WO2023277305A1 - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2023277305A1
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안문열
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more particularly, when high-temperature gas and flame are generated in some battery modules, the generated high-temperature gas and flame are cooled through a relatively long venting path and cooled. It relates to a battery pack and a device including the same that safely discharges the generated gas and flame to the outside of the battery pack.
  • Secondary batteries which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are commonly applied not only to portable devices but also to electric or hybrid vehicles driven by an electrical driving source, power storage devices, and the like. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving energy efficiency and eco-friendliness in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels.
  • lithium secondary batteries can be classified into cylindrical or prismatic secondary batteries in which electrode assemblies are embedded in metal cans and pouch-type secondary batteries in which electrode assemblies are embedded in aluminum laminate sheet pouches, depending on the shape of the exterior material.
  • a medium-large module structure battery pack in which a plurality of secondary batteries are connected in series or parallel to a battery module is increasing.
  • capacity and output are improved by forming a battery cell stack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other.
  • a plurality of 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
  • the battery pack has a structure in which a plurality of battery modules are combined, safety and operational efficiency of the battery pack may be problematic when some battery modules are overvoltage, overcurrent, or overheated.
  • the high-temperature gas and the emission material generated during thermal runaway of the battery module are directly discharged to the outside, the high-temperature gas and the emission substance encounter oxygen and generate a flame. Accordingly, when high-temperature gas and flame are generated in some battery modules, the high-temperature gas and flame need to be sufficiently cooled before being discharged to the outside to minimize the possibility of flame when discharged to the outside.
  • the problem to be solved by the present invention is that when high-temperature gas and flame are generated in some battery modules, the generated high-temperature gas and flame are cooled through a relatively long venting path, and the cooled gas and flame are discharged to the outside of the battery pack. It relates to a battery pack that safely discharges and a device including the same.
  • a lower pack frame in which a plurality of battery modules are mounted; and an upper pack frame positioned above the battery module, and at least two inner beams and side frames serving as venting paths through which gas generated from the battery module moves are formed on the bottom surface of the lower pack frame,
  • the side frame extends along an edge of the bottom surface of the lower pack frame, the at least two inner beams are spaced apart from each other, and an end of the inner beam and an inner surface of the side frame are in contact with each other, and the inner beam At least one first connection portion communicating with an end of the side frame and an inner surface of the side frame is formed, and the inner beam includes at least one venting hole penetrating the side surface of the inner beam.
  • the plurality of battery modules may be partitioned from each other by the side frame and the at least two inner beams.
  • a pair of battery modules may be disposed between a pair of inner beams positioned adjacent to each other among the at least two inner beams and the side frame.
  • the at least one venting hole may be located between the pair of battery modules.
  • the side frame may include a pair of first side beams extending in a longitudinal direction of the lower pack frame and a pair of second side beams extending in a width direction of the lower pack frame.
  • the inner beam may extend along the length direction of the second side beam, and the first connection part may be located on a surface where an end of the inner beam and an inner surface of the first side beam come into contact.
  • the first side beam and the second side beam may include a second connection portion communicating with each other.
  • At least one bent part may be formed in one of the pair of second side beams.
  • the side frame is located on one of the pair of first side beams, and includes a blocking portion in which an inside of the first side beam is closed, and the blocking portion is formed on the second side beam in which the bent portion is formed.
  • the first connection portion positioned adjacent to may be closed.
  • the inner beam includes a first inner partition wall and a second inner partition wall extending in a longitudinal direction of the inner beam, the second inner partition wall is positioned on the first inner partition wall, and the first inner partition wall and the second inner partition wall are positioned on the first inner partition wall.
  • the at least one venting hole may be located between the bottom surfaces of the inner beams.
  • Both ends of the first inner partition wall are spaced apart from both side surfaces of the inner beam, both ends of the second inner partition wall are in contact with the side surfaces of the inner beam, respectively, and the center of the second inner partition wall is the second inner partition wall.
  • 1 may be open toward the inner partition wall, and the first connection portion may be formed on both side surfaces of the inner beam positioned between both ends of the second inner partition wall and an upper surface of the inner beam.
  • first inner partition wall is in contact with one side surface of the inner beam
  • the other end of the first inner partition wall has opposite sides of the inner beam spaced apart from each other
  • one end of the second inner partition wall is spaced apart from each other.
  • the inner beam is in contact with the opposite side of the inner beam
  • the other end of the second inner partition wall is spaced apart from one side of the inner beam, and is located between the end of the second inner partition wall and the upper surface of the inner beam.
  • first connection portion is formed on the opposite side of the inner beam, one side of the inner beam may be closed.
  • the opposite side of the inner beam may be positioned adjacent to the first side beam on which the blocking part is formed among the pair of first side beams.
  • the first side beam includes a first side partition wall and a second side partition wall extending in a longitudinal direction of the first side beam, the second side partition wall is positioned on the first side partition wall, and the first side partition wall is disposed on the first side partition wall. Both ends of the side partition wall are in contact with both side surfaces of the first side beam, and between the first side partition wall and the second side partition wall in the first side beam where the blocking part is located among the pair of first side beams.
  • the first connection part may be located in.
  • Both ends of the second side partition wall are in contact with both side surfaces of the first side beam, the center of the second side partition wall is open toward the first side partition wall, and the second connection portion is the second side partition wall. It may be formed on both sides of the first side beam located between the partition wall and the upper surface of the first side beam.
  • One end of the second side partition wall is in contact with one side surface of the first side beam, the other end of the second side partition wall is spaced apart from the other side surface of the first side beam, and the pair of first side partitions In the first side beam where the blocking part is located among the beams, the second connection part is formed on both sides of the first side beam located between the end of the second side partition and the upper surface of the first side beam, respectively.
  • the blocking portion may close the second connection portion adjacent to the other side of the first side beam.
  • both ends of the first side partition wall and the second side partition wall may respectively contact both side surfaces of the first side beam.
  • a second connection portion in which surfaces of the first side beam and the second side beam contact each other are in communication, and the second connection portion is located between one end of the second side partition wall and an upper surface of the first side beam. can do.
  • a venting valve may be inserted into the venting hole.
  • a device includes the battery pack described above.
  • the battery pack of the present invention and the device including the same have a relatively long venting path formed by the inner frame and the side frame, so that when high-temperature gas and flame are generated in some battery modules, the generated high-temperature Gas and flame are cooled through the relatively long venting path, and the cooled gas and flame can be safely discharged to the outside of the battery pack.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a gas discharge path based on the upper surface of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A′ of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB′ of FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a view showing a venting valve inserted into a venting hole included in the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a side frame or an inner beam included in the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 9 is a view showing a gas discharge path based on the top surface of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A′ of FIG. 2 .
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB′ of FIG. 2 .
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ in FIG. 2 .
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a gas discharge path based on the upper surface of the battery pack of FIG. 1 .
  • the battery pack 1000 includes a lower pack frame 1100 on which a plurality of battery modules 100 are mounted; and an upper pack frame 1200 positioned above the battery module 100 .
  • the lower pack frame 1100 and the upper pack frame 1200 may be coupled to each other by welding or the like to seal the inside of the battery pack 1000 .
  • the battery module 100 may include a battery cell stack 120 and module frames 210 and 250 in which a plurality of battery cells are stacked in a predetermined direction.
  • the module frames 210 and 250 may include an upper frame 210 and a lower pack frame 250, and the battery cell stack 120 is mounted between the upper frame 210 and the lower pack frame 250
  • the battery module 100 may be configured.
  • the module frames 210 and 250 are not limited to the above, and may be monoframes in the form of metal plates in which the upper and lower surfaces and both sides are integrated.
  • the type of the battery cell is not particularly limited, it may be a pouch-type secondary battery or a prismatic secondary battery, but is preferably a pouch-type secondary battery.
  • the lower pack frame 1100 has at least two inner beams 1110 and side frames 1150 formed on the bottom surface of the lower pack frame 1100 .
  • at least two of the inner beam 1110 and the side frame 1150 may be a venting path through which gas generated in the battery module 100 moves.
  • the lower pack frame 1100 includes at least two inner beams 1110 and side frames 1150 protruding from the bottom surface of the lower pack frame 1100 toward the upper frame 1200 .
  • the bottom surface of the lower pack frame 1100 and at least two inner beams 1110 and side frames 1150 may be coupled to each other by welding or the like.
  • the inner beam 1110 and the side frame 1150 may be made of a tubular extruded reinforcing beam.
  • the extruded reinforcing beam may be made of aluminum (Al).
  • Al aluminum
  • the plurality of battery modules 100 may be partitioned from each other by a side frame 1150 and at least two inner beams 1110.
  • the plurality of battery modules 100 may be respectively disposed in an area located between the side frame 1150 and at least two inner beams 1110 .
  • a pair of battery modules 100 between a pair of inner beams 1110 positioned adjacent to each other and a side frame 1150 among at least two inner beams 1110 may be placed.
  • the pair of battery modules 100 may be spaced apart and disposed in a direction facing each other.
  • end plates (not shown) included in each battery module 100 may be disposed in a direction facing each other.
  • the plurality of battery modules 100 are surrounded by at least two inner beams 1110 and side frames 1150, so that each battery module 100 can be protected from external impact.
  • the side frames 1150 may extend along the edges of the bottom surface of the lower pack frame 1100 . More specifically, it may extend along each corner of the bottom surface of the lower pack frame 1100 .
  • the upper surface of the side frame 1150 may be in contact with the upper pack frame 1200 .
  • the upper surface of the side frame 1150 and the upper pack frame 1200 may be coupled to each other by welding or the like to seal the inside of the battery pack 1000 .
