WO2022203291A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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WO2022203291A1
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venting
battery
venting unit
module
end plate
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장성환
성준엽
박원경
정혜미
박수빈
김광모
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • 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 safety and a battery pack including the same.
  • a rechargeable battery capable of charging and discharging is a measure to solve air pollution such as conventional gasoline vehicles using fossil fuels, and electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV) is being used as a power source, and the need for the development of secondary batteries is increasing.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries do not have much memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are possible freely. , the self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively applied with a separator interposed therebetween, and a battery case for sealingly accommodating the electrode assembly together with an electrolyte.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet according to the shape of the exterior material.
  • a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected this is used In such a battery module, a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other to form a battery cell stack, thereby improving capacity and output.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • FIG. 1 is a perspective view of conventional battery modules.
  • battery modules 10a and 10b including a plurality of battery cells may be gathered and mounted in a medium or large device such as a vehicle.
  • the heat emitted from the plurality of battery cells is summed in a narrow space, and the temperature may rise rapidly and severely.
  • the battery modules (10a, 10b) in which a plurality of battery cells are stacked and the battery pack in which these battery modules (10a, 10b) are mounted high output can be obtained, but it occurs in the battery cells during charging and discharging. It is not easy to remove the heat. If the heat dissipation of the battery cell is not performed properly, the battery cell deteriorates rapidly and the lifespan is shortened, and the possibility of explosion or ignition increases.
  • a battery module included in a battery pack for a vehicle it is frequently exposed to direct sunlight and may be subjected to high temperature conditions such as summer or desert areas.
  • a plurality of battery modules 10a and 10b are intensively arranged to increase the mileage of the vehicle, flame or heat generated in any one battery module 10a is easily propagated to the neighboring battery module 10b, Ultimately, it may lead to an explosion or ignition of the battery pack itself.
  • FIG. 2 (a) and (b) are views showing the state of ignition of various battery modules mounted in a conventional battery pack.
  • 3 is a diagram showing a flame affecting an adjacent battery module when a battery module mounted on a conventional battery pack is ignited as part A-A of FIG. 2(a).
  • the conventional battery module 10 includes a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked, a frame 20 for accommodating the battery cell stack 12, It includes an end plate 40 formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 , a terminal bus bar 50 formed to protrude out of the end plate, and the like.
  • the battery cell stack 12 may be positioned in a closed structure by coupling the frame 20 and the end plate 40 . Due to this, when the internal pressure of the battery cell 11 increases due to overcharging, etc., high-temperature heat, gas, or flame may be emitted to the outside of the battery cell 11. At this time, one battery cell 11 The heat, gas, or flame emitted from the battery may be transferred to other adjacent battery cells 11 at a narrow interval to induce a continuous ignition phenomenon. In addition, heat, gas, or flame emitted from each battery cell 11 may be discharged toward the opening formed in the end plate 40 , and in this process, it is located between the end plate 40 and the battery cell 11 . A problem in which the bus bar 50 and the like is damaged may occur.
  • the plurality of battery modules 10 in the battery pack are arranged such that at least two end plates 40 face each other, heat, gas, or flame generated within the battery module 10 is transmitted outside the battery module 10 .
  • the performance and stability of the plurality of battery cells 11 in another adjacent battery module 10 may be affected.
  • An object of the present invention is to provide a battery module having improved durability and safety by controlling the propagation of a flame generated from the inside to the outside, and preventing continuous thermal runaway, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a module frame for accommodating the battery cell stack; and a first end plate and a second end plate respectively covering the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • a venting hole is formed in at least one of the module frame, the first end plate, and the second end plate, and on one surface of the module frame, a venting unit for guiding an exhaust path of the gas or flame discharged from the venting hole this is located The venting unit is mounted to cover the venting hole.
  • the inner passage of the venting unit may be connected to the venting hole, and an outlet connected to the inner passage may be formed on one side of the venting unit.
  • the venting unit may be a frame in which one side of the module frame in the direction of one side is opened.
  • the venting unit may extend along the one surface of the module frame from the first end plate to the second end plate.
  • the venting hole may be formed in both the first end plate and the second end plate, and the internal passage of the venting unit includes both the venting hole of the first end plate and the venting hole of the second end plate. can be connected with
  • the exhaust path of the gas or flame may be continued while being bent in plurality.
  • the venting unit may include at least one partition wall forming an exhaust path of the gas or flame, and one surface of the partition wall may be perpendicular to one surface of the venting unit.
  • the battery cells may include electrode leads, one of the electrode leads may protrude toward the first end plate, and the other of the electrode leads may protrude toward the second end plate. have.
  • the venting unit may include an outlet for discharging the gas or flame to the outside.
  • the venting hole and the outlet may be located in opposite directions with respect to the center of the module frame.
  • the center of the module frame may be a point spaced apart from the first end plate and the second end plate by the same distance.
  • the venting unit may include an outlet for discharging the gas or flame to the outside.
  • the gas or flame discharged from the venting hole along a first discharge direction may move along a second discharge direction different from the first discharge direction through an internal passage of the venting unit.
  • the second discharge direction may be a direction toward the discharge port.
  • a filter may be disposed inside the venting unit.
  • the venting unit may include a first filter and a second filter located therein.
  • the first filter and the second filter may be spaced apart from each other on the discharge path guided by the inner passage of the venting unit.
  • the pore size of the first filter and the pore size of the second filter may be different from each other.
  • the venting unit may be coupled to the module frame in a sliding manner.
  • the module frame may include a slot connected to the venting unit.
  • the slot is formed to extend along a longitudinal direction of the module frame, and the venting unit is slidable along the slot.
  • the venting unit may include a protrusion coupled to the slot.
  • the venting unit may include a first venting unit and a second venting unit.
  • the discharge path guided by the first venting unit and the discharge path guided by the second venting unit may be in opposite directions.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention includes at least one battery module.
  • the present invention by providing a separate flame discharge path in the battery module, even if a flame occurs inside the battery module, it is possible to block propagation to the outside. It is possible to suppress or delay the propagation of flames generated in one battery module to other battery modules or other electronic devices. That is, it is possible to increase the safety of the battery module and the battery pack against fire.
  • FIG. 1 is a perspective view of conventional battery modules.
  • FIGS. 2 (a) and (b) are views showing the state of ignition of various battery modules mounted in a conventional battery pack.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flame affecting an adjacent battery module when a battery module mounted on a conventional battery pack is ignited as part A-A of FIG. 2(a).
  • FIG. 4 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating one of the battery cells included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a perspective view of a first end plate and a second end plate included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating venting units included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 9 is a plan view of the battery module of FIG. 4 viewed along the x-axis direction on the yz plane.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a venting unit according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a heat sink included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a lower frame, a first thermally conductive resin layer, and a second thermally conductive resin layer included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 14 .
  • FIG. 16 is a perspective view of one of the battery cells included in the battery module of FIG. 14 .
  • 17 is a view for explaining a gas discharge path when a flame occurs in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view of the battery module of FIG. 17 viewed from above.
  • FIG. 19 is a perspective view illustrating a modified example of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a plan view of the battery module of FIG. 19 viewed from above.
  • 21 and 22 are perspective views of an example of a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a view for explaining one coupling method of the venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 23 .
  • 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 part means to be located above or below the reference part, and it means to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravity. not.
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • 6 is a perspective view illustrating one of the battery cells included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery module 100a includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked; a module frame 200 for accommodating the battery cell stack 120; A first end plate 410 and a second end plate 420 respectively covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 are included.
  • venting holes 410H and 420H are formed in at least one of the module frame 200 , the first end plate 410 , and the second end plate 420 .
  • venting holes 410H and 420H may be formed in at least one of the first end plate 410 and the second end plate 420 .
  • a venting unit 500 is positioned on one surface of the module frame 200 to guide the discharge path of the gas or flame discharged from the venting holes 410H and 420H.
  • the venting unit 500 is mounted to cover the venting holes 410H and 420H.
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell, and may be formed in a rectangular sheet-like structure.
  • the two electrode leads 111 and 112 are opposite to each other and protrude from one end 114a and the other end 114b of the cell body 113, respectively.
  • the battery cell 110 includes electrode leads 111 and 112 protruding in opposite directions.
  • the electrode leads 111 and 112 are connected to an electrode assembly (not shown), and protrude from the electrode assembly (not shown) to the outside of the battery cell 110 .
  • both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side 114c connecting them are adhered in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114 .
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a total of three sealing portions 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing portions 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • the cell case 114 may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • connection part 115 may extend along one edge of the battery cell 110 , and a bat ear 110p may be formed at an end of the connection part 115 .
  • the terrace portion 116 may be formed between the electrode leads 111 and 112 and the cell body 113 . That is, the battery cell 110 may include a terrace portion 116 formed to extend from the cell case 114 in a direction in which the electrode leads 111 and 112 protrude.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 are stacked to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120 .
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked in a direction parallel to the x-axis. Accordingly, the electrode leads 111 and 112 of the battery cells 110 may protrude in the y-axis direction and the -y-axis direction, respectively.
  • an adhesive member may be positioned between the battery cells 110 . Accordingly, the battery cells 110 may be adhered to each other to form the battery cell stack 120 .
  • the battery cell stack 120 may be a large-area module in which the number of battery cells 110 is greater than that of the prior art. Specifically, 32 to 48 battery cells 110 per battery module 100a may be included. In the case of such a large-area module, the horizontal length of the battery module is increased.
  • the horizontal length may mean a length in a direction in which the battery cells 110 are stacked, that is, in a direction parallel to the x-axis.
  • the module frame 200 may include a lower frame 210 that covers the lower surface and both sides of the battery cell stack 120 and an upper cover 220 that covers the upper surface of the battery cell stack 120 . .
  • the lower frame 210 may cover the lower surface and both sides of the battery cell stack 120 .
  • the lower frame 210 may include a bottom portion 210a and two side portions 210b extending upward from both ends of the bottom portion 210a.
  • the bottom portion 210a may cover the lower surface of the battery cell stack 120
  • the two side portions 210b may cover both side surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the lower surface of the battery cell stack 120 refers to a surface in the -z-axis direction
  • both sides of the battery cell stack 120 refer to a surface in the x-axis and the -x-axis direction.
  • the upper cover 220 covers the upper surface of the battery cell stack 120 .
  • the upper surface of the battery cell stack 120 refers to a surface in the z-axis direction.
  • the upper cover 220 and the lower frame 210 may form a structure that covers the battery cell stack 120 up, down, left, and right by being joined by welding in a state in which the corresponding corner portions are in contact with each other.
  • the battery cell stack 120 may be physically protected through the upper cover 220 and the lower frame 210 .
  • the first end plate 410 covers the front surface of the battery cell stack 120
  • the second end plate 420 covers the rear surface of the battery cell stack 120
  • the front surface of the battery cell stack 120 refers to a surface in the y-axis direction
  • the rear surface of the battery cell stack 120 refers to a surface in the -y-axis direction.
  • the first end plate 410 and the second end plate 420 may be positioned on both open sides of the module frame 200 to cover the battery cell stack 120 .
  • Each of the first end plate 410 and the second end plate 420 may be joined by welding while in contact with the corresponding corners of the module frame 200 .
  • the first end plate 410 and the second end plate 420 may physically protect the battery cell stack 120 and other electrical components from external impact.
  • a bus bar frame on which a bus bar is mounted and an insulating cover for electrical insulation may be positioned between the battery cell stack 120 and the end plates 410 and 420 .
  • FIG. 7 is a perspective view of a first end plate and a second end plate included in the battery module of FIG. 5 .
  • 8 is a perspective view illustrating venting units included in the battery module of FIG. 5 .
  • 9 is a plan view of the battery module of FIG. 4 viewed along the x-axis direction on the yz plane.
  • venting holes 410H and 420H are formed in at least one of the first end plate 410 and the second end plate 420 according to the present embodiment. Although it is shown in FIG. 7 that venting holes 410H and 420H are formed in both the first end plate 410 and the second end plate 420, only one of the venting holes may be formed.
  • An internal passage 510 may be provided inside the venting unit 500 according to the present embodiment so that a gas or flame generated inside the battery module can pass therethrough.
  • the inner passage 510 may be connected to the venting holes 410H and 420H, and an outlet 520 connected to the inner passage 510 may be formed on one side of the venting unit 500 .
  • the internal passage 510 refers to a space provided inside the venting unit 500, and may mean a discharge path of gas or flame (F).
  • the venting unit 500 may be located on one surface of the module frame, for example, the venting unit 500 may be located on the outer surface of the side portion 210b of the module frame 200 . More specifically, the venting unit 500 is composed of a plurality, one venting unit 500 is located on the outer surface of one of the side parts 210b, the other venting unit 500 is the other one of the side parts 210b. It may be located on the outside. Although not specifically shown, as another embodiment, only one venting unit 500 may be positioned on the outer surface of any one side part 210b.
  • venting unit 500 any one of the venting unit 500 will be described as a reference.
  • the venting unit 500 is a member provided with an internal passage 510 through which gas or flame F can move therein. Since the venting unit 500 is mounted to cover the venting holes 410H and 420H, the gas or flame F generated from the battery cell stack 120 of the battery module 100a, etc., passes through the venting holes 410H and 420H. It is introduced into the venting unit 500 through the. Gas or flame (F) moved along the inner passage 510 is discharged to the outside through the outlet (520).
  • the outlet 520 is opened toward the outside of the battery module 100a.
  • the outlet 520 may be formed on the front surface 500-1, the rear surface 500-2, the upper surface 500-3, or the lower surface 500-4 of the venting unit 500.
  • FIGS. 7 and 8 it is shown that the outlet 520 is formed on the rear surface 500 - 2 of the venting unit 500 .
  • the venting unit 500 may include a front surface 500-1, a rear surface 500-2, an upper surface 500-3, a lower surface 500-4, and one side surface 500-5.
  • the venting unit 500 may be a frame in which one side of the module frame 200 is opened.
  • the venting unit 500 may be a frame in which one side of the module frame 200 in the side portion 210b direction is opened. That is, the side part 210b may be located on the open side of the venting unit 500 .
  • the space between the venting unit 500 and the side part 210b of the module frame 200 is composed of an internal passage 510 through which gas or flame F moves.
  • the space surrounded by the side part 210b may correspond to the internal passage 510 of the venting unit 500 .
  • the venting unit 500 may be continued along the side portion 210b of the module frame 200 .
  • the venting unit 500 may extend along one surface of the module frame 200 from the first end plate 410 to the second end plate 420 .
  • the venting unit 500 by designing the venting unit 500 to be long, the length of the internal passage 510 provided therein can be maximally increased. Since sufficient air (oxygen) is not supplied while the flame F moves along a long path formed by the internal passage 510 , the flame F may be weakened or extinguished. That is, a kind of smothering extinguishment effect can be exerted.
  • the flame (F) is generated inside the battery module (100a), it is possible to suppress or delay the propagation of the flame to other neighboring battery modules or other electrical equipment.
  • the battery module 100a is included in the vehicle battery pack, it is possible to delay the propagation of the flame F, thereby securing a time margin for the driver to evacuate from a fire or explosion.
  • venting holes 410H and 420H may be formed in both the first end plate 410 and the second end plate 420 .
  • the venting unit 500 is mounted to cover all of these venting holes 410H and 420H, so that the inner passage 510 of the venting unit 500 is the venting hole 410H and the second end of the first end plate 410 . It may be connected to all of the venting holes 420H of the plate 420 . Accordingly, two flame (F) paths may be formed as shown in FIGS. 8 and 9 .
  • the first end plate 410 and the second end plate 420 may cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively.
