KR102698844B1 - 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은 복수의 전지셀을 포함하는 전지 모듈을 복수개 포함하는 전지 팩 구조에서, 상기 복수의 전지셀로부터 연장된 전극 리드들, 상기 전극 리드들 중 적어도 하나와 연결된 접속 부재, 서로 이웃하는 전지 모듈을 전기적으로 연결하고, 일단이 상기 접속 부재와 접촉하는 버스바, 상기 접속 부재와 상기 버스바의 접촉 부위를 덮는 절연 부재 그리고 상기 절연 부재 상에 위치하면서 상기 접속 부재와 상기 버스바의 접촉 부위와 중첩하는 화염 전파 방지 부재를 포함한다.
Description
본 발명은 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 화염 전파 방지 부재를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전지 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
상기 전지 자동차 등에 적용되는 전지팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이차 전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 갖고 있다. 따라서, 이러한 이차 전지를 다수 포함하고 있는 전지 모듈 또는 전지팩의 경우 전지를 안전하고 효율적으로 관리하기 위해, 전지 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 사용하기도 한다.
다만, 이러한 방법에도 불구하고, 외부로부터 충격이나 내부 전지셀의 이상 동작, BMS에 의한 제어 실패 등으로 전지팩 내부에 화재가 발생하는 경우가 있다.
전지팩 내부에 화재가 발생하였을 경우, 고온의 화염에 의해 내부에 존재하는 전선의 절연 피복이 소실될 수 있고, 이 경우 절연 기능이 상실된 전선이 전지팩 내부의 다른 부품, 예를 들어 금속 등의 전도성 부품 또는 전지셀과 직접 접촉하면 고전압 전류의 누설 또는 단락이 발생하여 결국 전지팩 내부의 화재를 더욱 가속화시키는 결과를 초래한다.
기존의 전지팩은 플라스틱 재질의 절연성 부재가 피복되어 있는 전선을 주로 사용하였고, 이러한 절연성 부재는 섭씨 300도 내외의 용융점을 가지므로, 고온의 화염에 노출될 경우 피복이 용융되어 절연 기능을 상실하여 화재를 가속화시키는 문제가 있었다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 전지팩 내부에 화재 방지를 위한 안전 부재를 추가적으로 장착하려는 시도가 있었지만, 이 경우 화재 방지에는 다소 효과가 있을지라도, 전지팩의 에너지 밀도가 감소하고, 내부 배선이 복잡해져서 조립 공정성을 저해하는 문제가 발생한다.
따라서, 전지팩의 에너지 밀도 감소를 최소화하고, 배선을 간명하게 유지할 수 있으며, 내부에 화재가 발생하더라도 화재의 가속화를 방지하여 전지팩의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 적어도 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부에 영향을 주지 않도록 하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 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 전지팩은 복수의 전지셀을 포함하는 전지 모듈을 복수개 포함하는 전지 팩 구조에서, 상기 복수의 전지셀로부터 연장된 전극 리드들, 상기 전극 리드들 중 적어도 하나와 용접된 접속 부재, 서로 이웃하는 전지 모듈을 전기적으로 연결하고, 일단이 상기 접속 부재와 접촉하는 버스바, 상기 접속 부재와 상기 버스바의 접촉 부위를 덮는 절연 부재 그리고 상기 절연 부재 상에 위치하면서 상기 접속 부재와 상기 버스바의 접촉 부위와 중첩하는 화염 전파 방지 부재를 포함한다.
상기 접속 부재와 상기 버스바의 접촉 부위가 상기 절연 부재와 중첩하는 부분에서, 상기 절연 부재는 상기 버스바와 접촉할 수 있다.
