 포함하는 셀모듈 어셈블리가 보호케이스 내부 공간부에 수납되되, 서로 인근하여 위치하는 셀스택 사이 및 셀스택과 보호케이스 사이 중 어느 하나 이상에는 하나 이상의 격벽이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈
본 출원은 2020년 06월 29일자 한국 특허 출원 제2020-0079313호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀스택들 또는 셀스택과 측면 커버 사이에 격벽과 공기 단열층이 구비됨으로써, 발화 조건을 미연에 방지하여 화재 발생을 억제하고 화재가 발생하더라도 인접 셀스택에 전이되지 않도록 하는 전지 모듈에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
이러한 이차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 알려져 있으며, 다수의 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 하나의 전지 모듈, 전지 팩을 구성하기도 한다.
최근에 주목받고 있는 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 생산된 전기를 배터리에 저장해 두었다가 전기가 필요할 때 수요자에게 공급함으로써 전력 사용 효율을 극대화할 수 있는 장치이다.
일반적인 에너지저장시스템(ESS)은 다수개의 전지 모듈이 하나의 랙을 이루며, 수십 개 내지 수백 개의 랙들이 모여 하나의 시스템을 구성한다. 그리고 갑작스러운 전력공급 중단이나 이상에 대응하여 전력 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 UPS(무정전 전원 장치)와 태양빛을 전기에너지로 변환하는 발전 장치인 태양광발전 시스템 등과 연동하여 사용되기도 한다.
한편 이차 전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있지만, 과충전, 과방전, 고온 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지의 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고, 이로 인해 이차 전지가 팽창하는, 이른바 스웰링 현상이 일어나는 문제점이 있다. 스웰링 현상은 이러한 분해반응을 가속화시켜 열폭주(Thermal runaway) 현상에 의한 이차 전지의 폭발 및 발화를 초래하기도 한다.
즉, 전지셀의 열폭주 시에는 실링이 약한 부분으로 섬광처럼 튀어나오는 화염인 플레어(flare), 내부 전극의 탈리와 알루미늄 집전체의 용융에 의해 방출되는 고열을 갖은 입자인 스파크(spark), 그리고 고온의 벤트 가스(vent gas)가 발생하게 된다. 특히 이들은 해당 위치에만 머무르는 것이 아니라 인근에 위치하는 전지셀을 포함하여 주변의 모듈까지 이동하기 때문에 큰 사고로 이어질 가능성이 크다.
이와 관련하여, 특허문헌(한국공개특허공보 제2020-0011816호)에는 서로 주된 면끼리 마주하도록 배열된 다수의 배터리 셀; 및 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 개재되는 격벽;을 포함하되, 상기 격벽에는 격벽의 두께 방향을 따라 상기 배터리 셀의 주된 면으로부터 멀어지는 방향으로 오목하게 인입된 음각 형상의 에어 포켓이 형성되어 있는 배터리 팩이 개시되어 있다.
상기 선행문헌에 의하면 서로 이웃한 배터리 셀 사이에 격벽과 에어 포켓을 형성함으로써, 서로 이웃한 배터리 셀 사이에서 열적인 간섭을 차단할 수 있어 국부적으로 열화된 일부 배터리 셀로부터 이웃한 다른 배터리 셀로의 열 폭주를 어느 정도 차단할 수 있다는 이점이 있다.
하지만 선행문헌은 각형 셀이 나란하게 적층된 배터리 팩으로서, 셀 케이스, 전극조립체 및 케이스 외측으로 리드들이 돌출하는 파우치 셀들로 구성된 전지 모듈에는 그대로 적용할 수 없고, 게다가 단열층의 공기가 갇혀 있어 셀의 열폭주 현상 발생 시 단열층으로서 충분한 역할을 하지 못하고, 인접 셀로 열을 쉽게 전달하여 화재 확산이 일어난다는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국공개특허공보 제2020-0011816호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전지셀의 열폭주 시 발생하는 플레어와 스파크 등의 이동을 차단하여 화재가 발생하지 않거나, 인근 셀스택으로 화재가 이동하는 것을 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 전지셀의 열폭주시 분출되는 벤트 가스에 동반하여 모듈 케이스 내부 공기를 신속하게 배출시킴으로써 화재가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가 본 발명에서는 전지셀의 열폭주시 발생한 열기가 인근의 셀스택으로 이동하는 것을 억제하고, 또 벤트 가스와 함께 고온 열기를 외부로 배출시킴으로써 화재가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 복수개의 전지셀(211)이 수직방향으로 적층된 셀스택(210)을 2개 이상 포함하는 셀모듈 어셈블리(200)가 보호케이스(100) 내부 공간부에 수납되되, 서로 인근하여 위치하는 셀스택(210) 사이, 및 셀스택(210)과 보호케이스(100) 사이 중 어느 하나 이상에는 하나 이상의 격벽(300)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈은, 서로 인근하여 위치하는 셀스택(210) 사이에는 제1 격벽(310)이 구비되되, 상기 제1 격벽(310)은 소정 거리 이격된 채 서로 마주보며 평판 형상을 갖는 한 쌍의 수직 격벽(311), 및 상기 수직 격벽(311) 상단부를 서로 연결하는 연결벽(312)을 포함하며, 상기 연결벽(312)에는 하나 이상의 개구공(312′)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 보호케이스(100)는 서로 마주보는 한 쌍의 측면 커버(110), 상기 측면 커버(110)들의 하단부를 연결하는 하면 커버(120), 전면 커버(130), 후면 커버(140), 및 상기 측면 커버(110) 상부에 안착되는 상면 커버(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 수직 격벽(311) 양측 단부에는 인근에 위치하는 셀스택(210)을 향하는 방향으로 절곡 및/또는 만곡된 