WO2023243805A1 - 이차전지 팩 - Google Patents

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WO2023243805A1
WO2023243805A1 PCT/KR2023/002215 KR2023002215W WO2023243805A1 WO 2023243805 A1 WO2023243805 A1 WO 2023243805A1 KR 2023002215 W KR2023002215 W KR 2023002215W WO 2023243805 A1 WO2023243805 A1 WO 2023243805A1
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장병도
김기영
이형석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 이차전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 이차전지를 지지하는 프레임들을 포함하는 이차전지 팩에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 이차전지; 상기 복수의 이차전지의 하부를 지지하는 하부 프레임; 상기 하부 프레임으로부터 복수 개가 서로 이격되어 상방향으로 연장 형성되며 다수의 분리 공간을 형성하는 측면 프레임; 및 상기 측면 프레임의 상측에 마련되며, 상기 다수의 분리 공간을 각각 개폐 가능하게 마련되는 상부 프레임을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.

Description

이차전지 팩
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 06월 15일자 한국특허출원 제10-2022-0073088호 및 2022년 11월 02일자 한국특허출원 제10-2022-0144784호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 이차전지를 지지하는 프레임들을 포함하는 이차전지 팩에 관한 것이다.
최근 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로 주목받고 있다.
소형 모바일 기기에는 하나 또는 두서너 개의 이차전지들이 사용됨에 반하여, 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 이차전지 셀들을 전기적으로 연결한 배터리 모듈 또는 복수 개의 배터리 모듈들을 서로 전기적으로 연결한 배터리 팩을 사용한다.
일 예로 배터리 모듈은, 복수의 이차전지들, 상기 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결하기 위한 버스바(또는 메탈 플레이트), 전압 및 온도 센싱을 위한 센싱 어셈블리, 충방전 제어를 위한 전장 부품과 이들을 수납하기 위한 하우징 등으로 구성될 수 있다. 현재 상용화된 이차전지 중 가장 각광받고 있는 이차전지 중 하나는 리튬 이차전지라 할 수 있는데, 리튬 이차전지는 외장재의 형태에 따라 캔형과 파우치형으로 분류될 수 있다. 이 중 파우치형 이차전지가 에너지 밀도가 높고 적층이 용이하다는 장점으로 인해 중대형 배터리 모듈에 많이 이용되고 있다.
한편, 근래에 차량에 장착되는 이차전지 모듈의 수요가 증가함에 따라, 고객들은 이차전지 모듈의 제한된 공간 안에 이차전지의 에너지 밀도를 높일 것을 요구하고 있는데 이 경우, 이차전지 발화 및 폭발과 관련된 안정성 리스크 역시 함께 증가하는 문제가 있었다.
특히, 이차전지가 발화 및 폭발하는 경우, 고온 가스가 배출되는데, 이 경우 인접한 이차전지들이 고온 가스에 연속적으로 노출되는 경우 연쇄적인 발화가 일어나는 것이 촉진되어 큰 폭발이 일어날 수 있다.
이에 상기한 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 특정 이차전지에서 발화가 일어나 고온가스가 발생하더라도 인접한 이차전지는 고온가스와 격리되어서 연쇄적인 발화가 일어나는 것을 방지할 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명은 복수의 이차전지; 상기 복수의 이차전지의 하부를 지지하는 하부 프레임; 상기 하부 프레임으로부터 복수 개가 서로 이격되어 상방향으로 연장 형성되며 다수의 분리 공간을 형성하는 측면 프레임; 및 상기 측면 프레임의 상측에 마련되며, 상기 다수의 분리 공간을 각각 개폐 가능하게 마련되는 상부 프레임을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다.
상기 상부 프레임은, 상기 분리 공간 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 상기 분리 공간을 선택적으로 개폐시킬 수 있다.
상기 상부 프레임은, 상기 측면 프레임의 상측에 마련되며, 상기 분리 공간의 위치에 대응하여 다수의 가스 배출홀이 형성되는 베이스부; 및 상기 베이스부에 결합하며, 상기 가스 배출홀에 대응하는 위치에서 상기 가스 배출홀을 개방 또는 폐쇄시키는 적어도 하나의 개폐부를 포함할 수 있다.
