WO2022265246A1 - 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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battery module
battery
air
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강인재
임대훈
조영범
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a trap part in a bent shape and a battery pack including the same, and specifically, when thermal runaway occurs in a battery module, high-temperature by-products are prevented from being released to the outside, thereby suppressing secondary damage. It relates to a battery module provided with a trap part in a bent form that can be bent, and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries capable of charging and discharging are closely used in daily life, such as being used in mobile devices, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.
  • Secondary batteries which are used as an energy source for various electronic devices indispensably used in modern society, are increasing in capacity due to the increase in usage and complexity of mobile devices and the development of electric vehicles.
  • a plurality of battery cells are disposed in small devices to meet user demand, but a battery module electrically connecting a plurality of battery cells or a battery pack having a plurality of such battery modules is used in automobiles and the like.
  • the above secondary battery When the above secondary battery is used in a device requiring high capacity and high voltage, such as an electric vehicle, it is used in the form of a battery module or battery pack having a structure in which a plurality of battery cells are arranged.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to the prior art.
  • the battery module according to the prior art includes a plurality of stacked battery cells 10 and a module case 20 accommodating the plurality of battery cells 10, and the module case 20
  • an air inlet 21, an air outlet 22, and an air circulation path 23 through which the introduced air circulates are formed.
  • the battery module according to the prior art suppresses temperature rise by cooling the battery cell 10 through air, thermal runaway may occur due to limitations in cooling.
  • high-temperature by-products and venting gas may be generated due to thermal runaway, and high-temperature by-products are released together in the process of venting gas being discharged through the air inlet 21 and the air outlet 22, so that the battery module is equipped with a battery.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2020-0110081
  • a battery module having a trap portion in a bent form according to the present invention and a battery pack including the same can prevent high-temperature by-products from being released to the outside due to thermal runaway in the battery module It is an object of the present invention to provide a battery module having a bent trap part and a battery pack including the battery module.
  • a battery module having a trap part in a bent shape and a battery pack including the same can release venting gas generated inside to the outside, and thus a battery module equipped with a trap part in a bent shape with improved safety and including the same It is an object of the present invention to provide a battery pack that does.
  • a battery module having a bent trap part includes a plurality of battery cells 100, a bus bar 200 electrically connecting the plurality of battery cells 100, It includes a module case 300 accommodating the plurality of battery cells 100 and the bus bar 200, the module case 300 includes a storage part 310 forming a predetermined space, a first air-flowing first It is characterized in that it includes a trap part 320, a second trap part 330 through which air is discharged, and an air passage part 340 through which the introduced air moves.
  • the first trap part 320 is provided with a first pocket part 321 that is recessed outward to form a predetermined space, and the first pocket part 321 is provided with a lateral direction. It is characterized in that the bent first air circulation path 322 is formed.
  • the second trap part 330 is provided with a partition wall 331 bent at a predetermined angle to form a predetermined space, and the partition wall 331 forms an 'S' shape. It is characterized in that 2 air circulation paths 332 are formed.
  • the first air circulation path 322 is characterized in that the width increases from the inside to the outside.
  • the second trap part 330 is provided with a second pocket part 333 that is recessed outward to form a predetermined space, and the second pocket part 333 moves in the lateral direction. It is characterized in that the bent second air circulation path 332 is formed.
  • the first air circulation path 322 is characterized in that the width increases from the inside to the outside.
  • the second air circulation path 333 is characterized in that the width increases from the inside to the outside.
  • the first trap part 320 is characterized in that it is formed at one corner of the accommodating part 310 .
  • the second trap part 330 is characterized in that it is formed at the corner of the receiving part 310 located on a straight line of the first trap part 320.
  • the present invention may be a battery pack equipped with the battery module described above.
  • the venting gas can be released to the outside while preventing high-temperature by-products from being released to the outside, thereby preventing damage due to volume expansion. It has the advantage of being able to improve safety by preventing it.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery module according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery module shown in FIG. 2 cut in a horizontal direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a battery module according to a second preferred embodiment of the present invention cut in a horizontal direction.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery module according to a first preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery module shown in FIG. 2 cut in a horizontal direction.
  • the battery module includes a battery cell 100 , a bus bar 200 and a module case 300 .
  • the battery cell 100 includes a cell assembly, a cell case accommodating the cell assembly, and a pair of leads.
  • the cell assembly is a jelly-roll type cell assembly composed of a structure in which a separator is interposed between a long sheet-type positive electrode and a negative electrode and then wound, or a unit cell having a structure in which rectangular positive and negative electrodes are stacked with a separator interposed therebetween.
