WO2023096193A1 - 전지 모듈 - Google Patents

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WO2023096193A1
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원성연
김태근
강윤혁
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, by arranging a pair of blocking ribs protruding toward a bus bar plate on an insulating cover to minimize the movement of high-temperature particles and gases toward the terminal of the bus bar plate, and to insulate A battery module capable of minimizing the discharge of high-temperature particles and gas through the gap by disposing an elastic gasket capable of elastically filling a gap between an opening of a cover and a terminal of a bus bar plate.
  • a battery pack When a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series/parallel, a battery module composed of at least one battery cell is configured, and other components are added using the at least one battery module to configure the battery pack. method is generally applied.
  • the battery cell stack inevitably generates heat when power is supplied, and if heat generation is not effectively controlled, a thermal runaway phenomenon in which the efficiency of the battery cell stack is rapidly reduced may occur, and in some cases, fire and explosion There is a risk of this happening.
  • the internal pressure of the battery module increases rapidly due to the high-temperature particles and gas generated during thermal runaway.
  • Chinese Patent Publication No. 202110308925 discloses a battery having a structure that protects the bus bar plate from high-temperature particles and gases generated during thermal runaway through a plurality of insulation plates disposed between the bus bar plate and the battery cell stack.
  • a module is disclosed.
  • the battery module disclosed in the above literature is disposed side by side along the left and right directions in a form in which a plurality of insulating plates are divided, leakage of high-temperature gas is not effectively prevented.
  • the battery module disclosed in the above document has a problem in that the leakage of particles of the battery module to the outside is not effectively blocked because high-temperature particles can move between the divided insulation plates.
  • the present invention was made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and by disposing a pair of blocking ribs protruding toward the bus bar plate on the insulating cover, high-temperature particles and gas move toward the terminal of the bus bar plate.
  • a first object is to provide a battery module that can minimize the
  • the present invention provides a battery module capable of minimizing the discharge of high-temperature particles and gases through the gap by disposing an elastic gasket that can elastically fill the gap between the opening of the insulating cover and the terminal of the bus bar plate.
  • the second purpose is to provide.
  • the present invention arranges a sheet member having heat resistance between the battery cell stack and the bus bar plate, so that the sheet member covers the upper side and the front surface of the battery cell stack as a whole in the width direction, thereby preventing high-temperature particles and gases.
  • a third object is to provide a battery module capable of minimizing damage to a bus bar plate and suppressing external leakage of particles and gas.
  • a battery module includes a battery cell laminate formed by stacking a plurality of battery cells; a plurality of electrode leads disposed at one end of the battery cell stack and electrically connecting the plurality of battery cells; a bus bar plate electrically connecting the plurality of electrode leads and having at least one terminal on one side thereof; and an insulating cover disposed to face one side of the bus bar plate and having an opening at least partially exposing the at least one terminal to the outside, wherein the insulating cover covers one side of the bus bar plate. It is characterized in that it includes at least one blocking rib formed protruding toward.
  • the at least one blocking rib may extend across the insulating cover along a left-right direction from a left edge to a right edge of the insulating cover.
  • the at least one blocking rib may be provided at a lower position than the opening in a vertical direction.
  • the blocking rib may include a first blocking rib provided at a lower position than the opening in a vertical direction; and a second blocking rib provided at a lower position than the first blocking rib in a vertical direction.
  • first blocking rib and the second blocking rib may be disposed parallel to each other.
  • first blocking rib and the second blocking rib may be integrally provided with each of the insulating cover.
  • each of the first blocking rib and the second blocking rib may have a front end integrally connected to the insulating cover and a rear end contacting the bus bar plate.
  • an elastic gasket that elastically fills a gap formed between the opening and the at least one terminal may be further included.
  • the elastic gasket may be formed of a rubber material having electrical insulation and heat resistance.
  • At least one sheet member fixed to the other side of the bus bar plate facing the battery cell stack and having heat resistance and electrical insulation may be further included.
  • the sheet member may include a vertical portion attached to the other side surface of the bus bar plate and extending in the vertical direction; and a horizontal portion integrally connected to an upper end of the vertical portion and extending in a direction away from the other side surface of the bus plate, the horizontal portion at least partially covering an upper side surface of the battery cell stack, and the vertical portion It may be disposed to at least partially cover the entire surface of the battery cell stack.
  • the width of the vertical portion in the left-right direction may be greater than or equal to the width of the front surface of the battery cell stack in the left-right direction.
  • the left-right width of the horizontal portion may be greater than or equal to the horizontal width of the upper surface of the battery cell stack.
  • the battery module according to the present invention has an effect of minimizing the movement of high-temperature particles and gas toward the terminal of the bus bar plate by arranging a pair of blocking ribs protruding toward the bus bar plate on the insulating cover.
  • a sheet member having heat resistance is disposed between the battery cell stack and the bus bar plate, so that the sheet member covers the upper side and the front surface of the battery cell stack as a whole in the width direction so that high temperature It has the effect of minimizing damage to the bus bar plate by particles and gas and suppressing external leakage of particles and gas.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of the first insulating cover shown in Figure 1;
  • FIG. 3 is a front perspective view of the battery module shown in FIG. 1;
  • Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3;
  • FIG. 5 is a front perspective view of the first cassette shown in FIG. 4;
  • Figure 6 is a partially enlarged and perspective view for explaining a sheet member provided in one embodiment of the present invention shown in Figure 1.
  • battery module 100 battery cell laminate 100a: upper side 100b: front 110: battery cell 111: electrode lead 200: frame 210: lower frame 211: bottom frame 212: side frame 220: upper frame 300: insulating cover 310: First insulating cover 320: Second insulating cover 400: Sheet member 410: First sheet member 420: Second sheet member 500: Bus bar plate 500a: Bus bar 510: First bus bar plate 520: Second bus bar plate
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another component, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
  • the arrangement of an arbitrary element on the "upper (or lower)" or “upper (or lower)” of a component means that an arbitrary element is placed in contact with the upper (or lower) surface of the component.
  • ком ⁇ онент when a component is described as “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components may be “interposed” between each component. ", or each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through other components.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 1 according to an embodiment of the present invention, a plurality of battery cells 110 are accommodated inside a case or housing composed of a lower frame 210 and an upper frame 220 state can be configured.
  • a plurality of battery cells may be closely arranged in a stacked state to form the battery cell laminate 100 .
  • a lower frame 210 having a structure surrounding the lower surface and both side surfaces of the battery cell stack 100 to configure the case or housing of the battery module 1, and the upper side surface 110a of the battery cell stack 100 ) may include an upper frame 220 disposed on the side, and a pair of insulating covers 400 disposed to face the electrode leads 111 of the battery cell stack 100.
  • the lower frame 210 may include a bottom frame 211 constituting a bottom surface and a pair of side frames 212 constituting two side walls.
  • the bottom frame 211 and the pair of side frames 212 may be integrally formed by pressing a metal plate having a predetermined strength.
  • the upper frame 220 serves to cover the upper surface 100a of the battery cell stack 100 and, like the lower frame 210, may be formed of a metal plate having a predetermined strength.
  • the upper frame 220 may be assembled to the lower frame 210 by being coupled to the upper ends 211 of the pair of side frames 212 .
  • the bottom surface 301 of both ends of the upper frame 220 and the upper end of the side frame 212 may be coupled through laser welding (L).