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)은 제4 공간부(S4)와 제5 공간부(S5)를 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 수직 격벽(311)과 셀스택(210)은 소정 거리 이격되어 제6 공간부(S6)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 측면 커버(110)와 인접한 셀스택(210)의 일측 모서리 인근에는 일측면이 제2 격벽(320)이 구비되어 제1 공간부(S1)를 형성하고, 상기 제2 격벽(320)의 개방면은 상기 셀스택(210)의 타측 모서리를 향하도록 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 측면 커버(110)와 인접한 셀스택(210)의 타측 모서리 인근에는 제3 격벽(330)이 구비되어 제2 공간부(S2)를 형성하고, 상기 제3 격벽(330)의 개방면은 상기 제2 격벽(320)의 개방면과 서로 마주 보도록 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 측면 커버(110)와 셀스택(210) 사이에는 제3 공간부(S3)가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 셀스택(210)은, 복수개의 전지셀(211), 전지셀(211)의 음극리드 또는 양극리드들이 연결되는 제1 버스바(213), 및 전지셀(214)의 나머지 리드가 연결되는 제2 버스바(214)를 포함하고, 서로 인근하여 위치하는 셀스택(210)은 연결 버스바(220)에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 전면 커버(130)는 전면 플레이트(131)와 제1 함몰부(132)를 포함하되, 상기 제1 함몰부(132)는 셀스택(210)의 전면부를 향해 소정 깊이 함몰된 상태로 상기 전면 플레이트(131)의 양측에 위치하며, 상기 제1 함몰부(132)에는 전지셀(211)의 전극리드가 관통할 수 있도록 제1 슬릿(132′)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제1 함몰부(132)는 제1 슬릿(132′)을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제1 슬릿(132′)은 소정 각도 경사진 제1 경사판(132″)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 후면 커버(140)는 후면 플레이트(141)와 제2 함몰부(142)를 포함하되, 상기 제2 함몰부(142)는 셀스택(210)의 후면부를 향해 소정 깊이 함몰된 상태로 상기 후면 플레이트(141)의 양측에 위치하며, 상기 제2 함몰부(142)에는 전지셀(211)의 전극리드가 관통할 수 있도록 제2 슬릿(142′)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제2 함몰부(142)는 제2 슬릿(142′)을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제2 슬릿(142′)은 소정 각도 경사진 제2 경사판(142″)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 한 쌍의 측면 커버(110) 상단부에는 외측으로 돌출한 체결홈(111)이 구비되고, 상기 상면 커버(150)는 수평방향으로 위치하는 메인 플레이트(151) 및 상기 메인 플레이트(151)에서 아래를 향해 절곡된 보조 플레이트(152)를 포함하되, 상기 메인 플레이트(151)에는 제2 타공부(151′)가 형성되고, 상기 보조 플레이트(152) 외측면에는 상기 체결홈(111)에 수용되는 체결돌기(152′)가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 제2 타공부(151′)는 상기 제1 격벽(310)의 연결벽(312) 수직 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 전지 모듈에서, 상기 하면 커버(120)에는 제1 타공부(121)가 구비되어 있으며, 상기 제1 타공부(121)는 상기 제1 격벽(310)의 연결벽(312) 수직 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 전지 모듈을 포함하는 에너지저장장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 셀스택들 사이에 수직격벽과 절곡벽이 위치하고 있어, 열폭주 시 발생하는 플레어와 스파크가 인근 셀스택이나 전극리드로 이동하는 것을 차단할 수 있고 따라서 전지 모듈의 화재를 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 측면 커버와 셀스택 사이에 제2 및 제3 격벽이 서로 마주 보면서 위치하고 있고, 따라서 열폭주 시 발생하는 플레어와 스파크가 인근 셀스택이나 전극리드로 이동하는 것을 차단할 수 있어 화재를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 열폭주 시 분출하는 벤트 가스를 신속하게 외부로 유도하고 이때 공기가 함께 배출되는 구조이어서 화염이 발생하는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 일측 방향에서 바라본 외형 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 타측 방향에서 바라본 외형 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 하부 커버와 상부 커버의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 전면 커버와 후면 커버의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5는 전면 커버를 설명하기 위하여 다양한 각도에서 바라본 도면이다.
도 6은 후면 커버를 설명하기 위하여 다양한 각도에서 바라본 도면이다.
도 7은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 격벽의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 제1 격벽의 확대 사시도이다.
도 9은 제1 격벽의 다양한 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 10은 제3 격벽의 다양한 변형예를 보여주는 사시도이다.