상기 상부 프레임은, 상기 베이스부에 결합하며, 상기 개폐부의 상측에서 상기 개폐부와 소정 간격 이격되도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지 팩은, 상기 하부 프레임에 결합하며; 상기 가스 배출홀로부터 배출된 가스를 외부로 배기하는 가스 배기 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 베이스부는, 상기 가스 배출홀로부터 배출된 가스가 이동하는 가스 이동홀이 적어도 하나 이상 형성되며; 상기 가스 배기 프레임은, 상기 가스 이동홀과 연통되어 상기 가스 이동홀로부터 이동한 가스를 외부로 배기할 수 있다.
상기 가스 배기 프레임은, 내부에 수용 공간이 형성되는 바디부; 및 상기 바디부에 결합하며 상기 수용 공간의 압력이 소정 압력 이상인 경우 파열되는 파열부를 포함할 수 있다.
상기 바디부는, 일 영역에 상기 가스 이동홀 및 상기 수용 공간을 연통시키는 적어도 하나의 연통홀 및 타 영역에 상기 수용 공간의 가스를 외부로 배기하는 적어도 하나의 배기홀이 형성되며; 상기 파열부는, 상기 배기홀에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
상기 가스 배출홀은, 상기 베이스부 상에서 상기 이차전지의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
상기 가스 배출홀은, 상기 베이스부 상에서 상기 복수의 이차전지의 배열 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
상기 개폐부는, 상기 베이스부에 고정 결합되는 고정부; 및 상기 고정부로부터 회동 가능하게 연결되어 상기 가스 배출홀을 개폐시키는 회동부를 포함할 수 있다.
상기 고정부는, 상기 베이스부에 용접 결합 또는 볼트 결합으로 고정 결합될 수 있다.
복수의 상기 측면 프레임 중 적어도 어느 하나는, 상기 이차전지를 마주보는 면에 내측으로 만입된 홈이 형성될 수 있다.
본 발명은 측면 프레임이 다수의 분리 공간을 형성하며, 상기 분리 공간에 복수의 이차전지가 소정 개수로 나뉘어 배치됨으로써 특정 이차전지에서 발화가 일어나 고온 가스가 발생하더라도 인접한 이차전지는 고온 가스에 노출되지 않으므로 연쇄적인 발화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 복수의 이차전지에서 발생하는 가스를 외부로 배출시키는 가스 배기 프레임을 더 포함하며, 상기 가스 배기 프레임은 하나의 가스 배출 경로를 형성하여 가스가 유동하는 자유 부피(free volume)가 커져 이에 발화 시 최대 압력이 감소하므로 프레임 구조의 변형 및 파괴를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 상기 가스 배기 프레임에 하나의 배기홀 및 하나의 파열부를 포함함으로써 파열부의 부품 수를 감소시켜 제조 및 관리 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 이차전지 팩의 일부 단면도이다.
도 3a은, 도 1의 이차전지 팩을 구성하는 베이스부에서 개폐부가 분리 공간을 폐쇄시키는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 3b는, 도 1의 이차전지 팩을 구성하는 베이스부에서 개폐부가 분리 공간을 개방시키는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4a는, 도 1의 이차전지 팩을 구성하는 상부 프레임에서 개폐부가 분리 공간을 폐쇄시키는 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4b는, 도 1의 이차전지 팩을 구성하는 상부 프레임에서 개폐부가 분리 공간을 개방시키는 모습을 보여주는 단면도이다.
도 5는, 본 발명 도 1의 이차전지 팩의 가스 유동 경로를 단순하게 보여주는 개념도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
실시예 1
본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은, 복수의 이차전지(110); 상기 복수의 이차전지(110)의 하부를 지지하는 하부 프레임(120); 상기 하부 프레임(120)으로부터 복수 개가 서로 이격되어 상방향으로 연장 형성되며 다수의 분리 공간을 형성하는 측면 프레임(130); 및 상기 측면 프레임(130)의 상측에 마련되며, 상기 다수의 분리 공간을 각각 개폐 가능하게 마련되는 상부 프레임(140)을 포함할 수 있다.
여기서 이차전지(110)는, 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스를 포함하는 구성일 수 있다. 그리고 상기 전극조립체는, 양극 집전체/ 양극 활물질층/ 분리막/ 음극 활물질층/ 음극 집전체 순으로 적층되어, 분리막의 일 면의 양극 활물질층이, 다른 일 면에 음극 활물질층이 대면하고 있는 구조를 가질 수 있다. 그리고 상기 전지케이스는, 원통형, 각형, 파우치형 등의 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.