  • the plurality of battery cells 110 may be rectangular pouch-type battery cells, and bidirectional battery cells in which positive and negative leads constituting the electrode lead 111 protrude in opposite directions may be used.
  • the plurality of battery cells 110 are connected in series or in parallel through the bus bar 500a according to the desired output and capacity of the battery module 1 by using the bus bar plate 500, the electrode leads 111 of electrical connection can be made.
  • the bus bar plate 500 includes a first bus bar plate 510 disposed in front of the battery cell stack 100 and a second bus bar plate 510 disposed in the rear of the battery cell stack 100.
  • a bus bar plate 520 may be included.
  • At this time, at least one of the first bus bar plate 510 and the second bus bar plate 520 may include at least one terminal 511, 512, and 513 for supplying power to the outside.
  • FIG. 1 and below an embodiment in which a plurality of terminals 511, 512, and 513 are provided on the first bus bar plate 510 disposed in front of the battery cell stack 100 is illustrated as an example.
  • at least one of the terminals 511, 512, and 513 is at least partially exposed to the outside through the opening 3103d of the first insulating cover 310, and the first, second, and third terminals ( 511, 512, 513) may be included.
  • the present invention is not limited thereto, the following will be described based on an embodiment in which the first, second, and third terminals 511, 512, and 513 are disposed on the first bus bar plate 510 by way of example.
  • the battery cell stack 100 may further include a cartridge, a buffer member, or a cooling means for accommodating the battery cells 110 .
  • a pair of sheet members 400 and a pair of insulating covers 300 disposed to face the electrode leads 111 may be disposed on the open front and rear surfaces of the frame 200 .
  • the insulating cover 300 may be coupled in a state in which the battery cell stack 100 is mounted on the frame 200 and the upper frame 220 is coupled to the lower frame 210 .
  • a first insulating cover 310 may be coupled to the open front surface of the frame 200, and a second insulating cover 320 may be coupled to the open rear surface of the frame 200.
  • the first insulating cover 310 and the second insulating cover 320 may be made of a material having predetermined mechanical strength and electrical insulation and heat resistance.
  • the material of the insulating cover may be a thermoplastic synthetic resin having heat resistance of 600 degrees Celsius or more.
  • the insulating cover may be manufactured by injection molding to facilitate implementation of a detailed shape.
  • the insulating cover may be preferably manufactured through a plastic injection method using a WHOLLY AROMATIC POLYIMIDE-based material.
  • At least one blocking rib (3104 in FIG. 2) may be provided as a means for minimizing movement in the direction (U-direction).
  • a detailed configuration of the first insulating cover 310 having a blocking rib will be described later with reference to FIG. 2 and below.
  • a sheet member 400 may be disposed to prevent the first insulating cover 310 from being damaged by gas and gas.
  • a sheet member 400 for preventing damage to the second insulating cover 320 may be disposed between the upper end of the second insulating cover 320 and the rear surface of the battery cell stack 100 .
  • the one disposed on the side of the first insulating cover 310 is referred to as the first sheet member 410
  • the one disposed on the side of the second insulating cover 320 is referred to as the second sheet member 420.
  • the first sheet member 410 and the second sheet member 420 rotate the front and rear corners of the upper surface 100a of the battery cell stack 100 in the left and right directions (Le-Ri direction). It may be continuously formed to cover the whole according to, and as shown, may be attached to the first insulating cover 310 and the second insulating cover 320 in a shape bent in a letter L, respectively.
  • the outer surface 3101b of the first insulating cover 310 and the outer surface of the second insulating cover 320 have the first insulating cover 310 and the second insulating cover 320, respectively.
  • FIG 2 and 3 are perspective views of the first insulating cover 310 provided in the battery module 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the first insulating cover 310 of the battery module 1 may include a cover body 3101 having a flat plate shape.
  • the cover body 3101 serves to close the front surface of the frame 200 by being coupled to the open front surface of the frame 200 .
  • a terminal coupling portion 3103 accommodating the first, second, and third terminals 511, 512, and 513 may be provided at an upper end of the outer surface 3101b of the cover body 3101.
  • the terminal coupling portion 3103 is the first, second, and third terminal coupling portions 3103a, 3103b, and 3103c to separately accommodate and accommodate the first, second, and third terminals 511, 512, and 513, respectively. ), and they may protrude from the cover body 3101 toward the front.
  • the first, second, and third terminal coupling portions 3103a, 3103b, and 3103c are spaced apart from each other as far as possible to prevent interference with each other.
  • Openings 3103d may be provided in the first, second, and third terminal coupling portions 3103a, 3103b, and 3103c to at least partially expose the first, second, and third terminals 511, 512, and 513 to the outside, respectively. there is.
  • a plurality of gaskets 3105a, 3105b, and 3105c may be provided to elastically fill gaps formed between the 511, 512, and 513.
  • the gaskets 3105a, 3105b, and 3105c may be formed of a rubber material having predetermined elasticity and electrical insulation and heat resistance, and may be preferably formed of a fluororesin-based synthetic rubber material.
  • the one provided in the first terminal coupling part 3103a is designated as the first gasket 3105a
  • the one provided in the second terminal coupling part 3103b is designated as the second gasket 3105b.
  • the third terminal coupling portion 3103c will be referred to as a third gasket 3105c.
  • first, second, and third gaskets 3105a, 3105b, and 3105c high-temperature particles and gas generated during thermal runaway of the battery cell stack 100 are discharged through the opening 3103d and the respective terminals 511 and 512. , 513), leakage to the outside through the gap formed between them can be minimized.
  • first, second, and third gaskets 3105a, 3105b, and 3105c will be described later with reference to FIG. 5 .
  • the inner surface 3101a of the cover body 3101 minimizes the movement of high-temperature particles and gases generated during thermal runaway of the battery cell stack 100 in an upward direction (U-direction).
  • At least one blocking rib 3104 may be provided as a means for doing so.
  • the at least one blocking rib 3104 blocks the space formed between the bus bar plate and the inner surface 3101a of the first insulating cover 310 so that high-temperature particles and gas can pass through the first insulating cover 310. It is configured to function as a barrier preventing movement of the upper direction (U-direction) toward the opening 3103d of the .
  • the blocking rib 3104 is provided in the up-down direction (U-D direction) to prevent high-temperature particles and gas from moving upward (U-direction) toward the opening 3103d of the first insulating cover 310. ), it may be disposed at a lower position than the opening 3103d.
  • FIG. 2 illustratively shows an embodiment in which the blocking rib 3104 includes a first blocking rib 3104a and a second blocking rib 3104b disposed side by side and spaced apart from each other in the vertical direction (U-D direction).
  • the present invention is not limited thereto, the following description will be made based on an embodiment in which the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b are illustratively provided.
  • a first blocking rib 3104a is referred to as a first blocking rib 3104a provided at a lower position than the opening 3103d on the lower side of the opening 3103d in the vertical direction (U-D direction), and The one provided at a position lower than the first blocking rib 3104a will be referred to as the second blocking rib 3104b.
  • the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b allow high-temperature particles and gas to move upward (U-direction) toward the opening 3103d of the first insulating cover 310. It acts as a barrier to block the propagation path (P) to To perform such a barrier role, the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b extend from the inner surface 3101a of the first insulating cover 310 toward the first bus bar plate 510. formed by extruding
  • the rear end 3104a2 of the first blocking rib 3104a and the rear end 3104b2 of the second blocking rib 3104b move forward and backward to the position where they contact the bus bar plate ( F-R direction) can protrude.