  • At least two inner beams 1110 may be spaced apart from each other.
  • the distance at which the at least two inner beams 1110 are spaced apart may be equal to or greater than the size of the battery module 100 .
  • the end of the inner beam 1110 may be in contact with the inner surface of the side frame 1150. More specifically, both ends of the inner beam 1110 may be in contact with the inner surface of the side frame 1150, respectively.
  • at least one first connection portion 1130a (FIG. 4) communicating with the end of the inner beam 1110 and the inner surface of the side frame 1150 may be formed. More specifically, the first connection portion 1130a (FIG. 4) may be formed on at least a portion of a surface where the end of the inner beam 1110 and the inner surface of the side frame 1150 come into contact.
  • the inner beam 1110 may include at least one venting hole 1110h penetrating a side surface of the inner beam 1110 . More specifically, the venting hole 1110h may be a hole formed by removing some of the side surfaces of the inner beam 1110 .
  • At least one venting hole 1110h may be positioned between the pair of battery modules 100 .
  • at least one venting hole 1110h may be formed at a spaced position between the pair of battery modules 100.
  • the location of the venting hole 1110h is not limited thereto, and any location where gas and flame generated from the battery module 100 can be easily discharged may be included in the present embodiment.
  • the venting hole 1110h may have a circular shape.
  • the shape of the venting hole 1110h is not limited thereto, and any shape in which gas and flame generated from the battery module 100 can be easily discharged may be included in the present embodiment.
  • venting hole 1110h may be arranged side by side in the longitudinal direction of the inner beam 1110 .
  • the arrangement of the venting holes 1110h is not limited thereto, and any arrangement in which gas and flame generated from the battery module 100 can be easily discharged may be included in the present embodiment.
  • the generated high-temperature gas and/or flame is emitted from the internal beam 1110 It may flow into the inner beam 1110 according to the pressure difference through the venting hole 1110h formed therein. Thereafter, the high-temperature gas and/or flame introduced into the inner beam 1110 may be introduced into the side frame 1150 through the first connection portion 1130a and along the first path d1 due to a pressure difference.
  • the inner beam 1110 may form a venting path, and high-temperature gas and/or flame moving along the venting path may contact the inner surface of the inner beam 1110 and be cooled.
  • the side frame 1150 includes a pair of first side beams 1150a extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the lower pack frame 1100 and the width of the lower pack frame 1100. It may include a pair of second side beams 1150b extending along the direction (y-axis direction).
  • the pair of first side beams 1150a and the pair of second side beams 1150b may be integrated with each other or combined with each other by welding or the like.
  • first side beam 1150a and the pair of second side beams 1150b may be in communication with each other.
  • first side beam 1150a and the second side beam 1150b include a second connection portion 1130b (FIG. 5) communicating with each other.
  • the second connection portion 1130b (FIG. 5) may be formed on at least a portion of surfaces where the first side beam 1150a and the second side beam 1150b come into contact with each other.
  • the inner beam 1110 may extend along the length direction of the second side beam 1150b. More specifically, at least one first connection part 1130a (FIG. 4) may be located on a surface where the end of the inner beam 1110 and the inner surface of the first side beam 1150a come into contact. More specifically, the first connection portion 1130a (FIG. 4) may be formed on at least a portion of a surface where the end of the inner beam 1110 and the inner surface of the first side beam 1150a come into contact.
  • At least one venting part 1700 may be formed on one second side beam 1150b of the pair of second side beams 1150b.
  • the venting part 1700 may be a member that opens or closes or ruptures according to internal pressure of the battery pack 1000 .
  • the venting part 1700 is connected to the inside of the battery pack 1000, is open to the outside only when the pressure inside the battery pack 1000 is higher than a certain pressure, and is closed when the pressure is lower than a certain pressure. It may consist of members.
  • the venting part 1700 may be a relief valve.
  • the venting part 1700 is not limited thereto, and any member that can be opened and closed according to the pressure of the battery pack 1000 may be included in the present embodiment.
  • the venting part 1700 may burst when the pressure inside the battery pack 1000 reaches a certain level or higher. More specifically, the venting unit 1700 may include a rupture surface (not shown) configured to rupture when the pressure of the introduced gas exceeds a certain pressure, such as a rupture disc.
  • a rupture surface not shown
  • the structure of the venting part 1700 is not limited thereto, and any structure that communicates with the side frame 1150 to discharge internal gas to the outside may be included in the present embodiment.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced into the first side beam 1150a of the side frame 1150 passes through the second connection part 1130b (FIG. 5), and the second side beam 1150b ) can be moved. That is, the high-temperature gas and/or flame introduced into the side frame 1150 moves inside the side frame 1150 due to the pressure difference along the second path d2, and finally the side where the venting part 1700 is located. It may be discharged from the frame 1150 to the outside through the venting part 1700 .
  • the side frame 1150 may form a venting path, and the high-temperature gas and/or flame moving along the venting path may come into contact with the inner surface of the side frame 1150 and be cooled. ), the cooled gas and/or flame can be safely discharged to the outside.
  • the side frame 1150 may include a blocking portion 1160 positioned on one of the pair of first side beams 1150a.
  • the blocking portion 1160 may refer to a portion in which the inside of the first side beam 1150a is closed.
  • the blocking portion 1160 may refer to a portion in which the inside of the first side beam 1150a is blocked and thus gas and/or flame moving inside the first side beam 1150a cannot move.
  • the blocking part 1160 may close one of the second connection parts 1130b (FIG. 5) formed on the surface where the first side beam 1150a and the second side beam 1150b come into contact with each other.
  • the blocking part 1160 is a high-temperature gas and/or flame that may be introduced through the second connection part 1130b (FIG. 5) located between the first side beam 1150a and the second side beam 1150b. can block
  • the generated high-temperature gas and / or flame is generated in the inner beam 1110 and the side frame 1150 It can flow into the venting path formed by, but the blocking portion 1160 is formed on the first side beam 1150a, so that the movement direction of the high-temperature gas and / or flame can be limited and induced.
  • the high-temperature gas and/or flame moving toward the blocking portion 1160 formed on the first side beam 1150a is limited in movement by the blocking portion 1160 and moves in the opposite direction. can be induced.
  • the high-temperature gas and/or flame can extend the time the high-temperature gas and/or flame stays in the venting path by the blocking unit 1160, and thus the cooling performance of the gas and/or flame is improved. can be improved
  • the blocking part 1160 is located on one of the first side beams 1150a of the pair of first side beams 1150a, but the side frame 1150 has a second side surface on which the venting part 1700 is formed. It may be positioned adjacent to beam 1150b. More specifically, the blocking portion 1160 closes the second connection portion 1130b (FIG. 5) positioned adjacent to the second side beam 1150b on which the venting portion 1700 is formed among the second connection portions 1130b (FIG. 5). can do.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced through the venting hole 1100h moves toward the first side beam 1150a where the blocking part 1160 is located, but does not reach the blocking part 1160.
  • the movement is restricted by , and the hot gas and/or flame moves counterclockwise along the side frame 1150 .
  • the moving direction of the high-temperature gas and/or flame may be in the opposite direction depending on the position of the blocking part 1160 . That is, in this embodiment, the high-temperature gas and/or flame is located adjacent to the venting unit 1700 so that the high-temperature gas and/or flame is blocked by the blocking unit 1160, and the time required for the high-temperature gas and/or flame to reach the venting unit 1700 can be extended. In other words, according to this embodiment, the time during which the high-temperature gas and/or flame stays in the venting path can be further extended, and accordingly, the cooling performance of the gas and/or flame can be further improved.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A′ of FIG. 2 .
  • 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB′ of FIG. 2 .
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ of FIG. 2 .
  • the inner beam 1110 includes a first inner partition 1111 and a second inner partition 1115 extending along the length direction of the inner beam 1110 . More specifically, the second internal barrier rib 1115 may be positioned on the first internal barrier rib 1111 . Here, the first internal barrier rib 1111 and the second internal barrier rib 1115 may be spaced apart from each other.
  • At least one venting hole 1110h may be positioned between the first inner partition wall 1111 and the bottom surface of the inner beam 1110. More specifically, the at least one venting hole 1110h may be located at the center between the first inner partition wall 1111 and the bottom surface of the inner beam 1110 .
  • both ends of the first inner partition wall 1111 may be spaced apart from both sides of the inner beam 1110, respectively.
  • high-temperature gas and/or flame may move between both ends of the first inner partition 1111 and both sides of the inner beam 1110 along the first path d1.
  • both ends of the second inner partition wall 1115 are in contact with the side surfaces of the inner beam 1110, respectively, but the center of the second inner partition wall 1115 may be open toward the first inner partition wall 1111.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between both ends of the first inner partition wall 1111 and both sides of the inner beam 1110 travels along the first path d1 toward the center of the second inner partition wall 1115. can move along
  • first connection portion 1130a may be formed on both sides of the inner beam 1110 positioned between both ends of the second inner partition wall 1115 and the upper surface of the inner beam 1110, respectively.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between the second inner partition walls 1115 moves between the second inner partition walls 1115 and the top surface of the inner beam 1110, and the first path along the first path d1. It may flow into the first side beam 1150a through the connecting portion 1130a.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced into the inner beam 1110 through the venting hole 1100h is directed to the first inner partition wall 1111 and the second inner partition wall 1115. moves through a relatively long venting path. That is, in the inner beam 1110, the time during which the high-temperature gas and/or flame stays in the venting path may be longer due to the relatively long venting path, and thus the cooling performance of the gas and/or flame may be improved. can be improved
  • the inner beam 1110 replaces the first inner partition wall 1111 and the second inner partition wall 1115, and a member such as a metal pipe or a corrugated pipe is inserted into the inner beam 1110 in a zigzag manner.