도 11은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 전면 커버와 상부 커버를 분리한 상태에서 전면에서 바라본 사시도이다.
도 12는 도 1에 도시한 전지 모듈에서 상부 커버를 분리한 상태에서 위에서 바라본 평면도이다.
도 13은 도 1의 A-A′선을 따라 절단한 단면도이다.
도 14은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈에서 상부 커버를 분리한 상태에서 위에서 바라본 평면도이다.
도 15은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 폭 방향을 따라 절단한 단면도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 화재 억제를 위한 격벽과 단열층이 구비된 전지 모듈에 관하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 일측 방향에서 바라본 외형 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈을 타측 방향에서 바라본 외형 사시도 그리고 도 3은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 하부 커버와 상부 커버의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1 내지 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈은 대략 육면체를 형성하는 금속 재질의 보호케이스(100) 내측 공간부에 셀모듈 어셈블리(200)와 격벽(300)이 수납되어 있다.
셀모듈 어셈블리(200)는 다수개의 전지셀(211)이 수직방향으로 적층되어 하나의 셀스택(210)을 이루며, 이러한 셀스택(210) 2개가 소정 거리 이격된 채 나란하게 위치하고 있다.
격벽(300)은 어느 특정셀에서 이벤트 발생시 생성되는 플레어(flare), 스파크(spark), 벤트 가스 및 열기가 인근 셀스택으로 이동하는 것을 차단 또는 억제함과 동시에, 보호 케이스(100) 내부에 충만해 있던 공기의 배출을 유도하기 위한 것이다. 즉, 인근하는 셀스택(210)들 사이에는 제1 격벽(310)이 위치하고, 셀스택(210)과 보호케이스(100) 사이에는 제2 격벽(320)과 제3 격벽(330)이 구비되는데 이들과 관련한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 보호케이스(100)는 내측에 수납된 셀모듈 어셈블리(200)를 물리적으로 보호하기 위한 것으로, 셀모듈 어셈블리(200)의 폭(X축 방향)보다 조금 더 큰 간격으로 이격된 채 서로 마주보고 있는 한 쌍의 측면 커버(110), 한 쌍의 측면 커버(110) 하단부를 연결하는 하면 커버(120), 전면 커버(130), 후면 커버(140), 그리고 한 쌍의 측면 커버(110) 상부에 안착되는 상면 커버(150)를 포함하여 구성된다.
대략 평판향상으로 이루어져 셀모듈 어셈블리(200) 측면을 보호하기위한 측면 커버(110) 상단부에는 외측을 향해 돌출한 체결홈(111)이 복수개 구비되어 있고, 한 쌍의 측면 커버(110) 하단부에는 하면 커버(120)가 연결된다.
이들 한 쌍의 측면 커버(110)와 하면 커버(120)는 별도로 마련된 후, 공지의 접합방법으로 제작하거나, 성형 등 공지의 방법으로 이들 모두가 일체화된 상태로 제작하여도 무방하다.
셀모듈 어셈블리(200) 상부를 보호하기 위한 상면 커버(150)는 수평하게 위치하는 메인 플레이트(151)와, 메인 플레이트(151)에서 하면 커버(120)를 향해 절곡된 보조 플레이트(152)를 포함하여 구성된다.
여기서, 보조 플레이트(152)의 외측면에는 전술한 측면 커버(110)의 체결홈(111)에 수용될 수 있는 체결돌기(152′)가 마련되어 있다.
한편, 상면 커버(150)의 메인 플레이트(151) 중앙 부근, 보다 상세하게는 제1 격벽(310)에서 수직 상부로 연장된 위치의 메인 플레이트(151)에는 길이방향(Z축 방향)을 따라 제2 타공부(151′)가 형성되어 있다. 이러한 제2 타공부(151′)는 이벤트 발생시, 벤트 가스와 뜨거운 열기가 배출되는 통로로 작용하며, 특히 보호케이스(100) 내부에 있던 공기가 고압의 벤트 가스 배출시 함께 배출되기 때문에 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
가연성 물질, 산소 그리고 발화점 이상의 온도가 모두 충족될 시, 전지모듈에서 화재가 발생하는데, 전술한 바와 같이 보호케이스(100) 내부에 있던 공기뿐만 아니라 뜨거운 열기가 메인 플레이트(151)의 제2 타공부(151′)를 통해 외부로 배출되기 때문에 화재의 발생이 억제되는 것이다.
여기서, 제2 타공부(151′)의 형상은 슬릿형과 원형이 번갈아 가면서 형성되는 것이 바람직한데, 이는 후술할 제1 격벽(310)의 연결벽(312)에 형성된 개구공(312′)과 서로 대응될 수 있도록 하기 위함이다.
또한 하면 커버(120)에도 제2 타공부(151′)의 기능인 공기와 뜨거운 열기의 방출을 유도하기 위한 제1 타공부(121)가 길이 방향(Z축 방향)을 따라 마련되는 것이 보다 바람직하다.
도 4는 도 1에 도시한 전지 모듈에서 전면 커버와 후면 커버의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도, 도 5는 전면 커버를 설명하기 위하여 다양한 각도에서 바라본 도면, 그리고 도 6은 후면 커버를 설명하기 위하여 다양한 각도에서 바라본 도면이다.