  • a stack-type cell assembly configured, a stack-folding cell assembly in which unit cells are wound by a long separation film, or a lamination-stack type cell assembly in which unit cells are stacked and attached to each other with a separator interposed therebetween, etc. can be made, but is not limited thereto.
  • the cell assembly as described above is embedded in a cell case, and the cell case usually has a laminate sheet structure of inner layer/metal layer/outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the cell assembly, it must have insulation properties and electrolyte resistance, and sealing properties, that is, the sealing portion where the inner layers are thermally bonded to each other, must have excellent thermal bonding strength for sealing with the outside.
  • Materials for the inner layer may be selected from polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, and polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties, but are not limited thereto, Polypropylene having excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is most preferred.
  • polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, and polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties, but are not limited thereto, Polypropylene having excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is most preferred.
  • the metal layer in contact with the inner layer corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside, and a lightweight aluminum film having excellent formability can be used as a preferable material for the metal layer.
  • an outer layer is provided on the other side of the metal layer, and the outer layer can use a heat-resistant polymer having excellent tensile strength, moisture permeability, and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly,
  • a heat-resistant polymer having excellent tensile strength, moisture permeability, and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the leads composed of the positive electrode lead and the negative electrode lead are made of a structure exposed to the outside of the case after the positive electrode tab and the negative electrode tab of the cell assembly are electrically connected to each other, and the battery cell as described above corresponds to generally known configurations. A more detailed description will be omitted.
  • the bus bar 200 is for connecting the anode lead and the cathode lead protruding and extending from the plurality of stacked battery cells 100 in series or parallel type, and in the case of a bidirectional battery cell 100, the front and rear surfaces of the battery module Each is provided, and in the case of the unidirectional battery cell 100, it is provided only in one direction of the front or rear side.
  • the module case 300 includes a storage unit 310 , a first trap unit 320 , a second trap unit 330 and an air passage unit 340 .
  • the accommodating unit 310 is for accommodating the plurality of stacked battery cells 100, and includes a flat lower cover, a side plate extending vertically from the edge of the lower cover, and an upper portion covering the top of the plurality of stacked battery cells 100. It includes a cover and protects the battery cell 100 from external foreign substances and shocks.
  • the first trap part 320 is formed at one corner of the housing part 310, and includes a first pocket part 321 recessed outward to a predetermined depth and a first air circulation path through which air can flow into the battery module ( 322).
  • the first air circulation passage 322 is used as a passage through which air is introduced, it may be used as a passage through which air flows out.
  • the first pocket portion 321 is recessed to a predetermined depth to form a predetermined space, and the first air circulation path 322 is formed to be bent at a predetermined angle in the lateral direction of the first pocket portion 321, so that the battery cell 100 ) Due to thermal runaway, venting gas and high-temperature by-products are generated, and when the venting gas and by-products are released to the outside of the battery module, the by-products are accumulated in a predetermined space of the first pocket portion 321, and the venting gas is bent at a predetermined angle. It is discharged to the outside along the first air circulation path 322 and has an advantage of preventing secondary damage caused by high-temperature by-products.
  • the first air circulation path 322 has a funnel shape that widens from the inside to the outside, which makes it easier to introduce air and suppresses the discharge of by-products to the outside because the inner passage is narrow.
  • the second trap part 330 is formed at the corner of the receiving part 310 located on a straight line with the first trap part 320, and the partition wall 331 and the first trap part 331 allow air to flow out of the battery module. It is configured to include 2 air circulation paths (332).
  • first trap part 320 and the second trap part 330 are located on the same straight line for more smooth air circulation, but if the battery cell 100 can be cooled through the introduced air, they are diagonal to each other. Location is not limited.
  • the second air circulation passage 332 is used as a passage through which air flows out, but may also be used as a passage through which air flows in.
  • the partition wall 331 is formed inside the second trap part 330 and has a flat plate shape having a predetermined angle from the side plate of the housing unit 310, forming a predetermined space between the side plate and the partition wall 331.
  • the barrier rib 331 is formed at a predetermined angle, and thereby the second air circulation path 332 is bent at a predetermined angle to form an 'S' shape, thereby preventing by-products and venting due to thermal runaway of the battery cell 100.
  • the venting gas from which the by-products are separated passes through the 'S'-shaped second air circulation path 332.
  • the air passage part 340 is a space formed by separating the battery cells 100 stored in the storage part 310 by a predetermined distance from the side plate to which the first trap part 320 and the second trap part 330 are connected. This is a passage through which air flowing in through the first trap unit 320 or the second trap unit 330 to cool the plurality of battery cells 100 moves.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a battery module according to a second preferred embodiment of the present invention cut in a horizontal direction.