이러한 이차전지(110)는 복수개로 마련될 수 있으며, 이 경우 일 방향을 따라 나란하게 배열될 수 있다. 예를 들어 상기 이차전지(110)들은 도 1에 도시된 바와 같이, 일 방향(도 1 기준 Y방향)을 따라 나란하게 배열될 수 있다. 그리고 나란하게 배열된 이차전지(110)들은 하부 프레임(120) 상에 안착될 수 있다.
구체적으로 상기 하부 프레임(120)은, 복수의 이차전지(110)의 하부를 지지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 예를 들어 상기 하부 프레임(120)은 다양한 재질 및 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 하부 프레임(120)에는 복수의 측면 프레임(130)이 상방향(도 1 기준 Z방향)으로 연장 형성되어 상기 이차전지(110)들의 측면을 지지할 수 있다. 이때, 측면 프레임(130)은, 상기 하부 프레임(120)으로부터 복수 개가 서로 이격되어 형성됨으로써 다수의 분리 공간을 형성할 수 있다. 그리고 상기 분리 공간에는 상기 이차전지(110)들이 소정 개수로 나뉘어 배치될 수 있다. 즉, 복수의 이차전지(110)들은 상기 측면 프레임(130)에 의하여 소정 개수만큼 격리되어 배치될 수 있다.
한편, 복수의 상기 측면 프레임(130) 중 적어도 어느 하나에는, 상기 이차전지(110)를 마주보는 면에 내측으로 만입된 홈(130a)이 형성될 수 있다.
구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 측면 프레임(130)에는 상기 이차전지(110)를 마주보는 면에 내측으로 만입된 홈(130a)이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 측면 프레임(130)과 이차전지(110)의 접촉면적이 작아지므로 하나의 측면 프레임(130) 사이에 두고 격리된 이차전지(110)들 상호간의 열 전달을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이러한 상기 홈(130a)은 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 홈(130a)은, 상기 이차전지(110) 높이 방향(도 2기준 Z방향)을 따라 연장 형성될 수 있다.
한편, 상기 측면 프레임(130)의 상측에는 다수의 상기 분리 공간을 각각 개방 또는 폐쇄시킬 수 있는 상부 프레임(140)이 마련될 수 있다.
구체적으로 상부 프레임(140)은, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 측면 프레임(130)의 상측에 마련되며, 상기 다수의 분리 공간을 각각 개폐 가능하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 프레임(140)은, 상기 분리 공간 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 상기 분리 공간을 선택적으로 개폐시킬 수 있다.
보다 상세하게 상기 상부 프레임(140)은, 복수의 이차전지(110) 중 하나의 이차전지(110)가 발화하는 경우, 발화한 이차전지(110)가 속한 분리 공간을 개방하여 상기 분리 공간의 가스를 방출시킬 수 있다. 이때 상기 상부 프레임(140)은, 발화한 이차전지(110)가 속한 분리 공간이 아닌 다른 분리 공간은 폐쇄함으로써, 상기 다른 분리 공간에 배치된 이차전지(110)들은 고온 가스에 노출 시키지 않을 수 있다. 이에 이차전지(110)들의 연쇄적인 발화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기한 상부 프레임(140)은 다양한 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 프레임(140)은, 도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 측면 프레임(130)의 상측에 마련되며, 상기 분리 공간의 위치에 대응하여 다수의 가스 배출홀(141a)이 형성되는 베이스부(141); 상기 베이스부(141)에 결합하며, 상기 가스 배출홀(141a)에 대응하는 위치에서 상기 가스 배출홀(141a)을 개방 또는 폐쇄시키는 적어도 하나의 개폐부(142)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 베이스부(141)는, 상기 측면 프레임(130)의 상측에 마련되며, 상기 분리 공간의 위치에 대응하여 다수의 가스 배출홀(141a)이 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어 상기 베이스부(141)는 다수의 가스 배출홀(141a)이 나란하게 형성된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이때 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스부(141)와 상기 측면 프레임(130) 사이에는 이차전지 팩(100)의 수밀 특성을 향상시키기 위한 가스켓(160)이 더 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 가스켓(160)은 상기 베이스부(141)와 동일 및 유사한 형상을 가질 수 있으며, 상기 베이스부(141)의 가스 배출홀(141a)에 대응되는 영역에 상하를 관통하는 관통홀이 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 가스 배출홀(141a)은 상기 베이스부(141) 상에서 다양하게 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 가스 배출홀(141a)은 상기 분리 공간의 위치 및 분리 공간의 면적 등에 따라 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 배출홀(141a)은, 상기 베이스부(141) 상에서 이차전지(110)의 길이 방향(도 1기준 X방향)을 따라 연장 형성되거나, 상기 베이스부(141) 상에서 상기 복수의 이차전지(110)의 배열 방향(도 1기준 Y방향)을 따라 연장 형성될 수도 있다.