  • the electrode leads 111 and 112 (refer to FIG. 6 ) of the battery cell 110 may be positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 . That is, any one of the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 constituting the battery cell stack 120 protrudes toward the first end plate 410 , and the electrode lead of the battery cell 110 . The other one of the 111 and 112 may protrude toward the second end plate 420 .
  • venting holes 410H and 420H may be provided in both the first end plate 410 and the second end plate 420 . That is, the venting holes 410H and 420H may be positioned adjacent to portions from which the electrode leads 111 and 112 protrude.
  • Venting holes 410H and 420H are provided in the battery cell stack 120 to be adjacent to a portion where heat is generated the most, that is, a portion where a flame is most likely to occur, and the internal passage 510 is such a venting hole 410H, 420H) can be connected to both. Accordingly, it is possible to further reduce the possibility of explosion or ignition of the battery module 100a by increasing the gas or flame emission performance in the portion where a lot of heat is generated.
  • a terminal bus bar opening H1 or a module connector opening H2 may be formed in the first end plate 410 or the second end plate 420 .
  • a terminal bus bar (not shown) inside the battery module 100a may be exposed through the terminal bus bar opening H1
  • a module connector (not shown) may be exposed through the module connector opening H2 .
  • the terminal bus bar opening It can dissipate the flame and heat emitted through H1) or the module connector opening (H2). It is possible to reduce damage to the battery module or other electrical equipment facing it.
  • the venting unit 500 may include at least one partition wall 530 forming an internal passage 510 , that is, a discharge path of gas or flame F, and the partition wall 530 has Accordingly, the path formed by the inner passage 510 may be connected while being bent in plurality. That is, the gas or flame (F) may move along a winding path by the partition wall portion 530 .
  • One surface of the partition wall part 530 may be perpendicular to one surface of the venting unit 500 .
  • one surface of the partition wall part 530 may be perpendicular to one side surface 500 - 5 of the venting unit 500 .
  • the path formed by the internal passage 510 can be configured to be bent, there is no particular limitation on the number or position of the partition wall portion 530 .
  • four partition walls 530 are provided in FIGS. 8 and 9 . It is possible to implement two winding flame (F) discharge paths leading from each of the two venting holes 410H and 420H through the four bulkheads 530 .
  • the internal passage 510 that is, the exhaust path of the gas or flame F can be set more complicatedly.
  • the discharge path of the flame F becomes more complicated, it is possible to effectively block the direct discharge of the flame F having a strong straight-line tendency to the outside. That is, when the straight tendency is strong and the nature of the instantaneously bursting flame or spark is taken into consideration, if the path of the internal passage 510 is configured to be bent in plurality rather than in a straight line, there is no significant effect on gas emission, instead of the flame (F ) can be effectively limited.
  • the flame F since the path along which the flame F moves is increased, the flame F may be weakened or extinguished while moving. That is, the effect of smothering extinguishment may be increased.
  • the venting unit 500 to which the bulkhead 530 is added according to the present embodiment may have an increased fire extinguishing function.
  • a separate flame discharge path is provided in the end plate itself of the battery module.
  • a flame discharge path is provided in the venting unit 500 located on the side part 210b of the module frame 200
  • the venting unit 500 has the advantage of forming a flame discharge path having a sufficient length and movement amount.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a venting unit according to a modified embodiment of the present invention.
  • the venting unit 500 ′ is connected to the inner passage 510 and the inner passage 510 and is connected to one side, like the venting unit 500 described above. and an open outlet 520 .
  • the path formed by the internal passage 510 may be a straight line. That is, unlike the venting unit 500 in FIG. 8 that implements a bent path through the plurality of bulkheads 530 , in the venting unit 500 ′, the flame F may follow a straight path.
  • the venting unit 500 ′ according to this embodiment is designed to discharge the flame F more quickly.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a heat sink included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery module 100a may further include a heat sink 300 located under the lower frame 210 .
  • the heat sink 300 is a member through which a refrigerant flows, and may be disposed to cool the battery cell stack 120 .
  • the refrigerant is a medium for cooling, and there is no particular limitation, but may be cooling water. That is, the battery module according to the present embodiment may have a water-cooled cooling structure.
  • the heat sink 300 may be located below the bottom portion 210a of the lower frame 210 .
  • a refrigerant passage is formed between the heat sink 300 and the bottom portion 210a of the lower frame 210 .
  • the heat sink 300 may include a lower plate 310 bonded to the bottom portion 210a of the lower frame 210 and a depression 320 that is depressed downwardly from the lower plate 310 .
  • the lower plate 310 forms a skeleton of the heat sink 300 and may be directly bonded to the bottom portion 210a of the lower frame 210 by welding.
  • the recessed part 320 is a downwardly recessed part, and may be a U-shaped tube with a cross-section cut in the xz plane or the yz plane perpendicular to the direction in which the refrigerant flow path extends, and the bottom part on the open upper side of the U-shaped tube.
  • 210a may be located.
  • the space between the recessed part 320 and the bottom part 210a becomes a region through which the refrigerant flows, that is, a flow path of the refrigerant. Accordingly, the bottom portion 210a of the lower frame 210 may be in direct contact with the refrigerant.
  • the refrigerant introduced through the refrigerant inlet 610 may be discharged through the refrigerant outlet 620 (refer to FIG. 12 ) after flowing along the path formed by the depression 320 .
  • a protrusion pattern 300D protruding upward may be formed in the recessed portion 320 .
  • the width of the refrigerant passage may be formed wider, so that the temperature deviation may be more severe.
  • the protrusion pattern 300D has the effect of substantially reducing the width of the cooling passage, thereby minimizing the pressure drop and at the same time reducing the temperature deviation between the widths of the refrigerant passage. Accordingly, it is possible to implement a uniform cooling effect on the battery cell stack 120 .
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a lower frame, a first thermally conductive resin layer, and a second thermally conductive resin layer included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery module 100a has a first thermal conductivity positioned between the lower surface of the battery cell stack 120 and the bottom portion 210a of the lower frame 210 .
  • a resin layer 710 and a second thermally conductive resin layer 720 may be further included.
  • the first thermally conductive resin layer 710 and the second thermally conductive resin layer 720 may include thermal resin.
  • the thermally conductive resin may be applied to the bottom portion 210a of the lower frame 210 to form a first thermally conductive resin layer 710 and a second thermally conductive resin layer 720 .
  • the thermally conductive resin may include a thermally conductive adhesive material, and specifically, may include at least one of a silicone material, a urethane material, and an acrylic material.
  • the thermally conductive resin may serve to fix one or more battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 by being liquid during application or curing after application. In addition, it is possible to prevent overheating of the battery module by quickly transferring the heat generated in the battery cell 110 to the outside of the battery module 100a due to its excellent thermal conductivity.
  • the first thermally conductive resin layer 710 and the second thermally conductive resin layer 720 may be spaced apart from each other in a direction parallel to the direction in which the electrode leads 111 and 112 protrude. As described above, in the battery cell stack 120 , the electrode leads 111 and 112 may protrude in the y-axis direction and the -y-axis direction, respectively.
  • the first thermally conductive resin layer 710 and the second thermally conductive resin layer 720 may be positioned to be spaced apart along the y-axis direction in accordance with the protruding directions of the electrode leads 111 and 112 .
  • the first thermally conductive resin layer 710 and the second thermally conductive resin layer 720 may be positioned adjacent to opposite sides of the bottom portion 210a of the lower frame 210 , respectively.
  • the battery module 100a provides a first thermally conductive resin layer 710 and a second thermally conductive resin layer 720 in a portion of the battery cell 110 where heat is severe, thereby concentrating the cooling function. and to solve the temperature deviation of the battery cell 110 . Accordingly, in the battery module 100a according to the present embodiment, heat dissipation can be effectively made at both ends of the battery cell 110 where heat is severe, and the temperature deviation between each part of the battery cell 110 can be minimized. can
  • the heat generated at both ends of the battery cell 110 where heat is severe is the first thermally conductive resin layer 710 or the second thermally conductive resin layer 720 , and the bottom portion 210a of the lower frame 210 ). And it is discharged to the outside through the heat sink 300 in turn.
  • the thermal conductive resin is not applied, so that a kind of air layer may be formed between the battery cell 110 and the bottom portion 210a of the lower frame 210 . have.
  • the air layer can function as an insulating layer, which can relatively limit heat dissipation.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 may include battery modules 100 - 1 and 100 - 2 .
  • the battery modules 100 - 1 and 100 - 2 may be configured in plurality, and may each include a venting unit 500 .
  • the flame F When a flame F occurs in any one of the battery modules 100 - 1 , the flame F may be introduced into the venting unit 500 and discharged to the outside of the battery module 100 - 1 . Even if the flame (F) is generated inside one of the battery modules (100-1), it is possible to suppress or delay the flame propagation to other neighboring battery modules (100-2). In particular, when the battery pack 1000 according to the present embodiment is disposed in a vehicle, the propagation of the flame F may be delayed to secure a time margin for the driver to evacuate from a fire or explosion.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 14 .
  • 16 is a perspective view of one of the battery cells included in the battery module of FIG. 15 .
  • the battery module 100b accommodates a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked, and the battery cell stack 120 . and a module frame 200 , and end plates 410 and 420 covering the front and/or rear surfaces of the battery cell stack 120 . More specifically, the battery module 100b includes a first end plate 410 covering the front surface of the battery cell stack 120 and a second end plate 420 covering the rear surface of the battery cell stack 120 . can do.
  • the bus bar frame 900 may be positioned in at least one of between the battery cell stack 120 and the first end plate 410 or between the battery cell stack 120 and the second end plate 420 .
  • the bus bars 910 and 920 may be mounted on the bus bar frame 900 .
  • the battery cells 110 may be provided in a pouch type in which the number of stacks per unit area can be maximized.
  • the battery cell 110 provided in the pouch type may be manufactured by accommodating an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator in the cell case 114 of a laminate sheet and then thermally sealing the sealing part of the cell case 114 .
  • the battery cell 110 is not necessarily provided in a pouch type, and may be provided in a prismatic, cylindrical or other various forms under the level at which the storage capacity required by the device to be mounted in the future is achieved.
  • the battery cell 110 may include two electrode leads 111 and 112 .
  • the electrode leads 111 and 112 may each protrude from one end of the cell body 113 .
  • one end of each electrode lead 111 , 112 is electrically connected to the positive or negative electrode of the electrode assembly by being located inside the battery cell 110
  • the other end of each electrode lead 111 , 112 is the battery cell ( By being drawn out of the 110 , it may be electrically connected to a separate member, for example, the bus bars 910 and 920 .
  • the electrode assembly in the cell case 114 may be sealed by the sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc.
  • the sealing portions 114sa, 114sb, and 114sc of the cell case 114 may be positioned on both ends 114a and 114b and one side portion 114c connecting them.
  • the cell case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • a resin layer/metal thin film layer/resin layer For example, when the cell case surface is O (oriented) - made of a nylon layer, when stacking a plurality of battery cells 110 to form a medium or large battery module 100b, easily sliding by an external impact tends to Therefore, in order to prevent this and maintain a stable laminated structure of the battery cells 110 , an adhesive member such as an adhesive adhesive such as a double-sided tape or a chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion is used on the surface of the cell case 114 . It can be attached to form the battery cell stack 120 .
  • connection part 115 may refer to a region extending in the longitudinal direction from one end of the cell case 114 in which the above-described sealing parts 114sa, 114sb, and 114sc are not located.
  • a bat-ear (110p, bat-ear) of the battery cell 110 may be formed at an end of the connection part 115 .
  • the terrace portion 116 has the electrode leads 111 and 112 protruding partly to the outside of the cell case 114 with respect to the edge of the cell case 114 and the inside of the cell case 114 . It may refer to an area between the cell body 113 located in the .
  • the battery cell 110 provided in the pouch type may have a length, a width, and a thickness, and the longitudinal direction, the width direction, and the thickness direction of the battery cell 110 may be perpendicular to each other.
  • the longitudinal direction of the battery cell 110 may be defined according to a direction in which the electrode leads 111 and 112 protrude from the cell case 114 .
  • the longitudinal direction of the battery cell 110 may be defined as an x-axis direction or a -x-axis direction.
  • the width direction of the battery cell 110 is the z-axis from one side 114c of the battery cell 110 to the connecting portion 115 or from the connecting portion 115 to one side 114c as shown in FIG. 15 .
  • direction or the -z-axis direction may be defined as a y-axis direction or a -y-axis direction perpendicular to the width direction and the length direction.
  • the battery cell stack 120 may be one in which a plurality of electrically connected battery cells 110 are stacked in one direction.
  • a direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked (hereinafter referred to as a 'stacking direction') may be a y-axis direction (or a -y-axis direction) as shown in FIGS. 14 and 15 , and hereinafter, the 'axis direction'
  • the expression 'direction' may be interpreted as including all +/- directions).
  • the direction from the front to the rear of the battery cell stack 120, or the opposite direction may be defined as the longitudinal direction of the battery cell stack 120, may be an x-axis direction.
  • the direction from the upper surface to the lower surface of the battery cell stack 120, or the opposite direction may be defined as the width direction of the battery cell stack 120, it may be a z-axis direction.
  • the longitudinal direction of the battery cell stack 120 may be substantially the same as the longitudinal direction of the battery cells 110 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may be positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the bus bars 910 and 920 of the battery module 100b may be disposed close to the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 to easily form an electrical connection with the electrode leads 111 and 112 .
  • the module frame 200 may be for protecting the battery cell stack 120 and the electrical components connected thereto from external physical shocks.
  • the module frame 200 may be accommodated in the internal space of the battery cell stack 120 and the electrical component module frame 200 connected thereto.
  • the module frame 200 includes an inner surface and an outer surface, and the inner space of the module frame 200 may be defined by the inner surface.
  • the structure of the module frame 200 may vary.
  • the structure of the module frame 200 may be a structure of a mono 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.
  • the mono frame can be made by extrusion molding.
  • the structure of the module frame 200 may be a structure in which a U-shaped frame and an upper plate (upper surface) are combined.
  • the structure of the module frame 200 may be formed by combining the upper plate on the upper side of the U-shaped frame, which is a metal plate in which the lower surface and both sides are combined or integrated, Each frame or plate may be manufactured by press molding.
  • the structure of the module frame 200 may be provided in the form of an L-shaped frame in addition to a mono frame or a U-shaped frame, and may be provided in various structures not described in the above-described example.
  • the structure of the module frame 200 may be provided in an open form along the longitudinal direction of the battery cell stack 120 .
  • the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may not be covered by the module frame 200 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may not be covered by the module frame 200 .
  • the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 may be covered by a bus bar frame 900, end plates 410, 420, or bus bars 910 and 920, which will be described later, and through this, the battery cell stack ( 120) may be protected from external physical shocks and the like.
  • a compression pad 150 may be positioned between one side of the inner surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200 . At this time, the compression pad 150 may be positioned on the y-axis of the battery cell stack 120 , and at least one of the two battery cells 110 at both ends of the battery cell stack 120 and the surface of the can face
  • a thermal conductive resin may be injected between the inner surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200, and the battery cell stack 120 and the module frame by the injected thermal conductive resin.
  • a thermally conductive resin layer (not shown) may be formed between one side of the inner surface of 200 .
  • the thermally conductive resin layer may be located on the z-axis of the battery cell stack 120 , and the thermally conductive resin layer is the bottom surface (or bottom) of the battery cell stack 120 and the module frame 200 . may be referred to as parts).
  • the bus bar frame 900 is located on one surface of the battery cell stack 120 , covers one surface of the battery cell stack 120 and guides the connection between the battery cell stack 120 and an external device at the same time. It may be for
  • the bus bar frame 900 may be positioned on the front or rear surface of the battery cell stack 120 .