  • the battery module according to the second preferred embodiment of the present invention is part of the second trap part 330 of the battery module according to the first preferred embodiment of the present invention described in FIGS. 2 and 3 Since they are the same except for the configuration, a description of the same configuration will be omitted.
  • the second trap part 330 includes a second pocket part 333 recessed outward to a predetermined depth and a second air circulation path 322 through which air can flow out of the battery module. It is composed of.
  • the second air circulation passage 332 is used as a passage through which air flows out, but may also be used as a passage through which air flows in.
  • the second pocket part 333 is recessed to a predetermined depth to form a predetermined space, and the second air circulation path 332 extends in the lateral direction of the second pocket part 333. It is formed to be bent at a predetermined angle, and when the venting gas and high-temperature by-products are generated due to thermal runaway of the battery cell 100 and the venting gas and by-products are discharged to the outside of the battery module, the by-products are in the second pocket portion 333. It is accumulated, and the venting gas is discharged to the outside along the second air circulation path 332 bent at a predetermined angle, thereby preventing secondary fire caused by high-temperature by-products.
  • the second air circulation path 332 has a funnel shape in which the width increases from the inside to the outside, which facilitates the inflow of air and suppresses the discharge of by-products to the outside due to the narrow inner passage.
  • the present invention may be a battery pack equipped with a battery module having any one or more of the characteristics described above, and the battery pack may be installed in a device such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.

Abstract

본 발명은 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모둘 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 복수개의 배터리 셀(100), 상기 복수개의 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결하는 버스바(200), 상기 복수개의 배터리 셀(100)과 버스바(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함하되, 상기 모듈 케이스(300)는 소정공간을 형성하는 수납부(310), 공기가 유입되는 제1 트랩부(320), 공기가 유출되는 제2 트랩부(330) 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.

Description

절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
본 출원은 2021년 6월 15일자 한국 특허 출원 제2021-0077377호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 구체적으로 전지 모듈 내에서 열폭주 발생 시 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지함으로써 2차 피해발생을 억제할 수 있는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
위와 같은 이차 전지가 전기자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지 셀들이 배열된 구조의 전지 모듈 내지 전지 팩 등의 형태로 사용된다.
한편, 전지 모듈에 수납된 전지 셀에서 과열 등의 이유로 열폭주가 발생할 수 있어 전지 모듈 내 전지 셀에 대한 냉각이 필요하며, 하나의 전지 셀에서 발생한 열폭주 및 화재가 인근 전지 셀로 전이되어 고온의 가스와 부산물이 발생하게 되는데, 이 때 발생한 고온의 부산물이 전지 모듈 외부로 방출되면서 전지 팩 또는 해당 전지 모듈이 장착되어 있는 디바이스에 화재를 유발하여 2차적인 피해가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이와 관련하여 도 1은 종래 기술에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 1을 참조하여 설명하면 종래 기술에 따른 전지 모듈은 적층된 복수개의 전지 셀(10) 및 복수개의 전지 셀(10)을 수납하는 모듈 케이스(20)를 포함하여 구성되고, 상기 모듈 케이스(20)는 전지 셀(10)들을 공기를 통해 냉각시킬 수 있도록 공기유입구(21)와 공기유출구(22) 및 유입된 공기가 순환하는 공기순환로(23)가 형성되어 있다.
