WO2021201454A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module with enhanced stability and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because no by-products are generated due to energy use.
  • a method of configuring a battery module including a plurality of battery cells and adding other components to at least one battery module to configure the battery pack This is common. Since the battery cells constituting the mid-to-large-sized battery module are composed of rechargeable batteries capable of charging and discharging, such high-output, large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process.
  • the battery module may include a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a frame accommodating the battery cell stack, and an end plate covering front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • FIG. 1 is a view showing a state of ignition of a battery module mounted on a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 , showing flames affecting adjacent battery modules when a battery module mounted in a conventional battery pack ignites.
  • a conventional battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells 10 are stacked, a frame 20 for accommodating the battery cell stack, and front and rear surfaces of the battery cell stack. It includes an end plate 30 , a terminal bus bar 40 formed to protrude out of the end plate 30 , and the like.
  • the frame 20 and the end plate 30 may be coupled to be sealed through welding.
  • the internal pressure of the battery cell 10 increases during overcharging of the battery module and exceeds the fusion strength limit value of the battery cell 10 , the high-temperature heat, gas and flame generated in the battery cell 10 is released from the battery cell 10 . can be discharged outside.
  • high-temperature heat, gas, and flame may be discharged through the openings formed in the end plate 30.
  • the end plate 30 is ejected from the battery module.
  • High-temperature heat, gas, and flame may affect neighboring battery modules.
  • the terminal bus bar 40 formed on the end plate 30 of the neighboring battery module may be damaged, and high-temperature heat, gas, and flame may penetrate the battery through the opening formed in the end plate 30 of the neighboring battery module. It may enter the inside of the module and damage the plurality of battery cells 10 .
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of dispersing high-temperature heat and flames emitted when an ignition occurs in the battery module, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; and a module frame for accommodating the battery cell stack, a venting part is formed on a lower surface of the module frame, and the battery cell includes: a cell body; electrode leads protruding from both ends of the cell body; and a terrace portion extending from the cell case in a direction in which the electrode lead protrudes, and the vent portion is formed adjacent to a portion where the terrace portion is located rather than the cell body.
  • the venting part may be formed at a position corresponding to the part where the terrace part is located.
  • It may further include a first end plate and a second end plate respectively positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • the venting part may have a hole structure formed on a lower surface of the module frame.
  • the hole structure may obliquely penetrate the lower surface of the module frame.
  • the hole structure may have an inclination direction that approaches an end plate that is farther from the venting part among the first end plate and the second end plate.
  • the venting part may include an inlet formed on a lower surface of the module frame facing the battery cell stack, an outlet for discharging gas introduced through the inlet, and a connection part connecting the inlet and the outlet.
  • the outlet may be formed in a direction perpendicular to the inlet.
  • connection part may have a shape protruding from a lower surface of the module frame.
  • the venting part may be formed to discharge gas in a direction of an end plate located further away from the first end plate and the second end plate.
  • the first end plate and the second end plate include a module mounting part for fixing the battery module, a support member is inserted into the module mounting part, and the module from the bottom of the pack frame by the support member
  • the lower surface of the frame may be spaced apart.
  • a supporting member protruding downward to the lower surface of the module frame may be formed.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may include two or more battery modules, and openings may be formed on surfaces facing each other in the first battery module and the second battery module among the battery modules.
  • the venting part of the first battery module may be formed to discharge gas in a direction opposite to a direction in which the second battery module is located.
  • a battery module and a battery pack including the same face the battery module by dispersing high-temperature heat, gas, and flame generated when the battery module is ignited through a vent formed on the lower surface of the module frame. It is possible to minimize the damage applied to the terminal terminal and the plurality of battery cell parts of the battery module.
  • FIG. 1 is a view showing a state of ignition of a battery module mounted on a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 , showing flames affecting adjacent battery modules when a battery module mounted in a conventional battery pack ignites.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is combined.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a lower surface of the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line “B” of FIG. 5 .
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of a battery module according to modified embodiments of the present invention, respectively.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which a battery module according to an embodiment of the present invention is mounted on a pack frame.
  • 11A and 11B are cross-sectional views of a battery module in which a supporting member is formed, respectively.
  • FIG. 12 is a top plan view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity no.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • 5 is a perspective view illustrating a state in which the battery module of FIG. 3 is combined.
  • 6 is a plan view illustrating a lower surface of the battery module of FIG. 5 .
  • 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line “B” of FIG. 5 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 and a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked. It includes a module frame 200 for accommodating, and a venting part 400 is formed on a lower surface of the module frame 200 .
  • the venting part means a part for discharging heat or gas inside the battery module 100 .
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • the two electrode leads 111 and 112 are opposite to each other and protrude from one end 114a and the other end 114b of the cell body 113, respectively. has a structure in In more detail, the electrode leads 111 and 112 are connected to the electrode assembly (not shown), and protrude from the electrode assembly (not shown) to the outside of the battery cell 110 .
  • both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side 114c connecting them are adhered in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114 .
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a total of three sealing parts 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing parts 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • the cell case 114 may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • connection part 115 may extend long along one edge of the battery cell 110 , and a protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear is formed at an end of the connection part 115 .
  • the terrace portion 116 may be formed between the electrode leads 111 and 112 and the cell body 113 . That is, the battery cell 110 includes a terrace portion 116 extending from the cell case 114 in a direction in which the electrode leads 111 and 112 protrude.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 may be stacked to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120 .