  • At least one of bus bars 910 and 920 and a module connector may be mounted on the bus bar frame 900 .
  • one surface of the bus bar frame 900 is connected to the front or rear surface of the battery cell stack 120
  • the other surface of the bus bar frame 900 is a bus bar ( 910 and 920) may be connected.
  • the bus bar frame 900 may include an electrically insulating material.
  • the bus bar frame 900 may limit contact with other parts of the battery cells 110 other than the parts where the bus bars 910 and 920 are joined to the electrode leads 111 and 112, and may cause an electrical short. it can be prevented
  • bus bar frames 900 there may be two bus bar frames 900 , and a first bus bar frame (which may be referred to as reference number 900) and a battery cell stack positioned on the front surface of the battery cell stack 120 .
  • a second bus bar frame (not shown) positioned on the rear surface of 120 may be included.
  • the end plates 410 and 420 may be for protecting the battery cell stack 120 and the electrical components connected thereto from external physical shock by sealing the open surface of the module frame 200 .
  • the end plates 410 and 420 may be made of a material having a predetermined strength.
  • the end plates 410 and 420 may include a metal such as aluminum.
  • the end plates 410 and 420 may be coupled (bonded, sealed, or sealed) to the module frame 200 while covering the bus bar frame 900 positioned on one surface of the battery cell stack 120 .
  • Each edge of the end plates 410 and 420 may be coupled to a corresponding edge of the module frame 200 by a method such as welding.
  • an insulating cover 800 for electrical insulation may be positioned between the end plates 410 and 420 and the bus bar frame 900 .
  • the insulating cover 800 may be positioned on the inner surfaces of the end plates 410 and 420 and may be in close contact with the inner surfaces of the end plates 410 and 420 , but this is not necessarily the case.
  • the first end plate 410 may be positioned on the front surface of the battery cell stack 120 , and the battery cell stack 120 .
  • a second end plate 420 may be positioned on the rear surface of the .
  • the first end plate 410 may be coupled to the module frame 200 while covering the first bus bar frame on the front surface of the battery cell stack 120 , and the second end plate 420 may be connected to the second bus bar frame. It can be combined with the module frame 200 while covering.
  • the bus bars 910 and 920 may be mounted on one surface of the bus bar frame 900 and may be for electrically connecting the battery cells 110 and an external device circuit.
  • the bus bars 910 and 920 may be electrically connected to the battery cell stack 120 through the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may pass through a slit formed in the bus bar frame 900 and then be bent to be connected to the bus bars 910 and 920 .
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 may be connected in series or in parallel by the bus bars 910 and 920 .
  • the bus bars 910 and 920 may include a terminal bus bar 920 for electrically connecting one battery module 100b to another battery module 100b. At least a portion of the terminal bus bar 920 may be exposed to the outside of the end plates 410 and 420 in order to be connected to another battery module 100b outside, and the end plates 410 and 420 have a terminal bus bar for this purpose. An opening H1 may be provided.
  • the terminal bus bar 920 may further include an upwardly protruding portion, and the protruding portion may be exposed to the outside of the battery module 100b through the terminal bus bar opening H1 .
  • the terminal bus bar 920 may be connected to another battery module 100b or a Battery Disconnect Unit (BDU) through a protrusion exposed through the terminal bus bar opening H1, and form a high voltage (HV) connection with them. can do.
  • BDU Battery Disconnect Unit
  • the battery module 100b may include a sensing member for detecting and controlling phenomena such as overvoltage, overcurrent, and overheating of the battery cell 110 .
  • the sensing member includes a temperature sensor that detects the temperature inside the battery module, a sensing terminal that senses voltage values of the bus bars 910 and 920, and transmits the collected data to an external control device, and receives a signal from the external control device It may include a module connector and / or a connection member for connecting them.
  • the connecting member may be disposed in a form extending along the longitudinal direction from the upper surface of the battery cell stack 120 .
  • the connecting member may be a flexible printed circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC).
  • the module connector may transmit data obtained from the temperature sensor and/or the sensing terminal to a Battery Management System (BMS), and the BMS may control the charging and discharging of the battery cells 110 based on the collected voltage data.
  • BMS Battery Management System
  • the module connector may be mounted on the above-described bus bar frame 900 . At least a portion of the module connector may be exposed to the outside of the end plates 410 and 420, and the end plates 410 and 420 may be provided with a module connector opening (not shown) for this purpose. In this way, terminal bus bar openings H1 and module connector openings may be formed in the end plates 410 and 420 , and these may be collectively referred to as 'openings'.
  • a fire phenomenon may occur inside the battery module 100b in which the battery cells 110 are stacked at a high density.
  • gas or the like is discharged through the aforementioned 'opening', so that the terminal bus bar 920 or the module connector is damaged, or heat, gas or There was a problem in that the flame or the like is transmitted to the battery module 100b adjacent thereto, so that a continuous ignition phenomenon occurs.
  • venting hole 200H and a venting unit 500 capable of improving durability and stability of the battery module 100b by solving the above ignition phenomenon will be described below.
  • the venting hole 200H of this embodiment is the inside of the battery module 100b sealed by the module frame 200 and the end plates 410 and 420 and the like of the battery module 100b. It may be for communicating with the outside.
  • the venting hole 200H may be for discharging heat, gas, or flame generated when the battery module 100b internally ignites to the outside of the battery module 100b.
  • the venting hole 200H may be formed in at least one of the module frame 200 , the first end plate 410 , and the second end plate 420 .
  • the venting hole 200H according to the present embodiment shown in FIGS. 14 and 15 may be formed in the module frame 200 .
  • the venting hole 200H may be a hole communicating the venting hole inlet formed on the inner surface of the module frame 200 and the venting hole outlet formed on the outer surface of the module frame 200 .
  • the venting hole 200H may be formed on at least one surface of the module frame 200 .
  • the venting hole 200H when two surfaces on the x-axis of the module frame 200 are in an open state, the venting hole 200H is disposed so that the module frame 200 faces each other on the y-axis. It may be formed on at least one of the two surfaces and the two surfaces disposed to face each other on the z-axis.
  • two surfaces of the module frame 200 facing each other on the y-axis may be referred to as side surfaces of the module frame 200 .
  • Two surfaces of the module frame 200 facing each other on the z-axis may be referred to as an upper surface or a lower surface (a bottom surface or a bottom portion) of the module frame 200 .
  • the side surface of the module frame 200 may be a surface extending along the width direction or the length direction of the battery cell stack 120
  • the upper or lower surface of the module frame 200 is a stack of the battery cell stack 120 . It may be a surface extending along a direction or a length direction.
  • the venting hole 200H may be formed at both ends on the x-axis on the module frame 200 , that is, close to the front or rear surface of the battery cell stack 120 .
  • the venting hole 200H may be formed at a position close to the bus bars 910 and 920 or the module connector. If heat, gas, flame, etc. inside the battery module 100b are discharged through the venting hole 200H before being transferred to the bus bars 910 and 920, the amount of gas discharged to the opening can be minimized, and heat, etc. Damage to the bus bars 910 and 920 or the module connector can be prevented.
  • the venting hole 200H may have various shapes.
  • the venting hole 200H may be provided in the form of a narrow and long slit.
  • the discharge path conversion by the venting unit 500 to be described later can be more easily achieved.
  • the number of venting holes 200H may be one or more.
  • one venting hole 200H may be provided on one surface of the module frame 200 .
  • a plurality of venting holes 200H may be provided on one surface of the module frame 200 .
  • the venting unit 500 for guiding the discharge path of the gas discharged from the venting hole 200H is provided in the battery module 100b of the present embodiment.
  • FIG. 17 is a view for explaining a gas discharge path when a flame occurs in the battery module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a plan view of the battery module of FIG. 17 viewed from above.
  • the venting unit 500 of this embodiment may be mounted on one surface of the module frame 200 in which the venting hole 200H is formed.
  • the venting unit 500 may correspond to at least one venting hole 200H.
  • An internal passage 510 may be provided inside the venting unit 500 to allow gas or flame generated inside the battery module to pass therethrough.
  • the inner passage 510 may be connected to the venting hole 200H, and an outlet 520 connected to the inner passage 510 may be formed on one side of the venting unit 500 .
  • the internal passage 510 refers to a space provided inside the venting unit 500, and may mean a discharge path of gas or flame (F).
  • the venting unit 500 may change the discharge direction of the gas discharged from the venting hole 200H and control the discharge path of the gas.
  • the venting unit 500 may be mounted to cover one surface of the module frame 200 .
  • the venting unit 500 is mounted to cover the venting hole 200H formed on one surface of the module frame 200 , but does not close the opening of the venting hole 200H.
  • the venting unit 500 may have a rectangular parallelepiped shape having a length, a width, and a thickness as a whole.
  • An internal passage 510 through which gas or flame moves may be provided therein.
  • the venting unit 500 may change the direction of the gas discharged through the opening without closing the opening of the venting hole 200H through the thickness thereof. As the thickness of the venting unit 500 increases, the stability of the venting unit 500 may be improved. ) may have to be adjusted appropriately.
  • the venting unit 500 may have one side facing the module frame 200 in an open state, and may be mounted so that the open side faces one side of the module frame 200 .
  • the length and width of the venting unit 500 may have values similar to the length and width of the module frame 200, and may be provided in a form that covers most of one surface of the module frame 200, that is, 80% or more. have.
  • the venting unit 500 may be preferably formed to be as large as possible, but should be designed in consideration of the increase in the size of the overall battery pack as described above.
  • the venting unit 500 is the module frame 200 according to design reasons. It may be provided somewhat smaller than the length and width.
  • the venting unit 500 may include an outlet 520 for discharging gas or flame to the outside.
  • the outlet 520 of the venting unit 500 may be formed on one surface of the venting unit 500 .
  • Each side of the venting unit 500 may be formed as a closed surface other than the surface provided with the exhaust port 520, or may be closed by the module frame 200, through which the gas passed through the venting hole 200H, etc. It can be concentrated towards the open outlet 520 .
  • the gas or flame passing through the venting hole 200H may be discharged along the first discharge direction (y-axis direction), and the venting positioned perpendicular to the first discharge direction. After colliding with one surface of the unit 500 , it may be switched to a second discharge direction (x-axis direction) different from the first discharge direction to move toward the discharge port 520 .
  • the venting unit 500 may change the discharge direction of gas or flame, and may guide the discharge path so that the gas or flame moves in the switched direction.
  • the first discharge direction may be a direction from the venting hole inlet of the venting hole 200H toward the venting hole outlet.
  • the second discharge direction may be a direction toward the discharge port 520 of the venting unit (500).
  • the outlet 520 may be provided in the shape of a hole formed on one surface of the venting unit 500 . Also, here, the outlet 520 may be provided on the entire surface of the venting unit 500 that is opened by removing one surface of the venting unit 500 .
  • the venting unit 500 is provided with an open surface, since the size of the outlet 520 is larger than that provided with a hole shape, the discharge effect may be improved.
  • the outlet 520 may be located at a distance from the venting hole 200H formed in the module frame 200 .
  • the outlet 520 may be located close to the rear/front side.
  • the venting hole 200H and the outlet 520 may be located in opposite directions with respect to the center of the module frame 200 .
  • the outlet 520 may be formed on one surface most spaced apart from the venting hole 200H in the venting unit 500 .
  • the center of the module frame 200 may mean a point of the module frame 200 separated by the same distance from both ends in the longitudinal direction of the module frame 200 , that is, the front and rear surfaces. That is, the center of the module frame 200 may be a point spaced apart from the first end plate 410 and the second end plate 420 by the same distance.
  • a plurality of venting units 500 may be provided in the battery module 100b.
  • the venting unit 500 is formed in different positions of the venting holes 200H. It may be provided in plurality to correspond to.
  • the ting hole 200H is provided at both ends (front and rear) on the x-axis in the module frame 200 .
  • the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb may be respectively located at both ends on the x-axis of the module frame 200 , and the first venting unit 500a and the second venting hole 200Hb
  • the unit 500b may be provided in the module frame 200 to correspond to the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb.
  • the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb may be respectively formed in the front and rear portions of the module frame 200, and a first venting unit 500a provided to correspond thereto and The outlet 520 of the second venting unit 500b may be located at the rear side and the front side, respectively. Accordingly, the discharge path guided by the first venting unit 500a and the discharge path guided by the second venting unit 500b may face opposite directions.
  • the first venting unit 500a and the second venting unit 500b may be designed so that the exhaust paths guided in the same direction face each other, but each of the venting holes 200H In order to form a long discharge path of the gas discharged from the venting unit 500 may be preferably designed as shown in FIG. 18 .
  • the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb formed in the front and rear portions of the module frame 200 may be located on the same surface of the module frame 200 , but each It may be located on the other side.
  • the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb may be respectively formed on two side surfaces of the module frame 200 , and accordingly, the first venting unit 500a and the second venting hole 200Hb Two venting units 500b may also be mounted on two sides of the module frame 200 , respectively.
  • each of the venting holes 200H can be formed to be larger, so that the gas can be more smoothly discharged.
  • venting hole 200H is formed on the side surface of the module frame 200 and the corresponding venting unit 500 is mounted on the side surface of the module frame 200. It is not
  • the venting hole 200H may be located without limitation on one surface of the module frame 200 , and the venting unit 500 may be mounted on one surface of the module frame 200 on which the venting hole 200H is formed.
  • the venting hole 200H of this embodiment may be formed on the upper surface of the module frame 200 , and the corresponding venting unit 500 is to be mounted on the upper surface of the module frame 200 .
  • the upper surface of the module frame 200 may face each of the plurality of battery cells 110 stacked side by side in one direction, the venting hole 200H and the venting unit 500 of FIG. ), the heat, gas and flames emitted from them can be quickly discharged to the outside.
  • the gas passing through the venting hole 200H may be discharged along the first discharge direction (z-axis direction), After colliding with one surface of the venting unit 500 positioned perpendicular to the first discharge direction, it is switched to a second discharge direction (x-axis direction) different from the first discharge direction and moves along the inner passage 510 and then the discharge port may be moved toward 520 .
  • the venting unit 500 may change the discharge direction of the gas or flame, and may guide the discharge path of the gas or flame.
  • venting holes 200H are respectively formed at both ends on the x-axis, and the venting holes 200H may be respectively formed on the front side and the rear side of the module frame 200 .
  • first venting unit 500a and the second venting unit 500b may be provided to correspond to the first venting hole 200Ha and the second venting hole 200Hb on the upper surface of the module frame 200 .
  • the sizes of the venting holes 200H and the venting unit 500 in FIGS. 19 and 20 are somewhat smaller.
  • the venting hole 200H located on the upper surface of the module frame 200 can quickly discharge heat, gas, and flame emitted from the plurality of battery cells 110 , the difference in effect may be somewhat compensated. have.
  • the thermal runaway phenomenon inside the battery module 100b mainly occurs around the electrode leads 111 and 112 or the bus bars 910 and 920 that are both ends of the battery cell stack 120 , and around the bus bars 910 and 920 . Since a large number of composite materials other than plastic, FPC wire, and battery cell 110 are disposed on the surface, by-products and harmful substances with large particles may be generated more frequently than at other locations. Therefore, it may be preferable that the venting unit 500 of this embodiment is provided with a filter 540 that prevents the emission of such by-products and harmful substances.
  • 21 and 22 are perspective views of an example of a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • a filter 540 may be provided in the venting unit 500 of this embodiment.
  • a plurality of filters 540 may be provided on the discharge path guided by the inner passage 510 of the venting unit 500 , and the plurality of filters 540 may be disposed at intervals.
