WO2021075688A1 - 전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩 Download PDF

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WO2021075688A1
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battery
module
cell assembly
battery module
battery cell
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최종화
성준엽
박명기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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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 capable of reducing an influence on adjacent modules even when thermal runaway occurs, and a battery pack including the same.
  • rechargeable rechargeable batteries are a way to solve air pollution, such as conventional gasoline vehicles that use fossil fuels, as well as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV) is used as a power source, and the need for development of secondary batteries is increasing.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator therebetween, and an exterior material for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte solution, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • a battery module electrically connecting a plurality of battery cells Is used.
  • a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other to form a cell assembly, thereby improving capacity and output.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • a battery pack by connecting a plurality of battery cells in series/parallel, first construct a battery module consisting of at least one battery cell, and then construct a battery pack by adding other components using at least one battery module. How to do it is common.
  • the number of battery modules included in the battery pack or the number of battery cells included in the battery module may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • Embodiments of the present invention have been proposed to solve the above problems, and even if thermal runaway occurs due to an abnormal operation, the effect on the adjacent battery module is minimized by dispersing the high-temperature gas and flame that are emanating.
  • An object thereof is to provide a battery module capable of and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell assembly including one or more battery cells, a square tube-shaped module frame comprising four surfaces for accommodating the battery cell assembly and covering four surfaces of the battery cell assembly And a plurality of first vent holes formed at corners where two of the four surfaces meet.
  • the first vent hole may be positioned to correspond to a corner where one surface of the module frame covering an upper surface of the battery cell assembly and the other surface of the module frame covering a side surface of the battery cell assembly meet.
  • the first vent hole may be formed by removing a part of the one surface and a part of the side surface from the corner part.
  • the plurality of first vent holes may be formed on two corners along the length direction of the module frame, respectively.
  • the first vent holes formed on the two corners may be formed at positions symmetrical to each other.
  • the first vent holes formed on the two corners may be formed at positions that deviate from each other.
  • the module frame may include openings positioned at both ends of the battery cell assembly in a longitudinal direction, and the battery module may further include an end plate coupled to the opening, and a plurality of second vent holes formed in the end plate. have.
  • One or more of the plurality of first vent holes may be formed at one corner.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention may include the at least one battery module described above and a pack case for packaging the at least one battery module.
  • a device may include the at least one battery pack described above.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case in which thermal runaway occurs in a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for describing a case in which thermal runaway occurs in a battery pack according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a part such as a layer, film, region, or plate
  • another part when one part is “directly above” another part, it means that there is no other part in the middle.
  • the reference part means that it is located above or below the reference part, and means that it is located “above” or “on” in the direction opposite to the gravity. no.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery module 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module 100 of FIG. 1.
  • the battery module 100 includes a battery cell assembly 400 including one or more battery cells, and a module frame 200 accommodating the battery cell assembly 400. ) And an end plate 300 positioned at both ends of the battery cell assembly 400 in the longitudinal direction, and coupled to an opening of the module frame 200.
  • the battery cell assembly 400 is an assembly of secondary batteries including a plurality of battery cells 112.
  • the battery cell assembly 400 may include a plurality of battery cells 112, and each battery cell includes an electrode lead 114.
  • the battery cell 112 may be a pouch-type battery cell having a plate shape, but is not limited thereto.
  • the electrode lead 114 is a positive lead or a negative lead, and the end of the electrode lead 114 of each battery cell 112 can be bent in one direction, thereby It can be in contact with the end.
  • the two electrode leads 114 in contact with each other may be fixed to each other through welding or the like, and electrical connection between the battery cells 112 inside the battery cell assembly 400 may be made through this.
  • a bus bar frame 500 accommodated in the module frame 200 together with the battery cell assembly 400 may be provided.
  • the bus bar frame 500 includes an upper frame 510 positioned above the cell assembly 400, a front frame 520 positioned in front of the battery cell assembly 400, and a rear frame positioned at the rear of the battery cell assembly 400.