  • the upper plate 130 may be positioned on the upper side of the battery cell stack 120 , and a bus bar frame ( 140) may be located.
  • the battery cell stack 120 , the upper plate 130 , and the bus bar frame 140 may be accommodated together in the module frame 200 .
  • a thermal conductive resin may be injected between the lower surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200 , and between the lower surface of the battery cell stack 120 and the module frame 200 through the injected thermal conductive resin.
  • a thermally conductive resin layer (not shown) may be formed.
  • the bus bar frame 140 is positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively, to cover the battery cell stack 120 and guide the connection between the battery cell stack 120 and external devices at the same time. can do.
  • the bus bar 141 and the terminal bus bar 142 may be mounted on the bus bar frame 140 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may be bent after passing through the slit formed in the bus bar frame 140 to be bonded to the bus bar 141 or the terminal bus bar 142 .
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 may be connected in series or in parallel through the bus bar 141 , and an external device may be connected through the terminal bus bar 142 exposed to the outside of the battery module 100 .
  • the circuit and the battery cells 110 may be electrically connected.
  • a connector (not shown) may be mounted on the bus bar frame 140 , and the temperature or voltage data of the battery cell 110 measured through the sensing assembly (not shown) is transmitted to the external BMS through the connector (not shown). (Battery Management System), etc.
  • the end plates 301 and 302 are formed to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • the first end plate 301 and the second end plate 302 may be positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively.
  • the end plates 301 and 302 can protect the bus bar frame 140 and various electrical components connected thereto from external impact, and for this, they must have a predetermined strength and may include a metal such as aluminum.
  • Terminal busbar openings 320 and connector openings 330 are formed in the end plates 301 and 302 for connecting the terminal busbars 142 and connectors (not shown) mounted on the busbar frame 140 to the outside. and gas or heat generated from the battery cell 110 through the openings 320 and 330 may be discharged to the outside of the battery module 100 .
  • the end plates 301 and 302 and the module frame 200 are coupled by welding, and the module frame 200 and the plurality of battery cells 110 located inside the end plate 300 are sealed through the end plate ( 300) and the module frame 200 through the coupling structure, except for the above-described openings 320 and 330, the connection to the outside may be blocked.
  • high-temperature heat, gas, or flame generated in the battery cell may be discharged through the openings.
  • high-temperature heat, gas, flame, etc. ejected from the battery module may damage neighboring battery modules.
  • the venting part 400 is formed on the lower surface of the module frame 200 according to the present embodiment, so that heat, gas, and flames discharged through the openings 320 and 330 can be dispersed.
  • the venting part 400 may have a hole structure formed on the lower surface of the module frame 200 .
  • the venting part 400 is formed adjacent to the portion where the terrace part 116 is located rather than the cell body 113 .
  • a lot of heat is generated in the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 and the terrace portion 116 adjacent thereto, and the sealing of the terrace portion 116 is released due to a change in pressure inside the battery module 100 .
  • high temperature heat, gas and flame may be emitted.
  • the venting part 400 according to the present embodiment is formed adjacent to the portion where the terrace part 116 is located rather than the cell body 113 , high-temperature heat, gas, and flame are immediately removed from the battery module 100 . can be discharged with
  • the venting part 400 may be formed at a position corresponding to the terrace part 116 .
  • venting unit 400 since the venting unit 400 according to the embodiment of the present invention is formed on the lower surface of the module frame 200 , foreign substances floating in the air are prevented from entering the battery module 100 through the venting unit 400 . can do.
  • venting units 500 and 600 according to modified embodiments of the present invention will be described.
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of a battery module according to modified embodiments of the present invention, respectively.
  • the venting units 500 and 600 are directed toward the farther one of the first end plate 301 and the second end plate 302 in the direction of the end plate. It may be configured to exhaust gas. As shown in FIGS. 8 and 9 , the venting parts 500 and 600 positioned close to the first end plate 301 may be formed to discharge gas in the direction of the second end plate 302 positioned further away.
  • Venting portions 500 and 600 are formed at positions corresponding to the portion where the terrace portion 116 is located, and the first end plate 301 is located opposite the reference portion of the battery cell stack 120 . Since it is closer than 302, when the gas is discharged in the direction of the first end plate 301, high-temperature heat, gas and flame are emitted to other battery modules adjacent to the first end plate 301, which may cause damage. . In order to prevent this, it is preferable that the venting parts 500 and 600 are formed to discharge gas in the direction of the second end plate 302 . This will be described again with reference to FIG. 12 below.
  • the venting unit 500 may have a hole structure formed on the lower surface of the module frame 200 , and further may have a hole structure that obliquely penetrates the lower surface of the module frame 200 .
  • the inner inlet of the venting part 500 passing through an angle may be formed closer to the first end plate 301 than the outer outlet, and the outer outlet may be formed closer to the second end plate 302 than the inner inlet.
  • the venting part 500 may have an inclination direction closer to an end plate positioned further from the venting part 500 among the first end plate 301 and the second end plate 302 .
  • the venting unit 500 By providing the structure as described above, it is possible to naturally impart direction to the heat or gas discharged through the venting unit 500 . That is, the gas may be induced to be discharged in the direction of the second end plate 302 located further away, thereby preventing damage to other battery modules adjacent to the first end plate 301 .