  • first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b are formed to entirely block the space formed between the first bus bar plate 510 and the inner surface 3101a of the first insulating cover 310. may extend across the cover body 3101 along the left-right direction (Le-Ri direction). Illustratively, the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b may continuously extend from the right edge 3101c to the left edge 3101d of the cover body 3101 of the first insulating cover 310. there is.
  • first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b may be integrally formed with the first insulating cover 310 . Therefore, the front end 3104a1 of the first blocking rib 3104a and the front end 3104b1 of the second blocking rib 3104b may be integrally formed on the inner surface 3101a of the cover body 3101, Left and right ends of the blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b may be integrally formed with the edge rib 3102 of the first insulating cover 310 .
  • the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced compared to the case where the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b are provided separately.
  • the blocking rib is designed to mainly exhibit a barrier function against high-temperature particles among the high-temperature particle barrier function and the venting gas leakage prevention function. can Of course, the blocking rib may also function to prevent leakage of venting gas.
  • first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b upward (U-direction) movement of high-temperature particles and gas can be minimized by the first blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b, but at least some of them are There is a possibility of leakage to the outside through a gap formed between the insulating cover 310 and each of the terminals 511, 512, and 513.
  • the first, second, and third gaskets 3105a, 3105b, and 3105c elastically fill the gap formed between the first insulating cover 310 and the respective terminals 511, 512, and 513 to form the first gasket. External leakage of high-temperature particles and gas passing through the blocking rib 3104a and the second blocking rib 3104b can be suppressed.
  • the first, second and third gaskets 3105a, 3105b, and 3105c may have a difference in some configurations in terms of arrangement positions or sizes, but an alternative configuration may be applied almost identically.
  • the description will be made based on the configuration of the first gasket 3105a shown in FIG. 5, and unless otherwise stated, the configuration of the first gasket 3105a includes the second gasket 3105b and the third gasket 3105c. The same can be applied to
  • the first gasket 3105a may include a base portion 3105a1 in the shape of a quadrangular frame having an open inner side.
  • the base part 3105a1 is a part that is fixed to the inside of the opening 3103d of the first insulating cover 310 in an interlocking manner, and when the internal pressure of the battery module 1 rises, the first gasket 3105a escapes to the outside. It serves as a support so that it does not fall.
  • the base portion 3105a1 may be formed to have a larger outer shape than the opening portion 3103d.
  • an opening coupling portion 3105a2 having a shape corresponding to a gap formed between the first insulating cover 310 and each of the terminals 511, 512, and 513 may be provided. there is.
  • the opening coupling portion 3105a2 serves to substantially fill a gap formed between the first insulating cover 310 and each of the terminals 511, 512, and 513.
  • An outer circumferential surface of the opening coupling portion 3105a2 may have a shape corresponding to an inner circumferential surface of the opening 3103d.
  • An inner circumferential surface of the opening coupling portion 3105a2 may have a shape corresponding to an outer circumferential surface of a portion of the terminal 511 exposed to the outside through the opening 3103d.
  • the opening coupling part 3105a2 may be formed to have a larger width than the corresponding gap so that it can be elastically compressed and coupled while being interposed in the corresponding gap.
  • the opening coupling portion 3105a2 has an “L” shape in which a vertical extension portion 3105a21 and a horizontal extension portion 3105a22 are connected. This corresponds to the fact that the opening 3103d is formed in an "L" shape.
  • a through hole 3105a3 having a size corresponding to the external size of the first terminal 511 is formed inside the horizontally extending portion of the opening coupling part 3105a2 so that the first terminal 511 can be at least partially exposed to the outside. It can be.
  • An inner circumferential surface of the through hole 3105a3 may have a shape corresponding to an outer circumferential surface of a portion of the terminal 511 exposed to the outside through the opening 3103d.
  • a fixing part 3105a4 may be provided at one end of the base part 3105a1.
  • the fixing part 3105a4 is a part extending in a direction different from that of the base part 3105a1, preferably in a vertical direction, and serves to fix the first gasket 3105a to the first terminal coupling part 3103a as a whole.
  • the fixing part 3105a4 has a shape connected to the vertical extension part 3105a21 of the opening coupling part 3105a2 and has a larger area than the vertical extension part 3105a21.
  • the fixing part 3105a4 may be pressurized and interposed between the first insulating cover 310 and the first bus bar plate 510 in the forward and backward directions.
  • the opening coupling portion does not necessarily have to be a two-dimensional plane shape, and if the opening of the insulating cover is a three-dimensional shape, it may have a three-dimensional shape having a vertical extension portion 3105a21 and a horizontal extension portion 3105a22 like the first gasket 3105a.
  • the gasket may include an expansion interposition portion having a step difference with the opening coupling portion and having a larger area than the opening coupling portion.
  • the base part 3105a1 and the fixing part 3105a4 may correspond thereto. Therefore, the expansion intervening portion also does not necessarily have to be a two-dimensional planar shape, and may have a three-dimensional shape corresponding to the shape of the opening coupling portion.
  • An outer circumferential surface of the opening coupling portion may contact an inner circumferential surface defining an opening of the insulating cover, and a surface of the expansion intervening portion may contact an inner surface of the insulating cover.
  • the gaskets 3105a, 3105b, and 3105c are heat-resistant rubber and may function as a sealing material to prevent leakage of venting gas.
  • the gasket may have heat resistance of 200 to 300 degrees Celsius.
  • the gasket may be designed to mainly perform a venting gas leakage prevention function among high-temperature particle barrier functions and venting gas leakage prevention functions.
  • the gasket may also serve as a barrier against high-temperature particles.
  • the sheet member 400 includes the first sheet member 410 disposed between the upper end of the first bus bar plate 510 and the battery cell stack 100, and the second bus bar plate 520. It may include a second sheet member 420 disposed between the upper end of the battery cell stack 100.
  • the first sheet member 410 and the second sheet member 420 may have differences in some configurations in terms of positions or sizes in which they are disposed, but other configurations may be applied almost identically.
  • the description will be made based on the configuration of the first sheet member 410 shown in FIG. 6, and unless otherwise stated, the configuration of the first sheet member 410 will be equally applied to the second sheet member 420.
  • the first sheet member 410 includes a vertical portion 411 attached to the first bus bar plate 510 and extending in the vertical direction (U-D direction), and the first bus bar plate 510. ) It may be configured to include a horizontal portion 412 extending in a direction away from.
  • the vertical portion 411 serves to cover the upper side 100a of the battery cell stack 100, and the vertical portion 411 serves to cover the front surface 100b of the battery cell stack 100. .
  • the vertical portion 411 and the horizontal portion 412 may be integrally formed, and the vertical portion 411 and the horizontal portion 412 may be formed by bending a plate-shaped base material in an L-shape. .
  • the first sheet member 410 serves to prevent the first insulating cover 310 from being damaged by high-temperature particles and gas generated from the battery cell stack 100 .
  • the first sheet member 410 needs to entirely cover the corner formed by the meeting of the front surface 100b and the upper side surface 100a of the battery cell stack 100 along the left and right directions (Le-Ri direction). there is.
  • the width W2 of the horizontal portion 412 and the vertical portion 411 of the first sheet member 410 in the left-right direction (Le-Ri direction) is the left-right direction (Le-Ri direction) of the battery cell stack 100. It may be formed to be greater than or equal to the width W1.