  • a bus bar 540 connected to the electrode leads 114 of battery cells constituting the battery cell assembly 400 may be mounted on the front frame 520 and the rear frame 530. .
  • the plurality of battery cells 112 are vertically stacked so that the electrode leads 114 are aligned in one direction to form a battery cell assembly 400.
  • the battery cell assembly 400 is accommodated in the module frame 120 having at least one opening open in the length direction of the battery cell assembly 400.
  • the electrode leads 114 are drawn out to the outside of the module frame 200 through the opening, and the drawn electrode leads 114 are the front frame 520 and the rear frame 530 of the bus bar frame 500. Combined with each, it may be electrically connected to the bus bar 540 mounted there.
  • the bus bar frame 500 may be made of an insulating material, for example, a non-conductive synthetic resin
  • the bus bar 540 may be made of a conductive metal material.
  • the battery module 100 extends from the top of the battery cell assembly 400 in the longitudinal direction of the module frame 200 and is mounted to sense the battery cell 112.
  • a flexible printed circuit board (FPCB) ( Not shown) may be included.
  • the battery module 100 may include various electronic components, and may include, for example, an internal circuit board (ICB) and a battery management system (BMS). Electronic components such as the ICB and BMS board may be electrically connected to the plurality of battery cells 112.
  • ICB internal circuit board
  • BMS battery management system
  • the battery module 100 may further include a thermally conductive resin layer 700 positioned between the lower surface of the battery cell assembly 400 and the module frame 200.
  • the thermally conductive resin layer 700 is formed by injecting a thermally conductive resin, and transfers heat generated from the battery cell assembly 400 to the bottom of the battery module 100 and transfers the cell assembly 400 to the battery module 100. ) Can play a role of fixing within.
  • a heat sink 800 may be provided on a side surface of the battery cell assembly 400 to be accommodated in the module frame 200, but is not particularly limited.
  • the module frame 200 includes a plurality of first vent holes 210.
  • a plurality of first vent holes 210 are formed at a corner where two of the four surfaces of the module frame 200 meet. That is, the module frame 200 includes an upper surface covering an upper portion of the battery cell assembly 400 and a lower surface covering an upper surface of the battery cell assembly 400, and includes two side surfaces connecting the upper surface and the lower surface, and both ends of the battery cell assembly 400 are opened. It has a square tube shape. Among them, a plurality of first vent holes 210 are formed at two corners where two side surfaces and an upper surface meet.
  • the first vent hole 210 has a shape in which a part of an upper surface of the module frame 200 and a part of a side surface of the module frame 200 are removed from a corner portion. That is, it is not formed on either side of the module frame 200, but one first vent hole 210 is formed over two surfaces. According to this configuration, even if pressure is applied in the vertical direction or the left and right directions during the manufacturing process or the use process of the battery module 100, since the load applied to the first vent hole 210 is reduced, the first vent hole 210 Even if a plurality of) are formed, the influence on the rigidity of the battery module 100 can be minimized.
  • the plurality of first vent holes 210 may be formed at each of the two corner portions along the length direction of the module frame 200, and at this time, the plurality of first vent holes 210 formed at the two corner portions are illustrated in FIG. 1 and 2, it may be formed in a symmetrical position to face each other.
  • the number and size of the first vent holes 210 are not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the specifications of the battery module 200, the rigidity of the module frame 200, or a use environment.
  • one or more first vent holes 210 may be formed in one corner. When the first vent hole 210 is formed only at one corner, it is difficult to expect a high-temperature gas and flame dispersion effect, so it is preferable that at least one first vent hole 210 is formed at each corner portion. Do.
  • the end plate 300 may be coupled to the opening of the module frame 200.
  • a plurality of second vent holes 310 are formed in the end plate 300.
  • the plurality of second vent holes 310 may be formed in both end plates 300, or may be formed only in one end plate 300. In terms of dispersing the hot gas and flame more effectively, it is more preferable to be formed on both end plates 300.
  • the second vent hole 310 is not formed only to disperse hot gases and flames, like the first vent hole 210, but to expose the existing busbar terminals to the outside of the end plate 300.