  • venting unit 500 does not require a separate additional space as a perforated hole structure, and has the advantage of providing the directionality of the discharged gas simply by passing through the module frame 200 . have.
  • the venting part 600 is formed on the lower surface of the module frame 200 to form an inlet 610 and an inlet 610 facing one side of the battery cell according to the stacking direction of the battery cell stack. It may include an outlet 620 for discharging the gas introduced through, and a connector 630 connecting the inlet 610 and the outlet 620 .
  • the outlet 620 may be formed in a direction perpendicular to the inlet 610 .
  • the connection part 630 may be formed to protrude from the lower surface of the module frame 200, and may be formed to be inclined. Accordingly, the outlet 620 may also be formed on the outside of the lower surface of the module frame 200 .
  • the venting unit 600 may more reliably guide heat or gas inside the battery module toward the second end plate 302 . That is, it has an advantage that the directionality of heat or gas can be more reliably provided.
  • the connection part 630 may serve as a kind of cover to prevent foreign substances from entering the battery module.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which the battery module according to an embodiment of the present invention is mounted on the pack frame 1100 .
  • the module mounting part 310 may be formed on the end plates 301 and 302 to mount and fix the battery module 100 to the pack frame 1100 of the battery pack. .
  • the support member 340 may be inserted into the module mounting part 310 .
  • a mounting hole 311 may be formed in the module mounting part 310 , and the support member 340 may be inserted into the mounting hole 311 .
  • a through hole may be formed in the bottom 1110 of the pack frame 1100 , and one end of the support member 340 passing through the mounting hole 311 may be coupled to the through hole of the bottom 1110 .
  • one end of the support member 340 may be provided in a bolt shape and coupled with a nut-shaped through hole of the bottom portion 1110 .
  • the coupling is not limited to the bolt and nut coupling, and may be implemented through various embodiments.
  • the support member 340 may have a cylindrical rod shape so as to be inserted into the mounting hole 311 of the module mounting part 310 .
  • a head portion 341 may be formed at the other end opposite to the one end of the support member 340 .
  • the head part 341 is formed to have a wider radius than the mounting hole 311 , so that the end plates 301 and 302 can be closely adhered and fixed to the bottom part 1110 without being inserted into the mounting hole 311 .
  • the battery module 100 may be mounted and fixed to the pack frame 1100 .
  • the height of the support member 340 is set to be somewhat longer so that the lower surface of the module frame 200 is spaced apart from the bottom 1110 of the pack frame 1100 by a predetermined distance d1.
  • a fixing member such as a nut surrounding the support member 340 is provided at the lower end of the mounting part 310 , and the battery module 100 including the end plates 301 and 302 is located below. can be prevented from moving to That is, the fixing member that maintains the separation distance by a predetermined interval d1 may be provided.
  • venting parts 400 , 500 , 600 are formed on the lower surface of the module frame 200 and heat or gas is discharged through the lower surface, the lower surface is the bottom 1110 of the pack frame 1100 ) It is preferable to provide a space in which heat or gas is discharged by being spaced apart from it.
  • the venting parts 500 and 600 of FIGS. 8 and 9 induce the discharge in the direction of the second end plate 302 from the first end plate 301, the lower surface of the module frame 200 is spaced apart as described above. It is preferable to be In addition, since the venting part 600 of FIG. 9 forms a structure in which the connection part 630 and the outlet 620 protrude, it may be more preferable that the lower surface of the module frame 200 be spaced apart.
  • FIG. 11A and 11B are cross-sectional views of a battery module in which a supporting member 210 is formed, respectively, as a modified embodiment of the present invention.
  • a supporting member 210 protruding downwardly on the lower surface of the module frame 200 may be formed.
  • the lower surface of the module frame 200 may be spaced apart from the bottom of the pack frame. Accordingly, a space for discharging heat or gas may be provided, and the discharged heat or gas may easily move from the first end plate 301 to the second end plate 302 .
  • the number of the supporting members 210 there is no particular limitation on the number of the supporting members 210 , but a plurality is preferable in order to stably support the battery module, and it is more preferable to be evenly disposed on all areas of the lower surface of the module frame 200 .
  • the venting parts 500 and 600 and the support member 210 are shown together, but in consideration of the path of heat or gas, the support member 210 is a venting part 500, 600) and is preferably formed to deviate from it. Specifically, the position of the venting parts 500 and 600 and the position of the support member 210 in a direction parallel to the surface of the cell body 113 (a direction parallel to the x-axis in FIG. 5 ) do not coincide with each other. desirable. This is to prevent the support member 210 from blocking the heat or gas discharged from the venting units 500 and 600 .
  • the support member 210 may be of a configuration integrated with the module frame 200 , or alternatively, a configuration formed by bonding a member such as a metal to the lower surface of the module frame 200 .
  • the battery cell 110 may correspond to the position of the terrace part 116 of the battery cell 110 constituting the battery cell stack 120 . They are preferably arranged along a direction parallel to the stacking direction.
  • the direction in which the battery cells 110 are stacked means a direction perpendicular to the surface of the cell body 113 , that is, a direction parallel to the y-axis in FIG. 5 .
  • the module frame 200 may have a mono frame structure or a structure in which an upper cover is coupled to a U-shaped frame.
  • the mono frame may be in the form of a metal plate in which the upper surface, the lower surface and both sides are integrated, and may be manufactured by extrusion molding.