  • a member such as a metal pipe or a corrugated pipe is inserted into the inner beam 1110 in a zigzag manner.
  • the first side beam 1150a includes a first side partition wall 1151 and a second side partition wall 1155 extending along the length direction of the first side beam 1150a. includes More specifically, the second side partition 1155 may be positioned on the first side partition 1151 .
  • the first internal barrier rib 1111 and the second internal barrier rib 1115 may be spaced apart from each other.
  • the first connection portion between the first side partition wall 1151 and the second side partition wall 1155 (1130a) may be located.
  • both ends of the first side partition wall 1151 may contact both sides of the first side beam 1150a.
  • the first connection part 1130a may be located in That is, the high-temperature gas and/or flame introduced into the inner beam 1110 is introduced between the first side partition wall 1151 and the second side partition wall 1155 through the first connection part 1130a, and is introduced into the second path d2 ) can move hot gases and/or flames.
  • both ends of the second side partition wall 1155 are in contact with both sides of the first side beam 1150a, but the center of the second side partition wall 1155 is open toward the first side partition wall 1150a.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between the first side partition 1151 and the second side partition 1155 may move along the second path d2 towards the center of the second side partition 1155. there is.
  • the second connection portion 1130b may be formed on both sides of the first side beam 1150a positioned between the second side partition wall 1155 and the top surface of the first side beam 1150a.
  • the high-temperature gas and/or flame that has moved between the second side partition walls 1155 moves between the second side partition walls 1155 and the upper surface of the first side beam 1150a, along the second path d2. It may flow into the second side beam 1150b through the second connection part 1130b.
  • the blocking part 1160 is connected to the first side beam 1150a.
  • One of the second connection parts 1130b formed on the surface where the second side beams 1150b come into contact with each other may be closed. More preferably, as shown in FIG. 5, the blocking part 1160 is located adjacent to the second side beam 1150b on which the venting part 1700 is formed among the second connecting parts 1130b (1130b, FIG. 5). ) can be closed.
  • the blocking part 1160 blocks the second connection part 1130b. may not be closed.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced along the second connection part 2130b is It may move along the upper surface of the first side beam 2150a and the second side partition wall 2155 along the second path d2 and move toward another second connection portion 2130b.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced into the first side beam 1150a through the first connection portion 1130a passes through the first side partition wall 1151 and the second side beam 1150a. It moves through a venting path formed relatively long by the side partition wall 1155 . That is, a relatively long venting path of the high-temperature gas and/or flame in the side frame 1150 may further extend the time during which the high-temperature gas and/or flame stay in the venting path, and thus the cooling performance of the gas and/or flame may be more effectively can be improved
  • the first side beam 1150a replaces the first side partition wall 1151 and the second side partition wall 1155, and a member such as a metal tube or a corrugated tube is formed in the first side beam 1150a. It may be inserted in a zigzag pattern. Accordingly, the length of the venting path formed inside the first side beam 1150a may be further extended, and thus cooling performance of gas and/or flame may be more effectively improved.
  • FIG. 7 is a view showing a venting valve inserted into a venting hole included in the battery pack of FIG. 1 .
  • a venting valve 800 may be inserted into the venting hole 1110h.
  • the venting valve 800 is connected to the inside of the venting hole 1110h, but is closed when the pressure in the battery pack 1000 is below a certain pressure, as shown in FIG. 6(a), and FIG. 6(b) ), it may be composed of a member that opens toward the outside only when a certain pressure or more is reached.
  • the venting valve 800 may be a relief valve.
  • the venting valve 800 is not limited thereto, and any member that can be opened and closed according to the pressure of the battery pack 1000 may be included in the present embodiment.
  • the venting valve 800 is inserted into the venting hole 1110h, so that the venting hole 1110h is closed when the battery module 100 operates normally. Inflow of oxygen can be blocked, and when an ignition phenomenon occurs in the battery module 100, the venting hole 1110h is opened so that high-temperature gas and/or flame can be effectively discharged.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a side frame or an inner beam included in the battery pack of FIG. 1 .
  • the inside of the inner beam 1110 and the side frame 1150 have a tubular shape, but as shown in FIG. 7 (a), a plurality of Grooves may be formed or protrusions may be formed as shown in FIG. 7(b).
  • the internal shapes of the inner beam 1110 and the side frame 1150 are not limited thereto, and may be included in the present embodiment as long as the shape increases the contact area with high-temperature gas and/or flame.
  • the inner beam 1110 and the side frame 1150 when the inside of the inner beam 1110 and the side frame 1150 have a predetermined shape as shown in FIG. 8, the inner beam 1110 and the side frame 1150 ) The contact area between the inside and the hot gas and / or flame can be increased, so that the hot gas and / or flame can be more effectively cooled by the inner surface of the side frame 1150 of the inner beam 1110.
  • the battery pack according to this embodiment may be described in almost the same way as the battery pack 1000 described above, with respect to the inner beam 2110 and the side frame 2150 included in the lower pack frame 2100 A description will be given focusing on the parts that differ from the battery pack 1000 .
  • FIG. 9 is a view showing a gas discharge path based on the top surface of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A′ of FIG. 2 .
  • 11 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB′ of FIG. 2 .
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ in FIG. 2 .
  • one end of the first inner partition 2111 is in contact with one side of the inner beam 2110, but the first inner Opposite sides of the inner beam 2110 may be spaced apart from each other at the other end of the partition wall 2115 .
  • high-temperature gas and/or flame may move between the other end of the first inner partition 2111 and the opposite side of the inner beam 2110 along the first path d1.
  • one end of the second inner partition 2115 is in contact with the opposite side of the inner beam 2111, but the other end of the second inner partition 2115 is one end of the inner beam 2111. It may be spaced apart from the side and each other. In other words, the high-temperature gas and/or flame moving between the other end of the first inner partition 2111 and the opposite side of the inner beam 2110 is transferred between one end of the second inner partition 2115 and the inner beam 2110. You can move between one side.
  • the structure of the internal beam 2110 is not limited thereto, and at least one barrier rib may be inserted between the first internal barrier rib 2111 and the second internal barrier rib 2115 .
  • the first connection portion 2130a is formed on the opposite side of the inner beam 2111, One side of beam 2111 may be closed.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between one end of the second inner partition 2115 and one side of the inner beam 2110 passes between the second inner partition 2115 and the upper surface of the inner beam 2110. It may be moved and introduced into the first side beam 2150a through the first connection part 2130a located on the opposite side of the inner beam 2111 along the first path d1.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced into the inner beam 2110 through the venting hole 2100h is directed to the first inner partition wall 2111 and the second inner partition wall 2115. It moves through the venting path formed longer by That is, in the inner beam 2110, it is possible to more effectively extend the time during which the high-temperature gas and/or flame stay in the venting path by the longer venting path, and thus the cooling performance of the gas and/or flame is better. can be effectively improved.
  • the opposite side of the inner beam 2111 may be positioned adjacent to the first side beam 2150a on which the blocking portion 2115 is formed among the pair of first side beams 2150a.
  • the first connection portion 1130a located on the opposite side of the inner beam 2111 is adjacent to the first side beam 2150a on which the blocking portion 2115 is formed among the pair of first side beams 2150a. can be located On the contrary, between one side of the inner beam 2111 and the first side beam 2150a on which the blocking portion 2115 is not formed among the pair of first side beams 2150a is closed, so that high-temperature gas and /or flames cannot move.
  • connection portion 2130a is formed on one of the side surfaces of the inner beam 2110 and the other one is closed, thereby inducing the venting direction of the hot gas and/or flame in one direction.
  • the moving direction of the high-temperature gas and/or flame from the inner beam 2110 toward the first side beam 2150a may be induced in one direction along the first path d1.
  • the high-temperature gas and/or flame moving from the inner beam 2110 to the first side beam 2150a moves toward the first side beam 2150a where the blocking part 2115 is located, but the blocking part Movement is restricted by 2160 and the hot gas and/or flame moves counterclockwise along side frame 1150 .
  • the moving direction of the high-temperature gas and/or flame may be in the opposite direction depending on the position of the blocking part 1160 .
  • the time for the high-temperature gas and/or flame to reach the venting unit 1700 can be extended, and thus the cooling performance of the gas and/or flame can be more effectively improved. can be improved
  • one end of the second side partition 2155 is the first side beam 2150a.
  • the other end of the second side partition wall 2155 may be spaced apart from the other side of the first side beam 2150a.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between the first side partition 2151 and the second side partition 2155 is directed to the other end of the second side partition 1155 and the other side of the first side beam 2150a. It can move along the second path d2 between them.
  • the second connection part 2130b is the second side partition wall 2155 It is formed on both sides of the first side beam 2150a located between the end of and the upper surface of the first side beam 2150a, respectively, and the blocking portion 2160 is adjacent to the other side of the first side beam 2150a.
  • 2 connection part 2130b can be closed.
  • the high-temperature gas and/or flame moving between the other end of the second side partition 2155 and the other side of the first side beam 2150a is transmitted through the second side partition 2155 and the first side beam 2150a. It moves between the upper surfaces of and may be introduced into the second side beam 2150b through the second connection part 2130b along the second path d2.
  • the first side partition wall 2151 and the second side partition wall ( Both ends of 2155 may contact both sides of the first side beam 2150a, respectively.