  • At least the horizontal portion 412 of the first sheet member 410 is formed continuously over the left-right direction (Le-Ri direction) so that high-temperature particles and gas do not move through the first sheet member 410. It is necessary, and for this purpose, between the left end and the right end may be maintained in a completely blocked state.
  • a conventional slit or open hole may not be provided at all.
  • the first sheet member 410 may be configured to be fixed to the inner surface of the first bus bar plate 510 .
  • the vertical portion 411 of the first sheet member 410 may be interposed between the front surface 100b of the battery cell stack 100 and the first bus bar plate 510 in the front and rear directions.
  • the vertical portion 411 of the first sheet member 410 may be firmly attached to the inner surface of the first bus bar plate 510 using an adhesive or attachment means.
  • the horizontal portion 412 of the first sheet member 410 may be interposed between the upper side surface 100a of the battery cell stack 100 and the upper frame 220 in the vertical direction.

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Abstract

본 발명은 절연커버에 버스바 플레이트를 향해 돌출 형성되는 한 쌍의 차단리브를 배치하여 고온의 파티클과 가스가 버스바 플레이트의 터미널을 향해 이동하는 최소화하고, 절연커버의 개부구와 버스바 플레이트의 터미널 사이의 간극을 탄력적으로 메울 수 있는 탄성체 가스켓을 배치하여, 해당 간극을 통해서 고온의 파티클과 가스의 배출량을 최소화할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

전지 모듈
본 출원은 2021년 11월 26일자 대한민국 특허출원 제10-2021-0165065호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세히는 절연커버에 버스바 플레이트를 향해 돌출 형성되는 한 쌍의 차단리브를 배치하여 고온의 파티클과 가스가 버스바 플레이트의 터미널을 향해 이동하는 최소화하고, 절연커버의 개부구와 버스바 플레이트의 터미널 사이의 간극을 탄력적으로 메울 수 있는 탄성체 가스켓을 배치하여, 해당 간극을 통해서 고온의 파티클과 가스의 배출량을 최소화할 수 있는 전지 모듈에 관한 것이다.
환경에 대한 높아진 관심으로, 전세계적으로 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 확산되고 있다. 탄소배출을 줄이기 위해 종래에 화석연료를 연소하여 동력을 얻는 연소엔진을 구비하는 자동차의 생산량은 지속적으로 줄어들고, 반면에 전기를 이용하여 동력을 얻는 전기자동차의 생산량은 지속적으로 늘어나고 있다.
이러한 전기자동차에 장착되어 전기를 저장하는 수단인 이차 전지에 대한 수요가 지속적으로 늘어나고 있다. 한편, 스마트폰, 테블릿PC 등 개인 모바일 기기의 사용이 일상화된 상황에서 모바일 기기에 전기를 공급하는 이차 전지의 수요도 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 이차 전지의 수요증가로 인해, 이차 전지에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
이 때, 이차 전지의 용량 및 효율을 향상시키기 위해 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적으로 적용되고 있다.
한편, 전지셀 적층체는 전력 공급시 필연적으로 발열이 발생하게 되며, 발열을 효과적으로 조절하지 못하게 되면 전지셀 적층체의 효율이 급격하게 저하되는 열폭주 현상이 발생할 수 있으며, 경우에 따라 화재 및 폭발이 발생할 위험이 있다.
특히 열폭주 시에 발생되는 고열의 파티클과 가스에 의해서 전지 모듈의 내부 압력이 급격히 증가하게 된다.
종래 전지 모듈의 구조에서, 열폭주 시 발생되는 고열의 파티클과 가스는, 상대적으로 내부 압력에 취약한 부분에 해당하는 버스바 플레이트의 상단 또는 버스바 플레이트에 구비되는 터미널과 절연커버 사이에 형성되는 갭을 통해 외부로 분출되면서 발화가 개시되는 것으로 알려져 있다.
이와 관련하여, 중국특허공개공보 제202110308925호에는 버스바 플레이트와 전지셀 적층체 사이에 배치되는 복수의 단열판을 통해서 열폭주 시 발생되는 고온의 파티클과 가스로부터 버스바 플레이트를 보호하는 구조를 갖는 전지 모듈이 개시되어 있다.
다만, 위 문헌에 개시된 전지 모듈은 단열판이 복수 개로 분할된 형태로 좌우방향을 따라 나란히 배치되기 때문에 고온의 가스가 누설되는 것을 효과적으로 방지하지 못하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 위 문헌에 개시된 전지 모듈은, 분할된 단열판들 사이로 고온의 파티클이 이동가능하기 때문에 전지 모듈의 파티클이 외부로 누설되는 것을 효과적으로 차단하지 못하게 된다는 문제점을 갖게 된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 절연커버에 버스바 플레이트를 향해 돌출 형성되는 한 쌍의 차단리브를 배치하여 고온의 파티클과 가스가 버스바 플레이트의 터미널을 향해 이동하는 최소화할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 절연커버의 개부구와 버스바 플레이트의 터미널 사이의 간극을 탄력적으로 메울 수 있는 탄성체 가스켓을 배치하여, 해당 간극을 통해서 고온의 파티클과 가스의 배출량을 최소화할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전지셀 적층체와 버스바 플레이트 사이에 내열성을 갖는 시트부재를 배치하되, 시트부재가 전지셀 적층체의 상측면 및 전면를 폭방향에 대해서 전체적으로 커버하도록 하여 고온의 파티클과 가스에 의해서 버스바 플레이트가 손상되는 것을 최소화하고 파티클과 가스의 외부 누설을 억제할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 형성되는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 일단부에 배치되며, 상기 복수의 전지셀을 전기적으로 연결하는 복수의 전극 리드; 상기 복수의 전극 리드를 전기적으로 연결하며, 일측면에 적어도 하나의 터미널이 구비되는 버스바 플레이트; 및 상기 버스바 플레이트의 일측면에 대향해서 배치되며, 상기 적어도 하나의 터미널을 적어도 부분적으로 외부로 노출시키는 개구부를 구비하는 절연커버를 포함하고, 상기 절연커버는, 상기 버스바 플레이트의 일측면을 향해 돌출되어 형성되는 적어도 하나의 차단리브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나의 차단리브는, 상기 절연커버의 좌측 에지로부터 우측 에지까지 좌우방향을 따라 상기 절연커버를 가로질러 연장될 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 차단리브는, 상하방향을 기준으로 상기 개구부보다 더 낮은 위치에 구비될 수 있다.
또한, 상기 차단리브는, 상하방향을 기준으로 상기 개구부보다 더 낮은 위치에 구비되는 제1 차단리브; 및 상하방향을 기준으로 상기 제1 차단리브보다 더 낮은 위치에 구비되는 제2 차단리브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는 서로 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는, 각각 상기 절연커버에 일체로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는, 각각 전방단부가 상기 절연커버에 일체로 연결되고 후방단부가 상기 버스바 플레이트에 접촉하게 될 수 있다.
또한, 상기 개구부와 상기 적어도 하나의 터미널을 사이에 형성되는 간극을 탄력적으로 메우는 탄성체 가스켓을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄성체 가스켓은, 전기 절연성 및 내열성을 갖는 고무 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지셀 적층체를 향하는 상기 버스바 플레이트의 타측면에 고정되며, 내열성 및 전기절연성을 갖는 적어도 하나의 시트부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 시트부재는, 상기 버스바 플레이트의 타측면에 부착되며, 상하방향으로 연장되는 수직부; 및 상기 수직부의 상단부에 일체로 연결되며, 상기 버스 플레이트의 타측면으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 수평부를 포함하고, 상기 수평부는, 상기 전지셀 적층체의 상측면을 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 수직부는 상기 전지셀 적층체의 전면을 적어도 부분적으로 커버하도록 배치될 수 있다.