  • the lower surface and both sides may be formed by coupling the upper cover to the upper side of the U-shaped frame, which is an integrated metal plate, and may be manufactured by press molding.
  • venting parts 400 and 500 of the hole structure may be applied to both a mono frame manufactured by extrusion molding or a U-shaped frame manufactured by press molding.
  • the venting part 600 having a protruding structure is easier to implement in a U-shaped frame manufactured by press molding rather than a mono frame manufactured by extrusion molding.
  • a through hole may be formed in the lower surface of the module frame 200 and the connection part 630 and the outlet 620 may be joined to the lower surface.
  • the venting unit 600 is also applicable to a mono frame manufactured by extrusion molding.
  • FIG. 12 is a top plan view of the battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 may include two or more of the battery modules 100a and 100b described above.
  • the battery modules 100a and 100b may be accommodated in the pack frame 1100 and may be mounted together with various control and protection systems such as a Battery Management System (BMS) and a cooling system.
  • BMS Battery Management System
  • the first battery module 100a and the second battery module 100b may have openings 320a, 330a, 320b, and 330b formed on surfaces facing each other, respectively.
  • the first end plate 301a of the first battery module 100a and the first end plate 301b of the second battery module 100b may face each other.
  • the terminal bus bar opening 320a and the connector opening 330a may be formed in the first end plate 301a of the first battery module 100a.
  • a terminal bus bar opening 320b and a connector opening 330b may be formed in the first end plate 301b of the second battery module 100b.
  • the battery modules 100a and 100b according to the present embodiment may reduce heat, gas, and flame emitted through the openings 320a, 330a, 320b, and 330b by providing the aforementioned venting portion on the lower surface thereof.
  • venting parts 500 and 600 shown in FIG. 8 or FIG. 9 may be provided in the battery modules 100a and 100b.
  • the first battery module 100a may induce heat, gas, flame, etc. to be discharged in the opposite direction to the direction in which the second battery module 100b is located
  • the second battery module 100b is the first battery Heat, gas, flame, etc. may be induced to be discharged in a direction opposite to the direction in which the module 100a is located. That is, damage that may be applied between the facing battery modules 100a and 100b can be minimized.
  • the battery modules 100a and 100b according to the present embodiment may be spaced apart from the bottom 1110 of the pack frame 1100 .
  • the battery modules 100a and 100b may include the module mounting part 310 and the support member 340 shown in FIG. 10 or the support member 210 shown in FIGS. 11A and 11B . Accordingly, a space for discharging heat, gas, flame, etc. may be provided inside the battery pack 1000 .
  • the battery module or battery pack according to the present embodiment described above may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, etc., but is not limited thereto and may be applied to various devices that can use a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 하면에는 벤팅부가 형성되며, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 셀 케이스로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 4월 1일자 한국 특허 출원 제10-2020-0039762호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정성이 강화된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품 군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 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 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 복수의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈에 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다.
전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함할 수 있다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(10)이 적층 형성된 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(20), 전지셀 적층체의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(30), 엔드 플레이트(30) 밖으로 돌출 형성된 단자 버스바(40) 등을 포함한다.
프레임(20)과 엔드 플레이트(30)는 용접을 통해 밀봉되도록 결합할 수 있다. 전지 모듈의 과충전시 전지셀(10)의 내부 압력이 증가하여 전지셀(10)의 융착 강도 한계치를 넘는 경우, 전지셀(10)에서 발생한 고온의 열, 가스 및 화염이 전지셀(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이때 고온의 열, 가스 및 화염은 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부들을 통해 배출될 수 있는데, 엔드 플레이트(30)끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 전지모듈로부터 분출된 고온의 열, 가스 및 화염 등이 이웃하는 전지 모듈에 영향을 미칠 수 있다. 이를 통해 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 단자 버스바(40)가 손상될 수 있으며, 고온의 열, 가스 및 화염이 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트(30)에 형성된 개구부를 통해 전지 모듈의 내부로 들어가 복수의 전지셀(10)들에 손상을 입힐 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내 발화 현상 발생시 배출되는 고온의 열과 화염을 분산시킬 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 모듈 프레임의 하면에는 벤팅부가 형성되며, 상기 전지셀은, 셀 본체; 상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 셀 케이스로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성된다.
상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 하면에 형성된 홀 구조일 수 있다.
상기 홀 구조는, 상기 모듈 프레임 하면을 비스듬하게 관통할 수 있다.
상기 홀 구조는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 가질 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 하면에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구, 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연결부는 상기 모듈 프레임의 하면으로부터 돌출된 형태일 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 전지 모듈의 고정을 위한 모듈 마운팅부를 포함하고, 상기 모듈 마운팅부에 지지부재가 삽입되며, 상기 지지부재에 의해 팩 프레임의 바닥부로부터 상기 모듈 프레임의 하면이 이격될 수 있다.
상기 모듈 프레임의 하면에 하향하도록 돌출된 받침부재가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈을 둘 이상 포함하고, 상기 전지 모듈들 중 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈은 각각 서로 마주보는 면에 개구부가 형성될 수 있다.