  • the filter 540 may be referred to as a first filter 541 , a second filter 542 , and a third filter 543 based on the distance from the outlet 520 , and according to the design, only the first filter 541 is Alternatively, only the first filter 541 and the second filter 542 may be provided.
  • the number of filters 540 provided may not be limited, and a fourth filter, a fifth filter, or other filters may be additionally provided according to design.
  • the plurality of filters 540 may be provided having pores having different sizes to more effectively filter by-products and harmful substances.
  • the pore size of the first filter 541 is larger than the pore size of the second filter 542
  • the pore size of the second filter 542 is larger than the pore size of the third filter 543 .
  • the filter 540 may be made of a material having a melting point greater than or equal to a predetermined range so as not to be damaged by emitted gas, flame, and heat.
  • the melting point of a material used for manufacturing the filter 540 may be 300° C. or higher.
  • the filter 540 may be made of a material having a different melting point depending on the location in which it is provided. Specifically, the melting point of the material used for the first filter 541 is higher than the melting point of the material used for the second filter 542 , and the melting point of the material used for the second filter 542 is the third filter 543 . It may be higher than the melting point of the material used for
  • the filter 540 may be made of metal.
  • the filter 540 may be provided as a metal sheet.
  • the filter 540 may be made of a material having heat dissipation performance.
  • the filter 540 may be made of silicon.
  • the filter 540 may be made of a flame retardant material.
  • the filter 540 may include non-combustible plastic, glass fiber reinforced plastics (GFRP), or carbon fiber reinforced plastics (CFRP), and may be provided as a sheet or a mesh.
  • the filter 540 may include a material having extinguishing performance.
  • the filter 540 may include an extinguishing agent.
  • the extinguishing agent may generate carbon dioxide and water vapor through a thermal decomposition reaction upon internal ignition of the battery module 100b, and the generated carbon dioxide and water vapor suppress the flame by preventing external oxygen from flowing into the battery module 100b. can do.
  • the extinguishing agent can absorb the heat generated in the battery module by performing a pyrolysis reaction that is an endothermic reaction, and can also block the supply of external oxygen by generating carbon dioxide and water vapor.
  • filter 540 may include one or more extinguishing agents selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates. More specific examples of extinguishing agent substances include sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 3 ), and “potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) and urea ((NH 2 ) ) 2 CO) mixtures and the like.
  • extinguishing agent substances include sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 3 ), and “potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) and urea ((NH 2 ) ) 2 CO) mixtures and the like.
  • the filter 540 is provided as a mesh such as metal or plastic, and may be provided so that the pores of the mesh are filled with an extinguishing agent, but this is not necessarily the case.
  • the filter 540 may be made of a different material.
  • the filter 540 should be interpreted as including all materials and shapes that can be provided as an anti-inflammatory network.
  • the venting unit 500 mounted on the battery module 100b may be fixedly coupled to one surface of the module frame 200 through welding or the like, or may be detachably coupled.
  • the venting unit 500 may be mounted at a position desired by the user, or the mounted venting unit 500 may be removed as needed.
  • the venting unit 500 may be easily replaced according to damage to the venting unit 500 , for example, damage to the filter 540 described above.
  • FIG. 23 is a view for explaining one coupling method of the venting unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 23 .
  • the venting unit 500 of this embodiment may be coupled to the battery module 100b in a sliding manner.
  • the module frame 200 and the venting unit 500 may be coupled in a sliding manner.
  • the module frame 200 may include a slot 200S for being connected to the venting unit 500 .
  • the slot 200S may be formed to extend along the longitudinal direction of the module frame 200 .
  • the slot 200S may be formed on two surfaces adjacent to one surface of the module frame 200 on which the venting unit 500 is mounted. For example, when the venting unit 500 is mounted on the side surface of the module frame 200 , the slots 200S may be formed on the upper and lower surfaces of the module frame 200 . For another example, when the venting unit 500 is mounted on the upper surface of the module frame 200 , the slots 200S may be formed on two sides of the module frame 200 .
  • the venting unit 500 may include a protrusion 550 accommodated in the groove of the slot 200S and slidable in the longitudinal direction along the slot 200S.
  • the protrusion 550 may be formed on one surface extending from one surface of the venting unit 500 toward the module frame 200 .
  • the protrusion 550 is the direction in which the module frame 200 is located from two surfaces facing each other on the z-axis of the venting unit 500 .
  • It may be formed on an extended surface extending to
  • the extended surface of the venting unit 500 may correspond to a portion of the upper surface or lower surface of the module frame 200, and the protrusion 550 is provided at a position corresponding to the upper surface or lower surface of the module frame 200 among the extended surfaces. can be formed.
  • the protrusion 550 may have a shape corresponding to the shape of the slot 200S.
  • the cross-section of the protrusion 550 may also have a round shape corresponding thereto.
  • the cross-section of the protrusion 550 may also have an angular shape corresponding thereto.
  • a separate member or configuration may be added to the module frame 200 and the venting unit 500 to prevent the module frame 200 and the venting unit 500 from being separated from the user's intention.
  • a locking part/groove may be formed at the longitudinal end of the slot 200S formed in the module frame 200, and a groove/groove may be formed at the longitudinal end of the protrusion 550 formed in the venting unit 500.
  • a locking part may be formed.
  • the protrusion 550 of the venting unit 500 is slidable along the slot 200S of the module frame 200, but when it reaches the position where the groove/locking part is formed in the above-described slot 200S, the protrusion 550's hooking part / By engaging the grooves with each other, their further movement can be somewhat prevented.
  • a coupling member for preventing the relative movement of the two members may be additionally provided to the module frame 200 or the venting unit 500, and the module frame 200 and the venting unit 500 by the coupling member Further movement between them may be prevented.
  • One or more battery modules according to the present embodiment described above may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS), a battery disconnect unit (BDU), and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • BDU battery disconnect unit
  • the battery module or battery pack may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, or the like or an ESS (Energy Storage System), but is not limited thereto and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.
  • transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, or the like or an ESS (Energy Storage System), but is not limited thereto and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 모듈 프레임, 상기 제1 엔드 플레이트 또는 상기 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나에 벤팅홀이 형성되고, 상기 모듈 프레임의 일면 상에는, 상기 벤팅홀으로부터 배출된 가스나 화염의 배출 경로를 안내하기 위한 벤팅 유닛이 위치한다. 상기 벤팅 유닛은 상기 벤팅홀을 덮도록 장착된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 3월 22일자 한국 특허 출원 제10-2021-0036924호, 2021년 4월 28일자 한국 특허 출원 제10-2021-0054815호 및 2022년 3월 14일자 한국 특허 출원 제10-2022-0031636호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 안전성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈들에 대한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 다수의 전지셀을 포함하는 전지 모듈(10a, 10b)들이 모여, 자동차와 같은 중대형 디바이스에 장착될 수 있다. 다수의 전지셀을 구비한 전지 모듈(10a, 10b)들이나 이러한 전지 모듈(10a, 10b)들이 모인 전지팩은, 다수의 전지셀로부터 나오는 열이 좁은 공간에서 합산되어 온도가 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈(10a, 10b)들과 이러한 전지 모듈(10a, 10b)들이 장착된 전지팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.
더욱이, 차량용 전지팩에 포함되는 전지 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓일 수 있다. 또한, 차량의 주행거리를 늘리기 위해 다수의 전지 모듈(10a, 10b)들을 집약적으로 배치하기 때문에 어느 하나의 전지 모듈(10a)에서 발생한 화염이나 열이 이웃한 전지 모듈(10b)로 쉽게 전파되어, 종국적으로 전지팩 자체의 폭발이나 발화로 이어질 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)는 종래 전지 팩에 장착된 여러 전지 모듈들의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다. 도 3은 2의 (a)의 A-A 부분으로, 종래 전지 팩에 장착된 전지 모듈의 발화 시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 적층 형성된 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체(12)의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(40), 엔드 플레이트 밖으로 돌출 형성된 터미널 버스바(50) 등을 포함한다.
전지셀 적층체(12)는 프레임(20) 및 엔드 플레이트(40)의 결합에 의해 밀폐된 구조 내에 위치할 수 있다. 이로 인해 과충전 등의 이유로 전지셀(11)의 내부 압력이 증가하는 경우에, 전지셀(11)의 외부로 고온의 열, 가스 또는 화염이 방출될 수 있는데, 이 때 하나의 전지셀(11)로부터 방출된 열, 가스 또는 화염 등은 좁은 간격을 두고 인접한 다른 전지셀(11)로 전달되어 연속적인 발화 현상이 유도될 수 있다. 또, 각 전지셀(11)로부터 방출된 열, 가스 또는 화염 등은 엔드 플레이트(40)에 형성된 개구부를 향해 배출될 수 있으며, 이 과정에서 엔드 플레이트(40)와 전지셀(11) 사이에 위치한 버스바(50) 등이 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
더욱이, 전지 팩 내에서 복수의 전지 모듈(10)은 적어도 두 개의 엔드 플레이트(40)가 서로 대향하도록 배치되므로, 전지 모듈(10) 내에서 발생한 열, 가스 또는 화염 등이 전지 모듈(10) 외부로 배출되는 경우에는 인접한 다른 전지 모듈(10) 내의 복수의 전지셀(11)의 성능 및 안정성에 영향을 줄 수도 있을 것이다.
이에, 화염 전파를 차단할 수 있고, 전지 모듈의 내부에서 발생된 열, 가스 또는 화염이 인접한 전지 모듈로 배출되지 않도록 함으로써 연속적인 열 폭주(Thermal runaway) 현상을 방지하는 전지 모듈의 설계가 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내부에서 발생한 화염이 외부로 전파되는 것을 제어할 수 있고, 연속적인 열 폭주 현상을 방지함으로써 내구성 및 안전성이 향상된 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 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 모듈 프레임, 상기 제1 엔드 플레이트 또는 상기 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나에 벤팅홀이 형성되고, 상기 모듈 프레임의 일면 상에는, 상기 벤팅홀으로부터 배출된 가스나 화염의 배출 경로를 안내하기 위한 벤팅 유닛이 위치한다. 상기 벤팅 유닛은 상기 벤팅홀을 덮도록 장착된다.
상기 벤팅 유닛의 내부 통로는, 상기 벤팅홀과 연결될 수 있고, 상기 벤팅 유닛의 일측에 상기 내부 통로와 연결된 배출구가 형성될 수 있다.
상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 프레임의 상기 일면 방향의 일 측이 개방된 형태의 프레임일 수 있다.
상기 벤팅 유닛은, 상기 제1 엔드 플레이트에서부터 상기 제2 엔드 플레이트까지 상기 모듈 프레임의 상기 일면을 따라 이어질 수 있다.
상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 모두에 상기 벤팅홀이 형성될 수 있고, 상기 벤팅 유닛의 내부 통로는, 상기 제1 엔드 플레이트의 상기 벤팅홀 및 상기 제2 엔드 플레이트의 상기 벤팅홀 모두와 연결될 수 있다.
상기 벤팅 유닛 내에서, 상기 가스나 화염의 배출 경로는 복수로 꺾이면서 이어질 수 있다.
상기 벤팅 유닛은, 상기 가스나 화염의 배출 경로를 형성하는 적어도 하나의 격벽부를 포함하고, 상기 격벽부의 일면은 상기 벤팅 유닛의 일면과 수직할 수 있다.
상기 전지셀들은 전극 리드들을 포함할 수 있고, 상기 전극 리드들 중 어느 하나는 상기 제1 엔드 플레이트를 향해 돌출될 수 있으며, 상기 전극 리드들 중 다른 하나는 상기 제2 엔드 플레이트를 향해 돌출될 수 있다.
상기 벤팅 유닛은 외부로 상기 가스나 화염을 배출하는 배출구를 포함할 수 있다. 상기 벤팅홀과 상기 배출구는 상기 모듈 프레임의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 위치할 수 있다. 상기 모듈 프레임의 중심은, 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트로부터 동일한 거리만큼 이격된 지점일 수 있다.
상기 벤팅 유닛은 외부로 상기 가스나 화염을 배출하는 배출구를 포함할 수 있다. 상기 벤팅홀로부터 제1 배출 방향을 따라 배출된 가스나 화염은 상기 벤팅 유닛의 내부 통로를 통해 상기 제1 배출 방향과 상이한 제2 배출 방향을 따라 이동할 수 있다. 상기 제2 배출 방향은 상기 배출구를 향하는 방향일 수 있다.
상기 벤팅 유닛의 내부에는 필터가 배치될 수 있다.
상기 벤팅 유닛은 내부에 위치한 제1 필터 및 제2 필터를 포함할 수 있다. 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 상기 벤팅 유닛의 내부 통로가 안내하는 배출 경로 상에 간격을 두고 배치될 수 있다. 상기 제1 필터의 기공 크기와 상기 제2 필터의 기공 크기는 서로 상이할 수 있다.
상기 벤팅 유닛은 슬라이딩 방식으로 상기 모듈 프레임에 결합될 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 벤팅 유닛과 연결되는 슬롯을 포함할 수 있다. 상기 슬롯은 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 연장되어 형성되며, 상기 벤팅 유닛은 상기 슬롯을 따라 슬라이딩 가능하다.
상기 벤팅 유닛은 상기 슬롯과 결합하는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 벤팅 유닛은 제1 벤팅 유닛 및 제2 벤팅 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제1 벤팅 유닛이 안내하는 배출 경로와 상기 제2 벤팅 유닛이 안내하는 배출 경로는 서로 반대 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 상기 전지 모듈을 적어도 하나 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 모듈에 별도의 화염 배출 경로를 마련하여, 그 전지 모듈 내부에서 화염이 발생하더라도 외부로 전파되는 것을 차단할 수 있다. 어느 한 전지 모듈에서 발생한 화염이 다른 전지 모듈이나 기타 전장품으로 전파되는 것을 억제하거나 지연할 수 있다. 즉, 화재 발생에 대한 전지 모듈 및 전지팩의 안전성을 증대시킬 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 종래의 전지 모듈들에 대한 사시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 종래 전지 팩에 장착된 여러 전지 모듈들의 발화 시 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 2의 (a)의 A-A 부분으로, 종래 전지 팩에 장착된 전지 모듈의 발화 시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 벤팅 유닛들을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 4의 전지 모듈을 yz 평면 상에서 x축 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 10은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 5의 전지 모듈에 포함된 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 5의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임, 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 16은 도 14의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나에 대한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생시 가스의 배출 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 17의 전지 모듈을 위에서 본 평면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 변형 예를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 전지 모듈을 위에서 본 평면도이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일 예의 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일 결합 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 도 23의 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
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.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100a)에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나를 나타낸 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200); 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트(410)와 제2 엔드 플레이트(420)를 포함한다.
이 때, 모듈 프레임(200), 제1 엔드 플레이트(410) 또는 제2 엔드 플레이트(420) 중 적어도 하나에 벤팅홀(410H, 420H)이 형성된다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)의 경우, 제1 엔드 플레이트(410) 또는 제2 엔드 플레이트(420) 중 적어도 하나에 벤팅홀(410H, 420H)이 형성될 수 있다.
모듈 프레임(200)의 일면 상에는 벤팅홀(410H, 420H)으로부터 배출된 가스나 화염의 배출 경로를 안내하기 위한 벤팅 유닛(venting unit, 500)이 위치한다. 벤팅 유닛(500)은, 벤팅홀(410H, 420H)을 덮도록 장착된다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 즉, 전지셀(110)은 서로 대향하는 방향으로 돌출된 전극 리드(111, 112)들을 포함한다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 상기 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 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. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극 리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함할 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층될 수 있다. 이에 따라 전지셀(110)들의 전극 리드(111, 112)들은 y축 방향과 -y축 방향으로 각각 돌출될 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀(110)들 사이에는 접착 부재가 위치할 수 있다. 이에 따라 전지셀(110)들끼리 서로 접착되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)는 전지셀(110)의 개수가 종래 보다 많아지는 대면적 모듈일 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(100a) 당 32개 내지 48개의 전지셀(110)이 포함될 수 있다. 이러한 대면적 모듈의 경우, 전지 모듈의 수평 방향 길이가 길어지게 된다. 여기서, 수평 방향 길이란, 전지셀(110)이 적층된 방향, 즉 x축과 평행한 방향으로의 길이를 의미할 수 있다.