  • the formed hole may function as a vent hole.
  • FIG. 3 is a view for explaining a case in which thermal runaway occurs in a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view for explaining a case in which thermal runaway occurs in a battery pack according to a comparative example.
  • the battery pack 10 includes a plurality of battery modules 100 adjacent to each other.
  • a battery module in which thermal runaway occurs 100
  • the high-temperature gases and flames can be less affected by gases and flames.
  • the present invention even in the structure of the battery module 100 that covers all six surfaces of the battery cell assembly 400 by the module frame 200 and the end plate 300, high temperature when thermal runaway occurs. Since it is possible to properly disperse and emit gas and flame, it is possible to improve safety by minimizing damage to adjacent battery modules.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of first vent holes 210 formed at two corners may be formed at positions that deviate from each other.
  • the first vent holes 210 may be disposed adjacent to each other in the battery pack 10 as shown in FIG. 3. Since they are not adjacent to each other, the influence of the thermal runaway battery module can be further reduced. That is, since the first vent holes 210 between the adjacent battery modules 100 are not adjacent to each other, the flame emitted from the thermal runaway battery module 100 is the first vent hole 210 of the adjacent battery module 100. ) Can be minimized.
  • the location and size of the first vent hole 210 is not particularly limited, and may be appropriately changed to suit the configuration of the battery module 100 and the battery pack 10.
  • one or more of the battery modules may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the battery module described above and the battery pack including the same can be applied to various devices.
  • a device may be applied to a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto, and the present invention is applicable to various devices capable of using a battery module and a battery pack including the same. It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 이상의 전지 셀을 포함하는 전지 셀 조립체, 상기 전지 셀 조립체를 수납하고, 상기 전지 셀 조립체의 4면을 덮는 4개의 면으로 이루어지는 사각 관 형상의 모듈 프레임, 및 상기 4개의 면 중 2개의 면이 만나는 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀을 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 10월 18일자 한국 특허 출원 제10-2019-0129948호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열폭주가 발생하더라도 인접한 모듈에 영향을 줄일 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 셀 조립체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 개수, 또는 전지 모듈에 포함되는 전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수의 전지 모듈을 이용하여 전지 팩을 구성하는 경우, 복수의 전지 모듈 중 일부 모듈에 과충전 등 이상 동작에 의해 열폭주가 발생할 경우 전지 모듈의 외부로 고온의 가스 및 화염이 발산하게 되는데, 이에 의해 인접한 전지 모듈이 함께 손상되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 이상 동작에 의해 열폭주가 발생하더라도, 발산하는 고온의 가스 및 화염을 분산시키는 것에 의해 인접하는 전지 모듈로의 영향을 최소화할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩의 제공을 그 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 이상의 전지 셀을 포함하는 전지 셀 조립체, 상기 전지 셀 조립체를 수납하고, 상기 전지 셀 조립체의 4면을 덮는 4개의 면으로 이루어지는 사각 관 형상의 모듈 프레임, 및 상기 4개의 면 중 2개의 면이 만나는 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀을 포함한다.
상기 제1 벤트홀은 상기 전지 셀 조립체의 상면을 덮는 상기 모듈 프레임의 일면 및 상기 전지 셀 조립체의 측면을 덮는 상기 모듈 프레임의 타면이 만나는 모서리부에 대응하여 위치할 수 있다.
상기 제1 벤트홀은 상기 모서리부에서 상기 일면의 일부 및 상기 측면의 일부가 제거되어 형성될 수 있다.
상기 복수의 제1 벤트홀은 상기 모듈 프레임의 길이 방향에 따른 두 개의 모서리 상에 각각 형성될 수 있다.