상기 제1 전지 모듈의 상기 벤팅부는, 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈들을 수용하는 팩 프레임을 더 포함하고, 상기 전지 모듈들은 상기 팩 프레임의 바닥부로부터 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 모듈 프레임의 하면에 형성된 벤팅부를 통해 전지 모듈의 발화시 발생하는 고온의 열, 가스 및 화염을 분산시킴으로써, 상기 전지 모듈과 마주하는 전지 모듈의 터미널 단자 및 복수의 전지셀 부분에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 부분으로, 종래 전지팩에 장착된 전지 모듈의 발화시 인접한 전지 모듈에 영향을 미치는 화염의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈이 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈의 하면을 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 절단선 “B”를 따라 절단한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 받침 부재가 형성된 전지 모듈에 대한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 위에서 바라본 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈이 결합된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈의 하면을 나타낸 평면도이다. 도 7은 도 5의 절단선 “B”를 따라 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(120) 및 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(200)을 포함하고, 모듈 프레임(200)의 하면에는 벤팅부(400)가 형성된다. 본 명세서 상에서 벤팅부라 함은, 전지 모듈(100) 내부의 열이나 가스를 배출하기 위한 부분을 의미한다.
도 4를 참고하면, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 전극 리드(111, 112)를 사이에 두고 셀 케이스(114)가 밀봉되면서, 전극 리드(111, 112)와 셀 본체(113) 사이에 테라스부(116)가 형성될 수 있다. 즉, 전지셀(110)은, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향으로 셀 케이스(114)로부터 연장 형성된 테라스부(116)를 포함한다.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 전지셀 적층체(120)의 상측에는 상부 플레이트(130)가 위치할 수 있고, 전극 리드(111, 112)가 돌출된 방향인 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에는 각각 버스바 프레임(140)이 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(120), 상부 플레이트(130) 및 버스바 프레임(140)은 모듈 프레임(200)에 함께 수용될 수 있다.
전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에는 열전도성 수지가 주액될 수 있으며, 주액된 열전도성 수지를 통해 전지셀 적층체(120)와 모듈 프레임(200)의 하면 사이에 열전도성 수지층(미도시)이 형성될 수 있다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200) 내부에 수용된 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
버스바 프레임(140)은 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면에 각각 위치하여, 전지셀 적층체(120)를 커버함과 동시에 전지셀 적층체(120)와 외부 기기와의 연결을 안내할 수 있다. 구체적으로, 버스바 프레임(140)에는 버스바(141) 및 단자 버스바(142)가 장착될 수 있다. 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 버스바 프레임(140)에 형성된 슬릿을 통과한 후 구부러져 버스바(141)나 단자 버스바(142)와 접합될 수 있다. 버스바(141)를 통해 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 직렬 또는 병렬 연결될 수 있고, 전지 모듈(100)의 외부로 노출되는 단자 버스바(142)를 통해 외부 기기나 회로와 전지셀(110)들이 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 버스바 프레임(140)에 커넥터(미도시)가 장착될 수 있고, 센싱 어셈블리(미도시)를 통해 측정된 전지셀(110)의 온도나 전압 데이터가 커넥터(미도시)를 통해 외부 BMS(Battery Management System )등으로 전달될 수 있다.
엔드 플레이트(301, 302)는 전지셀 적층체(120)의 전면과 후면을 커버하도록 형성된다. 구체적으로, 전지셀 적층체(120)의 전면 및 후면 각각에 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302)가 위치할 수 있다. 엔드 플레이트(301, 302)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(140) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호할 수 있고, 이를 위해 소정의 강도를 가져야 하며 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(301, 302)에는 버스바 프레임(140)에 장착된 단자 버스바(142) 및 커넥터(미도시)가 외부와 연결되기 위한 단자 버스바 개구부(320) 및 커넥터 개구부(330)가 형성되며, 개구부(320, 330)들을 통해 전지셀(110)로부터 발생한 가스나 열이 전지 모듈(100)의 외부로 배출될 수 있다. 엔드 플레이트(301, 302)와 모듈 프레임(200)은 용접으로 결합되고, 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(300) 내부에 위치한 복수의 전지셀(110)은, 용접을 통해 밀봉된 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200) 결합 구조를 통해, 상술한 개구부(320, 330)들을 제외하고는 외부와의 연결이 차단될 수 있다.
종래의 전지모듈은, 상술한 바대로, 개구부들을 통해 전지셀에서 발생한 고온의 열, 가스 또는 화염이 배출될 수 있다. 그러나, 엔드 플레이트끼리 서로 마주보도록 복수의 전지 모듈을 배치하는 전지팩 구조에서, 전지 모듈로부터 분출된 고온의 열, 가스 및 화염 등이 이웃하는 전지 모듈을 손상시킬 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 모듈 프레임(200)의 하면에 벤팅부(400)가 형성되어, 개구부(320, 330)들을 통해 배출되는 열, 가스 및 화염 등을 분산시킬 수 있다. 이러한 벤팅부(400)는 모듈 프레임(200)의 하면에 형성된 홀 구조일 수 있다. 벤팅부(400)를 통해 전지 모듈(100) 내부의 배출 경로를 다양화시켜 발화 시 전지 모듈(100)의 일 부분으로만 배출이 집중되는 현상을 방지하고 고온의 열, 가스 및 화염의 배출을 분산시킬 수 있다.