이들 도 4 내지 6을 함께 참고하면서 설명하면, 전면 커버(130)는 셀스택(210)들의 일측 전극 리드가 돌출한 방향, 그리고 후면 커버(140)는 나머지 전극 리드가 돌출한 방향에 위치하면서 버스바 들을 고정하는 한편, 보호케이스(100)와 버스바 간의 전기적 절연과, 전면과 후면에서 가해지는 외부충격으로부터 셀스택(210)들을 보호하는 기능을 수행한다.
먼저 내열성 플라스틱 재질로 이루어지는 전면 커버(130)에 관해 상세하게 설명하면, 전면 커버(130)는 전면 플레이트(131)와, 전면 플레이트(131)의 양측 가장자리에서 조금 이격된 위치에 셀스택(210)의 전면부를 향해 소정의 폭, 높이 및 깊이를 갖는 한 쌍의 제1 함몰부(132)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 함몰부(132)를 전면 플레이트(131)의 양측 가장자리에서 조금 이격된 위치에 형성시키는 이유는 전면 커버(130)가 제2 격벽(320)과 밀착할 수 있도록 하기 위한 것으로 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
한편 제1 함몰부(132)에는 전지셀(211)의 전극리드가 관통할 수 있도록 제1 슬릿(132′)이 구비되어 있으며, 이러한 제1 슬릿(132′)은 전지셀 리드를 중심으로 발생한 불꽃 등이 제1 슬릿(132′)을 관통하여 외부로 이동하는 것을 최대한 차단할 수 있도록 전면 커버(130)의 외측면 방향을 향해 소정 각도 하향 경사져 있는 복수개의 제1 경사판(132″)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 부연 설명하면, 제1 함몰부(132)는 제1 슬릿(132′)을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있는 것이다.
계속해서, 내열성 플라스틱 재질로 이루어지는 후면 커버(140)에 관해 설명하면, 후면 커버(140)는 전술한 전면 커버(130)와 구성 및 기능이 유사하다.
후면 커버(140)는 후면 플레이트(141)와, 후면 플레이트(141)의 양측 가장자리에서 조금 이격된 위치에 셀스택(210)의 후면부를 향해 소정의 폭, 높이 및 깊이를 갖는 한 쌍의 제2 함몰부(142)를 포함하여 구성된다.
전면 플레이트(131)와 유사하게, 제2 함몰부(142)를 후면 플레이트(141)의 양측 가장자리에서 조금 이격된 위치에 형성시키는 이유는 후면 커버(140)가 제3 격벽(330)을 밀착할 수 있도록 하기 위한 것으로 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
그리고 제2 함몰부(142)에는 전지셀(211)의 전극리드가 관통할 수 있도록 제2 슬릿(142′)이 마련되어 있으며, 이러한 제2 슬릿(142′)은 전지셀 리드를 중심으로 발생한 불꽃 등이 제2 슬릿(142′)을 관통하여 외부로 이동하는 것을 최대한 차단할 수 있도록 후면 커버(140)의 외측면 방향을 향해 소정 각도 상향 경사져 있는 복수개의 제2 경사판(142″)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 제2 함몰부(142)도 제2 슬릿(142′)을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있다.
한편, 셀모듈 어셈블리(200)는 2개의 셀스택(210)과 이들 셀스택(210)들을 전기적으로 서로 연결하기 위한 연결 버스바(220)를 포함하여 구성된다.
먼저, 셀스택(210)은 수직방향으로 적층된 복수개의 전지셀(211), 적층된 전지셀(211)들의 상부와 하부에 각각 한 개씩 구비된 패드(212), 하나의 셀스택(210)에서 상대적으로 상부에 위치하는 전지셀(211)들의 일측 리드들을 전기적으로 연결하기 위한 제1 버스바(213) 그리고 전지셀(211)들의 타측 리드들 모두를 연결하기 위한 제2 버스바(214)를 포함하여 구성된다.
전지셀(211)은 파우치형 전지셀일 수 있고, 전극조립체(미도시)를 수납하는 셀 케이스와 한 쌍의 전극 리드를 포함하여 구성된다.
여기서, 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 전지 셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
또한, 전해질은 일반적으로 통용되는 액체전해질 외에도, 고체전해질이나, 고체전해질에 첨가제를 부가하여 액체와 고체 중간형태를 띄는 겔 형태의 준고체전해질로 치환되어도 문제가 없음은 당연하다.
상기와 같은 전극조립체는 셀 케이스에 수납되며, 셀 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 한 쌍의 전극 리드는 양극 리드와 음극 리드로 이루어지며, 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 셀 케이스 외부로 노출되거나, 탭을 생략하고 셀 조립체와 직접 연결되어도 무방하다.
패드(212)는 평소에는 적층된 전지셀(211)들을 서로 밀착시키고 스웰링 시에는 팽창된 부피를 흡수하며, 또한 열전도성이 낮은 소재, 예를 들어 EPP(Extended Polypropylene), EDS, EPDM 등과 같은 탄성력, 절연성 및 낮은 열전도성을 갖는 소재로 이루어지는 것이 바람직하지만, 동일한 기능을 수행할 수 있다면 특별히 제한하지 않는다.