종래 기술에 따른 전지 모듈은 전지 셀(10)을 공기를 통해 냉각하여 온도 상승을 억제하고 있으나, 냉각에 한계가 있어 열폭주가 발생할 수 있다. 또한 열폭주로 인해 고온의 부산물과 벤팅 가스가 발생할 수 있으며, 벤팅 가스가 공기유입구(21) 및 공기유출구(22)를 통해 방출되는 과정에서 고온의 부산물이 같이 방출되어, 전지 모듈이 장착된 전지 팩 또는 디바이스에 2차 화재가 발생할 수 있다는 위험이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국공개특허공보 제2020-0110081호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 전지 모듈 내에서 열폭주 발생으로 인한 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 내부에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 방출할 수 있어, 안전성이 향상된 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈은, 복수개의 전지 셀(100), 상기 복수개의 전지 셀(100)을 전기적으로 연결하는 버스바(200), 상기 복수개의 전지 셀(100)과 버스바(200)을 수용하는 모듈 케이스(300)를 포함하되, 상기 모듈 케이스(300)는 소정공간을 형성하는 수납부(310), 공기가 유입되는 제1 트랩부(320), 공기가 유출되는 제2 트랩부(330) 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부(340)를 포함하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 트랩부(320)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제1 포켓부(321)가 구비되어 있고, 상기 제1 포켓부(321) 측면 방향으로 절곡된 제1 공기 순환로(322)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 소정각도 절곡되어 소정 공간을 형성하는 격벽(331)이 구비되어 있고, 상기 격벽(331)에 의해 'S'자 형상의 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제2 포켓부(333)가 구비되어 있고, 상기 제2 포켓부(333) 측면 방향으로 절곡된 제2 공기 순환로(332)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 공기 순환로(333)는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 트랩부(320)는 상기 수납부(310)의 일측 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 트랩부(330)는 상기 제1 트랩부(320)의 일직선상에 위치하는 상기 수납부(310) 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 전지 모듈이 구비된 전지 팩일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 열폭주로 발생하는 고온의 부산물이 전지 모듈 외부로 방출되는 것을 방지하여 부산물로 인한 2차 피해 발생을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 의하면, 고온의 부산물이 외부로 방출되는 것을 방지하면서 벤팅 가스는 외부로 방출할 수 있어 부피팽창으로 인한 파손을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 절곡 형태의 트랩부가 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈은 전지 셀(100), 버스바(200) 및 모듈 케이스(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 전지 셀(100)은 셀 조립체, 셀 조립체를 수납하는 셀 케이스 및 한 쌍의 리드들을 포함하여 구성된다.
셀 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 셀 조립체는 셀 케이스에 내장되며, 셀 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 셀 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 리드들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
버스바(200)는 적층된 복수개의 전지 셀(100)에서 돌출 연장된 양극 리드와 음극 리드를 직렬 또는 병렬 타입으로 연결하기 위한 것으로, 양방향 전지 셀(100)일 시에는 전지 모듈의 전면과 후면에 각각 구비되고, 단방향 전지 셀(100)의 경우에는 전면 또는 후면 일측 방향에만 구비된다.
다음으로, 모듈 케이스(300)는 수납부(310), 제1 트랩부(320), 제2 트랩부(330) 및 공기 유로부(340)를 포함하여 구성된다.
수납부(310)는 복수개의 적층된 전지 셀(100)을 수납하기 위한 것으로 평판 형상의 하부 커버, 하부 커버의 가장자리에서 수직 연장된 측면 플레이트 및 적층된 복수개의 전지 셀(100) 상부를 덮는 상부 커버를 포함하여 이루어지며, 외부의 이물질 및 충격으로부터 전지 셀(100)을 보호한다.
제1 트랩부(320)는 수납부(310) 일측 모서리 부분에 형성되며, 외측 방향으로 소정깊이 만입된 제1 포켓부(321) 및 공기가 전지 모듈 내부로 유입될 수 있는 제1 공기 순환로(322)를 포함하여 구성된다.
비록, 제1 공기 순환로(322)는 공기가 유입되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유출되는 통로로 사용되어도 무방하다.
제1 포켓부(321)는 소정깊이 만입되어 소정의 공간을 형성하고, 제1 공기 순환로(322)가 제1 포켓부(321)의 측면 방향으로 소정각도 절곡되도록 형성되어 있어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인해 벤팅 가스와 고온의 부산물이 발생하고 벤팅 가스와 부산물이 전지 모듈 외부로 방출될 때 부산물은 제1 포켓부(321)의 소정공간에 쌓이게 되고, 벤팅 가스는 소정각도 절곡된 제1 공기순환로(322)를 따라 외부로 방출되어 고온의 부산물로 인한 2차 피해를 방지할 수 있다는 이점이 있다.
제1 공기 순환로(322)는 내측에서 외측으로 향할수록 너비가 넓어지는 깔때기 형상인데, 이는 공기의 유입을 좀더 용이하게 하고, 내측 통로가 좁아 부산물이 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 제2 트랩부(330)는 제1 트랩부(320)와 일직선상에 위치하는 수납부(310) 모서리 부분에 형성되어 있으며 격벽(331) 및 공기가 전지 모듈 외부로 유출될 수 있는 제2 공기 순환로(332)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 트랩부(320)와 제2 트랩부(330)는 보다 원활한 공기 순환을 위해 동일한 일직선상에 위치하나, 유입된 공기를 통하여 전지 셀(100)을 냉각할 수 있다면 상호간 대각선방향 등 위치는 제한하지 않는다.
또한, 제2 공기 순환로(332)는 공기가 유출되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유입되는 통로로 사용되어도 무방하다.