또한, 벤팅부(400)는 셀 본체(113)보다 테라스부(116)가 위치한 부분에 인접하여 형성된다. 전지셀(110) 중 전극 리드(111, 112) 및 그와 인접한 테라스부(116)에 열이 많이 발생하며, 또 테라스부(116)가 전지 모듈(100) 내부의 압력 변화로 인해 밀봉이 해제되면서 고온의 열, 가스 및 화염이 배출될 수 있다. 이 때, 본 실시예에 따른 벤팅부(400)가 셀 본체(113)보다 테라스부(116)가 위치한 부분에 인접하여 형성됨으로써, 고온의 열, 가스 및 화염을 즉각적으로 전지 모듈(100) 외부로 배출할 수 있다. 일 예로, 벤팅부(400)는 테라스부(116)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 벤팅부(400)는 모듈 프레임(200)의 하면에 형성되기 때문에 공기 중에 떠다니는 이물질이 벤팅부(400)를 통해 전지 모듈(100) 내부로 들어가는 현상을 방지할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9와 함께, 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 벤팅부(500, 600)에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 도 3과 함께 참고하면, 본 실시예들에 따른 벤팅부(500, 600)는 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302) 중 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다. 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 제1 엔드 플레이트(301)와 가까이 위치한 벤팅부(500, 600)들은 더 멀리 위치한 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 형성될 수 있다.
테라스부(116)가 위치한 부분과 대응하는 위치에 벤팅부(500, 600)가 형성되는데, 제1 엔드 플레이트(301)가, 전지셀 적층체(120) 기준 맞은 편 부분에 위치한 제2 엔드 플레이트(302)보다 더 가까우므로, 제1 엔드 플레이트(301) 방향으로 가스가 배출될 경우 제1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈에 고온의 열, 가스 및 화염이 방출되어 손상을 입힐 수 있다. 이를 방지하기 위해 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 벤팅부(500, 600)가 형성되는 것이 바람직하다. 이는 아래 도 12에서 다시 설명하도록 한다.
도 8을 참고하면, 벤팅부(500)는 모듈 프레임(200)의 하면에 형성된 홀 구조일 수 있으며, 나아가 모듈 프레임(200)의 하면을 비스듬하게 관통하는 홀 구조일 수 있다.
구체적으로, 비스듬하게 관통된 벤팅부(500)의 내측 유입구는 외측 배출구 보다 제1 엔드 플레이트(301)에 가깝게 형성되고, 외측 배출구는 내측 유입구보다 제2 엔드 플레이트(302)에 가깝게 형성될 수 있다. 다시 말해, 벤팅부(500)는 제1 엔드 플레이트(301)와 제2 엔드 플레이트(302) 중 벤팅부(500)에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 가질 수 있다.
상기와 같은 구조를 마련하여, 벤팅부(500) 통해 배출되는 열이나 가스에 자연스럽게 방향성을 부여할 수 있다. 즉, 더 멀리 위치한 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 가스를 배출하도록 유도할 수 있으며, 이를 통해 제1 엔드 플레이트(301)와 인접한 다른 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 벤팅부(500)는 관통된 홀 구조로써 별도의 추가 공간이 필요하지 않으며, 모듈 프레임(200)을 관통하는 것만으로 간단히 배출되는 가스의 방향성을 부여할 수 있다는 장점이 있다.
다음, 도 9를 참고하면, 벤팅부(600)는, 모듈 프레임(200)의 하면에 형성되어 전지셀 적층체의 적층 방향에 따른 전지셀 일면과 마주보는 유입구(610), 유입구(610)를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구(620) 및 유입구(610)와 배출구(620)를 연결하는 연결부(630)를 포함할 수 있다.
배출구(620)는 유입구(610)와 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 연결부(630)는 모듈 프레임(200)의 하면으로부터 돌출된 형태를 형성할 수 있고, 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 배출구(620)도 모듈 프레임(200)의 하면의 외측에 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조에 따라, 본 실시예에 따른 벤팅부(600)는 전지 모듈 내부의 열이나 가스를 보다 확실하게 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 유도할 수 있다. 즉, 열이나 가스의 방향성을 보다 확실하게 부여할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 연결부(630)가 일종의 덮개의 역할을 수행하여, 외부의 이물질이 전지 모듈 내부로 들어가는 것을 차단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임(1100)에 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 10을 도 5와 함께 참고하면, 전지 모듈(100)을 전지팩의 팩 프레임(1100)에 장착 및 고정할 수 있도록 엔드 플레이트(301, 302)에 모듈 마운팅부(310)가 형성될 수 있다. 모듈 마운팅부(310)의 개수에는 제한이 없으나, 전지 모듈(100)의 안정적인 장착을 위해 제1 엔드 플레이트(301)의 양 측에 2개 및 제2 엔드 플레이트(302)의 양측에 2개, 총 4개가 형성되는 것이 바람직하다.
모듈 마운팅부(310)에 지지부재(340)가 삽입될 수 있다. 구체적으로, 모듈 마운팅부(310)에 마운팅홀(311)이 형성될 수 있고, 지지부재(340)가 마운팅홀(311)에 삽입될 수 있다. 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)에는 관통구가 형성될 수 있고, 마운팅홀(311)을 통과한 지지부재(340)의 일단이 바닥부(1110)의 관통구와 결합될 수 있다. 일례로, 지지부재(340)의 일단은 볼트 형상으로 마련되어 바닥부(1110)의 너트 형상의 관통구와 결합될 수 있다. 그러나, 상기 결합은 볼트 및 너트 결합에 한정되지 않으며, 다양한 실시예를 통해 구현될 수 있다.