한편, 상기 베이스부(141)는, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 가스 배출홀(141a)로부터 배출된 가스가 이동하는 가스 이동홀(141b)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
여기서 상기 가스 이동홀(141b)은, 후술하는 가스 배기 프레임(150)의 연통홀(150a)과 연통되어, 상기 가스 배출홀(141a)로부터 배출된 가스를 상기 가스 배기 프레임(150)의 연통홀(150a)로 이동시키는 구성으로 이해될 수 있다.
이러한 상기 가스 이동홀(141b)은 복수의 가스 배출홀(141a)의 개수에 대응되는 개수로 복수개 형성될 수 있다. 그리고 하나의 상기 가스 이동홀(141b)은 하나의 가스 배출홀(141a)에 대응되어 서로 인접하게 마련될 수 있다. 이에 어느 하나의 가스 배출홀(141a)로부터 배출된 가스는 상기 가스 배출홀(141a)에 인접한 가스 이동홀(141b)을 통해 후술하는 연통홀(150a)로 이동할 수 있다.
한편, 상술한 가스 배출홀(141a)은, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 개폐부(142)에 의해서 개방 및 폐쇄될 수 있다. 여기서 개폐부(142)는, 상기 베이스부(141)에 결합하며, 상기 가스 배출홀(141a)에 대응하는 위치에서 상기 가스 배출홀(141a)을 개방 또는 폐쇄시키는 구성으로 이해될 수 있다.
보다 상세하게 상기 개폐부(142)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 이차전지(110)가 배치된 분리 공간에서 가스가 발생하지 않아 분리 공간의 내부 압력이 외부와 동일하거나 외부보다 낮은 경우에는 상기 분리 공간에 대응되는 가스 배출홀(141a)을 폐쇄시킴으로써 분리 공간 내부로 가스가 유입됨을 방지할 수 있다.
그리고 상기 개폐부(142)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 이차전지(110)가 배치된 특정 분리 공간에서 가스가 발생하여 분리 공간의 내부 압력이 높아지는 경우 상기 분리 공간에 대응되는 가스 배출홀(141a)을 개방시킴으로써 분리 공간 외부로 가스를 배출시킬 수 있다.
이로써 상기 개폐부(142)는 특정 분리 공간에 배치된 이차전지(110)가 발화하여 고온 가스가 발생하더라도 다른 분리 공간에 배치된 이차전지(110)에는 고온 가스의 유입을 방지할 수 있으므로 이차전지(110)의 연쇄적인 발화를 방지할 수 있다.
상기한 개폐부(142)는 다양한 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 개폐부(142)는, 상기 베이스부(141)에 고정 결합되는 고정부(142a); 및 상기 고정부(142a)로부터 회동 가능하게 연결되어 상기 가스 배출홀(141a)을 개폐시키는 회동부(142b)를 포함할 수 있다.
여기서 고정부(142a)는, 상기 베이스부(141)에 고정 결합되는 구성으로서, 도 4a 내지 4b에 도시된 바와 같이, 상기 베이스부(141)에 고정 결합 될 수 있다. 이 경우 상기 고정부(142a)는, 상기 베이스부(141)에 용접 결합 또는 볼트 결합으로 고정 결합될 수 있다.
그리고 상기 회동부(142b)는, 상기 고정부(142a)로부터 회동 가능하게 연결되어 상기 가스 배출홀(141a)을 개폐시키는 구성으로서, 일 단이 상기 고정부(142a)로부터 회동 가능하게 연결되고, 타단은 상기 베이스부(141)와 접촉 가능하게 마련될 수 있다. 이때 상기 회동부(142b)는 연결부(142c)를 통해 상기 고정부(142a)에 회동 가능하게 마련될 수 있다.