또한, 시트부재는, 상기 수직부의 좌우방향 폭은 상기 전지셀 적층체의 전면의 좌우방향 폭보다 더 크거나 같게 될 수 있다.
또한, 시트부재는, 상기 수평부의 좌우방향 폭은 상기 전지셀 적층체의 상측면의 수평방향 폭보다 더 크거나 같게 될 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈은, 절연커버에 버스바 플레이트를 향해 돌출 형성되는 한 쌍의 차단리브를 배치하여 고온의 파티클과 가스가 버스바 플레이트의 터미널을 향해 이동하는 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 절연커버의 개부구와 버스바 플레이트의 터미널 사이의 간극을 탄력적으로 메울 수 있는 탄성체 가스켓을 배치하여, 해당 간극을 통해서 고온의 파티클과 가스의 배출량을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체와 버스바 플레이트 사이에 내열성을 갖는 시트부재를 배치하되, 시트부재가 전지셀 적층체의 상측면 및 전면를 폭방향에 대해서 전체적으로 커버하도록 하여 고온의 파티클과 가스에 의해서 버스바 플레이트가 손상되는 것을 최소화하고 파티클과 가스의 외부 누설을 억제할 수 있는 효과를 갖는다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈의 분해사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 절연커버의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전지 모듈의 전방사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1 카스켓에 대한 전방사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 구비되는 시트부재를 설명하기 위한 부분확대도 및 사시도이다.
[부호의 설명]
1: 전지 모듈 100: 전지셀 적층체 100a: 상측면 100b: 전면 110: 전지셀 111: 전극 리드 200: 프레임 210: 하부 프레임 211: 바텀 프레임 212: 사이드 프레임 220: 상부 프레임 300: 절연커버 310: 제1 절연커버 320: 제2 절연커버 400: 시트부재 410: 제1 시트부재 420: 제2 시트부재 500: 버스바 플레이트 500a: 버스바 510: 제1 버스바 플레이트 520: 제2 버스바 플레이트
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈(1)의 구성을 도시하는 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
[전지 모듈의 전반적 구조]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 전반적 구조를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)은, 하부 프레임(210) 및 상부 프레임(220)으로 구성되는 케이스 또는 하우징의 내부에 복수의 전지셀(110)이 수용된 상태로 구성될 수 있다.
복수의 전지셀은 적층된 상태로 밀착 배열되어 전지셀 적층체(100)를 구성할 수 있다.
전지 모듈(1)의 케이스 또는 하우징을 구성할 수 있도록, 전지셀 적층체(100)의 하면과 양쪽 측면을 감싸는 구조로 이루어진 하부 프레임(210), 전지셀 적층체(100)의 상측면(110a) 측에 배치되는 상부 프레임(220), 및 전지셀 적층체(100)의 전극리드(111)와 대향하도록 배치되는 한 쌍의 절연커버(400)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 예시적으로 하부 프레임(210)은 바닥면을 구성하는 바텀 프레임(211) 및 2개의 측벽을 구성하는 한 쌍의 사이드 프레임(212)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 소정의 강도를 갖는 금속제 플레이트를 프레스 가공을 통해서 바텀 프레임(211)과 한 쌍의 사이드 프레임(212)은 일체로 형성될 수 있다.
상부 프레임(220)은, 전지셀 적층체(100)의 상측면(100a)을 커버하는 역할을 하며, 하부 프레임(210)과 마찬가지로 소정의 강도를 갖는 금속제 플레이트로 형성될 수 있다.
상부 프레임(220)은 한 쌍의 사이드 프레임(212)의 상단부(211)에 결합되는 방식으로 하부 프레임(210)에 조립될 수 있다.
상부 프레임(220)의 양측 단부 저면(301)과 사이드 프레임(212)의 상단부는 레이저 용접(L)을 통해서 결합될 수 있다.
복수의 전지셀(110)은 장방형의 파우치형 전지셀이 사용될 수 있으며, 전극 리드(111)를 구성하는 양극리드 및 음극리드가 서로 반대 방향으로 돌출되는 양방향 전지셀들이 사용될 수 있다.
복수의 전지셀(110)은 소망하는 전지 모듈(1)의 출력 및 용량에 따라 직렬 또는 병렬로 버스바(500a)를 통해 연결이 되도록 버스바 플레이트(500)를 이용하여 전극 리드들(111)의 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 이 때, 도시된 바와 같이 버스바 플레이트(500)는 전지셀 적층체(100)의 전방에 배치되는 제1 버스바 플레이트(510)와, 전지셀 적층체(100)의 후방에 배치되는 제2 버스바 플레이트(520)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 버스바 플레이트(510) 또는 제2 버스바 플레이트(520) 중에서 적어도 어느 하나에는 외부로 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 터미널(511, 512, 513)이 구비될 수 있다. 도 1 이하에서는 예시적으로 전지셀 적층체(100)의 전방에 배치되는 제1 버스바 플레이트(510)에 다수의 터미널(511, 512, 513)이 구비되는 실시예가 도시되어 있다. 후술하는 바와 같이 적어도 하나의 터미널(511, 512, 513)은 제1 절연커버(310)의 개구부(3103d)를 통해 적어도 부분적으로 외부로 노출되며 서로 이격되어 배치되는 제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만, 이하에서는 예시적으로 제1 버스바 플레이트(510)에 제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)이 배치되는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
적용되는 제품의 사양에 따라 전지셀 적층체(100)는 전지셀(110)을 수용하는 카트리지, 완충부재, 또는 냉각수단 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
프레임(200)의 개방된 전면과 후면에는 전극 리드(111)와 대향하도록 배치되는 한 쌍의 시트부재(400)와, 한 쌍의 절연커버(300)가 배치될 수 있다.
절연커버(300)는, 전지셀 적층체(100)가 프레임(200)에 탑재되고, 하부 프레임(210)에 상부 프레임(220)이 결합된 상태에서 결합될 수 있다.
바람직하게는 프레임(200)의 개방된 전면에는 제1 절연커버(310)가 결합되고, 프레임(200)의 개방된 후면에는 제2 절연커버(320)가 결합될 수 있다.
제1 절연커버(310)와 제2 절연커버(320)는, 소정의 기계적 강도를 갖되 전기 절연성 및 내열성을 갖는 재질일 수 있다. 상기 절연커버의 재질은 섭씨 600도 이상의 내열성을 갖춘 열가소성 합성수지일 수 있다. 세부적인 형상의 구현이 용이하도록 상기 절연커버는 사출성형으로 제작될 수 있다. 가령, 상기 절연커버는 바람직하게는 전방향족 폴리이미드 (WHOLLY AROMATIC POLYIMIDE) 계열의 소재를 이용하여 플라스틱 사출방식으로 통해 제조될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 제1 절연커버(310)에는 후술하는 바와 같이 전지셀 적층체(100)의 열폭주 시에 발생되는 고온의 파티클과 가스가 상측방향(U-방향)으로 이동하는 것을 최소화하기 위한 수단으로서 적어도 하나의 차단리브(도 2의 3104)가 구비될 수 있다. 차단리브를 구비하는 제1 절연커버(310)에 관한 세부 구성은 도 2 이하를 참조하여 후술한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 절연커버(310)의 상단과 전지셀 적층체(100)의 전면(100b) 사이에는 전지셀 적층체(100)의 열폭주 시에 발생되는 고온의 파티클과 가스에 의해서 제1 절연커버(310)가 손상되는 것을 방지하기 위한 시트부재(400)가 배치될 수 있다.