한편, 전지셀(110)에 대한 충, 방전이 반복적으로 이루어지면 열이 발생하는데, 그 중에서도 전극 리드(111, 112)와 인접한 부분에서 많은 열이 발생한다. 즉, 셀 본체(113)의 중앙 부분 보다는, 테라스부(116)에 가까워질수록 충, 방전 시 많은 열이 발생한다.
모듈 프레임(200)은, 전지셀 적층체(120)의 하면과 양 측면을 커버하는 하부 프레임(210) 및 전지셀 적층체(120)의 상면을 커버하는 상부 커버(220)를 포함할 수 있다.
하부 프레임(210)은 전지셀 적층체(120)의 하면과 양 측면을 커버할 수 있다. 구체적으로, 하부 프레임(210)은, 바닥부(210a) 및 바닥부(210a)의 양 단부에서 상향 연장된 2개의 측면부(210b)를 포함할 수 있다. 바닥부(210a)는 전지셀 적층체(120)의 하면을 커버할 수 있고, 2개의 측면부(210b)는 전지셀 적층체(120)의 양 측면을 커버할 수 있다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 하면은 -z축 방향의 면을 지칭하고, 전지셀 적층체(120)의 양 측면은 x축 및 -x축 방향의 면을 지칭한다. 다만 이는 설명의 편의를 위해 지칭한 면들이며, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
상부 커버(220)는, 전지셀 적층체(120)의 상면을 커버한다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 상면은 z축 방향의 면을 지칭한다. 상부 커버(220)와 하부 프레임(210)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접에 의해 접합됨으로써, 전지셀 적층체(120)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 커버(220)와 하부 프레임(210)을 통해 전지셀 적층체(120)를 물리적으로 보호할 수 있다.
상술한 바 대로, 제1 엔드 플레이트(410)는 전지셀 적층체(120)의 전면을 커버하고, 제2 엔드 플레이트(420)는 전지셀 적층체(120)의 후면을 커버한다. 여기서, 전지셀 적층체(120)의 전면은 y축 방향의 면을 지칭하고, 전지셀 적층체(120)의 후면은 -y축 방향의 면을 지칭한다.
제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 모듈 프레임(200)의 개방된 양측에 위치하여 전지셀 적층체(120)를 커버하도록 형성될 수 있다. 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420) 각각은 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리들과 접촉한 상태에서 용접에 의해 접합될 수 있다. 이러한 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)는 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(120) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 엔드 플레이트(410, 420) 사이에는 버스바가 장착되는 버스바 프레임 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등의 위치할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 9 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트 및 벤팅 유닛에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 도 5의 전지 모듈에 포함된 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트에 대한 사시도이다. 도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 벤팅 유닛들을 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 4의 전지 모듈을 yz 평면 상에서 x축 방향을 따라 바라본 평면도이다.
도 5, 도 7 내지 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 엔드 플레이트(410) 또는 제2 엔드 플레이트(420) 중 적어도 하나에 벤팅홀(410H, 420H)이 형성된다. 도 7에는 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420) 모두에 벤팅홀(410H, 420H)이 형성된 것이 나타나 있으나, 그 중 하나에만 벤팅홀이 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 벤팅 유닛(500)의 내부에는 전지 모듈 내부에서 발생한 가스나 화염이 통과할 수 있도록 내부 통로(510)가 마련될 수 있다. 내부 통로(510)는 벤팅홀(410H, 420H)과 연결될 수 있고, 벤팅 유닛(500)의 일측에 내부 통로(510)와 연결된 배출구(520)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 내부 통로(510)는 벤팅 유닛(500) 내부에 마련된 공간을 지칭하는 것으로, 가스나 화염(F)의 배출 경로를 의미할 수 있다.
이러한 벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임의 일면 상에 위치할 수 있는데, 일례로, 벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)의 측면부(210b)의 외면에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로 벤팅 유닛(500)은 복수로 구성되어, 어느 한 벤팅 유닛(500)이 측면부(210b)들 중 하나의 외면에 위치하고, 다른 벤팅 유닛(500)이 측면부(210b)들 중 다른 하나의 외면에 위치할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 다른 실시 형태로써, 하나의 벤팅 유닛(500)만 어느 하나의 측면부(210b)의 외면에 위치하는 것도 가능하다.
이하에서는, 어느 하나의 벤팅 유닛(500)을 기준으로 설명하도록 한다.
본 실시예에 따른 벤팅 유닛(500)은, 그 내부에 가스나 화염(F)이 이동할 수 있는 내부 통로(510)가 마련된 부재이다. 벤팅 유닛(500)이 벤팅홀(410H, 420H)을 덮도록 장착되기 때문에 전지 모듈(100a)의 전지셀 적층체(120) 등에서 발생한 가스나 화염(F)이, 벤팅홀(410H, 420H)을 통해 벤팅 유닛(500) 내부로 유입된다. 내부 통로(510)를 따라 이동한 가스나 화염(F)은, 배출구(520)를 통해 외부로 배출된다.
배출구(520)는 전지 모듈(100a)의 외부를 향해 개구된다. 구체적으로, 배출구(520)는 벤팅 유닛(500)의 전면(500-1), 후면(500-2), 상면(500-3) 또는 하면(500-4)에 형성될 수 있다. 일례로, 도 7 및 도 8에는 배출구(520)가 벤팅 유닛(500)의 후면(500-2)에 형성된 것을 도시하였다.
벤팅 유닛(500)는, 전면(500-1), 후면(500-2), 상면(500-3), 하면(500-4) 및 일 측면(500-5)를 포함할 수 있다. 또한, 벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)의 일면 방향의 일 측이 개방된 형태의 프레임일 수 있다. 일례로 벤팅 유닛(500)은, 모듈 프레임(200)의 측면부(210b) 방향의 일 측이 개방된 형태의 프레임일 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(500)의 개방된 상기 일 측에 측면부(210b)가 위치할 수 있다. 벤팅 유닛(500)이 측면부(210b)와 접합됨으로써, 벤팅 유닛(500)과 모듈 프레임(200)의 측면부(210b) 사이의 공간이 가스나 화염(F)이 이동하는 내부 통로(510)로 구성될 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(500)의 전면(500-1), 후면(500-2), 상면(500-3), 하면(500-4) 및 일 측면(500-5)과 모듈 프레임(200)의 측면부(210b)로 둘러 쌓인 공간이, 벤팅 유닛(500)의 내부 통로(510)에 해당할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(500)은, 모듈 프레임(200)의 측면부(210b)를 따라 이어질 수 있다. 구체적으로, 벤팅 유닛(500)은 제1 엔드 플레이트(410)에서부터 제2 엔드 플레이트(420)까지 모듈 프레임(200)의 일면을 따라 이어질 수 있다. 이와 같이, 벤팅 유닛(500)을 길게 이어지도록 설계함으로써, 그 내부에 마련된 내부 통로(510)의 길이를 최대한 늘릴 수 있다. 화염(F)이 내부 통로(510)가 형성하는 긴 경로를 따라 이동하는 동안 충분한 공기(산소)가 공급되는 것이 아니므로, 화염(F)이 약화되거나 소화될 수 있다. 즉, 일종의 질식 소화(smothering extinguishment) 효과가 발휘될 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈(100a) 내부에서 화염(F)이 발생하더라도, 이웃한 다른 전지 모듈이나 기타 전장품으로 화염이 전파되는 것을 억제하거나 지연할 수 있다. 특히, 해당 전지 모듈(100a)이 차량용 전지팩에 포함되는 경우, 화염(F)의 전파를 지연시켜 운전자가 화재나 폭발로부터 대피할 수 있는 시간적 여유를 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420) 모두에 벤팅홀(410H, 420H)이 형성될 수 있다. 벤팅 유닛(500)이 이러한 벤팅홀(410H, 420H)들을 모두 덮도록 장착되어, 벤팅 유닛(500)의 내부 통로(510)는 제1 엔드 플레이트(410)의 벤팅홀(410H) 및 제2 엔드 플레이트(420)의 벤팅홀(420H) 모두와 연결될 수 있다. 이에 따라 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이 2개의 화염(F) 경로가 형성될 수 있다.
상술한 바 대로, 제1 엔드 플레이트(410)와 제2 엔드 플레이트(420)는 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 각각 커버할 수 있다. 이 때, 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112, 도 6 참고)는 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면에 위치할 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)들 중 어느 하나는 제1 엔드 플레이트(410)를 향해 돌출되고, 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)들 중 다른 하나는 제2 엔드 플레이트(420)를 향해 돌출될 수 있다.
전지셀(110)에서, 셀 본체(113)의 중앙 부분보다, 전극 리드(111, 112)들과 가까운 부분이 충, 방전 시 많은 열이 발생한다. 전지셀 적층체(120)를 기준으로 하면 전극 리드(111, 112)들이 돌출된 부분과 인접한 부분에 많은 열이 발생한다. 이에 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420) 모두에 벤팅홀(410H, 420H)을 마련할 수 있다. 즉, 벤팅홀(410H, 420H)들은 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 부분과 인접하도록 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(120)에서 열이 가장 많이 발생하는 부분, 즉 화염이 발생할 가능성이 높은 부분에 인접하도록 벤팅홀(410H, 420H)들이 마련되고, 내부 통로(510)는 이러한 벤팅홀(410H, 420H)들 모두와 연결될 수 있다. 이에 따라 열이 많이 발생하는 부분에서의 가스나 화염의 배출 성능을 높여 전지 모듈(100a)의 폭발이나 발화의 가능성을 더욱 줄일 수 있다.
또한, 제1 엔드 플레이트(410)나 제2 엔드 플레이트(420)에는, 터미널 버스바 개구부(H1)나 모듈 커넥터 개구부(H2)가 형성될 수 있다. 터미널 버스바 개구부(H1)를 통해 전지 모듈(100a) 내부의 터미널 버스바(미도시)가 노출될 수 있고, 모듈 커넥터 개구부(H2)를 통해 모듈 커넥터(미도시)가 노출될 수 있다. 종래에는 전지 모듈(100a) 내부에서 발생한 화염 및 열이 이러한 터미널 버스바 개구부(H1)나 모듈 커넥터 개구부(H2)를 통해 배출되어, 마주하는 전지 모듈이나 기타 전장품에 손상을 가하는 문제가 있었다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)에서는, 제1 엔드 플레이트(410)나 제2 엔드 플레이트(420)에 화염 배출을 위한 별도의 벤팅홀(410H, 420H)을 마련하였기 때문에 터미널 버스바 개구부(H1)나 모듈 커넥터 개구부(H2)를 통해 배출되는 화염 및 열을 분산할 수 있다. 이에 마주하는 전지 모듈이나 기타 전장품에 가해지는 손상을 줄일 수 있다.
한편, 벤팅 유닛(500) 내에서, 내부 통로(510)가 형성하는 가스나 화염(F)의 배출 경로는 복수로 꺾이면서 이어질 수 있다. 구체적으로, 벤팅 유닛(500)은, 내부 통로(510), 즉 가스나 화염(F)의 배출 경로를 형성하는 적어도 하나의 격벽부(530)를 포함할 수 있고, 이러한 격벽부(530)에 의해 내부 통로(510)가 형성하는 경로가 복수로 꺾이면서 이어질 수 있다. 즉, 격벽부(530)에 의해 가스나 화염(F)이 구불구불한 경로를 따라 이동할 수 있다. 격벽부(530)의 일면은 벤팅 유닛(500)의 일면과 수직할 수 있다. 일례로, 도 8에 도시된 것처럼, 격벽부(530)의 일면은 벤팅 유닛(500)의 일 측면(500-5)과 수직할 수 있다.
내부 통로(510)가 형성하는 경로를 꺾이도록 구성할 수 있으면, 격벽부(530)의 개수나 위치에 특별한 제한은 없다. 일례로, 도 8 및 도 9에는 4개의 격벽부(530)가 마련되어 있다. 4개의 격벽부(530)를 통해 2개의 벤팅홀(410H, 420H)들 각각에서부터 이어지는 2개의 구불구불한 화염(F) 배출 경로를 구현할 수 있다.
상기와 같이, 격벽부(530)를 배치함으로써, 내부 통로(510), 즉 가스나 화염(F)의 배출 경로를 보다 복잡하게 설정할 수 있다. 화염(F)의 배출 경로가 복잡해질수록, 직진 성향이 강한 화염(F)이 외부로 직접 배출되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 직진 성향이 강하고 순간적으로 터져 나오는 화염이나 스파크의 성질을 고려했을 때, 내부 통로(510)의 경로를 일직선이 아닌 복수로 꺾이도록 구성하면, 가스 배출에는 큰 영향이 없는 대신, 화염(F)의 직접적인 분출은 효과적으로 제한할 수 있다. 또한, 화염(F)이 이동하는 경로가 길어지는 것이므로, 이동하는 동안 화염(F)이 약화되거나 소화될 수 있다. 즉, 질식 소화(smothering extinguishment) 효과가 증대될 수 있다. 본 실시예에 따라 격벽부(530)가 추가된 벤팅 유닛(500)은 보다 증대된 소화 기능을 갖출 수 있다.
한편, 본 발명에 대한 비교예로써, 전지 모듈의 엔드 플레이트 자체에 별도의 화염 배출 경로를 마련하는 형태가 있을 수 있다. 모듈 프레임(200)의 측면부(210b)에 위치한 벤팅 유닛(500)에 화염 배출 경로를 마련한 본 실시예와 달리, 엔드 플레이트 자체에 화염 배출 경로를 마련할 경우, 화염이 이동하는 경로가 짧고, 또 이동할 수 있는 화염의 양도 제한적일 수밖에 없다. 경로가 짧고 이동량이 제한적이므로, 본 실시예에 비해 질식 소화 효과가 미비하다. 즉, 발생한 화염이 약화 또는 소화되지 못하고 전지 모듈의 외부로 분출될 가능성이 높아진다. 이와 달리, 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(500)은 충분한 길이와 이동량을 갖춘 화염 배출 경로를 형성할 있다는 장점을 갖는다.
도 10은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 벤팅 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(500’)은, 앞서 설명한 벤팅 유닛(500)과 마찬가지로, 내부 통로(510) 및 내부 통로(510)와 연결되고 일측에 개구된 배출구(520)를 포함한다. 다만, 내부 통로(510)가 형성하는 경로는 직선으로 이어질 수 있다. 즉, 도 8에서의 벤팅 유닛(500)이 복수의 격벽부(530) 통해 꺾이는 경로를 구현한 것과 달리, 벤팅 유닛(500’)은 화염(F)이 직선 경로를 따라 이어질 수 있다. 본 실시예에 따른 벤팅 유닛(500’)은 보다 신속하게 화염(F)의 배출을 하도록 설계되었다.
이하에서는, 도 11 및 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 싱크 및 열전도성 수지층에 대해 자세히 설명한다.
도 11은 도 5의 전지 모듈에 포함된 히트 싱크를 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 11을 함께 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 하부 프레임(210) 아래에 위치한 히트 싱크(300)를 더 포함할 수 있다. 히트 싱크(300)는 내부에 냉매가 흐르는 부재로써, 전지셀 적층체(120)의 냉각을 위해 배치될 수 있다. 한편 상기 냉매는 냉각을 위한 매개물로써, 특별한 제한은 없으나, 냉각수일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈은 수냉식 냉각 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 히트 싱크(300)는 하부 프레임(210)의 바닥부(210a) 아래에 위치할 수 있다. 히트 싱크(300)와 하부 프레임(210)의 바닥부(210a) 사이에 냉매 유로가 형성된다.