한편, 상기 상부 프레임(140)은, 상기 베이스부(141)에 결합하며, 상기 개폐부(142)의 상측에서 상기 개폐부(142)와 소정 간격 이격되도록 마련되는 커버부(143)를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 커버부(143)는 도 2에 도시된 바와 같이, 커버 플레이트(143a); 및 상기 커버 플레이트(143a)로부터 상기 베이스부(141)를 향하여 돌출되어 상기 베이스부(141)에 결합하는 복수의 돌출부(143b)를 포함할 수 있다. 상기 돌출부(143b)는 가스 배출홀(141a)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
여기서 커버 플레이트(143a)는, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 커버 플레이트(143a)는 상술한 하부 프레임(120)의 형상에 대응되는 형상을 가지면서 상기 복수의 이차전지(110)의 상측을 커버할 수 있다.
그리고 상기 돌출부(143b)는 상기 커버 플레이트(143a)로부터 상기 베이스부(141)를 향하여 복수개가 소정 간격으로 이격 형성되는 구성으로서, 다양한 구성을 가질 수 있다.
구체적으로 상기 돌출부(143b)는, 상기 커버 플레이트(143a)로부터 돌출 형성되어, 상기 커버 플레이트(143a)를 상술한 개폐부(142)와 이격시킴으로써 개폐부(142)의 회동부(142b)가 회동 가능하도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 커버 플레이트(143a)와 상기 개폐부(142)는 상기 돌출부(143b)의 높이(도 2 기준 Z방향의 길이)만큼 이격될 수 있다.
그리고, 상기 돌출부(143b)는 상기 베이스부(141)에서 상기 가스 배출홀(141a)이 형성되지 않은 영역과 결합하도록 복수개가 소정 간격으로 이격 형성될 수 있다. 이때 상기 돌출부(143b)는, 상기 커버 플레이트(143a)의 일 단으로부터 상기 일단과 반대에 위치되는 타단까지 상기 가스 배출홀(141a)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 이 경우 상기 돌출부(143b)는, 복수의 상기 가스 배출홀(141a)로부터 배출된 가스들을 서로 격리시키고, 상술한 가스 이동홀(141b)로 상기 가스의 이동을 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 커버부(143)의 돌출부(143b) 구조는, 가스켓(160)이 이차전지가 구획되어 있는 분리공간 사이의 수밀 특성을 유지하도록 하는데 필요한 핵심 구조로 중요한 기술이라고 할 수 있다. 커버부(143)는 결합 볼트 등으로 측면 프레임(130)에 결합될 수 있는데, 이때 만약 돌출부(143b)가 없다면, 결합 볼트가 가스켓(160)을 관통하면서 측면 프레임(130)에 결합되는 과정에서 가스켓(160)이 들뜰 수 있다. 이렇게 되면 이차전지가 구획되어 있는 분리공간 사이의 수밀 특성이 깨질 수도 있다. 따라서 돌출부는 이차전지가 구획되어 있는 분리공간 사이의 수밀 특성을 유지하도록 하는 중요한 역할을 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은, 상술한 분리 공간들로부터 발생한 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은, 상기 하부 프레임(120)에 결합하며; 상기 가스 배출홀(141a)로부터 배출된 가스를 외부로 배기하는 가스 배기 프레임(150)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 가스 배기 프레임(150)은, 전술한 베이스부(141)의 가스 이동홀(141b)과 연통되어 상기 가스 이동홀(141b)로부터 이동한 가스를 외부로 배기하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어 상기 가스 배기 프레임(150)은, 내부에 수용 공간이 형성되는 바디부(151); 및 상기 바디부(151)에 결합하며 상기 수용 공간의 압력이 소정 압력 이상인 경우 파열되는 파열부(152)를 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 바디부(151)는, 내부에 수용 공간이 형성됨으로써 상기 가스 이동홀(141b)로부터 유입된 가스의 유동 공간을 형성할 수 있다. 이때 상기 수용 공간은 하나의 가스 유동 경로를 형성할 수 있다. 이 경우, 수용 공간이 구획되어 복수의 가스 유동 경로를 형성하는 구조보다 이차전지 팩(100) 전체에서 발생하는 가스가 유동할 수 있는 자유 부피가 커지므로 이차전지(110) 발화 시 최대 압력이 감소되어 이차전지 팩(100)의 구조 변형 및 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 5를 참고하면 본 발명의 가스 유동 경로를 보다 쉽게 이해할 수 있다. 즉, 도 5에는 복수의 이차전지(110)들로부터 발생하는 가스가 개폐부(142)를 통해 방출되며, 상기 개폐부(142)로부터 방출된 가스는 상기 바디부(151)의 수용 공간에서 하나의 경로를 공유하며 유동하는 모습이 도시되어 있다.