마찬가지 이유로 제2 절연커버(320)의 상단과 전지셀 적층체(100)의 후면 사이에는 제2 절연커버(320)의 손상을 방지하기 위한 시트부재(400)가 배치될 수 있다.
설명의 편의상 이들을 구별하기 위해서, 이하에서는 제1 절연커버(310) 측에 배치되는 것을 제1 시트부재(410)로 칭하고, 제2 절연커버(320) 측에 배치되는 것을 제2 시트부재(420)로 칭하기로 한다.
후술하는 바와 같이, 제1 시트부재(410)와 제2 시트부재(420)는 전지셀 적층체(100)의 상측면(100a)의 전방 모서리 및 후방 모서리를 좌우방향(Le-Ri방향)을 따라 전체적으로 커버할 수 있도록 연속적으로 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 ㄱ자로 절곡된 형상으로 각각 제1 절연커버(310)와 제2 절연커버(320)에 부착될 수 있다.
시트부재(400)에 관한 세부 구성은 도 6을 참조하여 후술한다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 제1 절연커버(310)의 외측면(3101b) 및 제2 절연커버(320)의 외측면에는 각각 제1 절연커버(310) 및 제2 절연커버(320)를 보호하고 이들의 강도를 보완하기 위해 금속 플레이트 형태로 구비되는 제1 엔드플레이트와 제2 엔드플레이트가 구비될 수 있다.
[본 발명의 일실시예에 따른 제1 절연커버 및 가스켓의 세부 구조]
도 2 및 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)에 구비되는 제1 절연커버(310)의 사시도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)의 제1 절연커버(310)는 평판 형상을 갖는 커버본체(3101)를 포함할 수 있다.
커버본체(3101)는 전술한 바와 같이 프레임(200)의 개방된 전면에 결합하여 프레임(200)의 전면을 폐쇄하는 역할을 한다.
커버본체(3101)의 우측 에지(3101c), 하단 에지 및 좌측 에지(3101d)에는 프레임(200)을 향해 돌출되어 형성되며, 프레임(200)에 대한 결합력을 높이기 위한 테두리리브(3102)가 연속적으로 형성될 수 있다.
커버본체(3101)의 외측면(3101b) 상단에는 전술한 제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)이 각각 수용되는 터미널 결합부(3103)가 구비될 수 있다.
예시적으로 터미널 결합부(3103)는, 각각 제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)을 구분하여 수용하여 수용할 수 있도록 제1, 2, 3 터미널 결합부(3103a, 3103b, 3103c)를 포함할 수 있으며, 이들은 커버본체(3101)로부터 전방을 향해 돌출 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1, 2, 3 터미널 결합부(3103a, 3103b, 3103c)는 서로에 대한 간섭을 방지하기 위해서 서로 최대한 멀리 이격된 상태로 형성된다.
제1, 2, 3 터미널 결합부(3103a, 3103b, 3103c)에는 각각 제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)이 적어도 부분적으로 외부로 노출될 수 있도록 개구부(3103d)가 구비될 수 있다.
제1, 2, 3 터미널(511, 512, 513)가 각각 배치되는 제1, 2, 3 터미널 결합부(3103a, 3103b, 3103c)의 개구부(3103d)에는, 개구부(3103d)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극을 탄력적으로 메우기 위한 다수의 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)가 구비될 수 있다.
가스켓(3105a, 3105b, 3105c)은 소정의 탄성을 갖고 전기 절연성 및 내열성을 갖는 고무 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 불소 수지 계열의 합성고무 재질로 형성될 수 있다.
편의상 다수의 가스켓(3105a, 3105b, 3105c) 중에서 제1 터미널 결합부(3103a)에 구비되는 것을 제1 가스켓(3105a)으로, 제2 터미널 결합부(3103b)에 구비되는 것을 제2 가스켓(3105b)으로, 제3 터미널 결합부(3103c)에 구비되는 것을 제3 가스켓(3105c)으로 칭하기로 한다.
이들 제1, 2, 3 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)에 의해서, 전지셀 적층체(100)의 열폭주 시에 발생되는 고온의 파티클과 가스가 개구부(3103d)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극을 통해 외부로 유출되는 것이 최소화될 수 있게 된다.
이들 제1, 2, 3 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)에 관한 세부 구성은 도 5를 참조하여 후술한다.
한편, 전술한 바와 같이 커버본체(3101)의 내측면(3101a)에는 전지셀 적층체(100)의 열폭주 시에 발생되는 고온의 파티클과 가스가 상측방향(U-방향)으로 이동하는 것을 최소화하기 위한 수단으로서 적어도 하나의 차단리브(3104)가 구비될 수 있다.
보다 상세히는 적어도 하나의 차단리브(3104)는, 버스바 플레이트와 제1 절연커버(310)의 내측면(3101a) 사이에 형성되는 공간을 가로막아 고온의 파티클과 가스가 제1 절연커버(310)의 개구부(3103d)를 향해 상측방향(U-방향)으로 이동하는 것을 방해하는 장벽으로서 기능하도록 구성된다.
이와 같이, 고온의 파티클과 가스가 제1 절연커버(310)의 개구부(3103d)를 향해 상측방향(U-방향)으로 이동하는 것을 방해할 수 있도록, 차단리브(3104)는 상하방향(U-D방향)을 기준으로 개구부(3103d)보다 더 낮은 위치에 배치될 수 있다.
도 2에는 예시적으로 차단리브(3104)가 상하방향(U-D방향)으로 서로 이격되어 나란하게 배치되는 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)를 포함하는 실시예가 도시되어 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니나, 이하에서는 예시적으로 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)가 구비되는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
편의상 상하방향(U-D방향)을 기준으로 개구부(3103d)의 하측에 개구부(3103d)보다 더 낮은 위치에 구비되는 것을 제1 차단리브(3104a)로 칭하고, 제1 차단리브(3104a)의 하측에 제1 차단리브(3104a)보다 더 낮은 위치에 구비되는 것을 제2 차단리브(3104b)로 칭하기로 한다.
전술한 바와 같이, 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)는 고온의 파티클과 가스가 제1 절연커버(310)의 개구부(3103d)를 향해 상측방향(U-방향)으로 이동하는 전파경로(P)를 차단하는 장벽 역할을 한다. 이와 같은 장벽 역할을 수행할 수 있도록, 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)는 제1 절연커버(310)의 내측면(3101a)으로부터 제1 버스바 플레이트(510)를 향해 돌출되어 형성된다.
바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 차단리브(3104a)의 후방단부(3104a2)와 제2 차단리브(3104b)의 후방단부(3104b2)는 버스바 플레이트에 접촉되는 위치까지 전후방향(F-R방향)으로 돌출될 수 있다.