상기 두 개의 모서리 상에 형성된 상기 제1 벤트홀은 서로 대칭이 되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 두 개의 모서리 상에 형성된 상기 제1 벤트홀은 서로 어긋나는 위치에 형성될 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 조립체의 길이 방향의 양단에 위치하는개구를 포함하고, 상기 전지 모듈은 상기 개구에 결합하는 엔드 플레이트, 및 상기 엔드 플레이트에 형성된 복수의 제2 벤트홀을 더욱 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 벤트홀은 하나의 모서리에 1개 이상 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 이상 동작에 의해 열폭주가 발생하더라도, 발산하는 고온의 가스 및 화염을 분산시키는 것에 의해 인접하는 전지 모듈로의 영향을 최소화하여 인접하는 전지 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에서 열폭주가 발생하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 전지 팩에서 열폭주가 발생하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 전지 모듈(100)에 대한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 하나 이상의 전지 셀을 포함하는 전지 셀 조립체(400), 전지 셀 조립체(400)를 수납하는 모듈 프레임(200) 및 전지 셀 조립체(400)의 길이 방향의 양단에 위치하며, 모듈 프레임(200)의 개구에 결합하는 엔드 플레이트(300)를 포함한다.
전지 셀 조립체(400)는 복수의 전지 셀(112)을 포함하는 이차 전지의 집합체이다. 전지 셀 조립체(400)는 복수의 전지 셀(112)을 포함할 수 있고, 각각의 전지 셀은 전극 리드(114)를 포함한다. 전지 셀(112)은 판상 형태를 갖는 파우치형 전지 셀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전극 리드(114)는 양극 리드 또는 음극 리드이며, 각 전지 셀(112)의 전극 리드(114)는 단부가 한쪽 방향으로 구부러질 수 있고, 이에 의해 인접한 다른 전지 셀(112)이 갖는 전극 리드의 단부와 맞닿을 수 있다. 서로 맞닿은 2개의 전극 리드(114)는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있고, 이를 통해 전지 셀 조립체(400) 내부의 전지 셀(112) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
또한, 전지 셀 조립체(400)와 함께 모듈 프레임(200)에 수납되는 버스 바 프레임(500)이 마련될 수 있다. 버스 바 프레임(500)은 셀 조립체(400)의 상부에 위치한 상부 프레임(510), 전지 셀 조립체(400)의 전면에 위치한 전면 프레임(520) 및 전지 셀 조립체(400)의 후면에 위치한 후면 프레임(530)을 포함할 수 있으며, 전지 셀 조립체(400)를 구성하는 전지 셀들의 전극 리드(114)와 연결된 버스 바(540)가 전면 프레임(520) 및 후면 프레임(530)에 탑재될 수 있다.
복수의 전지 셀(112)은 전극 리드(114)들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층되어 전지 셀 조립체(400)를 이룬다. 전지 셀 조립체(400)는 전지 셀 조립체(400)의 길이 방향으로 개방된 적어도 하나의 개구를 가지는 모듈 프레임(120)에 수납된다. 이 때, 전극 리드(114)들은 상기 개구를 통해 모듈 프레임(200)의 외측으로 인출되고, 인출된 전극 리드(114)는 버스 바 프레임(500)의 전면 프레임(520) 및 후면 프레임(530)에 각각 결합하여, 여기에 탑재된 버스 바(540)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 버스 바 프레임(500)은 절연성 소재, 예를 들면 비전도성 합성 수지로 이루어지고, 버스 바(540)는 전도성의 금속 재료로 이루어질 수 있다.