이때 도 5에는 복수의 이차전지(110) 개수에 대응하여 복수의 개폐부(142)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 상기 개폐부(142)는 복수의 이차전지(110)의 개수보다 적게 마련될 수 있으며, 상기 이차전지(110)들이 분리 공간에 소정 개수로 마련되는 경우 상기 분리 공간의 개수에 대응되어 마련될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 바디부(151)는, 일 영역에 상기 가스 이동홀(141b) 및 상기 수용 공간을 연통시키는 적어도 하나의 연통홀(150a) 및 타 영역에 상기 수용 공간의 가스를 외부로 배기하는 적어도 하나의 배기홀(150b)이 형성될 수 있다.
여기서 상기 연통홀(150a)은 상기 가스 이동홀(141b)의 개수 및 가스 이동홀(141b)의 위치에 대응되어 복수 개로 형성될 수 있다. 이때 상기 수용 공간은 하나의 가스 유동 경로를 형성할 수 있으며, 복수의 연통홀(150a)로부터 유입된 가스는 상기 수용 공간을 지나 상기 배기홀(150b)을 통해 외부로 배기될 수 있다.
이때, 상기 바디부(151) 상에서 상기 연통홀(150a) 및 상기 배기홀(150b)은 각각 다양한 개수로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 연통홀(150a)은 상술한 가스 이동홀(141b)의 개수에 대응되어 복수개로 형성되고, 상기 배기홀(150b)은 하나로 형성될 수 있다. 즉 복수의 연통홀(150a)로부터 유입된 가스는 내부 수용 공간에서 하나의 경로를 공유하며 하나의 배기홀(150b)을 통해 외부로 배기될 수 있다.
한편 상기 배기홀(150b)에 대응되는 위치에는 수용 공간의 압력이 소정 압력 이상인 경우 파열되는 파열부(152)가 마련될 수 있다. 상기한 파열부(152)는 상기 바디부(151)보다 기계적 강성이 약한 구성으로서 상기 바디부(151) 수용 공간 내부의 압력이 소정 압력 이상인 경우 파열되는 구성으로 이해될 수 있다.
즉, 상기 파열부(152)는 상기 수용 공간의 압력이 소정 압력 미만인 경우에는 상기 배기홀(150b)에 대응되는 위치에 마련되어 상기 배기홀(150b)을 밀폐시킬 수 있으며, 상기 수용 공간의 압력이 소정 압력 이상인 경우에는 파열되어 상기 배기홀(150b)을 개방시킬 수 있다.
이러한 파열부(152)는 상기 바디부(151)에 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 예를 들어 상기 파열부(152)는, 상기 바디부(151)에 용접 결합 또는 볼트 결합 등으로 결합될 수도 있고, 상기 바디부(151)에 접착성 물질을 통해 접착될 수도 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 바디부(151) 상에서 상기 연통홀(150a)은 상술한 가스 이동홀(141b)의 개수에 대응되어 복수개로 형성되고, 상기 배기홀(150b)은 하나로 형성되는 경우, 상기 배기홀(150b)에 대응되어 마련되는 파열부(152) 역시 하나로 마련될 수 있다. 이 경우, 파열부(152) 구성을 복수개 마련할 필요가 없으므로, 파열부(152)가 적용된 이차전지 팩(100)의 제조 및 관리 비용을 최소화할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
실시예 2
한편, 본 발명의 실시예 2에서는, 실시예 1의 가스 배기 프레임(150)에 파열부(152)를 포함하지 않는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.
실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 2에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 2에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.
즉, 본 발명의 실시예 2에서는, 가스 배기 프레임(150)에 형성된 배기홀(150b)을 밀폐시키는 파열부(152)를 포함하지 않으므로, 상기 배기홀(150b)은 항상 개방된 상태를 유지할 수 있다. 이에 수용 공간으로 포집된 가스는 신속하게 외부로 배출될 수 있다.