히트 싱크(300)는, 하부 프레임(210)의 바닥부(210a)와 접합되는 하부 플레이트(310) 및 하부 플레이트(310)로부터 하부 방향으로 함몰된 함몰부(320)를 포함할 수 있다. 하부 플레이트(310)는 히트 싱크(300)의 골격을 형성하고, 하부 프레임(210)의 바닥부(210a)에 용접의 방법으로 직접 접합될 수 있다.
함몰부(320)는 하부 방향으로 함몰된 부분으로써, 냉매 유로가 뻗는 방향과 수직하게 xz평면이나 yz평면으로 자른 단면이 U자형인 관일 수 있으며, 상기 U자형인 관의 개방된 상측에 바닥부(210a)가 위치할 수 있다. 함몰부(320)와 바닥부(210a) 사이의 공간이 냉매가 유동하는 영역, 즉 냉매의 유로가 된다. 이에 따라, 하부 프레임(210)의 바닥부(210a)가 상기 냉매와 직접 접촉할 수 있다. 냉매 유입구(610, 도 12 참조)를 통해 유입된 냉매는, 함몰부(320)가 형성하는 경로를 따라 흐른 후 냉매 배출구(620, 도 12 참조)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 함몰부(320)에는, 상부 방향으로 돌출된 돌출 패턴(300D)이 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀 적층체(120)와 같이 적층되는 전지셀의 개수가 종래 대비 많이 늘어나는 대면적 전지 모듈의 경우, 냉매 유로의 폭이 더 넓게 형성될 수 있어 온도 편차가 더 심할 수 있다. 돌출 패턴(300D)은 냉각 유로의 폭을 실질적으로 축소시키는 효과를 발생시켜 압력 강하를 최소화하고 동시에 냉매 유로 폭 간의 온도 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 전지셀 적층체(120)에 대한 균일한 냉각 효과를 구현할 수 있다.
도 12는 도 5의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임, 제1 열전도성 수지층 및 제2 열전도성 수지층을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 12를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 전지셀 적층체(120)의 하면과 하부 프레임(210)의 바닥부(210a) 사이에 위치하는 제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)을 더 포함할 수 있다.
제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)은, 열전도성 수지(Thermal resin)를 포함할 수 있다. 하부 프레임(210)의 바닥부(210a)에 상기 열전도성 수지가 도포되어 제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)가 형성될 수 있다. 상기 열전도성 수지는 열전도성 접착 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 상기 열전도성 수지는, 도포 시에는 액상이나 도포 후에 경화되어 전지셀 적층체(120)를 구성하는 하나 이상의 전지셀(110)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 열전도 특성이 뛰어나 전지셀(110)에서 발생한 열을 신속히 전지 모듈(100a)의 외부로 전달하여 전지 모듈의 과열을 방지할 수 있다.
제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)은 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향과 평행한 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 상술한 바 대로, 전지셀 적층체(120)에서 전극 리드(111, 112)들이 y축 방향과 -y축 방향으로 각각 돌출될 수 있다. 제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)은 전극 리드(111, 112)들의 돌출 방향에 맞추어, y축 방향을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 특히, 제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)은 하부 프레임(210)의 바닥부(210a)에서의 마주하는 양변에 각각 인접하도록 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100a)은, 제1 열전도성 수지층(710) 및 제2 열전도성 수지층(720)을 전지셀(110) 중 발열이 심한 부분에 마련함으로써, 냉각 기능을 집중시키고, 전지셀(110)의 온도 편차를 해소하고자 하였다. 이에 따라, 본 실시예에 다른 전지 모듈(100a)에서는 전지셀(110)의 발열이 심한 양 단 부분에서 열 발산이 효과적으로 이루어질 수 있고, 전지셀(110)에 대해 각 부분간 온도 편차를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 전지셀(110)의 발열이 심한 양 단부에서 발생한 열은, 제1 열전도성 수지층(710) 또는 제2 열전도성 수지층(720), 하부 프레임(210)의 바닥부(210a) 및 히트 싱크(300)를 차례로 거쳐 외부로 배출된다.
한편, 전지셀(110)의 발열이 상대적으로 약한 중앙 부분에서는, 열전도성 수지가 도포되지 않아, 전지셀(110)과 하부 프레임(210)의 바닥부(210a) 사이에 일종의 공기층이 형성될 수 있다. 공기층이 단열층으로 기능하여, 열 배출을 상대적으로 제한할 수 있다.
위와 같이, 전지셀(110)의 발열이 심한 부분과 발열이 미비한 부분 각각에 대해 열 배출 정도를 다르게 설계함으로써, 전지셀(110)의 각 부분 간 온도 편차를 해소하고자 하였다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈(100-1, 100-2)을 포함할 수 있다. 전지 모듈(100-1, 100-2)은 복수로 구성될 수 있고, 각각 벤팅 유닛(500)을 포함할 수 있다.
어느 한 전지 모듈(100-1)에서 화염(F)이 발생할 경우, 화염(F)은 벤팅 유닛(500) 내부로 유입되어 전지 모듈(100-1)의 외부로 배출될 수 있다. 어느 한 전지 모듈(100-1) 내부에서 화염(F)이 발생하더라도, 이웃한 다른 전지 모듈(100-2)로 화염이 전파되는 것을 억제하거나 지연할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)이 차량에 배치되는 경우, 화염(F)의 전파를 지연시켜 운전자가 화재나 폭발로부터 대피할 수 있는 시간적 여유를 확보할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈(100b)에 대해 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 15는 도 14의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 16은 도 15의 전지 모듈에 포함된 전지셀들 중 하나에 대한 사시도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100b)은 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200), 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면을 커버하는 엔드 플레이트(410, 420)를 포함한다. 보다 구체적으로 전지 모듈(100b)은 전지셀 적층체(120)의 전면을 커버하는 제1 엔드 플레이트(410) 및 전지셀 적층체(120)의 후면을 커버하는 제2 엔드 플레이트(420)를 포함할 수 있다.
한편, 전지셀 적층체(120)와 제1 엔드 플레이트(410) 사이 또는 전지셀 적층체(120)와 제2 엔드 플레이트(420) 사이 중 적어도 한 곳에 버스바 프레임(900)이 위치할 수 있다. 이러한 버스바 프레임(900) 상에 버스바(910, 920)가 장착될 수 있다.
전지셀(110)은 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있는 파우치형으로 제공될 수 있다. 파우치형으로 제공되는 전지셀(110)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 라미네이트 시트의 셀 케이스(114)에 수납한 뒤 셀 케이스(114)의 실링부를 열융착함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 전지셀(110)이 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 향후 장착될 디바이스가 요구하는 저장 용량이 달성되는 수준 하에서 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있음은 자명하다.
도 16을 참조하면, 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)를 포함할 수 있다. 전극 리드(111, 112)는 셀 본체(113)의 일단으로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 각 전극 리드(111, 112)의 일단은 전지셀(110)의 내부에 위치함으로써 전극 조립체의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되고, 각 전극 리드(111, 112)의 타단은 전지셀(110)의 외부로 도출됨으로써 별도의 부재, 예를 들어, 버스바(910, 920)와 전기적으로 연결될 수 있다.
셀 케이스(114)내의 전극 조립체는 실링부(114sa, 114sb, 114sc)에 의해 밀봉될 수 있다. 셀 케이스(114)의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)상에 위치할 수 있다.
셀 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 셀 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈(100b)을 형성하기 위하여 다수의 전지셀(110)들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀(110)들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 셀 케이스(114)의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
연결부(115)는 상술한 실링부(114sa, 114sb, 114sc)가 위치하지 않은 셀 케이스(114)의 일 단에서 길이 방향을 따라 연장되는 영역을 지칭하는 것일 수 있다. 연결부(115)의 단부에는 전지셀(110)의 배트 이어(110p, bat-ear)가 형성될 수 있다. 또, 테라스(Terrace)부(116)는 셀 케이스(114)의 가장자리를 기준으로, 셀 케이스(114)의 외부로 그 일부가 돌출된 전극 리드(111, 112)와 셀 케이스(114)의 내부에 위치하는 셀 본체(113) 사이의 영역을 지칭하는 것일 수 있다.
한편, 파우치형으로 제공되는 전지셀(110)은 길이, 폭 및 두께를 가질 수 있으며, 전지셀(110)의 길이 방향, 폭 방향 및 두께 방향은 상호 수직하는 방향일 수 있다.
여기서, 전지셀(110)의 길이 방향은 전극 리드(111, 112)가 셀 케이스(114)로부터 돌출된 방향에 따라 정의될 수 있다. 전지셀(110)의 길이 방향은 x축 방향 또는 -x축 방향으로 정의될 수 있다.
또 여기서, 전지셀(110)의 폭 방향은 도 15에서 도시된 것과 같이 전지셀(110)의 일측부(114c)로부터 연결부(115) 또는 연결부(115)로부터 일측부(114c)를 향하는 z축 방향 또는 -z축 방향일 수 있다. 또 여기서, 전지셀(110)의 두께 방향은 폭 방향 및 길이 방향과 수직하는 y축 방향 또는 -y축 방향으로 정의될 수 있다.
전지셀 적층체(120)는 전기적으로 연결된 복수의 전지셀(110)들이 일 방향을 따라 적층된 것일 수 있다. 복수의 전지셀(110)들이 적층된 방향(이하에서는 ‘적층 방향’으로 지칭됨)은 도 14 및 도 15에서 도시된 것과 같이 y축 방향(또는 -y축 방향일 수 있으며, 이하에서는 ‘축 방향’이라는 표현이 +/-방향을 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있음)일 수 있다.
여기서, 전지셀 적층체(120)의 전면으로부터 후면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(120)의 길이 방향으로 정의될 수 있으며, x축 방향일 수 있다. 또, 전지셀 적층체(120)의 상면으로부터 하면을 향하는 방향, 또는 그 반대 방향은 전지셀 적층체(120)의 폭 방향으로 정의될 수 있으며, z축 방향일 수 있다.
전지셀 적층체(120)의 길이 방향은 전지셀(110)의 길이 방향과 실질적으로 동일할 수 있다. 이 때, 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면에는 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 위치할 수 있다. 이 때, 전지 모듈(100b)의 버스바(910, 920)는 전극 리드(111, 112)와의 전기적 연결을 용이하게 형성하도록 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면과 가까이 배치될 수 있다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품 모듈 프레임(200)의 내부 공간에 수용할 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200)은 내부면 및 외부면을 포함하며, 모듈 프레임(200)의 내부 공간은 내부면에 의해 정의될 수 있다.
모듈 프레임(200)의 구조는 다양할 수 있다. 일 예로, 모듈 프레임(200)의구조는 모노 프레임의 구조일 수 있다. 여기서, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있다. 모노 프레임은 압출 성형으로 제조될 수 있다. 다른 예로, 모듈 프레임(200)의 구조는 U자형 프레임과 상부 플레이트(상면)가 결합된 구조일 수 있다. U자형 프레임과 상부 플레이트가 결합된 구조의 경우, 모듈 프레임(200)의 구조는 하면 및 양 측면이 결합된 또는 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으며, 각 프레임 또는 플레이트는 프레스 성형으로 제조될 수 있다. 또, 모듈 프레임(200)의 구조는 모노 프레임 또는 U자형 프레임 외에 L형 프레임의 구조로 제공될 수도 있으며, 상술한 예에서 설명하지 않은 다양한 구조로 제공될 수도 있을 것이다.
모듈 프레임(200)의 구조는 전지셀 적층체(120)의 길이 방향을 따라 개방된 형태로 제공될 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 모듈 프레임(200)에 의해 가려지지 않을 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)는 모듈 프레임(200)에 의해 가려지지 않을 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 후술할 버스바 프레임(900), 엔드 플레이트(410, 420) 또는 버스바(910, 920) 등에 의해 가려질 수 있으며, 이를 통해 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면은 외부의 물리적 충격 등으로부터 보호될 수 있을 것이다.
한편, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 중 일측면 사이에는 압축 패드(150)가 위치할 수 있다. 이 때, 압축 패드(150)는 전지셀 적층체(120)의 y축 상에 위치할 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 양 단에 있는 두 전지셀(110)중 적어도 하나와 면을 마주할 수 있다.
또, 도시되지 않았으나, 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지에 의하여 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 내부면 중 일측면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다. 이 때, 열전도성 수지층은 전지셀 적층체(120)의 z축 상에 위치할 수 있으며, 상기 열전도성 수지층은 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 바닥면(또는 바닥부로 지칭될 수 있음) 사이에 형성될 수 있다.
버스바 프레임(900)은 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하여, 전지셀 적층체(120)의 일면을 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내하기 위한 것일 수 있다. 버스바 프레임(900)은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면 상에 위치할 수 있다. 버스바 프레임(900)에는 버스바(910, 920) 및 모듈 커넥터 중 적어도 하나가 장착될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 14 및 도 15를 참고하면, 버스바 프레임(900)의 일면은 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면과 연결되고, 버스바 프레임(900)의 타면은 버스바(910, 920)의 연결될 수 있다.
버스바 프레임(900)은 전기적으로 절연인 소재를 포함할 수 있다. 버스바 프레임(900)은, 버스바(910, 920)가 전극 리드(111, 112)와 접합된 부분 외에 전지셀(110)들의 다른 부분과 접촉하는 것을 제한할 수 있으며, 전기적 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 버스바 프레임(900)은 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면 상에 위치하는 제1 버스바 프레임(도면 번호 900로 지칭될 수 있음) 및 전지셀 적층체(120)의 후면 상에 위치하는 제2 버스바 프레임(미도시)을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(410, 420)는 모듈 프레임(200)의 개방된 면을 밀폐함으로써, 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해 엔드 플레이트(410, 420)는 소정의 강도를 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(410, 420)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(410, 420)는 전지셀 적층체(120)의 일면 상에 위치하는 버스바 프레임(900)을 덮으면서 모듈 프레임(200)과 결합(접합, 밀봉 또는 밀폐)될 수 있다. 엔드 플레이트(410, 420)의 각 모서리는 모듈 프레임(200)의 대응하는 모서리와 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다. 또한, 엔드 플레이트(410, 420)와 버스바 프레임(900) 사이에는 전기절 절연을 위한 절연 커버(800)가 위치할 수 있다. 절연 커버(800)는 엔드 플레이트(410, 420)의 내부면에 위치할 수 있으며, 엔드 플레이트(410, 420)의 내부면에 밀착될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
상술한 바 대로, 엔드 플레이트(410, 420)는 두 개 일 수 있으며, 전지셀 적층체(120)의 전면 상에 제1 엔드 플레이트(410)가 위치할 수 있고, 전지셀 적층체(120)의 후면 상에 제2 엔드 플레이트(420)가 위치할 수 있다.
제1 엔드 플레이트(410)는 전지셀 적층체(120)의 전면 상에서 제1 버스바 프레임을 덮으면서 모듈 프레임(200)과 결합될 수 있고, 제2 엔드 플레이트(420)는 제2 버스바 프레임을 덮으면서 모듈 프레임(200)과 결합될 수 있다.