전지 모듈(100)은 전지 셀 조립체(400)의 상부에서 모듈 프레임(200)의 길이 방향으로 연장되고 장착되어 전지 셀(112)을 센싱하도록 구성된 연성 인쇄 회로 기판 (Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 아울러 전지 모듈(100)은 각종 전장 부품들을 포함할 수 있으며, 일례로 ICB (Internal Circuit Board) 및 BMS (Battery Management System) 등을 포함할 수 있다. 상기 ICB 및 BMS 보드 등의 전장 부품들은 복수 개의 전지 셀들(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전지 모듈(100)은 전지 셀 조립체(400)의 하면과 모듈 프레임(200) 사이에 위치하는 열전도성 수지층(700)을 더욱 포함할 수 있다. 열전도성 수지층(700)은 열전도성 수지가 주입되어 형성된 것으로, 전지 셀 조립체(400)로부터 발생한 열을 전지 모듈(100)의 바닥으로 전달하는 역할과 함께 셀 조립체(400)를 전지 모듈(100) 내에서 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 전지 셀 조립체(400)의 측면에는 방열판(800)이 구비되어 모듈 프레임(200)에 함께 수납될 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에 있어서, 모듈 프레임(200)은 복수의 제1 벤트홀(210)을 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 벤트홀(210)은 모듈 프레임(200)의 4개의 면 중 2개의 면이 만나는 모서리부에 형성된다. 즉, 모듈 프레임(200)은, 전지 셀 조립체(400)의 상부를 덮는 상면 및 하부를 덮는 하면을 포함하고, 상면과 하면을 연결하는 2개의 측면을 포함하며, 길이 방향의 양 단부가 개구된 사각 관 형상을 갖는다. 이 중, 2개의 측면과 상면이 만나는 2개의 모서리부에 복수의 제1 벤트홀(210)이 형성된다.
제1 벤트홀(210)은 모서리부에서 모듈 프레임(200)의 상면의 일부 및 모듈 프레임(200)의 측면의 일부가 제거된 형상을 갖는다. 즉, 모듈 프레임(200)의 어느 한 면에 형성되는 것이 아니라, 하나의 제1 벤트홀(210)이 2개의 면에 걸쳐 형성되는 것이다. 이러한 구성에 의하면, 전지 모듈(100)의 제조 과정 또는 사용 과정에서 상하 방향 또는 좌우 방향으로 압력이 가해지더라도, 제1 벤트홀(210)에 가해지는 부하가 감소되기 때문에, 제1 벤트홀(210)을 복수개로 형성하더라도 전지 모듈(100)의 강성 등에는 영향을 최소화 할 수 있다.
복수의 제1 벤트홀(210)은 모듈 프레임(200)의 길이 방향에 따른 두 개의 모서리부 각각에 형성될 수 있고, 이 때 두 개의 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀(210)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 서로 마주하도록 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 제1 벤트홀(210)의 개수 및 크기는 특별히 한정되지 않고, 전지 모듈(200)의 사양, 모듈 프레임(200)의 강성 내지 사용 환경 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들면 하나의 모서리에 1개 이상의 제1 벤트홀(210)이 형성될 수 있다. 제1 벤트홀(210)이 어느 하나의 모서리에만 형성될 경우, 고온의 가스 및 화염 분산 효과를 기대하기 어려운바, 각각의 모서리 부에 적어도 하나의 제1 벤트홀(210)이 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 모듈 프레임(200)의 개구에는, 엔드 플레이트(300)가 결합될 수 있다. 엔드 플레이트(300)에는 복수의 제2 벤트홀(310)이 형성된다. 복수의 제2 벤트홀(310)은 양측 엔드 플레이트(300) 모두에 형성될 수도 있고, 한쪽의 엔드 플레이트(300)에만 형성될 수도 있다. 고온의 가스 및 화염을 보다 효과적으로 분산시킨다는 측면에서, 양측 엔드 플레이트(300) 모두에 형성되는 것이 보다 바람직하다. 제2 벤트홀(310)은 제1 벤트홀(210)과 같이 단지 고온의 가스 및 화염을 분산하기 위해서만 형성된 구성은 아니라, 기존의 버스바 단자 등을 엔드 플레이트(300)의 외측으로 노출 시키기 위해 형성된 홀이 벤트홀의 기능을 하는 것이라도 좋다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에서 열폭주가 발생하는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 비교예에 따른 전지 팩에서 열폭주가 발생하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전지 팩(10)에는 복수의 전지 모듈(100)이 인접하여 포함된다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 모듈 프레임(200)의 모서리부에 복수의 제1 벤트홀(210)이 형성되는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 열폭주가 발생한 전지 모듈(100)을 기준으로, 여러 방향으로 고온의 가스 및 화염이 분산되기 때문에, 전지 팩(10) 내에서 열폭주가 발생한 전지 모듈(100)에 인접하여 위치하는 전지 모듈(100)이라 하더라도, 고온의 가스 및 화염에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.