다만 상기 바디부(151) 내부 수용 공간에 포집된 가스가 너무 많은 양이 한꺼번에 배출되는 경우에는 이차전지 팩(100) 내부 또는 외부에 화염이 발생될 가능성이 있으므로, 상기 배기홀(150b)은 적정한 크기 및 개수로 형성됨이 바람직하다.
이때 배기홀(150b)의 크기 및 개수는 작업자의 필요에 따라 수용 공간 내부의 가스를 외부로 적정한 배출량으로 배출하거나, 적정한 배출 속도를 유지하면서 배출되도록 적절하게 선택될 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
100: 이차전지 팩
110: 이차전지
120: 하부 프레임
130: 측면 프레임
130a: 홈
140: 상부 프레임
141: 베이스부
141a: 가스 배출홀
141b: 가스 이동홀
142: 개폐부
142a: 고정부
142b: 회동부
142c: 연결부
143: 커버부
143a: 커버 플레이트
143b: 돌출부
150: 가스 배기 프레임
150a: 연통홀
150b: 배기홀
151: 바디부
152: 파열부
160: 가스켓

Claims (13)

  1. 복수의 이차전지;
    상기 복수의 이차전지의 하부를 지지하는 하부 프레임;
    상기 하부 프레임으로부터 복수 개가 서로 이격되어 상방향으로 연장 형성되며 다수의 분리 공간을 형성하는 측면 프레임; 및
    상기 측면 프레임의 상측에 마련되며, 상기 다수의 분리 공간을 각각 개폐 가능하게 마련되는 상부 프레임을 포함하는 이차전지 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 프레임은, 상기 분리 공간 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 상기 분리 공간을 선택적으로 개폐시키는 이차전지 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 프레임은,
    상기 측면 프레임의 상측에 마련되며, 상기 분리 공간의 위치에 대응하여 다수의 가스 배출홀이 형성되는 베이스부; 및
    상기 베이스부에 결합하며, 상기 가스 배출홀에 대응하는 위치에서 상기 가스 배출홀을 개방 또는 폐쇄시키는 적어도 하나의 개폐부를 포함하는 이차전지 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 프레임은,
    상기 베이스부에 결합하며, 상기 개폐부의 상측에서 상기 개폐부와 소정 간격 이격되도록 마련되는 커버부를 더 포함하는 이차전지 팩.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 하부 프레임에 결합하며; 상기 가스 배출홀로부터 배출된 가스를 외부로 배기하는 가스 배기 프레임을 더 포함하는 이차전지 팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스부는, 상기 가스 배출홀로부터 배출된 가스가 이동하는 가스 이동홀이 적어도 하나 이상 형성되며;
    상기 가스 배기 프레임은, 상기 가스 이동홀과 연통되어 상기 가스 이동홀로부터 이동한 가스를 외부로 배기하는 이차전지 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스 배기 프레임은,
    내부에 수용 공간이 형성되는 바디부; 및
    상기 바디부에 결합하며 상기 수용 공간의 압력이 소정 압력 이상인 경우 파열되는 파열부를 포함하는 이차전지 팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 바디부는,
    일 영역에 상기 가스 이동홀 및 상기 수용 공간을 연통시키는 적어도 하나의 연통홀 및 타 영역에 상기 수용 공간의 가스를 외부로 배기하는 적어도 하나의 배기홀이 형성되며;
    상기 파열부는, 상기 배기홀에 대응되는 위치에 마련되는 이차전지 팩.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 배출홀은,
    상기 베이스부 상에서 상기 이차전지의 길이 방향을 따라 연장 형성되는 이차전지 팩.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 배출홀은,
    상기 베이스부 상에서 상기 복수의 이차전지의 배열 방향을 따라 연장 형성되는 이차전지 팩.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 개폐부는,
    상기 베이스부에 고정 결합되는 고정부; 및
    상기 고정부로부터 회동 가능하게 연결되어 상기 가스 배출홀을 개폐시키는 회동부를 포함하는 이차전지 팩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고정부는, 상기 베이스부에 용접 결합 또는 볼트 결합으로 고정 결합되는 이차전지 팩.
  13. 청구항 1에 있어서,
    복수의 상기 측면 프레임 중 적어도 어느 하나는, 상기 이차전지를 마주보는 면에 내측으로 만입된 홈이 형성된 이차전지 팩.
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