물론, 뜨거운 열이 인근 셀스택으로 전달되는 것을 확실하게 차단할 수 있도록 단열소재로 이루어진 열차단층(미도시)이 하면 커버(120)와 상면 커버(150)에 추가적으로 밀착되도록 구비될 수도 있다.
비록 도면에서는 전지셀(211)들의 가장 최하층과 최상층을 커버하도록 패드(212)가 한 쌍인 것으로 도시하고 있으나 이는 일예시에 불과하며, 필요에 따라 전지셀(211)들 사이에 구비되어도 무방하다.
전지셀(211)들의 리드들을 전기적으로 연결하기 위한 제1 버스바(213)와 제2 버스바(214)는 리드들이 관통할 수 있도록 슬릿이 형성된 금속 재질의 평판 형상이다.
연결 버스바(220)는 한 쌍의 제3 버스바(221)와 연결바(222)를 포함하여 구성된다. 구체적으로, 제3 버스바(221)는 하나의 셀스택(210)에서 제1 버스바(213)에 의해 연결되지 않은 나머지 리드들을 고정하며, 이들 한 쌍의 제3 버스바(221)는 연결바(222)에 의해 서로 연결됨으로써 인근하는 셀스택(210)들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.
상기와 같은 구성을 포함하는 셀 모듈 어셈블리(200)의 조립과정을 간단히 설명하면, 패드(211), 복수개의 전지셀(211) 및 패드(211)의 순으로 적층된 셀스택(210)을 준비하고, 전지셀(211)의 리드들, 예를 들어 전면으로 향하는 리드들을 전면 커버(130)의 제1 슬릿(132′)을 관통시킨다.
이후, 상부에 위치하는 리드들은 제1 버스바(213)의 슬릿을 통과시킨후 절곡 고정하고, 하부에 위치하는 리드들은 연결 버스바(220)인 제3 버스바(221)의 슬릿을 통과시켜 절곡하고 이후 용접 등 공지의 접합수단을 통해 고정시킨다.
이때, 제1 버스바(213)와 제3 버스바(221)는 전면 커버(130)의 제1 함몰부(132)에 안착된 상태로 체결되기 때문에 이들 제1 버스바(213)와 제3 버스바(221)로 인한 부피 증가를 최소화할 수 있다. 그리고 한 쌍의 제3 버스바(221)는 전면 커버(130)의 외형을 따라 3개의 변이 직각으로 이루어져 일측이 개방된 형상으로 절곡된 연결바(222)로 연결되어 있어 인근의 셀스택(210)이 서로 통전하는 상태를 유지할 수 있다.
그리고 후면을 향하는 전지셀(211) 리드들은 후면 커버(140)의 제2 슬릿(142′)과 제2 버스바(214)의 슬릿을 순차적으로 관통한 후 절곡되고, 이후 용접 등 공지의 수단으로 고정된다. 이때, 제2 버스바(214)는 후면 커버(140)의 제2 함몰부(142)에 안착되므로, 역시 부피 증가를 최소화할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 격벽의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 8은 제1 격벽의 확대 사시도이다.
특정 전지셀에서 열폭주가 발생하면, 플레어(flare), 스파크(spark), 고압의 벤트 가스 및 뜨거운 열기가 분출하며, 산소 및 가연물질과 이들이 함께 공존하면 화재나 폭발로 이어진다.
본 발명의 격벽(300)은 플레어(flare)와 스파크(spark) 등 열폭주 생성물들이 인근의 셀스택(210)으로 이동하는 것을 차단함과 동시에 보호케이스(100) 외측으로 튀어나오지 못하게 한다. 게다가 벤트 가스와 열기를 상면 커버(150)의 제2 타공부(151′)와 하면 커버(120)의 제1 타공부(121)로 유도 배출하며, 이 과정에서 보호케이스(100) 내측에 충만해 있던 공기가 함께 배출되기 때문에 화염이 발생할 수 없는 상태가 된다.
도 3, 도 7 및 도 8을 함께 참조하면서 설명하면, 상기와 같은 기능을 수행하기 위한 격벽(300)은 셀스택(210) 사이에 위치하는 제1 격벽(310), 셀스택(210)의 일측 모서리 인근에 위치하는 제2 격벽(320) 및 셀스택(210)의 타측 모서리 인근에 위치하는 제3 격벽(330)을 포함하여 구성된다.
먼저, 서로 인근하여 위치하는 셀스택(210) 사이에 개재되며, 또 셀스택(210)과는 약간 이격된 상태로 위치하는 제1 격벽(310)은 플레어(flare)와 스파크(spark) 등이 인근의 셀스택(210)으로 이동하는 것을 원천적으로 차단함과 동시에 보호케이스(100)의 전면이나 후면으로 분출되는 것을 방지하고, 나아가 벤트 가스, 열기 및 공기를 수직방향으로 이동할 수 있도록 유도한다.
구체적으로 제1 격벽(310)은 소정 거리 이격된 채 서로 마주보면서 직립하고 있는 한 쌍의 수직 격벽(311)과, 수직 격벽(311) 상단부를 서로 연결하는 연결벽(312)을 포함하여 구성된다.