  • the high-temperature gas and/or flame introduced along the second connection part 2130b is It may move along the upper surface of the first side beam 2150a and the second side partition wall 2155 .
  • the structure of the side beam 2150a in which the blocking portion 2160 is not located among the pair of first side beams 2150a is not limited thereto, and the second side partition wall 2155 is omitted or the second side beam 2155 is omitted.
  • a part of the side partition wall 2155 may have a structure that is open toward the first side partition wall 2151 .
  • the connecting portion 2130a may not be formed between them.
  • the first side beam 2150a where the blocking part 2700 is located among the pair of first side beams 2150a and the inner beam 2110 come into contact with each other.
  • high-temperature gas and/or flame may be introduced through the first connection portion 2130a, so that the venting direction of the high-temperature gas and/or flame may be induced in one direction. That is, as shown in FIG. 9 , the high-temperature gas and/or flame moving from the inner beam 2110 to the first side beam 2150a moves toward the first side beam 2150a where the blocking part 2115 is located.
  • the movement is restricted by the blocking part 2160, and the high-temperature gas and/or flame moves counterclockwise along the side frame 2150.
  • the moving direction of the high-temperature gas and/or flame may be in the opposite direction depending on the location of the blocking part 2160.
  • the time for the high-temperature gas and/or flame to reach the venting unit 2700 that is, the time to stay in the venting path can be extended, and thus the cooling performance of the gas and/or flame can be more effectively improved. can be improved
  • a device includes the battery pack described above.
  • Such a device may be applied to means of transportation such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the battery module, which is also applicable to the present invention. Belongs to the scope of the right of invention.

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Abstract

복수의 전지 모듈이 장착되어 있는 하부 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 팩 프레임을 포함하고, 상기 하부 팩 프레임의 바닥면에 상기 전지 모듈에서 발생한 가스가 이동하는 벤팅 경로가 되는 적어도 둘의 내부 빔 및 측면 프레임이 형성되어 있고, 상기 측면 프레임은 상기 하부 팩 프레임의 바닥면의 가장자리를 따라 연장되어 있고, 상기 적어도 둘의 내부 빔은 서로 이격되어 있고, 상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 접하되, 상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 연통하는 적어도 하나의 제1 연결부가 형성되어 있고, 상기 내부 빔은 상기 내부 빔의 측면을 관통하는 적어도 하나의 벤팅홀을 포함한다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 06월 29일자 한국 특허 출원 제10-2021-0085132호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일부 전지 모듈에서 고온의 가스 및 화염 발생 시, 발생된 고온의 가스 및 화염이 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 냉각되고, 냉각된 가스 및 화염이 전지 팩 외부로 안전하게 배출시키는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 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 방전률이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 또는 각형 이차 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 복수의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
또한, 전지 팩은 다수의 전지 모듈들이 조합된 구조로 이루어져 있어서, 일부 전지 모듈들이 과전압, 과전류 또는 과발열 되는 경우에는 전지 팩의 안전성과 작동효율이 문제될 수 있다.
특히, 전지 모듈의 열 폭주 시에 발생하는 고온의 가스 및 방출 물질이 외부로 바로 배출되는 경우, 고온의 가스 및 방출 물질은 산소와 만나서 화염을 발생시키는 문제가 있다. 이에 따라, 일부 전지 모듈에서 고온의 가스 및 화염이 발생되는 경우, 고온의 가스 및 화염은 외부로 배출되기 이전에 충분히 냉각되어, 외부 배출 시 화염 가능성을 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 일부 전지 모듈에서 고온의 가스 및 화염 발생 시, 발생된 고온의 가스 및 화염이 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 냉각되고, 냉각된 가스 및 화염이 전지 팩 외부로 안전하게 배출시키는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
복수의 전지 모듈이 장착되어 있는 하부 팩 프레임; 및 상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 팩 프레임을 포함하고, 상기 하부 팩 프레임의 바닥면에 상기 전지 모듈에서 발생한 가스가 이동하는 벤팅 경로가 되는 적어도 둘의 내부 빔 및 측면 프레임이 형성되어 있고, 상기 측면 프레임은 상기 하부 팩 프레임의 바닥면의 가장자리를 따라 연장되어 있고, 상기 적어도 둘의 내부 빔은 서로 이격되어 있고, 상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 접하되, 상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 연통하는 적어도 하나의 제1 연결부가 형성되어 있고, 상기 내부 빔은 상기 내부 빔의 측면을 관통하는 적어도 하나의 벤팅홀을 포함한다.
상기 복수의 전지 모듈은 상기 측면 프레임과 상기 적어도 둘의 내부 빔에 의해 서로 구획될 수 있다.
상기 적어도 둘의 내부 빔 중 서로 인접하게 위치하는 한 쌍의 내부 빔들 과 상기 측면 프레임 사이에 한 쌍의 전지 모듈이 배치되어 있을 수 있다.
상기 적어도 하나의 벤팅홀은 상기 한 쌍의 전지 모듈 사이에 위치할 수 있다.
상기 측면 프레임은 상기 하부 팩 프레임의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제1 측면 빔과 상기 하부 팩 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제2 측면 빔을 포함할 수 있다.
상기 내부 빔은 상기 제2 측면 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있고, 상기 내부 빔의 단부와 상기 제1 측면 빔의 내면이 접하는 면에 상기 제1 연결부가 위치할 수 있다.
상기 제1 측면 빔과 상기 제2 측면 빔이 서로 접하는 면이 연통되어 있는 제2 연결부를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 측면 빔 하나의 제2 측면 빔에 적어도 하나의 벤팅부가 형성되어 있을 수 있다.
상기 측면 프레임은 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 하나의 제1 측면 빔에 위치하되, 상기 제1 측면 빔의 내부가 폐쇄되어 있는 차단부를 포함하고, 상기 차단부는 상기 벤팅부가 형성된 제2 측면 빔과 인접하게 위치하는 상기 제1 연결부를 폐쇄할 수 있다.
상기 내부 빔은 상기 내부 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 내부격벽 및 제2 내부 격벽을 포함하고, 상기 제1 내부 격벽 상에 상기 제2 내부 격벽이 위치하고, 상기 제1 내부 격벽과 상기 내부 빔의 바닥면 사이에 상기 적어도 하나의 벤팅홀이 위치할 수 있다.
상기 제1 내부 격벽의 양 단부는 상기 내부 빔의 양 측면에 각각 이격되어 있고, 상기 제2 내부 격벽의 양 단부는 상기 내부 빔의 측면에 각각 접하되, 상기 제2 내부 격벽의 중심부는 상기 제1 내부 격벽을 향해 개방되어 있고, 상기 제1 연결부는 상기 제2 내부 격벽의 양 단부와 상기 내부 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 내부 빔의 양 측면에 각각 형성될 수 있다.
상기 제1 내부 격벽의 일 단부는 상기 내부 빔의 일 측면과 접하되, 상기 제1 내부 격벽의 타 단부는 상기 내부 빔의 반대 측면이 서로 이격되어 있고, 상기 제2 내부 격벽의 일 단부는 상기 내부 빔의 반대 측면과 접하되, 상기 제2 내부 격벽의 타 단부는 상기 내부 빔의 일 측면과 서로 이격되어 있고, 상기 제2 내부 격벽의 단부와 상기 내부 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 내부 빔에서, 상기 제1 연결부는 상기 내부 빔의 반대 측면에 형성되되, 상기 내부 빔의 일 측면은 폐쇄되어 있을 수 있다.
상기 내부 빔의 반대 측면은 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중에서 상기 차단부가 형성되어 있는 상기 제1 측면 빔과 인접하게 위치할 수 있다.
상기 제1 측면 빔은 상기 제1 측면 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 측면 격벽 및 제2 측면 격벽을 포함하고, 상기 제1 측면 격벽 상에 상기 제2 측면 격벽이 위치하고, 상기 제1 측면 격벽의 양 단부는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 접하고, 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하는 제1 측면 빔에서, 상기 제1 측면 격벽과 상기 제2 측면 격벽 사이에 상기 제1 연결부가 위치할 수 있다.
상기 제2 측면 격벽의 양 단부는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 접하되, 상기 제2 측면 격벽의 중심부는 상기 제1 측면 격벽을 향해 개방되어 있고, 상기 제2 연결부는 상기 제2 측면 격벽과 상기 제1 측면 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 형성될 수 있다.
상기 제2 측면 격벽의 일 단부는 상기 제1 측면 빔의 일 측면에 접하되, 상기 제2 측면 격벽의 타 단부는 상기 제1 측면 빔의 타 측면과 이격되어 있고, 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하는 제1 측면 빔에서, 상기 제2 연결부는 상기 제2 측면 격벽의 단부와 상기 제1 측면 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 형성되되, 상기 차단부가 상기 제1 측면 빔의 타 측면에 인접한 상기 제2 연결부를 폐쇄할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하지 않는 제1 측면 빔에서, 상기 제1 측면 격벽과 상기 제2 측면 격벽의 양 단부는 각각 상기 제1 측면 빔의 양 측면과 접할 수 있다.
상기 제1 측면 빔과 상기 제2 측면 빔이 서로 접하는 면이 연통되어 있는 제2 연결부를 포함하고, 상기 제2 연결부는 상기 제2 측면 격벽의 일 단부와 상기 제1 측면 빔의 상면 사이에 위치할 수 있다.