반면, 도 4에 도시한 바와 같이, 별도로 벤트홀을 구비하지 않거나, 전지 모듈(100)의 길이 방향 단부에만 벤트홀(310)이 형성되는 경우, 열폭주가 발생한 전지 모듈(100)로부터 고온의 가스 및 화염이 길이 방향 단부로 집중하여 발산하기 때문에, 해당 위치에 인접하여 배치된 전지 모듈(100)에 열이 집중 전달되고, 고온의 화염이 쉽게 전파되기 때문에, 인접한 전지 모듈(100) 역시 손상될 가능성이 높아 안전성이 저하된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 프레임(200) 및 엔드 플레이트(300)에 의해 전지 셀 조립체(400)의 육면을 모두 감싸는 전지 모듈(100)의 구조에 있어서도, 열폭주 발생시 고온의 가스 및 화염을 적절하게 분산하여 발산시키는 것이 가능하기 때문에 인접하는 전지 모듈의 손상을 최소화하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는, 두 개의 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀(210)이 서로 어긋나는 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이 서로 마주보는 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀(210)이 어긋나게 배치되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 전지 팩(10) 내에서 인접하여 배치되더라도 제1 벤트홀(210)끼리 서로 인접하지 않게 되기 때문에, 열폭주 전지 모듈에 의한 영향을 보다 감소시킬 수 있다. 즉, 인접하는 전지 모듈(100) 간의 제1 벤트홀(210)이 서로 인접하지 않음으로써, 열폭주 전지 모듈(100)로부터 방출된 화염이 이웃하는 전지 모듈(100)의 제1 벤트홀(210)로 직접 전파되는 것을 최소화 할 수 있다. 이와 같은 제1 벤트홀(210)의 위치 및 크기는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 전지 모듈(100) 및 전지 팩(10)의 구성에 적합하도록 적절히 변경될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 열폭주가 발생한 전지 모듈(100)로부터의 고온의 가스 및 화염의 발산을 분산시킬 수 있어서, 인접한 전지 모듈(100)에의 영향을 최소화할 수 있고, 따라서 전지 모듈(100)의 손상을 방지할 수 있는바 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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: 전지 모듈
200: 모듈 프레임
300: 엔드 플레이트
400: 전지 셀 적층체
210: 제1 벤트홀
310: 제2 벤트홀

Claims (10)

  1. 하나 이상의 전지 셀을 포함하는 전지 셀 조립체;
    상기 전지 셀 조립체를 수납하고, 상기 전지 셀 조립체의 4면을 덮는 4개의 면으로 이루어지는 사각 관 형상의 모듈 프레임; 및
    상기 4개의 면 중 2개의 면이 만나는 모서리부에 형성된 복수의 제1 벤트홀을 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 벤트홀은 상기 전지 셀 조립체의 상면을 덮는 상기 모듈 프레임의 일면 및 상기 전지 셀 조립체의 측면을 덮는 상기 모듈 프레임의 타면이 만나는 모서리부에 대응하여 위치하는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 벤트홀은 상기 모서리부에서 상기 일면의 일부 및 상기 측면의 일부가 제거되어 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 벤트홀은 상기 모듈 프레임의 길이 방향에 따른 두 개의 모서리부에 각각 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 두 개의 모서리부에 형성된 상기 제1 벤트홀은 서로 대칭이 되는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  6. 제4항에서,
    상기 두 개의 모서리부에 형성된 상기 제1 벤트홀은 서로 어긋나는 위치에 형성되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 전지 셀 조립체의 길이 방향의 양단에 위치하는개구를 포함하고,
    상기 전지 모듈은 상기 개구에 결합하는 엔드 플레이트, 및
    상기 엔드 플레이트에 형성된 복수의 제2 벤트홀을 더욱 포함하는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 벤트홀은 하나의 모서리에 1개 이상 형성되는 전지 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전지 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
    를 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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