여기서, 수직 격벽(311)의 길이(Z축 방향)는 전지셀(211)과 유사하고 높이는 상면 커버(150)와 밀착할 수 있을 정도의 대략 평판 형상이다.
연결벽(312)은 한 쌍의 수직 격벽(311)을 서로 연결 및 지지하면서 벤트 가스를 신속하게 외부로 유도하기 위한 것으로, 연결벽(312)에는 하나 이상의 개구공(312′)이 형성되어 있다. 그리고 연결벽(312)의 상부 및 하부 수직 연장선상인 상면 커버(150)에는 제2 타공부(151′), 하면 커버(120)에는 제1 타공부(121)가 각각 구비되어 있다.
수직 격벽(311)의 양측 단부, 즉 셀스택(210)의 양측 모서리 인근에는 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)이 더 구비되는 것이 바람직하고, 이들 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)은 일측면이 개방된 2개의 변이 직각으로 연결된 형상일 수 있다.
수직 격벽(311)이 마련됨으로써 플레어(flare)와 스파크(spark)가 인근 셀스택(210)으로 이동하는 것은 차단되지만, 차단된 플레어(flare)와 스파크(spark)가 전지셀(211)의 리드가 위치하는 전면 커버(130)나 후면 커버(140) 인근으로 이동할 수 있기 때문에 여전히 발화 가능성이 존재한다.
하지만 수직 격벽(311)의 양측 단부에 2개의 변이 직각으로 연결된 형상을 갖는 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)이 서로 마주 보도록 위치하면, 수직 격벽(311)에 의해 1차적으로 차단된 플레어(flare)와 스파크(spark)는 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)에 갇힌 상태가 되기 때문에 전극리드가 있는 방향으로 이동하지 못한다.
계속해서, 제2 격벽(320)에 관해 설명하기로 한다. 셀스택(210)의 일측 모서리 인근, 보다 상세하게는 측면 커버(110)와 전면 커버(130)가 서로 만나는 모서리 인근에 위치하는 제2 격벽(320)은 플레어(flare)와 스파크(spark)가 측면 커버(110)에 부딪힌 후 전극리드가 있는 방향으로 이동하지 못하도록 차단함과 동시에 측면 커버(110)와 셀스택(210)이 소정 거리 이격될 수 있도록 공간부를 확보하기 위한 것이다.
즉, 제2 격벽(320)은 일측면이 개방된 3개의 변이 직각으로 이루어져 일측이 개방된 형상이며, 개방면은 대향하여 위치하는 전극리드를 향하도록 배치된다.
한편, 제3 격벽(330)은 제2 격벽(320)과 형상이 동일하고, 셀스택(210)의 타측 모서리 인근에 위치하면서 개방면의 방향만 상이할 뿐 나머지 구성 및 기능은 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은 3개의 변이 직각으로 이루어져 일측이 개방된 형상을 가지면 서로 마주 보고 위치하는 제2 격벽(320)과 제3 격벽(330)에 의해, 측면 커버(110)에 의해 1차적으로 차단된 플레어(flare)와 스파크(spark)는 이들에 의해 이동이 제한되기 때문에 전극리드와 직접적으로 접촉하는 것을 차단할 수 있다.
도 9는 제1 격벽의 다양한 변형예를 보여주는 단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 격벽(310)의 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)은 플레어(flare)와 스파크(spark) 등을 가둘 수 있도록 변형이 가능하다. 즉, 바람직한 제1 실시예에 따른 3개의 변이 직각으로 이루어져 일측이 개방된 형상 대신에, 절곡부 각도가 상이하거나 만곡된 부분을 포함하는 등의 형상으로 변형할 수 있다.
물론 이 경우, 변형된 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″) 외형에 대응하도록 전면 커버(130)와 후면 커버(140)도 함께 변경될 수 있음은 자명하다.
도 10은 제3 격벽의 다양한 변형예를 보여주는 사시도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제3 격벽(310)은 플레어(flare)와 스파크(spark) 등을 가둘 수 있도록 변형이 가능하다. 즉, 바람직한 제1 실시예에 따른 3개의 변이 직각으로 이루어져 일측이 개방된 형상 대신에, 절곡부 각도가 상이하거나 만곡된 부분을 포함하는 등의 형상으로 변형할 수 있다.
이 경우에도, 변형된 제3 격벽(310) 외형에 대응할 수 있도록 전면 커버(130)와 후면 커버(140) 등도 함께 변경될 수 있음은 자명하다.
도 11은 도 1에 도시한 전지 모듈에서 전면 커버와 상부 커버를 분리한 상태에서 전면에서 바라본 사시도, 도 12는 도 1에 도시한 전지 모듈에서 상부 커버를 분리한 상태에서 위에서 바라본 평면도 그리고 도 13은 도 1의 A-A′선을 따라 절단한 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면서, 열폭주 등 이벤트 발생시의 플레어(flare), 스파크(spark), 벤트 가스, 열기 및 공기가 이동하는 과정의 설명을 통해, 본 발명에 따른 전지 모듈의 발화억제에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 전지 모듈에서는 전술한 격벽(300)과 함께 제1 공간부(S1) 내지 제7 공간부(S7)가 추가적으로 구비되어 있다. 구체적으로 제1 공간부(S1)는 제2 격벽(320), 제2 공간부(S2)는 제3 격벽(330) 그리고 제3 공간부(S3)는 셀스택(210)의 길이 방향 수직 측면과 측면 커버(110) 사이에 형성된다.