격벽(331)은 제2 트랩부(330) 내측에 형성되어 있고 수납부(310)의 측면 플레이트로부터 소정각도를 가진 평판형상으로, 측면 플레이트와 격벽(331) 사이에 소정 공간을 형성한다.
또한 격벽(331)이 소정각도 가진 상태로 형성되고, 그로인해 제2 공기 순환로(332)는 소정각도 절곡되어 'S'자 형상을 띄게 되어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인한 부산물 및 벤팅 가스가 전지 셀(100)로부터 방출될 때 부산물은 측면 플레이트와 격벽(331) 사이에 형성되는 소정공간에 쌓이게 되고 부산물이 분리된 벤팅 가스는 'S'자 형상의 제2 공기순환로(332)를 따라 방출되어 부산물로 인한 화재 및 벤팅 가스로 인해 팽창되어 전지 모듈 파손 등을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
공기 유로부(340)는 수납부(310)에 수납된 전지 셀(100)들이 제1 트랩부(320) 및 제2 트랩부(330)가 연결된 측면 플레이트로부터 소정 거리 이격되어 형성된 공간으로, 제1 트랩부(320) 또는 제2 트랩부(330)를 통해 유입되어 복수개의 전지 셀(100)을 냉각하는 공기가 이동하는 통로이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 수평방향으로 자른 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전지 모듈은 도 2 및 도 3에서 설명한 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 제2 트랩부(330)의 일부 구성을 제외하고는 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 제2 트랩부(330)는 외측 방향으로 소정깊이 만입된 제2 포켓부(333) 및 공기가 전지 모듈 외부로 유출될 수 있는 제2 공기 순환로(322)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전술한 바와 같이 제2 공기 순환로(332)는 공기가 유출되는 통로로 사용되었으나, 공기가 유입되는 통로로 사용되어도 무방하다.
제2 포켓부(333)는 전술한 제1 포켓부(321)와 동일하게, 소정깊이 만입되어 소정의 공간을 형성하고, 제2 공기 순환로(332)가 제2 포켓부(333)의 측면 방향으로 소정각도 절곡되도록 형성되어 있어, 전지 셀(100)의 열폭주로 인해 벤팅 가스와 고온의 부산물이 발생하여 벤팅 가스와 부산물이 전지 모듈 외부로 방출될 때 부산물은 제2 포켓부(333)에 쌓이게 되고, 벤팅 가스는 소정각도 절곡된 제2 공기순환로(332)를 따라 외부로 방출되어 고온의 부산물로 인한 2차 화재를 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 제2 공기 순환로(332)는 내측에서 외측으로 향할수록 너비가 넓어지는 깔때기 형상인데, 이는 공기의 유입을 좀더 용이하게 하고, 내측 통로가 좁아 부산물이 외부로 방출되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명은 상기 기재된 것 중 어느 하나 이상의 특징을 가지고 있는 전지 모듈이 구비된 전지 팩일 수 있고, 상기 전지 팩은 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등과 같이 디바이스에 장착될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100 : 전지 셀
200 : 버스바
300 : 모듈 케이스
310 : 수납부
320 : 제1 트랩부
321 : 제1 포켓부
322 : 제1 공기순환로
330 : 제2 트랩부
331 : 격벽
332 : 제2 공기순환로
333 : 제2 포켓부
340 : 공기 유로부

Claims (10)

  1. 복수개의 전지 셀;
    상기 복수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바;
    상기 복수개의 전지 셀과 버스바를 수용하는 모듈 케이스를 포함하되,
    상기 모듈 케이스는 소정공간을 형성하는 수납부, 공기가 유입되는 제1 트랩부, 공기가 유출되는 제2 트랩부 및 유입된 공기가 이동하는 공기 유로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랩부는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제1 포켓부가 구비되어 있고,
    상기 제1 포켓부 측면 방향으로 절곡된 제1 공기 순환로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랩부는 소정각도 절곡되어 소정 공간을 형성하는 격벽이 구비되어 있고,
    상기 격벽에 의해 'S'자 형상의 제2 공기 순환로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공기 순환로는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랩부는 외측으로 만입되어 소정공간을 형성하는 제2 포켓부가 구비되어 있고,
    상기 제2 포켓부 측면 방향으로 절곡된 제2 공기 순환로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 공기 순환로는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 공기 순환로는 내측에서 외측으로 갈수록 너비가 넓어지는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랩부는 상기 수납부의 일측 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 트랩부는 상기 제1 트랩부의 일직선상에 위치하는 상기 수납부 모서리 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈이 구비된 전지 팩.
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