상기 벤팅홀에 벤팅 밸브가 삽입되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스는 내부 프레임 및 측면 프레임에 의해 형성된 벤팅 경로가 상대적으로 길게 형성되어, 일부 전지 모듈에서 고온의 가스 및 화염 발생 시, 발생된 고온의 가스 및 화염이 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 냉각되고, 냉각된 가스 및 화염이 전지 팩 외부로 안전하게 배출시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전지 팩의 상면을 기준으로 가스 배출 경로를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 도 2의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 1의 전지 팩에 포함된 벤팅홀에 삽입되는 벤팅 밸브를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 전지 팩에 포함된 측면 프레임 또는 내부 빔의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 상면을 기준으로 가스 배출 경로를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 2의 절단선 C-C’를 따라 자른 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, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 팩의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 전지 팩의 상면을 기준으로 가스 배출 경로를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 복수의 전지 모듈(100)이 장착되어 있는 하부 팩 프레임(1100); 및 전지 모듈(100)의 상부에 위치하는 상부 팩 프레임(1200)을 포함한다. 여기서, 하부 팩 프레임(1100) 및 상부 팩 프레임(1200)은 서로 용접 등의 방법으로 결합되어, 전지 팩(1000) 내부를 밀봉시킬 수 있다.
전지 모듈(100)은 복수의 전지셀이 기설정된 방향을 따라 적층된 전지셀 적층체(120) 및 모듈 프레임(210, 250)을 포함할 수 있다. 모듈 프레임(210, 250)은 상부 프레임(210) 및 하부 팩 프레임(250)을 포함할 수 있고, 전지셀 적층체(120)는 상부 프레임(210)과 하부 팩 프레임(250) 사이에 장착되어 전지 모듈(100)을 구성할 수 있다. 다만, 모듈 프레임(210, 250)은 상술한 내용에 한정되지 아니하며, 상하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모노 프레임일 수 있다.
여기서, 상기 전지셀은 그 종류에 특별한 제한이 없으므로 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지일 수 있으나, 파우치형 이차 전지인 것이 바람직하다.
하부 팩 프레임(1100)은 하부 팩 프레임(1100)의 바닥면에 적어도 둘의 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)이 형성되어 있다. 여기서, 적어도 둘의 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)은 전지 모듈(100)에서 발생한 가스가 이동하는 벤팅 경로가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 팩 프레임(1100)은 하부 팩 프레임(1100)의 바닥면으로부터 상부 프레임(1200)을 향해 돌출되어 있는 적어도 둘의 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)을 포함한다. 여기서, 하부 팩 프레임(1100)의 바닥면과 적어도 둘의 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)은 서로 용접 등의 방법으로 결합되어 있을 수 있다.
일 예로, 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)은 관 형태의 압출 강화 빔(beam)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 압출 강화 빔은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 아니하고, 강성을 확보하면서도, 내부에 가스 및/또는 화염이 이동할 수 있으면서, 열전달성이 우수한 관 형태의 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
또한, 복수의 전지 모듈(100)은 측면 프레임(1150)과 적어도 둘의 내부 빔(1110)에 의해 서로 구획될 수 있다. 다르게 말하면, 복수의 전지 모듈(100)은 측면 프레임(1150)과 적어도 둘의 내부 빔(1110) 사이에 위치하는 영역에 각각 배치되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 전지 팩(1000)에서, 적어도 둘의 내부 빔(1110) 중 서로 인접하게 위치하는 한 쌍의 내부 빔들(1110)과 측면 프레임(1150) 사이에 한 쌍의 전지 모듈(100)이 배치되어 있을 수 있다. 여기서, 한 쌍의 전지 모듈(100)은 이격되어 있되, 서로 대면하는 방향으로 배치되어 있을 수 있다. 일 예로, 한 쌍의 전지 모듈(100)은 각 전지 모듈(100)에 포함된 엔드 플레이트(미도시됨)가 서로 마주보는 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
이에 따라, 복수의 전지 모듈(100)은 적어도 둘의 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)에 의해 둘러싸여 있어, 각 전지 모듈(100)은 외부 충격으로부터 보호될 수 있다.
측면 프레임(1150)은 하부 팩 프레임(1100)의 바닥면의 가장자리를 따라 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 팩 프레임(1100)의 바닥면의 각 모서리를 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 측면 프레임(1150)의 상면은 상부 팩 프레임(1200)과 접할 수 있다. 이 때, 측면 프레임(1150)의 상면과 상부 팩 프레임(1200)은 서로 용접 등의 방법으로 결합되어, 전지 팩(1000) 내부를 밀봉시킬 수 있다.
적어도 둘의 내부 빔(1110)은 서로 이격되어 있을 수 있다. 여기서, 적어도 둘의 내부 빔(1110)이 이격되어 있는 거리는 전지 모듈(100)의 크기와 동일하거나 이보다 클 수 있다.
또한, 내부 빔(1110)의 단부는 측면 프레임(1150)의 내면과 서로 접할 수 있다. 보다 구체적으로, 내부 빔(1110)의 양 단부는 측면 프레임(1150)의 내면에 각각 접할 수 있다. 여기서, 내부 빔(1110)의 단부와 측면 프레임(1150)의 내면이 서로 연통하는 적어도 하나의 제1 연결부(1130a, 도 4)가 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 연결부(1130a, 도 4)는 내부 빔(1110)의 단부와 측면 프레임(1150)의 내면이 접하는 면 중 적어도 일부에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 내부 빔(1110)은 내부 빔(1110)의 측면을 관통하는 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 벤팅홀(1110h)은 내부 빔(1110)의 측면 중 일부가 제거되어 형성된 홀일 수 있다.
일 예로, 도 2와 같이, 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)은 한 쌍의 전지 모듈(100) 사이에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 내부 빔(1110)에서, 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)은 한 쌍의 전지 모듈(100) 사이에 이격되어 있는 위치에 형성되어 있을 수 있다. 다만, 벤팅홀(1110h)의 위치는 이에 한정되지 아니하고, 전지 모듈(100)에서 발생된 가스 및 화염이 용이하게 배출될 수 있는 위치라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
일 예로, 도 2와 같이, 벤팅홀(1110h)은 원형의 형상을 가질 수 있다. 다만, 벤팅홀(1110h)의 형상은 이에 한정되지 아니하고, 전지 모듈(100)에서 발생된 가스 및 화염이 용이하게 배출될 수 있는 형상이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
일 예로, 도 2와 같이, 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)은 내부 빔(1110)의 길이 방향으로 나란히 배치되어 있을 수 있다. 다만, 벤팅홀(1110h)의 배치는 이에 한정되지 아니하며, 전지 모듈(100)에서 발생된 가스 및 화염이 용이하게 배출될 수 있는 배치라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 일부 전지 모듈(100)에서 발화 현상 발생 시, 발생된 고온의 가스 및/또는 화염은 내부 빔(1110)에 형성된 벤팅홀(1110h)을 통해 압력 차에 따라 내부 빔(1110)에 유입될 수 있다. 이후, 내부 빔(1110)에 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 연결부(1130a)를 통해, 제1 경로(d1)를 따라 압력 차이에 의해 측면 프레임(1150)으로 유입될 수 있다.
이에 따라, 내부 빔(1110)은 벤팅 경로를 형성할 수 있고, 상기 벤팅 경로를 따라 이동하는 고온의 가스 및/또는 화염은 내부 빔(1110)의 내면과 접하여 냉각될 수 있다.
도 3을 참조하면, 측면 프레임(1150)은 하부 팩 프레임(1100)의 길이 방향(x축 방향)을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a)과 하부 팩 프레임(1100)의 폭 방향(y축 방향)을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제2 측면 빔(1150b)을 포함할 수 있다. 여기서, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a)과 한 쌍의 제2 측면 빔(1150b)은 서로 일체화되어 있거나, 서로 용접 등의 방법으로 결합되어 있을 수 있다.
또한, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a)과 한 쌍의 제2 측면 빔(1150b)은 서로 접하는 면 중 적어도 일부는 연통되어 있을 수 있다. 특히, 제1 측면 빔(1150a)과 제2 측면 빔(1150b)이 서로 접하는 면이 연통되어 있는 제2 연결부(1130b, 도 5)를 포함한다. 보다 구체적으로, 제2 연결부(1130b, 도 5)는 제1 측면 빔(1150a)과 제2 측면 빔(1150b)이 서로 접하는 면 중 적어도 일부에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 내부 빔(1110)은 제2 측면 빔(1150b)의 길이 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 내부 빔(1110)의 단부와 제1 측면 빔(1150a)의 내면이 접하는 면에 적어도 하나의 제1 연결부(1130a, 도 4)가 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 연결부(1130a, 도 4)는 내부 빔(1110)의 단부와 제1 측면 빔(1150a)의 내면이 접하는 면 중 적어도 일부에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 한 쌍의 제2 측면 빔(1150b) 중 하나의 제2 측면 빔(1150b)에 적어도 하나의 벤팅부(1700)가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 벤팅부(1700)는 전지 팩(1000) 내부의 압력에 따라 개폐되거나 파열되는 부재일 수 있다.