또 제4 공간부(S4)와 제5 공간부(S5)는 제1 절곡벽(311′)과 제2 절곡벽(311″)에 각각 형성되며, 제6 공간부(S6)는 수직 격벽(311)과 셀스택(210)의 길이 방향 수직 측면 사이, 마지막으로 제7 공간부(S7)는 한 쌍의 수직 격벽(311) 사이에 해당된다.
예를 들어, 도 11 내지 도 13에서 오른쪽에 위치하는 셀스택(210)의 어느 특정 전지셀(211)에서 열폭주가 발생했다고 가정할 시, 플레어(flare)나 스파크(spark)는 제1 공간부(S1) 내지 제6 공간부(S6) 중 어느 하나 이상의 공간부에 차단된 상태로 모여 있기 때문에 왼쪽에 위치하는 셀스택(210)으로 이동하지 못한다.
그리고 보호케이스(100)와 격벽(300)은 완벽한 기밀 상태를 유지하지는 않기 때문에 발생한 벤트 가스와 공기는 전면 커버(130)와 후면 커버(140) 그리고 제7 공간부(S7)를 경유한 후 상면 커버(150)의 제2 타공부(151′)와 하면 커버(120)의 제1 타공부(121)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 뜨거운 열기는 공기 단열층에 해당되는 제6 공간부(S6)와 제7 공간부(S7) 그리고 단열소재의 패드(212)에 의해 인근의 셀스택(210)으로 전달되는 것이 최소화되며, 벤트 가스와 함께 외부로 방출된다.
본 발명에서의 셀스택을 구성하는 전지셀(211)은 판상형으로 수직방향으로 적층되어 있어, 스웰링이 발생하여도 수직방향으로 부피가 증가할 뿐 측방향으로는 팽창이 최소화될 수 있는 구조이다. 따라서 제6 공간부(S6)와 제7 공간부(S7)는 스웰링 발생에 영향을 받지 않고 공기 단열층을 유지할 수 있다.
결과적으로, 어느 하나의 셀스택에서 이벤트가 발생하더라도 벤트 가스와 함께 공기가 외부로 배출되기 때문에 보호케이스 내부에는 발화에 필요한 산소가 부족하고, 가연성 물질들은 인근 셀스택에 도달할 수 없을 뿐만 아니라 외부로 방출되지 않고 갇힌 상태이고, 게다가 공기 배출시 뜨거운 열기가 함께 배출되어 발화점 미만을 유지하기 때문에 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
물론 예기치 못한 주변 상황으로 인해 특정 셀스택에서 화재가 발생할 수 있지만, 전술한 제6 공간부(S6)와 제7 공간부(S7)에 해당되는 공기 단열층들이 인근 셀스택으로 열이 전달되는 것을 차단하기 때문에 인근 셀스택에서의 화재는 확실하게 방지할 수 있다.
즉, 주변의 온도가 비정상범위까지 상승할 시, 전지셀 분리막이 수축하여 쇼트가 발생하게 되는데, 본 발명에서는 공기 차단층이 구비되어 있고 또한 공기 차단층의 공기가 가열되더라도 대류현상에 의해 상면 커버의 제2 타공부로 배출되므로 열기의 이동이 제한되고, 따라서 인근에 위치하는 셀스택 주변은 비교적 안전한 온도가 유지되므로 분리막이 수축하는 현상을 방지할 수 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈에서 상부 커버를 분리한 상태에서 위에서 바라본 평면도이고, 도 15는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 폭 방향을 따라 절단한 단면도이다.
전술한 제1 실시예와는 보호케이스의 전면 커버와 후면 커버, 그리고 수납되는 셀스택의 개수만 상이할 뿐 나머지 구성은 동일하다.
즉 제2 실시예에서는 전면 커버(130) 및 후면 커버(140)에 각각 3개씩의 제1 함몰부와 제2 함몰부가 구비되어 있으며, 2개의 제1 격벽이 셀스택 사이에 하나씩 위치하고 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 셀스택이 3개인 경우로 도시하고 있으나, 셀스택들 사이에 한 개씩의 제1 격벽을 위치시키면서 4개 이상의 셀스택이 연속적으로 배열될 수 있음은 자명하다.