한편, 지지부재(340)는 모듈 마운팅부(310)의 마운팅홀(311)에 삽입될 수 있도록 원통형의 봉 형태일 수 있다. 또한, 지지부재(340)의 상기 일단과 대향하는 타단에 헤드부(341)가 형성될 수 있다. 헤드부(341)는 마운팅홀(311)보다 넓은 반경으로 형성되어, 마운팅홀(311)에 삽입되지 않고, 엔드 플레이트(301, 302)를 바닥부(1110)로 밀착 및 고정시킬 수 있다. 이를 통해 전지 모듈(100)이 팩 프레임(1100)에 장착 및 고정될 수 있다.
이 때, 지지부재(340)는 높이를 다소 길게 설정하여, 모듈 프레임(200)의 하면이 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)로부터 소정의 간격(d1)만큼 이격되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 일례로, 구체적으로 도시하지 않았으나, 지지부재(340)를 감싸는 너트 등의 고정 부재를 마운팅부(310) 하단에 마련하여, 엔드 플레이트(301, 302)를 비롯한 전지 모듈(100)이 아래로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 소정의 간격(d1)만큼의 이격 거리를 유지하는 상기 고정 부재가 마련될 수 있다.
본 발명에서, 모듈 프레임(200)의 하면에 벤팅부(400, 500, 600)가 형성되고 상기 하면을 통해 열이나 가스의 배출되기 때문에, 상기 하면을 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)로부터 이격시켜 열이나 가스가 배출되는 공간을 마련하는 것이 바람직하다.
특히, 도 8 및 도 9의 벤팅부(500, 600)는 제1 엔드 플레이트(301)에서 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 배출을 유도하기 때문에 상기와 같이 모듈 프레임(200)의 하면이 이격되는 것이 바람직하다. 또한, 도 9의 벤팅부(600)는 연결부(630)와 배출구(620)가 돌출된 구조를 형성하기 때문에 모듈 프레임(200)의 하면이 이격되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는, 본 발명의 변형 실시예로써, 각각 받침부재(210)가 형성된 전지 모듈에 대한 단면도이다.
도 11a 및 도 11b를 참고하면, 모듈 프레임(200)의 하면에 하향하도록 돌출된 받침부재(210)가 형성될 수 있다.
받침부재(210)를 통해 전지 모듈이 팩 프레임에 장착될 때, 모듈 프레임(200)의 하면이 팩 프레임의 바닥부로부터 이격되도록 할 수 있다. 이에 따라, 열이나 가스가 배출되는 공간이 마련되고, 배출된 열이나 가스가 제1 엔드 플레이트(301)에서 제2 엔드 플레이트(302) 방향으로 이동하기 용이할 수 있다.
받침부재(210)의 개수에 특별한 제한은 없으나, 전지 모듈을 안정적으로 받치기 위해 복수인 것이 바람직하며, 모듈 프레임(200)의 하면의 모든 영역에 골고루 배치되는 것이 더욱 바람직하다.
설명의 편의를 위해 도 11a 및 도 11b에서, 벤팅부(500, 600)와 받침부재(210)를 함께 도시하였으나, 열이나 가스의 경로를 고려하여, 받침부재(210)는 벤팅부(500, 600)와 어긋나 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 셀 본체(113)의 면과 평행한 방향(도 5의 x축과 평행한 방향)에 대해 벤팅부(500, 600)의 위치와 받침부재(210)의 위치가 서로 일치하지 않는 것이 바람직하다. 받침부재(210)가 벤팅부(500, 600)로부터 배출된 열이나 가스를 가로막는 것을 막기 위함이다.
받침부재(210)의 소재나 형성방법에 특별한 제한은 없으며, 전지 모듈을 받칠 수 있도록 소정의 강도를 갖는 것이 바람직하다. 받침부재(210)는 모듈 프레임(200)과 일체화된 구성일 수 있으며, 이와 달리 금속 등의 부재를 모듈 프레임(200)의 하면에 접합하여 형성된 구성일 수도 있다.
한편, 앞에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 벤팅부(400, 500, 600)의 개수에 특별한 제한은 없으며, 하나일 수 있고, 또 복수로 구성될 수도 있다. 다만, 벤팅부(400, 500, 600)가 복수로 형성될 경우, 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)의 테라스부(116)의 위치와 대응되도록, 전지셀(110)이 적층되는 방향과 평행한 방향을 따라 배열되는 것이 바람직하다. 여기서 전지셀(110)이 적층되는 방향이라 함은 셀 본체(113)의 면과 수직한 방향, 즉 도 5에서 y축과 평행한 방향을 의미한다.
도 3을 다시 참고하면, 본 발명에 따른 모듈 프레임(200)은 모노 프레임의 구조 또는 U자형 프레임에 상부 커버가 결합된 구조일 수 있다.
우선, 모노 프레임은 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재의 형태일 수 있으며, 압출 성형으로 제조될 수 있다.
다음, U자형 프레임과에 상부 커버가 결합된 구조의 경우, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재인 U자형 프레임의 상측에 상부 커버를 결합하여 형성될 수 있으며, 프레스 성형으로 제조될 수 있다.
도 7이나 도 8에 도시된 바와 같이, 홀 구조의 벤팅부(400, 500)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임이나 프레스 성형으로 제조된 U자형 프레임에 모두 적용될 수 있다.