일 예로, 벤팅부(1700)는 전지 팩(1000) 내부와 연결되어 있되, 전지 팩(1000) 내 압력이 일정 압력 이상이 되는 경우에만 외부를 향해 개방되고, 일정 압력 이하가 되는 경우에는 폐쇄되는 부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 벤팅부(1700)는 릴리프 밸브(Relief Valve)일 수 있다. 다만, 벤팅부(1700)는 이에 한정되는 것은 아니며, 전지 팩(1000)의 압력에 따라 개방 및 폐쇄가 될 수 있는 부재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
다른 일 예로, 벤팅부(1700)는 전지 팩(1000) 내부의 압력이 일정 수준 이상 도달하면 파열될 수 있다. 보다 구체적으로, 벤팅부(1700)는 럽쳐디스크(Rupture Disc)와 같이, 유입되는 가스의 압력이 일정 압력 이상이 될 경우 파열되도록 구성된 파열면(미도시됨)이 포함되어 있을 수 있다. 다만, 벤팅부(1700)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 측면 프레임(1150)과 연통하여 내부 가스를 외측으로 배출 가능하도록 하는 구성이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 측면 프레임(1150) 중 제1 측면 빔(1150a)에 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 연결부(1130b, 도 5)를 통해, 제2 측면 빔(1150b)으로 이동할 수 있다. 즉, 측면 프레임(1150) 내에 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 경로(d2)를 따라 압력 차이에 의해 측면 프레임(1150) 내부를 이동하여, 최종적으로 벤팅부(1700)가 위치한 측면 프레임(1150)에서 벤팅부(1700)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이에 따라, 측면 프레임(1150)은 벤팅 경로를 형성할 수 있고, 상기 벤팅 경로를 따라 이동하는 고온의 가스 및/또는 화염은 측면 프레임(1150)의 내면과 접하여 냉각될 수 있고, 벤팅부(1700)에 의해 냉각된 가스 및/또는 화염이 외부로 안전하게 배출될 수 있다.
특히, 도 3을 참조하면, 측면 프레임(1150)은 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 하나의 제1 측면 빔(1150a)에 위치하는 차단부(1160)를 포함할 수 있다. 여기서, 차단부(1160)는 제1 측면 빔(1150a)의 내부가 폐쇄되어 있는 부분을 의미할 수 있다. 다르게 말하면, 차단부(1160)는 제1 측면 빔(1150a)의 내부가 막혀 있어, 제1 측면 빔(1150a) 내부로 이동하는 가스 및/또는 화염이 이동할 수 없는 부분을 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 차단부(1160)는 제1 측면 빔(1150a)와 제2 측면 빔(1150b)이 서로 접하는 면에 형성된 제2 연결부(1130b, 도 5) 중 하나를 폐쇄할 수 있다. 다르게 말하면, 차단부(1160)는 제1 측면 빔(1150a)와 제2 측면 빔(1150b) 사이에 위치하는 제2 연결부(1130b, 도 5)를 통해 유입될 수 있는 고온의 가스 및/또는 화염을 차단할 수 있다.
이상의 구성에 따라, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 일부 전지 모듈(100)에서 발화 현상 발생 시, 발생된 고온의 가스 및/또는 화염은 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)에 의해 형성된 벤팅 경로에 유입될 수 있되, 제1 측면 빔(1150a)에 차단부(1160)가 형성되어 있어, 고온의 가스 및/또는 화염의 이동 방향을 제한 및 유도할 수 있다.
즉, 도 3과 같이, 제1 측면 빔(1150a)에 형성된 차단부(1160)를 향해 이동하던 고온의 가스 및/또는 화염은 차단부(1160)에 의해 이동이 제한되고, 반대 방향으로 이동하도록 유도될 수 있다. 다시 말해, 고온의 가스 및/또는 화염은 차단부(1160)에 의해, 고온의 가스 및/또는 화염이 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
특히, 차단부(1160)는 측면 프레임(1150)은 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 하나의 제1 측면 빔(1150a)에 위치하되, 벤팅부(1700)가 형성되어 있는 제2 측면 빔(1150b)에 인접하게 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 차단부(1160)는 제2 연결부(1130b, 도 5) 중 벤팅부(1700)가 형성된 제2 측면 빔(1150b)과 인접하게 위치하는 제2 연결부(1130b, 도 5)를 폐쇄할 수 있다.
이에 따라, 도 3과 같이, 벤팅홀(1100h)을 통해 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 차단부(1160)가 위치하는 제1 측면 빔(1150a)을 향해 이동하되 차단부(1160)에 의해 이동이 제한되고, 고온의 가스 및/또는 화염은 측면 프레임(1150)을 따라 반시계 방향으로 이동하게 된다. 다만, 고온의 가스 및/또는 화염의 이동 방향은 차단부(1160)의 위치에 따라 반대 방향이 될 수도 있다. 즉, 본 실시예는 고온의 가스 및/또는 화염은 차단부(1160)의 위치가 벤팅부(1700)와 인접하게 위치하여, 고온의 가스 및/또는 화염이 벤팅부(1700)에 도달하는 시간을 연장시킬 수 있다. 다르게 말하면, 본 실시예는 고온의 가스 및/또는 화염이 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 4는 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다. 도 5는 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다. 도 6은 도 2의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 내부 빔(1110)은 내부 빔(1110)의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 내부 격벽(1111) 및 제2 내부 격벽(1115)을 포함한다. 보다 구체적으로, 제1 내부 격벽(1111) 상에 제2 내부 격벽(1115)이 위치할 수 있다. 여기서, 제1 내부 격벽(1111)과 제2 내부 격벽(1115)은 서로 이격되어 있을 수 있다.
특히, 내부 빔(1110)에서, 제1 내부 격벽(1111)과 내부 빔(1110)의 바닥면 사이에 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)이 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 하나의 벤팅홀(1110h)은 제1 내부 격벽(1111)과 내부 빔(1110)의 바닥면 사이 중 중심에 위치할 수 있다.
또한, 제1 내부 격벽(1111)의 양 단부는 내부 빔(1110)의 양 측면에 각각 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 내부 격벽(1111)의 양 단부와 내부 빔(1110)의 양 측면 사이로 제1 경로(d1)을 따라 고온의 가스 및/또는 화염이 이동할 수 있다.
또한, 제2 내부 격벽(1115)의 양 단부는 내부 빔(1110)의 측면에 각각 접하되, 제2 내부 격벽(1115)의 중심부는 제1 내부 격벽(1111)을 향해 개방되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 내부 격벽(1111)의 양 단부와 내부 빔(1110)의 양 측면 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 내부 격벽(1115)의 중심부를 향해 제1 경로(d1)를 따라 이동할 수 있다.
또한, 제1 연결부(1130a)는 제2 내부 격벽(1115)의 양 단부와 내부 빔(1110)의 상면 사이에 위치하는 내부 빔(1110)의 양 측면에 각각 형성될 수 있다. 다르게 말하면, 제2 내부 격벽(1115) 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 내부 격벽(1115)과 내부 빔(1110)의 상면 사이로 이동하여, 제1 경로(d1)을 따라 제1 연결부(1130a)를 통해 제1 측면 빔(1150a)에 유입될 수 있다.
이에 따라, 도 3 및 도 4와 같이, 벤팅홀(1100h)을 통해 내부 빔(1110)으로 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 내부 격벽(1111) 및 제2 내부 격벽(1115)에 의해 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 이동하게 된다. 즉, 내부 빔(1110)에서, 고온의 가스 및/또는 화염이 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로에 의해 상기 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
다만, 다른 일 예로, 내부 빔(1110)은 제1 내부 격벽(1111) 및 제2 내부 격벽(1115)을 대체하여, 내부 빔(1110) 내에 금속 관 또는 주름 관 등과 같은 부재가 지그 재그로 삽입되어 있을 수 있다. 이에 따라, 내부 빔(1110) 내부에 형성되는 벤팅 경로의 길이를 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 측면 빔(1150a)은 제1 측면 빔(1150a)의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 측면 격벽(1151) 및 제2 측면 격벽(1155)을 포함한다. 보다 구체적으로, 제1 측면 격벽(1151) 상에 제2 측면 격벽(1155)이 위치할 수 있다. 여기서, 제1 내부 격벽(1111)과 제2 내부 격벽(1115)은 서로 이격되어 있을 수 있다.
특히, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 차단부(1160)가 위치하는 제1 측면 빔(1150a)에서, 제1 측면 격벽(1151)과 제2 측면 격벽(1155) 사이에 제1 연결부(1130a)가 위치할 수 있다. 또한, 제1 측면 격벽(1151)의 양 단부는 제1 측면 빔(1150a)의 양 측면과 접할 수 있다. 여기서, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a)에 차단부(1160)가 위치하는지 여부와 상관없이, 제1 측면 빔(1150a)의 제1 측면 격벽(1151)과 제2 측면 격벽(1155) 사이에 제1 연결부(1130a)가 위치할 수 있다. 즉, 내부 빔(1110)에 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 연결부(1130a)를 통해 제1 측면 격벽(1151)과 제2 측면 격벽(1155) 사이로 유입되어, 제2 경로(d2)을 따라 고온의 가스 및/또는 화염이 이동할 수 있다.
또한, 제2 측면 격벽(1155)의 양 단부는 제1 측면 빔(1150a)의 양 측면에 각각 접하되, 제2 측면 격벽(1155)의 중심부는 제1 측면 격벽(1150a)을 향해 개방되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 측면 격벽(1151)과 제2 측면 격벽(1155) 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 측면 격벽(1155)의 중심부를 향해 제2 경로(d2)를 따라 이동할 수 있다.
또한, 제2 연결부(1130b)는 제2 측면 격벽(1155)과 제1 측면 빔(1150a)의 상면 사이에 위치하는 제1 측면 빔(1150a)의 양 측면에 각각 형성될 수 있다. 다르게 말하면, 제2 측면 격벽(1155) 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 측면 격벽(1155)과 제1 측면 빔(1150a)의 상면 사이로 이동하여, 제2 경로(d2)을 따라 제2 연결부(1130b)를 통해 제2 측면 빔(1150b)에 유입될 수 있다.