한편, 전술한 구성을 갖는 전지 모듈은 별도의 케이스에 수납되어 하나의 전지 팩을 구성할 수 있고, 또 전지 모듈이나 전지 팩은 에너지저장시스템(Energy Storage System), 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등과 같이 대용량 전원을 포함하는 각종 설비나 디바이스에 사용될 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
100 : 보호케이스
110 : 측면 커버
111 : 체결홈
120 : 하면 커버
121 : 제1 타공부
130 : 전면 커버
131 : 전면 플레이트
132 : 제1 함몰부
132′ : 제1 슬릿 132″ : 제1 경사판
140 : 후면 커버
141 : 후면 플레이트
142 : 제2 함몰부
142′ : 제2 슬릿 142″ : 제2 경사판
150 : 상면 커버
151 : 메인 플레이트 151′ : 제2 타공부
152 : 보조 플레이트 152′ : 체결돌기
200 : 셀모듈 어셈블리
210 : 셀스택
211 : 전지셀
212 : 패드
213 : 제1 버스바
214 : 제2 버스바
220 : 연결 버스바
221 : 제2 버스바 222 : 연결바
300 : 격벽
310 : 제1 격벽
311 : 수직 격벽
311′ : 제1 절곡벽 311″ : 제2 절곡벽
312 : 연결벽
312′ : 개구공
320 : 제2 격벽
330 : 제3 격벽
S1 : 제1 공간부 S2 : 제2 공간부
S3 : 제3 공간부 S4 : 제4 공간부
S5 : 제5 공간부 S6 : 제6 공간부
S7 : 제7 공간부

Claims (22)

  1. 복수개의 전지셀이 수직방향으로 적층된 셀스택을 2개 이상 포함하는 셀모듈 어셈블리가 보호케이스 내부 공간부에 수납되되, 서로 인근하여 위치하는 셀스택들 사이, 및 셀스택과 보호케이스 사이 중 어느 하나 이상에는 하나 이상의 격벽이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 인근하여 위치하는 셀스택 사이에는 제1 격벽이 구비되되,
    상기 제1 격벽은 소정 거리 이격된 채 서로 마주보며 평판 형상을 갖는 한 쌍의 수직 격벽, 및 상기 수직 격벽 상단부를 서로 연결하는 연결벽을 포함하며, 상기 연결벽에는 하나 이상의 개구공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호케이스는 서로 마주보는 한 쌍의 측면 커버, 상기 측면 커버들의 하단부를 연결하는 하면 커버, 전면 커버, 후면 커버, 및 상기 측면 커버 상부에 안착되는 상면 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직 격벽 양측 단부에는 인근에 위치하는 셀스택을 향하는 방향으로 절곡 및/또는 만곡된 제1 절곡벽과 제2 절곡벽이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수직 격벽 양측 단부에는 인근에 위치하는 셀스택을 향하는 방향으로 절곡 및/또는 만곡된 제1 절곡벽과 제2 절곡벽이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 절곡벽과 제2 절곡벽은 제4 공간부와 제5 공간부를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수직 격벽과 셀스택은 소정 거리 이격되어 제6 공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 측면 커버와 인접한 셀스택의 일측 모서리 인근에는 일측면이 개방된 제2 격벽이 구비되어 제1 공간부를 형성하고,
    상기 제2 격벽의 개방면은 상기 셀스택의 타측 모서리를 향하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측면 커버와 인접한 셀스택의 타측 모서리 인근에는 일측면이 개방된 제3 격벽이 구비되어 제2 공간부를 형성하고,
    상기 제3 격벽의 개방면은 상기 제2 격벽의 개방면과 서로마주 보도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측면 커버와 셀스택 사이에는 제3 공간부가 마련된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 셀스택은, 복수개의 전지셀, 전지셀의 음극리드 또는 양극리드들이 연결되는 제1 버스바, 및 전지셀의 나머지 리드가 연결되는 제2 버스바를 포함하고,
    서로 인근하여 위치하는 셀스택은 연결 버스바에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전면 커버는 전면 플레이트와 제1 함몰부를 포함하되,
    상기 제1 함몰부는 셀스택의 전면부를 향해 소정 깊이 함몰된 상태로 상기 전면 플레이트의 양측에 위치하며, 상기 제1 함몰부에는 전지셀의 전극리드가 관통할 수 있도록 제1 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 함몰부는 제1 슬릿을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 소정 각도 경사진 제1 경사판에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 후면 커버는 후면 플레이트와 제2 함몰부를 포함하되,
    상기 제2 함몰부는 셀스택의 후면부를 향해 소정 깊이 함몰된 상태로 상기 후면 플레이트의 양측에 위치하며, 상기 제2 함몰부에는 전지셀의 전극리드가 관통할 수 있도록 제2 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 함몰부는 제2 슬릿을 제외하고는 모든 면이 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 슬릿은 소정 각도 경사진 제2 경사판에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 측면 커버 상단부에는 외측으로 돌출한 체결홈이 구비되고, 상기 상면 커버는 수평방향으로 위치하는 메인 플레이트 및 상기 메인 플레이트에서 아래를 향해 절곡된 보조 플레이트를 포함하되,
    상기 메인 플레이트에는 제2 타공부가 형성되고, 상기 보조 플레이트 외측면에는 상기 체결홈에 수용되는 체결돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 타공부는 상기 제1 격벽의 연결벽 수직 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  20. 제3항에 있어서,
    상기 하면 커버에는 제1 타공부가 구비되어 있으며, 상기 제1 타공부는 상기 제1 격벽의 연결벽 수직 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈을 포함하는 에너지저장장치.
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