버스바(910, 920)는 버스바 프레임(900)의 일면 상에 장착되고, 전지셀(110)들과 외부 기기 회로를 전기적으로 연결하기 위한 것일 수 있다. 버스바(910, 920)는 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)를 통해 전지셀 적층체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)는 버스바 프레임(900)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(910, 920)와 연결될 수 있다. 버스바(910, 920)에 의해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
버스바(910, 920)는, 하나의 전지 모듈(100b)은 다른 전지 모듈(100b)을 전기적으로 연결하기 위한 터미널 버스바(920)를 포함할 수 있다. 외부의 다른 전지 모듈(100b)과 연결되기 위해서 터미널 버스바(920)의 적어도 일부는 엔드 플레이트(410, 420)의 외부로 노출될 수 있으며, 엔드 플레이트(410, 420)에는 이를 위한 터미널 버스바 개구부(H1)가 구비될 수 있다.
터미널 버스바(920)는 다른 버스바(910)와 달리 상향으로 돌출 부분을 더 포함할 수 있으며, 돌출 부분은 터미널 버스바 개구부(H1)를 통해 전지 모듈(100b)의 외부로 노출될 수 있다. 터미널 버스바(920)는 터미널 버스바 개구부(H1)를 통해 노출된 돌출 부분을 통해 다른 전지 모듈(100b)이나 BDU(Battery Disconnect Unit)와 연결될 수 있으며, 이들과 HV(High voltage) 연결을 형성할 수 있다.
도시되지 않았으나, 전지 모듈(100b)은 전지셀(110)의 과전압, 과전류, 과발열 등의 현상을 검출하고, 제어하는 센싱 부재를 포함할 수 있다. 센싱 부재는 전지 모듈 내부의 온도를 감지하는 온도 센서, 버스바(910, 920)의 전압 값을 센싱하는 센싱 단자, 수집된 데이터를 외부의 제어 장치에 전달하며, 외부의 제어 장치로부터 신호를 수신하는 모듈 커넥터 및/또는 이를 연결하기 위한 연결 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 연결 부재는 전지셀 적층체(120)의 상면에서 길이 방향을 따라 연장되는 형태로 배치될 수 있다. 연결 부재는 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성평판케이블(FFC: Flexible Flat Cable)일 수 있다.
또 여기서, 모듈 커넥터는 온도 센서 및/또는 센싱 단자로부터 획득된 데이터를 BMS(Battery Management System)에 전송할 수 있고, BMS는 수집된 전압 데이터들을 기초로 전지셀(110)들의 충전과 방전을 제어할 수 있다. 모듈 커넥터는 상술한 버스바 프레임(900)에 장착될 수 있다. 모듈 커넥터의 적어도 일부는 엔드 플레이트(410, 420)의 외부로 노출될 수 있으며, 엔드 플레이트(410, 420)에는 이를 위한 모듈 커넥터 개구부(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 이처럼, 엔드 플레이트(410, 420)에는 터미널 버스바 개구부(H1) 및 모듈 커넥터 개구부 등이 형성될 수 있으며, 이들은 ‘개구부’로 총칭될 수 있다.
한편, 상술한 것과 같이 전지셀(110)이 높은 밀도로 적층된 전지 모듈(100b)의 내부에서는 발화 현상이 나타날 수 있다. 하나의 전지 모듈(100b)에서 발화 현상이 발생하면, 상술한 ‘개구부’를 통해 가스 등이 배출됨으로써 터미널 버스바(920) 또는 모듈 커넥터 등이 손상되거나, 전지 모듈(100b)의 열, 가스 또는 화염 등이 그와 인접한 전지 모듈(100b)에 전달됨으로써 연속적인 발화 현상이 발생하는 문제가 있었다.
따라서 이하에서는 위와 같은 발화 현상을 해소함으로써 전지 모듈(100b)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 벤팅홀(venting hole, 200H) 및 벤팅 유닛(venting unit, 500)에 관하여 설명하기로 한다.
다시 도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예의 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(410, 420) 등에 의해 밀폐된 전지 모듈(100b)의 내부와 전지 모듈(100b)의 외부를 연통하기 위한 것일 수 있다. 벤팅홀(200H)은 전지 모듈(100b)의 내부 발화 시, 발생하는 열, 가스 또는 화염 등을 전지 모듈(100b)의 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다.
벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200), 제1 엔드 플레이트(410) 또는 제2 엔드 플레이트(420) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다. 도 14 및 도 15에 도시된 본 실시예에 따른 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)에 형성될 수 있다. 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 내부면에 형성된 벤팅홀 유입구 및 외부면에 형성된 벤팅홀 배출구를 연통하는 홀(hole)일 수 있다.
벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 15에서 도시된 것과 같이, 모듈 프레임(200)의 x축 상의 두 면이 개방된 상태인 경우, 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)은 y축 상에서 서로 마주보도록 배치되는 두 면 및 z축 상에서 서로 마주보도록 배치되는 두 면 중 적어도 일면에 형성될 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200) 중 y축 상에서 서로 마주보는 두 면은 모듈 프레임(200)의 측면으로 지칭될 수 있다. 모듈 프레임(200) 중 z축 상에서 서로 마주보는 두 면은 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면(바닥면 또는 바닥부)으로 지칭될 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200)의 측면은 전지셀 적층체(120)의 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 연장되는 면일 수 있고, 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면은 전지셀 적층체(120)의 적층 방향 또는 길이 방향을 따라 연장되는 면일 수 있다.
벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200) 상에서 x축상 양 단, 즉 전지셀 적층체(120)의 전면 또는 후면과 가까운 위치에 형성될 수 있다. 벤팅홀(200H)은 버스바(910, 920) 또는 모듈 커넥터와 가까운 위치에 형성될 수 있다. 전지 모듈(100b) 내부의 열, 가스, 화염 등이 버스바(910, 920)등에 전달되기 전에 벤팅홀(200H)을 통해 배출되면, 개구부로 배출되는 가스의 양이 최소화될 수 있고, 열 등에 의해 버스바(910, 920) 또는 모듈 커넥터가 손상되는 것이 방지될 수 있다.
벤팅홀(200H)은 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 것과 같이 벤팅홀(200H)은 좁고 긴 슬릿 형태로 제공될 수 있다. 벤팅홀(200H)이 좁고 긴 슬릿 형태로 제공되는 경우, 후술할 벤팅 유닛(500)에 의한 배출 경로 전환이 더욱 쉽게 달성될 수 있다.
벤팅홀(200H)의 개수는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 것과 같이 모듈 프레임(200)의 일면에는 하나의 벤팅홀(200H)이 제공될 수 있다. 또, 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 일면상에 복수로 제공될 수도 있다.
한편, 전지 모듈(100b) 내의 열, 가스 화염 등이 벤팅홀(200H)을 통해 무분별하게 방출되면, 배출된 가스 등이 인접한 전지 모듈(100b)에 발화 현상을 유도할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 전지 모듈(100b)에는 벤팅홀(200H)로부터 배출된 가스의 배출 경로를 안내하는 벤팅 유닛(500)이 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서 화염 발생시 가스의 배출 경로를 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 도 17의 전지 모듈을 위에서 본 평면도이다.
도 17 및 도 18을 참고하면, 본 실시예의 벤팅 유닛(500)은 벤팅홀(200H)이 형성된 모듈 프레임(200)의 일면 상에 장착될 수 있다. 벤팅 유닛(500)은 적어도 하나의 벤팅홀(200H)과 대응될 수 있다. 벤팅 유닛(500)의 내부에는 전지 모듈 내부에서 발생한 가스나 화염이 통과할 수 있도록 내부 통로(510)가 마련될 수 있다. 내부 통로(510)는 벤팅홀(200H)과 연결될 수 있고, 벤팅 유닛(500)의 일측에 내부 통로(510)와 연결된 배출구(520)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 내부 통로(510)는 벤팅 유닛(500) 내부에 마련된 공간을 지칭하는 것으로, 가스나 화염(F)의 배출 경로를 의미할 수 있다. 벤팅 유닛(500)은, 벤팅홀(200H)로부터 배출된 가스의 배출 방향을 전환하고, 가스의 배출 경로를 제어할 수 있다.
벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)의 일면을 덮는 형태로 장착될 수 있다. 벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)의 일면에 형성된 벤팅홀(200H)을 덮는 형태로 장착되나, 벤팅홀(200H)의 개구를 폐쇄하는 것은 아니다.
여기서, 벤팅 유닛(500)은 전체적으로 길이, 폭 및 두께를 가지는 직육면체의 형상일 수 있다. 그 내부에 가스나 화염이 이동하는 내부 통로(510)가 마련될 수 있다. 벤팅 유닛(500)은 그 두께를 통해 벤팅홀(200H)의 개구를 폐쇄하지 않고, 개구를 통해 배출되는 가스의 방향을 전환할 수 있다. 벤팅 유닛(500)의 두께 값이 클수록 벤팅 유닛(500)의 안정성 등은 향상될 수 있으나, 이로 인해 전지 모듈(100b) 사이의 간격, 즉 전지 팩의 크기가 증가할 수 있으므로, 벤팅 유닛(500)의 두께 값은 적절히 조절되어야 할 수 있다.
벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)과 마주보는 일 측이 개방된 상태일 수 있고, 그 개방된 면이 모듈 프레임(200)의 일면을 향하도록 장착될 수 있다. 여기서, 벤팅 유닛(500)의 길이 및 폭은 모듈 프레임(200)의 길이 및 폭과 유사한 값을 가질 수 있으며, 모듈 프레임(200)의 일면을 대부분, 즉, 80% 이상 덮는 형태로 제공될 수 있다. 벤팅 유닛(500)의 폭 값이 작으면 벤팅홀(200H)로부터 토출되는 가스가 좁은 공간에 위치하므로 압력이 증가할 수 있으며, 길이 값이 작으면 가스의 배출 경로가 짧게 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅 유닛(500)은 가능한 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있으나, 상술한 것과 같이 전체적인 전지 팩의 사이즈 증가를 고려하여 설계되어야 할 것이다. 그러나, 이러한 설명이 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 일면 중 일부를 가리도록 제공되는 예시를 배제하는 것은 아니므로, 설계상의 이유에 따라서 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 길이 및 폭 보다 다소 작게 제공될 수도 있을 것이다.
벤팅 유닛(500)은 외부로 가스나 화염을 배출하는 배출구(520)를 포함할 수 있다. 벤팅 유닛(500)의 배출구(520)는 벤팅 유닛(500)의 일면 상에 형성될 수 있다. 벤팅 유닛(500)의 각 면은 상술한 배출구(520)가 제공된 면 외에는 폐쇄면으로 형성되거나, 모듈 프레임(200)에 의해 폐쇄될 수 있고, 이를 통해, 벤팅홀(200H)을 통과한 가스 등이 개방된 배출구(520)쪽으로 집중될 수 있다.
예를 들어, 도 17에서 도시된 것과 같이, 벤팅홀(200H)을 통과한 가스나 화염은 제1 배출 방향(y축 방향)을 따라 배출될 수 있으며, 제1 배출 방향과 수직하게 위치하는 벤팅 유닛(500)의 일면과 충돌한 후, 제1 배출 방향과 상이한 제2 배출 방향(x축 방향)으로 전환되어 배출구(520)를 향해 이동될 수 있다. 이처럼, 벤팅 유닛(500)은 가스나 화염 등의 배출 방향을 전환할 수 있으며, 가스나 화염이 전환된 방향으로 이동하도록 배출 경로를 안내할 수 있다. 이 때, 제1 배출 방향은 벤팅홀(200H)의 벤팅홀 유입구로부터 벤팅홀 배출구를 향하는 방향일 수 있다. 또, 이 때, 제2 배출 방향은 벤팅 유닛(500)의 배출구(520)를 향하는 방향일 수 있다.
여기서, 배출구(520)는 벤팅 유닛(500)의 일면 상에 형성된 홀 형상으로 제공될 수 있다. 또 여기서, 배출구(520)는 벤팅 유닛(500)의 일면이 제거됨으로써 개방되는 벤팅 유닛(500)의 일면 전체로 제공될 수도 있다. 벤팅 유닛(500)이 개방된 일면으로 제공되는 경우, 홀 형상으로 제공되는 경우보다 그 배출구(520)의 크기가 크므로 배출 효과가 향상될 수 있을 것이다.
배출구(520)는 모듈 프레임(200)에 형성된 벤팅홀(200H)과 거리를 두고 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 17과 같이, 벤팅홀(200H)이 전지셀 적층체(120)의 전면/후면과 가까이 위치할 때, 배출구(520)는 후면/전면과 가깝게 위치할 수 있다. 벤팅홀(200H)과 배출구(520)는 모듈 프레임(200)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 위치할 수 있다. 배출구(520)는 벤팅 유닛(500)에서 벤팅홀(200H)과 가장 이격된 일면 상에 형성될 수 있다. 이는 벤팅홀(200H)을 통해 배출된 가스가 벤팅 유닛(500)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 이동함으로써 가스 등의 에너지가 감소하여, 벤팅 유닛(500)을 통해 토출되는 가스의 온도를 다소 낮추기 위함일 수 있다. 여기서, 모듈 프레임(200)의 중심은 모듈 프레임(200)의 길이 방향상 양 단, 즉 전면 및 후면으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 모듈 프레임(200)의 일 지점을 의미하는 것일 수 있다. 즉, 모듈 프레임(200)의 중심은, 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)로부터 동일한 거리만큼 이격된 지점일 수 있다.
벤팅 유닛(500)은 전지 모듈(100b)에 복수개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 벤팅홀(200H)이 모듈 프레임(200)의 상이한 면, 또는 모듈 프레임(200)의 일면 상에서 상이한 방향에 형성될 때, 벤팅 유닛(500)은 상이한 위치에 형성된 벤팅홀(200H)과 대응되도록 복수개로 제공될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 전지 모듈(100b)에서 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면에 위치한 전극 리드(111, 112) 또는 이와 연결되는 버스바(910, 920)등에서 발열이 일어나기 쉬우므로, 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)에서 x축상 양 단(전측부 및 후측부)에 모두 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 도 18과 같이 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)은 모듈 프레임(200)의 x축상 양 단에 각각 위치할 수 있고, 제1 벤팅 유닛(500a) 및 제2 벤팅 유닛(500b)은 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)과 대응되도록 모듈 프레임(200)에 제공될 수 있다.
이 때, 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)은 모듈 프레임(200)의 전측부 및 후측부에 각각 형성될 수 있고, 이에 대응되도록 제공되는 제1 벤팅 유닛(500a) 및 제2 벤팅 유닛(500b)의 배출구(520)는 각각 후측부 및 전측부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 벤팅 유닛(500a)이 안내하는 배출 경로와 상기 제2 벤팅 유닛(500b)이 안내하는 배출 경로는 서로 반대 방향을 향할 수 있다. 여기서, 배출구(520)의 위치를 변경함으로써 제1 벤팅 유닛(500a) 및 제2 벤팅 유닛(500b)이 안내하는 배출 경로가 서로 동일한 방향을 향하도록 설계할 수도 있으나, 각 벤팅홀(200H)들로부터 배출되는 가스의 배출 경로가 길게 형성되도록 하기 위해서는 벤팅 유닛(500)이 도 18과 같이 설계되는 것이 바람직할 수 있다.
구체적인 다른 예를 들어, 모듈 프레임(200)의 전측부 및 후측부에 형성된 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)은 모듈 프레임(200)의 동일한 일면에 위치할 수도 있으나, 각기 다른 일면에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 도 18과 같이 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)은 모듈 프레임(200)의 두 측면에 각각 형성될 수 있고, 이에 따라 제1 벤팅 유닛(500a) 및 제2 벤팅 유닛(500b)도 모듈 프레임(200)의 두 측면에 각각 장착될 수 있다. 두 벤팅홀(200H)이 하나의 면에 형성되는 경우와 비교하여, 두 면에 각각 위치하면 각각의 벤팅홀(200H)을 크게 형성할 수 있으므로, 가스의 배출이 보다 원활할 수 있다.