또한, 제1 버스바 플레이트(510)와 제1 절연커버(310)의 내측면(3101a) 사이에 형성되는 공간을 전체적으로 가로막을 수 있도록 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)는 좌우방향(Le-Ri방향)을 따라 커버본체(3101)를 가로질러 연장될 수 있다. 예시적으로 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)는 제1 절연커버(310)의 커버본체(3101)의 우측 에지(3101c)로부터 좌측 에지(3101d)까지 연속적으로 연장될 수 있다.
한편, 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)는 제1 절연커버(310)에 일체로 형성되도록 구성될 수 있다. 따라서 제1 차단리브(3104a)의 전방단부(3104a1) 및 제2 차단리브(3104b)의 전방단부(3104b1)는 커버본체(3101)의 내측면(3101a)에 일체로 형성될 수 있고, 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)의 좌측단부 및 우측단부는 제1 절연커버(310)의 테두리리브(3102)와 일체로 형성될 수 있다.
따라서 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)가 별개로 구비되는 경우에 비해서 구조가 단순화될 수 있고, 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한 상기 절연커버는 섭씨 600도 이상의 내열성을 가지므로, 실시예에서 상기 차단리브는, 고온의 파티클에 대한 배리어 기능과 벤팅 가스 누출 방지 기능 중, 주로 고온의 파티클에 대한 배리어 기능을 발휘하도록 설계될 수 있다. 물론 상기 차단리브는 벤팅 가스 누출 방지 기능도 함께 할 수 있다.
한편, 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)에 의해서 고온의 파티클과 가스의 상측방향(U-방향) 이동은 최소화될 수 있으나, 이들 중 적어도 일부는 전술한 바와 같이 제1 절연커버(310)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극을 통해서 외부로 유출될 가능성이 있다.
전술한 바와 같이, 제1, 2, 3 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)은 제1 절연커버(310)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극을 탄력적으로 메움으로써 제1 차단리브(3104a)와 제2 차단리브(3104b)를 통과한 고온의 파티클과 가스의 외부 유출이 억제될 수 있다.
제1, 2 3 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)은 배치되는 위치 또는 사이즈에 있어서 일부 구성에 차이가 있을 수 있으나, 대체적인 구성은 거의 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 도 5에 도시된 제1 가스켓(3105a)의 구성을 기준으로 설명하도록 하며, 다르게 설명하지 않는 한 제1 가스켓(3105a)에 관한 구성은 제2 가스켓(3105b) 및 제3 가스켓(3105c)에 동일하게 적용될 수 있다.
도 5에는 예시적으로 제1 가스켓(3105a)의 세부 구성이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 가스켓(3105a)은 내측이 개방되어 있는 4각틀 형태의 베이스부(3105a1)를 포함할 수 있다.
베이스부(3105a1)는 제1 절연커버(310)의 개구부(3103d) 내부에 걸림 결합식으로 고정되는 부분이며, 전지 모듈(1)의 내부 압력이 상승시 제1 가스켓(3105a)이 외부로 빠지나가지 않도록 지지하는 역할을 한다.
따라서 베이스부(3105a1)는 개구부(3103d)보다는 더 큰 외형을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 베이스부(3105a1)의 일측면에는 제1 절연커버(310)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극에 대응하는 형상을 갖는 개구 결합부(3105a2)가 구비될 수 있다.
개구 결합부(3105a2)는 실질적으로 제1 절연커버(310)와 각각의 터미널(511, 512, 513) 사이에 형성되는 간극을 메우는 역할을 한다. 개구 결합부(3105a2)의 외주면은 개구부(3103d)의 내주면과 대응하는 형상을 가질 수 있다. 상기 개구 결합부(3105a2)의 내주면은 상기 개구부(3103d)를 통해 외부로 노출되는 터미널(511) 부위의 외주면과 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 개구 결합부(3105a2)는 해당 간극에 개재된 상태에서 탄력적으로 압착 결합될 수 있도록 해당 간극보다는 더 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 개구 결합부(3105a2)는 수직연장부(3105a21)와 수평연장부(3105a22)가 연결된 "L"자 형태로 이루어져 있다. 이는 상기 개구(3103d)가 "L"형태로 이루어지는 것과 대응하는 것이다. 개구 결합부(3105a2)의 수평연장부의 내부에는 제1 터미널(511)이 적어도 부분적으로 외부로 노출될 수 있도록 제1 터미널(511)의 외형 사이즈에 대응하는 사이즈를 갖는 관통홀(3105a3)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀(3105a3)의 내주면은 상기 개구부(3103d)를 통해 외부로 노출되는 터미널(511) 부위의 외주면과 대응하는 형상을 가질 수 있다.
한편, 베이스부(3105a1)의 일측 단부에는 고정부(3105a4)가 구비될 수 있다. 고정부(3105a4)는 베이스부(3105a1)와는 다른 방향, 바람직하게는 수직이 되는 방향으로 연장되는 부분으로서, 제1 가스켓(3105a)을 전체적으로 제1 터미널 결합부(3103a)에 고정시키는 역할을 한다. 상기 고정부(3105a4)는 상기 개구 결합부(3105a2)의 수직연장부(3105a21)와 연결된 형태를 가지고, 수직연장부(3105a21)보다 큰 면적을 가진다. 고정부(3105a4)는 전후방향으로 제1 절연커버(310)와 제1 버스바 플레이트(510) 사이에 압착 개재될 수 있다.
즉, 절연커버의 개구부를 통해 노출되는 버스바 플레이트의 터미널과 상기 절연커버의 개구부 내주면 사이의 간극은, 가스켓의 개구 결합부에 의해 폐색된다. 상기 개구 결합부는 반드시 2차원 평면 형상일 필요는 없으며, 절연커버의 개구부가 3차원 형상이라면, 제1 가스켓(3105a)처럼 수직연장부(3105a21)와 수평연장부(3105a22)를 가지는 3차원 형상일 수 있다.
상기 가스켓은, 상기 개구 결합부와 단차를 가지고 상기 개구 결합부보다 큰 면적을 가지는 확장 개재부를 구비할 수 있다. 제1 가스켓(3105a)에서는, 상기 베이스부(3105a1)와 고정부(3105a4)가 이에 해당할 수 있다. 따라서 상기 확장 개재부 역시, 반드시 2차원 평면 형상일 필요는 없으며, 개구 결합부의 형상과 대응하는 3차원 형상일 수도 있다.
상기 개구 결합부의 외주면은 상기 절연커버의 개구부를 규정하는 내주면과 접할 수 있고, 상기 확장 개재부의 표면은 상기 절연커버의 내면과 접할 수 있다.
상기 가스켓(3105a, 3105b, 3105c)은 내열 고무로서, 벤팅 가스의 누출을 막는 밀봉재 기능을 할 수 있다. 상기 가스켓은 섭씨 200도 내지 300도의 내열설을 가질 수 있다. 실시예에서 상기 가스켓은, 고온의 파티클에 대한 배리어 기능과 벤팅 가스 누출 방지 기능 중, 주로 벤팅 가스 누출 방지 기능을 발휘하도록 설계될 수 있다. 물론 상기 가스켓은 고온의 파티클에 대한 배리어 기능을 함께할 수도 있다.
[시트부재의 세부 구성]
이하 도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전지 모듈(1)에 구비되는 시트부재(400)의 세부 구성을 설명한다.
전술한 바와 같이, 시트부재(400)는 제1 버스바 플레이트(510)의 상단과 전지셀 적층체(100) 사이에 배치되는 제1 시트부재(410)와, 제2 버스바 플레이트(520)의 상단과 전지셀 적층체(100) 사이에 배치되는 제2 시트부재(420)를 포함할 수 있다.