또한, 앞서 상술한 바와 같이, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 차단부(1160)가 위치하는 제1 측면 빔(1150a)에서, 차단부(1160)가 제1 측면 빔(1150a)와 제2 측면 빔(1150b)이 서로 접하는 면에 형성된 제2 연결부(1130b) 중 하나를 폐쇄할 수 있다. 보다 바람직하게는, 도 5와 같이, 차단부(1160)는 제2 연결부(1130b) 중 벤팅부(1700)가 형성된 제2 측면 빔(1150b)과 인접하게 위치하는 제2 연결부(1130b, 도 5)를 폐쇄할 수 있다.
이와 달리, 도 6과 같이, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 차단부(1160)가 위치하지 않는 제1 측면 빔(1150a)에서는, 차단부(1160)가 제2 연결부(1130b)를 폐쇄하지 않을 수 있다. 다르게 말하면, 한 쌍의 제1 측면 빔(1150a) 중 차단부(1160)가 위치하지 않는 제1 측면 빔(1150a)에서, 제2 연결부(2130b)를 따라 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 측면 빔(2150a)의 상면과 제2 측면 격벽(2155)을 따라 제2 경로(d2)로 이동하여, 다른 제2 연결부(2130b)를 향해 이동할 수 있다.
이에 따라, 도 3, 도 5 및 도 6과 같이, 제1 연결부(1130a)를 통해 제1 측면 빔(1150a)으로 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 측면 격벽(1151) 및 제2 측면 격벽(1155)에 의해 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 이동하게 된다. 즉, 측면 프레임(1150)에서 고온의 가스 및/또는 화염이 상대적으로 길게 형성된 벤팅 경로에 의해 상기 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
다만, 다른 일 예로, 제1 측면 빔(1150a)은 제1 측면 격벽(1151) 및 제2 측면 격벽(1155)을 대체하여, 제1 측면 빔(1150a) 내에 금속 관 또는 주름 관 등과 같은 부재가 지그 재그로 삽입되어 있을 수 있다. 이에 따라, 제1 측면 빔(1150a) 내부에 형성되는 벤팅 경로의 길이를 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
도 7은 도 1의 전지 팩에 포함된 벤팅홀에 삽입되는 벤팅 밸브를 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 벤팅홀(1110h)에 벤팅 밸브(800)가 삽입되어 있을 수 있다. 일 예로, 벤팅 밸브(800)는 벤팅홀(1110h) 내부와 연결되어 있되, 도 6(a)와 같이 전지 팩(1000) 내 압력이 일정 압력 이하가 되는 경우에는 폐쇄되어 있고, 도 6(b)와 같이 일정 압력 이상이 되는 경우에만 외부를 향해 개방되는 부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 벤팅 밸브(800)는 릴리프 밸브(Relief Valve)일 수 있다. 다만, 벤팅 밸브(800)는 이에 한정되는 것은 아니며, 전지 팩(1000)의 압력에 따라 개방 및 폐쇄가 될 수 있는 부재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 벤팅홀(1110h)에 벤팅 밸브(800)가 삽입되어 있어, 전지 모듈(100)이 정상 작동 시에는 벤팅홀(1110h)이 폐쇄되어 외부 산소의 유입을 차단할 수 있고, 전지 모듈(100)에 발화 현상 발생 시에는 벤팅홀(1110h)이 개방되어 고온의 가스 및/또는 화염이 효과적으로 배출될 수 있다.
도 8은 도 1의 전지 팩에 포함된 측면 프레임 또는 내부 빔의 단면을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)의 내부는 관 형태를 가지되, 도 7(a)와 같이 복수의 홈이 형성되어 있거나, 도 7(b)와 같이 돌출부가 형성되어 있을 수 있다. 다만, 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)의 내부의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 고온의 가스 및/또는 화염과 접촉되는 면적을 높이는 형상이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에서, 도 8과 같이 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)의 내부에 소정의 형상을 가지는 경우, 내부 빔(1110) 및 측면 프레임(1150)의 내부와 고온의 가스 및/또는 화염의 접촉 면적을 보다 높일 수 있어, 고온의 가스 및/또는 화염이 내부 빔(1110)의 측면 프레임(1150)의 내면에 의해 보다 효과적으로 냉각될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 따른 가스 배출 경로, 내부 빔(2110) 및 측면 프레임(2150)을 중심으로 설명하고자 한다. 다만, 본 실시예에 따른 전지 팩은, 앞서 상술한 전지 팩(1000)과 대부분 동일하게 설명될 수 있고, 하부 팩 프레임(2100)에 포함된 내부 빔(2110) 및 측면 프레임(2150)에 대하여 전지 팩(1000)과 차이점이 있는 부분을 중심으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩의 상면을 기준으로 가스 배출 경로를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다. 도 11은 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다. 도 12는 도 2의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 3 및 도 4와 달리, 내부 빔(2110)에서, 제1 내부 격벽(2111)의 일 단부는 내부 빔(2110)의 일 측면과 접하되, 제1 내부 격벽(2115)의 타 단부는 내부 빔(2110)의 반대 측면이 서로 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 내부 격벽(2111)의 타 단부와 내부 빔(2110)의 반대 측면 사이로 제1 경로(d1)을 따라 고온의 가스 및/또는 화염이 이동할 수 있다.
또한, 내부 빔(2110)에서, 제2 내부 격벽(2115)의 일 단부는 내부 빔(2111)의 반대 측면과 접하되, 제2 내부 격벽(2115)의 타 단부는 내부 빔(2111)의 일 측면과 서로 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 내부 격벽(2111)의 타 단부와 내부 빔(2110)의 반대 측면 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 내부 격벽(2115)의 일 단부와 내부 빔(2110)의 일 측면 사이로 이동할 수 있다.
다만, 내부 빔(2110)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내부 격벽(2111) 및 제2 내부 격벽(2115) 사이에 적어도 하나 이상의 격벽이 삽입되어 있을 수 있다.
또한, 제2 내부 격벽(2115)의 단부와 내부 빔(2111)의 상면 사이에 위치하는 내부 빔(2110)에서, 제1 연결부(2130a)는 내부 빔(2111)의 반대 측면에 형성되되, 내부 빔(2111)의 일 측면은 폐쇄되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제2 내부 격벽(2115)의 일 단부와 내부 빔(2110)의 일 측면 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은, 제2 내부 격벽(2115)과 내부 빔(2110)의 상면 사이로 이동하여, 제1 경로(d1)을 따라 내부 빔(2111)의 반대 측면에 위치한 제1 연결부(2130a)를 통해 제1 측면 빔(2150a)에 유입될 수 있다.
이에 따라, 도 9 및 도 10과 같이, 벤팅홀(2100h)을 통해 내부 빔(2110)으로 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 내부 격벽(2111) 및 제2 내부 격벽(2115)에 의해 보다 길게 형성된 벤팅 경로를 통해 이동하게 된다. 즉, 내부 빔(2110)에서, 고온의 가스 및/또는 화염이 보다 길게 형성된 벤팅 경로에 의해 상기 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 효과적으로 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
특히, 본 실시예에서, 내부 빔(2111)의 반대 측면은 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중에서 차단부(2115)가 형성되어 있는 제1 측면 빔(2150a)과 인접하게 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 내부 빔(2111)의 반대 측면에 위치한 제1 연결부(1130a)는 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중에서 차단부(2115)가 형성되어 있는 제1 측면 빔(2150a)과 인접하게 위치할 수 있다. 이와 반대로, 내부 빔(2111)의 일 측면과 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중에서 차단부(2115)가 형성되어 있지 않은 제1 측면 빔(2150a) 사이는 폐쇄되어 있어, 고온의 가스 및/또는 화염이 이동할 수 없다.
이에 따라, 본 실시예에서, 내부 빔(2110)의 측면 중 하나에 연결부(2130a)가 형성되어 있고, 나머지 하나는 폐쇄되어 있어, 고온의 가스 및/또는 화염의 벤팅 방향을 일 방향으로 유도할 수 있다. 즉, 도 9와 같이, 내부 빔(2110)에서 제1 측면 빔(2150a)를 향한 고온의 가스 및/또는 화염의 이동 방향은 제1 경로(d1)에 따른 일 방향으로 유도될 수 있다.
이와 더불어, 내부 빔(2110)에서 제1 측면 빔(2150a)으로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은, 차단부(2115)가 위치하는 제1 측면 빔(2150a)을 향해 이동하되, 차단부(2160)에 의해 이동이 제한되고, 고온의 가스 및/또는 화염은 측면 프레임(1150)을 따라 반시계 방향으로 이동하게 된다. 다만, 고온의 가스 및/또는 화염의 이동 방향은 차단부(1160)의 위치에 따라 반대 방향이 될 수도 있다.