반면, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌출된 구조의 벤팅부(600)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임보다는 프레스 성형으로 제조된 U자형 프레임에서 구현되기 용이하다. 다만, 돌출된 구조의 벤팅부(600)를 형성함에 있어, 모듈 프레임(200)의 하면에 관통된 홀을 형성하고 연결부(630)와 배출구(620)를 상기 하면에 접합하여 형성할 수 있다. 이 경우, 이러한 벤팅부(600)는 압출 성형으로 제조된 모노 프레임에도 적용 가능하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)을 위에서 바라본 평면도이다.
도 12를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 앞서 설명한 전지 모듈(100a, 100b)을 둘 이상 포함할 수 있다.
전지 모듈(100a, 100b)들은 팩 프레임(1100)에 수용될 수 있으며, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착될 수 있다.
제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)은 각각 서로 마주보는 면에 개구부(320a, 330a, 320b, 330b)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 전지 모듈(100a)의 제1 엔드 플레이트(301a)와 제2 전지 모듈(100b)의 제1 엔드 플레이트(301b)가 서로 마주볼 수 있다. 이 때, 제1 전지 모듈(100a)의 제1 엔드 플레이트(301a)에 단자 버스바 개구부(320a) 및 커넥터 개구부(330a)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 전지 모듈(100b)의 제1 엔드 플레이트(301b)에 단자 버스바 개구부(320b) 및 커넥터 개구부(330b)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100a, 100b)들은 하면에 앞서 설명한 벤팅부를 마련함으로써, 개구부(320a, 330a, 320b, 330b)들을 통해 배출되는 열, 가스 및 화염 등을 줄일 수 있다.
또한, 전지 모듈(100a, 100b)들에 도 8이나 도 9에 도시된 벤팅부(500, 600)를 마련할 수 있다. 이에 따라, 제1 전지 모듈(100a)은 제2 전지 모듈(100b)이 위치한 방향과 반대방향으로 열, 가스 및 화염 등이 배출되도록 유도할 수 있고, 제2 전지 모듈(100b)은 제1 전지 모듈(100a)이 위치한 방향과 반대 방향으로 열, 가스 및 화염 등이 배출되도록 유도할 수 있다. 즉, 마주보는 전지 모듈(100a, 100b) 사이에 가해질 수 있는 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100a, 100b)들은, 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)로부터 이격될 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(100a, 100b)들이 도 10에 도시된 모듈 마운팅부(310)와 지지부재(340)를 포함하거나 도 11a 및 11b에 도시된 받침부재(210)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 전지팩(1000) 내부에 열, 가스 및 화염 등이 배출되는 공간이 마련될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100, 100a, 100b: 전지 모듈
110: 전지셀
111, 112: 전극 리드
113: 셀 본체
116: 테라스부
120: 전지셀 적층체
200: 모듈 프레임
301: 제1 엔드 플레이트
302: 제2 엔드 플레이트
310: 모듈 마운팅부
400, 500, 600: 벤팅부
1000: 전지팩
1100: 팩 프레임

Claims (15)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 및
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임을 포함하고,
    상기 모듈 프레임의 하면에는 벤팅부가 형성되며,
    상기 전지셀은,
    셀 본체;
    상기 셀 본체의 양단으로부터 돌출 형성된 전극 리드; 및
    상기 전극 리드가 돌출된 방향으로 셀 케이스로부터 연장 형성된 테라스부를 포함하고,
    상기 벤팅부는 상기 셀 본체보다 상기 테라스부가 위치한 부분에 인접하여 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 벤팅부는 상기 테라스부가 위치한 부분과 대응하는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 전면 및 후면에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 하면에 형성된 홀 구조인 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 홀 구조는, 상기 모듈 프레임 하면을 비스듬하게 관통하는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 홀 구조는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 상기 벤팅부에서 더 멀리 위치하는 엔드 플레이트에 가까워지는 경사 방향을 갖는 전지 모듈.
  7. 제3항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 모듈 프레임의 하면에 형성되어 상기 전지셀 적층체와 마주보는 유입구, 상기 유입구를 통해 유입된 가스를 배출하는 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 연결부를 포함하는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 배출구는 상기 유입구와 수직인 방향으로 형성되는 전지 모듈.
  9. 제7항에서,
    상기 연결부는 상기 모듈 프레임의 하면으로부터 돌출된 형태인 전지 모듈.
  10. 제3항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 제1 엔드 플레이트와 상기 제2 엔드 플레이트 중 더 멀리 위치한 엔드 플레이트 방향으로 가스를 배출하도록 형성된 전지 모듈.
  11. 제3항에서,
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트는, 상기 전지 모듈의 고정을 위한 모듈 마운팅부를 포함하고,
    상기 모듈 마운팅부에 지지부재가 삽입되며,
    상기 지지부재에 의해 팩 프레임의 바닥부로부터 상기 모듈 프레임의 하면이 이격되는 전지 모듈.
  12. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임의 하면에 하향하도록 돌출된 받침부재가 형성된 전지 모듈.
  13. 제1항에 따른 전지 모듈을 둘 이상 포함하고,
    상기 전지 모듈들 중 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈은 각각 서로 마주보는 면에 개구부가 형성되는 전지팩.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 전지 모듈의 상기 벤팅부는, 상기 제2 전지 모듈이 위치한 방향과 반대방향으로 가스를 배출하도록 형성된 전지팩.
  15. 제13항에서,
    상기 전지 모듈들을 수용하는 팩 프레임을 더 포함하고,
    상기 전지 모듈들은 상기 팩 프레임의 바닥부로부터 이격된 전지팩.
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