제1 시트부재(410)와 제2 시트부재(420)는 배치되는 위치 또는 사이즈에 있어서 일부 구성에 차이가 있을 수 있으나, 대체적인 구성은 거의 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 도 6에 도시된 제1 시트부재(410)의 구성을 기준으로 설명하도록 하며, 다르게 설명하지 않는 한 제1 시트부재(410)에 관한 구성은 제2 시트부재(420)에 동일하게 적용될 수 있다.
도 6에는 도시된 바와 같이, 제1 시트부재(410)는 제1 버스바 플레이트(510)에 부착되며 상하방향(U-D방향)으로 연장되는 수직부(411)와, 제1 버스바 플레이트(510)부터 멀어지는 방향으로 연장되는 수평부(412)를 포함하여 구성될 수 있다.
수직부(411)는 전지셀 적층체(100)의 상측면(100a)을 커버하는 역할을 하며, 수직부(411)는 전지셀 적층체(100)의 전면(100b)을 커버하는 역할을 한다.
예시적으로 수직부(411)와 수평부(412)는 일체로 형성될 수 있으며, 판상 형태의 모재를 ㄱ자 형태로 절곡하는 방식으로 수직부(411)와 수평부(412)가 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 시트부재(410)는 전지셀 적층체(100)로부터 발생된 고온의 파타클과 가스에 의해 제1 절연커버(310)가 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위해, 제1 시트부재(410)는 전지셀 적층체(100)의 전면(100b)과 상측면(100a)이 만나서 형성되는 모서리를 좌우방향(Le-Ri방향)을 따라 전체적으로 커버할 필요가 있다.
따라서 제1 시트부재(410)의 수평부(412)와 수직부(411)의 좌우방향(Le-Ri방향) 폭(W2)은 전지셀 적층체(100)의 좌우방향(Le-Ri방향) 폭(W1)보다는 더 크거나 같게 형성될 수 있다.
또한, 제1 시트부재(410)를 관통하여 고온의 파티클과 가스가 이동하지 않도록 적어도 제1 시트부재(410)의 수평부(412)는 좌우방향(Le-Ri방향)에 걸쳐 연속적으로 형성될 필요가 있으며, 이를 위해 좌측단부와 우측단부 사이는 전체적으로 막혀 있는 상태로 유지될 수 있다.
즉, 수평부(412)의 좌측단부와 우측단부 사이에는 종래와 같은 슬릿 또는 개방홀 등이 전혀 구비되지 않도록 형성될 수 있다.
제1 시트부재(410)는 제1 버스바 플레이트(510)의 내측면에 고정되도록 구성될 수 있다. 구체적으로 제1시트부재(410)의 수직부(411)는, 전후방향으로 전지셀 적층체(100)의 전면(100b)과 제1 버스바 플레이트(510) 사이에 개재될 수 있다. 바람직하게는 제1 시트부재(410)의 수직부(411)는 접착수단 또는 부착수단을 이용하여 제1 버스바 플레이트(510)의 내측면에 견고하게 부착될 수 있다. 상기 제1 시트부재(410)의 수평부(412)는, 상하방향으로 전지셀 적층체(100)의 상측면(100a)과 상부 프레임(220) 사이에 개재될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (14)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 형성되는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 일단부에 배치되며, 상기 복수의 전지셀을 전기적으로 연결하는 복수의 전극 리드;
    상기 복수의 전극 리드를 전기적으로 연결하며, 일측면에 적어도 하나의 터미널이 구비되는 버스바 플레이트; 및
    상기 버스바 플레이트의 일측면에 대향해서 배치되며, 상기 적어도 하나의 터미널을 적어도 부분적으로 외부로 노출시키는 개구부를 구비하는 절연커버;
    를 포함하고,
    상기 절연커버는, 상기 버스바 플레이트의 일측면을 향해 돌출되어 형성되는 적어도 하나의 차단리브를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1 항에서,
    상기 적어도 하나의 차단리브는, 상기 절연커버의 좌측 에지로부터 우측 에지까지 좌우방향을 따라 상기 절연커버를 가로질러 연장되는 전지 모듈.
  3. 제2 항에서,
    상기 적어도 하나의 차단리브는, 상하방향을 기준으로 상기 개구부보다 더 낮은 위치에 구비되는 전지 모듈.
  4. 제3 항에서,
    상기 차단리브는,
    상하방향을 기준으로 상기 개구부보다 더 낮은 위치에 구비되는 제1 차단리브; 및
    상하방향을 기준으로 상기 제1 차단리브보다 더 낮은 위치에 구비되는 제2 차단리브;
    를 포함하는 전지 모듈.
  5. 제4 항에서,
    상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는 서로 나란하게 배치되는 전지 모듈.
  6. 제4 항에서,
    상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는, 각각 상기 절연커버에 일체로 구비되는 전지 모듈.
  7. 제6 항에서,
    상기 제1 차단리브와 상기 제2 차단리브는, 각각 전방단부가 상기 절연커버에 일체로 연결되고 후방단부가 상기 버스바 플레이트에 접촉하게 되는 전지 모듈.
  8. 제1 항에서,
    상기 개구부와 상기 적어도 하나의 터미널을 사이에 형성되는 간극을 탄력적으로 메우는 탄성체 가스켓을 더 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8 항에서,
    상기 탄성체 가스켓은, 전기 절연성 및 내열성을 갖는 고무 재질로 형성되는 전지 모듈.
  10. 제8 항에서,
    상기 탄성체 가스켓은, 상기 절연커버의 상기 개구부를 통해 노출되는 상기 버스바 플레이트의 터미널과 상기 개구부 내주면 사이의 간극을 폐색하는 개구 결합부와, 상기 개구 결합부와 단차를 가지고 상기 개구 결합부보다 큰 면적을 가지는 확장 개재부를 구비하고,
    상기 확장 개재부의 표면은 상기 절연커버의 내면과 접하며,
    상기 개구 결합부에는, 상기 절연커버의 상기 개구부를 통해 노출되는 상기 버스바 플레이트의 터미널 형상과 대응하는 형상의 관통홀이 마련된, 전지 모듈.
  11. 제 1항 또는 제8 항에서,
    상기 전지셀 적층체를 향하는 상기 버스바 플레이트의 타측면에 고정되며, 내열성 및 전기절연성을 갖는 적어도 하나의 시트부재를 더 포함하는 전지 모듈.
  12. 제11 항에서,
    상기 시트부재는,
    상기 버스바 플레이트의 타측면에 부착되며, 상하방향으로 연장되는 수직부; 및
    상기 수직부의 상단부에 일체로 연결되며, 상기 버스 플레이트의 타측면으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 수평부;
    를 포함하고,
    상기 수평부는, 상기 전지셀 적층체의 상측면을 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 수직부는 상기 전지셀 적층체의 전면을 적어도 부분적으로 커버하도록 배치되는 전지 모듈.
  13. 제12 항에서,
    상기 수직부의 좌우방향 폭은 상기 전지셀 적층체의 전면의 좌우방향 폭보다 더 크거나 같게 되는 전지 모듈.
  14. 제12 항에서,
    상기 수평부의 좌우방향 폭은 상기 전지셀 적층체의 상측면의 수평방향 폭보다 더 크거나 같게 되는 전지 모듈.
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