즉, 본 실시예는 고온의 가스 및/또는 화염이 벤팅부(1700)에 도달하는 시간, 즉 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
도 9, 도 11, 및 도 12를 참조하면, 도 3, 도 5 및 도 6과 달리, 제1 측면 빔(1150a)에서, 제2 측면 격벽(2155)의 일 단부는 제1 측면 빔(2150a)의 일 측면에 접하되, 제2 측면 격벽(2155)의 타 단부는 제1 측면 빔(2150a)의 타 측면과 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 측면 격벽(2151)과 제2 측면 격벽(2155) 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 측면 격벽(1155)의 타 단부와 제1 측면 빔(2150a)의 타 측면 사이로 제2 경로(d2)를 따라 이동할 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2700)가 위치하는 제1 측면 빔(2150a)에서, 제2 연결부(2130b)는 제2 측면 격벽(2155)의 단부와 제1 측면 빔(2150a)의 상면 사이에 위치하는 제1 측면 빔(2150a)의 양 측면에 각각 형성되되, 차단부(2160)가 제1 측면 빔(2150a)의 타 측면에 인접한 제2 연결부(2130b)를 폐쇄할 수 있다. 다르게 말하면, 제2 측면 격벽(2155)의 타 단부와 제1 측면 빔(2150a)의 타 측면 사이로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은 제2 측면 격벽(2155)과 제1 측면 빔(2150a)의 상면 사이로 이동하여, 제2 경로(d2)를 따라 제2 연결부(2130b)를 통해 제2 측면 빔(2150b)에 유입될 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2160)가 위치하지 않는 제1 측면 빔(2150a)에서, 제1 측면 격벽(2151)과 제2 측면 격벽(2155)의 양 단부는 각각 제1 측면 빔(2150a)의 양 측면과 접할 수 있다. 다르게 말하면, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2160)가 위치하지 않는 제1 측면 빔(2150a)에서, 제2 연결부(2130b)를 따라 유입된 고온의 가스 및/또는 화염은 제1 측면 빔(2150a)의 상면과 제2 측면 격벽(2155)을 따라 이동할 수 있다. 다만, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2160)가 위치하지 않는 측면 빔(2150a)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 측면 격벽(2155)이 생략되어 있거나, 제2 측면 격벽(2155)의 일부가 제1 측면 격벽(2151)을 향해 개방되어 있는 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 10 및 도 12를 참조할 때, 앞서 상술한 바와 같이, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2160)가 위치하지 않는 제1 측면 빔(2150a)과 내부 빔(2110) 사이에 연결부(2130a)가 형성되어 있지 않을 수 있다.
이에 따라, 도 9, 도 11, 및 도 12와 같이, 한 쌍의 제1 측면 빔(2150a) 중 차단부(2700)가 위치하는 제1 측면 빔(2150a)과 내부 빔(2110)이 접하는 면에 대해서만, 제1 연결부(2130a)를 통해 고온의 가스 및/또는 화염이 유입될 수 있어, 고온의 가스 및/또는 화염의 벤팅 방향을 일 방향으로 유도할 수 있다. 즉, 도 9와 같이, 내부 빔(2110)에서 제1 측면 빔(2150a)으로 이동한 고온의 가스 및/또는 화염은, 차단부(2115)가 위치하는 제1 측면 빔(2150a)을 향해 이동하되, 차단부(2160)에 의해 이동이 제한되고, 고온의 가스 및/또는 화염은 측면 프레임(2150)을 따라 반시계 방향으로 이동하게 된다. 다만, 고온의 가스 및/또는 화염의 이동 방향은 차단부(2160)의 위치에 따라 반대 방향이 될 수도 있다.
즉, 본 실시예는 고온의 가스 및/또는 화염이 벤팅부(2700)에 도달하는 시간, 즉 벤팅 경로 내에 머무르는 시간을 보다 연장시킬 수 있고, 이에 따른 가스 및/또는 화염의 냉각 성능이 보다 효과적으로 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩을 포함한다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전지 모듈
120: 전지셀 적층체
210: 상부 프레임
250: 하부 팩 프레임
1000: 전지 팩
1100, 2110: 하부 팩 프레임
1110, 2110: 내부 빔
1150, 2150: 측면 프레임
1200: 상부 팩 프레임
1700, 2700: 벤팅부

Claims (19)

  1. 복수의 전지 모듈이 장착되어 있는 하부 팩 프레임; 및
    상기 전지 모듈의 상부에 위치하는 상부 팩 프레임을 포함하고,
    상기 하부 팩 프레임의 바닥면에 상기 전지 모듈에서 발생한 가스가 이동하는 벤팅 경로가 되는 적어도 둘의 내부 빔 및 측면 프레임이 형성되어 있고,
    상기 측면 프레임은 상기 하부 팩 프레임의 바닥면의 가장자리를 따라 연장되어 있고,
    상기 적어도 둘의 내부 빔은 서로 이격되어 있고,
    상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 접하되, 상기 내부 빔의 단부와 상기 측면 프레임의 내면이 서로 연통하는 적어도 하나의 제1 연결부가 형성되어 있고,
    상기 내부 빔은 상기 내부 빔의 측면을 관통하는 적어도 하나의 벤팅홀을 포함하는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 모듈은 상기 측면 프레임과 상기 적어도 둘의 내부 빔에 의해 서로 구획되는 전지 팩.
  3. 제2항에서,
    상기 적어도 둘의 내부 빔 중 서로 인접하게 위치하는 한 쌍의 내부 빔들 과 상기 측면 프레임 사이에 한 쌍의 전지 모듈이 배치되어 있는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 적어도 하나의 벤팅홀은 상기 한 쌍의 전지 모듈 사이에 위치하는 전지 팩.
  5. 제1항에서,
    상기 측면 프레임은 상기 하부 팩 프레임의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제1 측면 빔과 상기 하부 팩 프레임의 폭 방향을 따라 연장되어 있는 한 쌍의 제2 측면 빔을 포함하는 전지 팩.
  6. 제5항에서,
    상기 내부 빔은 상기 제2 측면 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있고,
    상기 내부 빔의 단부와 상기 제1 측면 빔의 내면이 접하는 면에 상기 제1 연결부가 위치하는 전지 팩.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 측면 빔과 상기 제2 측면 빔이 서로 접하는 면이 연통되어 있는 제2 연결부를 포함하는 전지 팩.
  8. 제7항에서,
    상기 한 쌍의 제2 측면 빔 중 하나의 제2 측면 빔에 적어도 하나의 벤팅부가 형성되어 있는 전지 팩.
  9. 제8항에서,
    상기 측면 프레임은 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 하나의 제1 측면 빔에 위치하되, 상기 제1 측면 빔의 내부가 폐쇄되어 있는 차단부를 포함하고,
    상기 차단부는 상기 벤팅부가 형성된 제2 측면 빔과 인접하게 위치하는 상기 제2 연결부를 폐쇄하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 내부 빔은 상기 내부 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 내부격벽 및 제2 내부 격벽을 포함하고,
    상기 제1 내부 격벽 상에 상기 제2 내부 격벽이 위치하고,
    상기 제1 내부 격벽과 상기 내부 빔의 바닥면 사이에 상기 적어도 하나의 벤팅홀이 위치하는, 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 내부 격벽의 양 단부는 상기 내부 빔의 양 측면에 각각 이격되어 있고,
    상기 제2 내부 격벽의 양 단부는 상기 내부 빔의 측면에 각각 접하되, 상기 제2 내부 격벽의 중심부는 상기 제1 내부 격벽을 향해 개방되어 있고,
    상기 제1 연결부는 상기 제2 내부 격벽의 양 단부와 상기 내부 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 내부 빔의 양 측면에 각각 형성되는 전지 팩.
  12. 제10항에서,
    상기 제1 내부 격벽의 일 단부는 상기 내부 빔의 일 측면과 접하되, 상기 제1 내부 격벽의 타 단부는 상기 내부 빔의 반대 측면이 서로 이격되어 있고,
    상기 제2 내부 격벽의 일 단부는 상기 내부 빔의 반대 측면과 접하되, 상기 제2 내부 격벽의 타 단부는 상기 내부 빔의 일 측면과 서로 이격되어 있고,
    상기 제2 내부 격벽의 단부와 상기 내부 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 내부 빔에서, 상기 제1 연결부는 상기 내부 빔의 반대 측면에 형성되되, 상기 내부 빔의 일 측면은 폐쇄되어 있는 전지 팩.
  13. 제12항에서,
    상기 내부 빔의 반대 측면은 상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중에서 상기 차단부가 형성되어 있는 상기 제1 측면 빔과 인접하게 위치하는 전지 팩.
  14. 제9항에서,
    상기 제1 측면 빔은 상기 제1 측면 빔의 길이 방향을 따라 연장되어 있는 제1 측면 격벽 및 제2 측면 격벽을 포함하고,
    상기 제1 측면 격벽 상에 상기 제2 측면 격벽이 위치하고,
    상기 제1 측면 격벽의 양 단부는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 접하고,
    상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하는 제1 측면 빔에서, 상기 제1 측면 격벽과 상기 제2 측면 격벽 사이에 상기 제1 연결부가 위치하는, 전지 팩.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 측면 격벽의 양 단부는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 접하되, 상기 제2 측면 격벽의 중심부는 상기 제1 측면 격벽을 향해 개방되어 있고,
    상기 제2 연결부는 상기 제2 측면 격벽과 상기 제1 측면 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 형성되는 전지 팩.
  16. 제14항에서,
    상기 제2 측면 격벽의 일 단부는 상기 제1 측면 빔의 일 측면에 접하되, 상기 제2 측면 격벽의 타 단부는 상기 제1 측면 빔의 타 측면과 이격되어 있고,
    상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하는 제1 측면 빔에서, 상기 제2 연결부는 상기 제2 측면 격벽의 단부와 상기 제1 측면 빔의 상면 사이에 위치하는 상기 제1 측면 빔의 양 측면에 각각 형성되되, 상기 차단부가 상기 제1 측면 빔의 타 측면에 인접한 상기 제2 연결부를 폐쇄하는 전지 팩.
  17. 제16항에서,
    상기 한 쌍의 제1 측면 빔 중 상기 차단부가 위치하지 않는 제1 측면 빔에서, 상기 제1 측면 격벽과 상기 제2 측면 격벽의 양 단부는 각각 상기 제1 측면 빔의 양 측면과 접하는, 전지 팩.
  18. 제1항에서,
    상기 벤팅홀에 벤팅 밸브가 삽입되어 있는 전지 팩.
  19. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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