한편, 상술한 도면에서는 벤팅홀(200H)이 모듈 프레임(200)의 측면에 형성되고, 이에 대응되는 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 측면에 장착되는 것을 기준으로 설명하였으나, 반드시 그러한 것은 아니다. 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 일면 중 제한 없이 위치할 수 있으며, 벤팅홀(200H)이 형성된 모듈 프레임(200)의 일면에는 벤팅 유닛(500)이 장착될 수 있을 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 변형 예를 나타내는 사시도이고, 도 20은 도 19의 전지 모듈을 위에서 본 평면도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 실시예의 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 상면에 형성될 수 있고, 이에 대응하는 벤팅 유닛(500)은 모듈 프레임(200)의 상면에 장착될 수 있다. 모듈 프레임(200)의 상면은 일 방향을 따라 나란히 적층된 다수의 전지셀(110)의 각각과 마주볼 수 있으므로, 도 19의 벤팅홀(200H) 및 벤팅 유닛(500)은 각 전지셀(110)들로부터 방출되는 열, 가스 및 화염 등을 빠르게 외부로 배출할 수 있을 것이다.
벤팅홀(200H) 및 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 상면에 제공되는 경우, 벤팅홀(200H)을 통과한 가스는 제1 배출 방향(z축 방향)을 따라 배출될 수 있으며, 제1 배출 방향과 수직하게 위치하는 벤팅 유닛(500)의 일면과 충돌한 후, 제1 배출 방향과 상이한 제2 배출 방향(x축 방향)으로 전환되어 내부 통로(510)를 따라 이동한 후 배출구(520)를 향해 이동될 수 있다. 이처럼, 벤팅 유닛(500)은 가스나 화염의 배출 방향을 전환할 수 있으며, 가스나 화염의 배출 경로를 안내할 수 있다.
상술한 것과 같이 벤팅홀(200H)은 x축상 양 단에 각각 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 벤팅홀(200H)은 모듈 프레임(200)의 상면에서 전측부 및 후측부에 각각 형성될 수 있다. 이 때, 제1 벤팅 유닛(500a) 및 제2 벤팅 유닛(500b)은 모듈 프레임(200)의 상면에서 제1 벤팅홀(200Ha) 및 제2 벤팅홀(200Hb)과 대응되도록 제공될 수 있다.
모듈 프레임(200)의 양측면에 각각 제공되는 두 벤팅홀(200H) 및 두 벤팅 유닛(500)과 비교하여, 도 19 및 도 20의 벤팅홀(200H) 및 벤팅 유닛(500)의 크기는 다소 작을 수 있으나, 모듈 프레임(200)의 상면에 위치한 벤팅홀(200H)은 다수의 전지셀(110)들로부터 방출되는 열, 가스 및 화염 등을 빠르게 배출할 수 있으므로 그 효과 상의 차이는 다소 보완될 수도 있다.
한편, 통상적으로 전지 모듈(100b) 내부에서 열 폭주 현상이 발생하면, 열, 가스 또는 화염에 따라 전지 모듈(100b) 내부 구성이 손상됨으로써 부산물 및 유해물질이 발생할 수 있다. 이와 같은 부산물 및 유해물질이 전지 모듈(100b) 외부로 방출되면 부산물 및 유해물질이 인접한 전지 모듈(100b)에 영향을 주거나, 사용자의 호흡기로 유입되어 건강상의 피해를 유발할 수 있다.
전지 모듈(100b) 내부의 열 폭주 현상은 주로 전지셀 적층체(120)의 양 단인 전극 리드(111, 112) 또는 버스바(910, 920) 주변에서 발생하며, 버스바(910, 920) 주변에는 플라스틱, FPC wire, 전지셀(110) 구성 물질, 이외의 복합 재료가 다수 배치되므로, 입자가 큰 부산물 및 유해물질들이 다른 위치에서 보다 더 많이 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예의 벤팅 유닛(500)에는 이러한 부산물 및 유해물질의 방출을 방지하는 필터(540)가 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일 예의 사시도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 본 실시예의 벤팅 유닛(500)에는 필터(540)가 제공될 수 있다. 필터(540)는 벤팅 유닛(500)의 내부 통로(510)가 안내하는 배출 경로상에 복수개로 제공될 수 있으며, 복수의 필터(540)는 간격을 두어 배치될 수 있다. 필터(540)는 배출구(520)와의 거리를 기준으로 제1 필터(541), 제2 필터(542) 및 제3 필터(543)로 지칭될 수 있으며, 설계에 따라 제1 필터(541)만이 제공되거나, 또는 제1 필터(541) 및 제2 필터(542)만이 제공될 수 있다. 또, 필터(540)가 제공되는 개수에는 제한이 없을 수 있으며 설계에 따라 제4 필터, 제5 필터, 또는 그 외의 필터 등이 추가로 제공될 수도 있다.
도 22를 참조하면, 복수의 필터(540)는 부산물 및 유해물질을 보다 효과적으로 거르기 위해, 서로 상이한 크기의 기공을 가지는 것으로 제공될 수 있다. 구체적으로, 제1 필터(541)의 기공 크기(pore size)는 제2 필터(542)의 기공 크기 보다 크고, 제2 필터(542)의 기공 크기는 제3 필터(543)의 기공 크기보다 클 수 있다. 상대적으로 크기가 큰 유출물의 방출을 제1 필터(541)가 앞서 방지함으로써, 필터(540)의 목적이 보다 효과적으로 달성될 수 있다.
필터(540)는 방출되는 가스, 화염 및 열에 의해 손상되지 않도록 소정의 범위 이상의 용융점을 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 필터(540)의 제조에 사용되는 물질의 용융점은 300℃ 이상일 수 있다. 다른 예를 들어, 필터(540)는 제공되는 위치에 따라 용융점이 상이한 물질로 제조될 수도 있다. 구체적으로, 제1 필터(541)에 사용되는 물질의 용융점은 제2 필터(542)에 사용되는 물질의 용융점 보다 높고, 제2 필터(542)에 사용되는 물질의 용융점은 제3 필터(543)에 사용되는 물질의 용융점 보다 높을 수 있다.
필터(540)는 금속으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 필터(540)는 메탈 시트로 제공될 수 있다.
필터(540)는 방열 성능을 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 필터(540)는 실리콘으로 제조될 수 있다.
필터(540)는 난연성 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 필터(540)는 불연성 플라스틱, GFRP(Glass fiber reinforced plastics), CFRP(Carbon fiber reinforced plastics)를 포함하는 것으로써, 시트 또는 망으로 제공될 수 있다.
필터(540)는 소화 성능을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터(540)는 소화 약제를 포함할 수 있다. 소화 약제는 전지 모듈(100b)의 내부 발화시 열분해 반응을 통해 이산화탄소 및 수증기를 발생시킬 수 있고, 발생된 이산화탄소 및 수증기는 외부의 산소가 전지 모듈(100b) 내부로 유입되는 것을 방지함으로써 화염을 억제할 수 있다. 소화 약제는 흡열 반응인 열분해 반응을 수행함으로써 전지 모듈 내에서 발생한 열을 흡수할 수 있고, 이산화탄소 및 수증기를 발생시킴으로써 외부의 산소 공급 또한 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터(540)는 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 소화 약제를 포함할 수 있다. 소화 약제 물질의 보다 구체적인 예로는 탄산 수소 나트륨(NaHCO3), 탄산 수소 칼륨(KHCO3), 인산 암모늄(NH4H2PO3), 및 "탄산 수소 칼륨(KHCO3)과 요소((NH2)2CO)의 혼합물 등일 수 있다.
여기서, 필터(540)는 금속 또는 플라스틱 등의 망으로 제공되고, 망의 기공에 소화약제가 채워지도록 제공될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
상술한 예시에 의해 필터(540)의 물성이 제한되는 것은 아니므로, 필터(540)는 이와 다른 물질에 의해 제조되는 것도 가능하다. 본 실시예에 있어서, 필터(540)는 소염망으로 제공가능한 물질 및 형태를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 전지 모듈(100b)에 장착되는 벤팅 유닛(500)은 용접 등을 통해 모듈 프레임(200)의 일면에 고정 결합될 수도 있으나, 착탈식으로 결합될 수도 있다. 벤팅 유닛(500)이 착탈식으로 결합가능한 경우, 사용자가 소망하는 위치에 벤팅 유닛(500)이 장착되거나, 필요에 따라 장착된 벤팅 유닛(500)이 제거될 수 있다. 또, 벤팅 유닛(500)의 손상, 예를 들어, 상술한 필터(540)의 손상에 따라 벤팅 유닛(500)이 쉽게 교체될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일 결합 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 24는 도 23의 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 실시예의 벤팅 유닛(500)은 슬라이딩 방식으로 전지 모듈(100b)과 결합될 수 있다. 모듈 프레임(200)에 형성된 슬롯(200S)과 벤팅 유닛(500)에 형성된 돌출부(550)의 결합을 통해, 모듈 프레임(200)과 벤팅 유닛(500)은 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다.
모듈 프레임(200)은 벤팅 유닛(500)과 연결되기 위한 슬롯(200S)을 포함할 수 있다. 슬롯(200S)은 모듈 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.
슬롯(200S)은 벤팅 유닛(500)이 장착되는 모듈 프레임(200)의 일면과 인접한 두 면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 측면에 장착되는 경우, 슬롯(200S)은 모듈 프레임(200)의 상면 및 하면에 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 상면에 장착되는 경우, 슬롯(200S)은 모듈 프레임(200)의 두 측면에 형성될 수 있다.
벤팅 유닛(500)은, 슬롯(200S)의 홈에 수용되고 슬롯(200S)을 따라 길이 방향상 슬라이딩 가능한 돌출부(550)를 포함할 수 있다.
돌출부(550)는 벤팅 유닛(500)의 일면으로부터 모듈 프레임(200)을 향해 연장되는 일면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(500)이 모듈 프레임(200)의 측면에 장착되는 경우, 돌출부(550)는 벤팅 유닛(500)의 z축 상에서 서로 마주보는 두 면으로부터 모듈 프레임(200)이 위치한 방향으로 연장된 확장면 상에 형성될 수 있다. 여기서, 벤팅 유닛(500)의 확장면은 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면의 일부와 대응될 수 있으며, 확장면 중 모듈 프레임(200)의 상면 또는 하면과 대응되는 위치에 돌출부(550)가 형성될 수 있다.
돌출부(550)는 슬롯(200S)의 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 24와 같이, 슬롯(200S)의 단면이 라운드 형상을 가지면, 돌출부(550)의 단면 또한 이와 대응되는 라운드 형상을 가질 수 있다. 또, 슬롯(200S)의 단면이 각진 형상을 가지면, 돌출부(550)의 단면 또한 이와 대응되는 각진 형상을 가질 수 있다.
슬라이딩 방식의 결합 후에, 사용자의 의도와 달리 모듈 프레임(200)과 벤팅 유닛(500)이 분리되는 것을 방지하기 위해 모듈 프레임(200)과 벤팅 유닛(500)에 별도의 부재 또는 구성 등이 부가될 수 있다. 예를 들어, 모듈 프레임(200)에 형성된 슬롯(200S)의 길이방향상 말단에는 걸림부/홈부가 형성될 수 있으며, 벤팅 유닛(500)에 형성된 돌출부(550)의 길이방향상 말단에는 홈부/걸림부가 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)의 슬롯(200S)을 따라 벤팅 유닛(500)의 돌출부(550)는 슬라이딩 가능하나, 상술한 슬롯(200S)에 홈부/걸림부가 형성된 위치에 이르면 돌출부(550)의 걸림부/홈부가 서로 맞물림으로써 그 추가적인 이동이 다소 방지될 수 있다. 다른 예를 들어, 모듈 프레임(200) 또는 벤팅 유닛(500)에는 두 부재의 상대적인 이동을 방지하는 결합 부재가 추가로 제공될 수 있으며, 결합 부재에 의해 모듈 프레임(200)과 벤팅 유닛(500) 사이의 추가적인 이동이 방지될 수도 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 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
100a, 100b: 전지 모듈
200: 모듈 프레임
200H: 벤팅홀
410: 제1 엔드 플레이트
420: 제2 엔드 플레이트
410H, 420H: 벤팅홀
500: 벤팅 유닛

Claims (17)

  1. 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수납하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임, 상기 제1 엔드 플레이트 또는 상기 제2 엔드 플레이트 중 적어도 하나에 벤팅홀이 형성되며,
    상기 모듈 프레임의 일면 상에는, 상기 벤팅홀으로부터 배출된 가스나 화염의 배출 경로를 안내하기 위한 벤팅 유닛이 위치하고,
    상기 벤팅 유닛은 상기 벤팅홀을 덮도록 장착되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛의 내부 통로는, 상기 벤팅홀과 연결되고,
    상기 벤팅 유닛의 일측에 상기 내부 통로와 연결된 배출구가 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 프레임의 상기 일면 방향의 일 측이 개방된 형태의 프레임인 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 제1 엔드 플레이트에서부터 상기 제2 엔드 플레이트까지 상기 모듈 프레임의 상기 일면을 따라 이어지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트 모두에 상기 벤팅홀이 형성되고,
    상기 벤팅 유닛의 내부 통로는, 상기 제1 엔드 플레이트의 상기 벤팅홀 및 상기 제2 엔드 플레이트의 상기 벤팅홀 모두와 연결되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛 내에서, 상기 가스나 화염의 배출 경로는 복수로 꺾이면서 이어지는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 가스나 화염의 배출 경로를 형성하는 적어도 하나의 격벽부를 포함하고, 상기 격벽부의 일면은 상기 벤팅 유닛의 일면과 수직한 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 전지셀들은 전극 리드들을 포함하고,
    상기 전극 리드들 중 어느 하나는 상기 제1 엔드 플레이트를 향해 돌출되며,
    상기 전극 리드들 중 다른 하나는 상기 제2 엔드 플레이트를 향해 돌출되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은 외부로 상기 가스나 화염을 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 벤팅홀과 상기 배출구는 상기 모듈 프레임의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 위치하며,
    상기 모듈 프레임의 중심은, 상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트로부터 동일한 거리만큼 이격된 지점인 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은 외부로 상기 가스나 화염을 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 벤팅홀로부터 제1 배출 방향을 따라 배출된 가스나 화염은 상기 벤팅 유닛의 내부 통로를 통해 상기 제1 배출 방향과 상이한 제2 배출 방향을 따라 이동하며,
    상기 제2 배출 방향은 상기 배출구를 향하는 방향인 전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛의 내부에는 필터가 배치되는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은 내부에 위치한 제1 필터 및 제2 필터를 포함하고,
    상기 제1 필터 및 상기 제2 필터는 상기 벤팅 유닛의 내부 통로가 안내하는 배출 경로 상에 간격을 두고 배치되며,
    상기 제1 필터의 기공 크기와 상기 제2 필터의 기공 크기는 서로 상이한 전지 모듈.
  13. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은 슬라이딩 방식으로 상기 모듈 프레임에 결합되는 전지 모듈.
  14. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 벤팅 유닛과 연결되는 슬롯을 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 연장되어 형성되며, 상기 벤팅 유닛은 상기 슬롯을 따라 슬라이딩 가능한 전지 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 벤팅 유닛은 상기 슬롯과 결합하는 돌출부를 포함하는 전지 모듈.
  16. 제1항에서,
    상기 벤팅 유닛은 제1 벤팅 유닛 및 제2 벤팅 유닛을 포함하고,
    상기 제1 벤팅 유닛이 안내하는 배출 경로와 상기 제2 벤팅 유닛이 안내하는 배출 경로는 서로 반대 방향인 전지 모듈.
  17. 제1항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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