상기 복수의 전지 모듈은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈을 포함하고, 상기 버스바는 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈 각각의 접속 부재와 접촉하며, 상기 화염 전파 방지 부재는, 상기 제1 전지 모듈의 접속 부재와 상기 버스바가 접촉하는 부위에 위치하는 제1 화염 전파 방지 부재와 상기 제2 전지 모듈의 접속 부재와 상기 버스바가 접촉하는 부위에 위치하는 제2 화염 전파 방지 부재를 포함하고, 상기 제1 화염 전파 방지 부재와 상기 제2 화염 전파 방지 부재는 서로 분리될 수 있다.
상기 접속 부재는 버스바 프레임의 전면 상에 장착되고, 상기 버스바 프레임이 갖는 복수개의 리드 슬롯들을 통과한 상기 전극 리드들 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
상기 화염 전파 방지 부재는 운모 테이프 또는 운모 시트일 수 있다.
상기 복수의 전지 모듈 각각은 금속 케이스 내에 장착될 수 있다.
상기 복수의 전지 모듈은 직렬 연결되어 있고, 상기 화염 전파 방지 부재는 각각의 전지 모듈마다 2개씩 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈의 상기 화염 전파 방지 부재는 제1 화염 전파 방지 부재와 제2 화염 전파 방지 부재를 포함하고, 상기 제1 화염 전파 방지 부재는 상기 전지 모듈의 일단에 형성되고, 상기 제2 화염 전파 방지 부재는 상기 전지 모듈의 다른 일단에 형성될 수 있다.
상기 복수의 전지 모듈은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈, 제2 전지 모듈 및 제3 전지 모듈을 포함하고, 상기 제1 전지 모듈, 상기 제2 전지 모듈 및 상기 제3 전지 모듈은 각각의 장변에 수직한 방향으로 배열되어 있으며, 상기 버스바는, 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈을 연결하는 제1 버스바, 상기 제2 전지 모듈과 상기 제3 전지 모듈을 연결하는 제2 버스바 및 상기 제3 전지 모듈과 상기 제1 전지 모듈을 연결하는 제3 버스바를 포함하며, 상기 제1 버스바, 상기 제2 버스바와 상기 제3 버스바는 각각 상기 제1 전지 모듈, 상기 제2 전지 모듈 및 상기 제3 전지 모듈의 배열 방향을 따라 형성되고, 상기 제1 버스바는 상기 제1 전지 모듈과 상기 제2 전지 모듈의 같은 방향의 일단에 위치하고, 상기 제2 버스바는 상기 제2 전지 모듈의 다른 일단에 위치하며, 상기 제3 버스바는 상기 제1 전지 모듈의 다른 일단에 위치할 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바는 평면상에서 볼 때, 서로 마주보는 방향으로 각각 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 화염 전파 방지 부재는 상기 절연 부재와 접촉할 수 있다.
상기 접속 부재는 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
상기 접속 부재는 상기 전극 리드들 중 적어도 하나와 용접으로 접촉할 수 있다.
상기 화염 전파 방지 부재는 상기 절연 부재의 상부면과 측면을 연속적으로 덮을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 앞서 설명한 전지팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 에너지 밀도를 증가시키지 않으면서 화염이 직접적으로 노출될 수 있는 부분에 형성된 화염 전파 방지 부재를 포함하는 전지팩을 구현함으로써, 외부 단락으로 인해 전지 모듈 발화가 촉진되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전지팩에서 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부로 전파되는 경로를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부로 전파되는 것이 차단되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 내부에서 복수의 전지 모듈의 연결 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 복수의 전지 모듈의 연결 관계를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 전지팩 일부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 실시예에 따른 전지팩에서 서로 이웃하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 모듈 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부로 전파되는 것이 차단되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 내부에서 복수의 전지 모듈의 연결 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 복수의 전지 모듈의 연결 관계를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 전지팩 일부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 실시예에 따른 전지팩에서 서로 이웃하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 모듈 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 분해도이다.
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.
도 1은 종래의 전지팩에서 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부로 전파되는 경로를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 1을 참고하면, 전지팩 케이스 내에 포함된 복수의 전지 모듈들을 나타내고, 가운데 배치된 6번 전지 모듈에서 화염이 발생할 경우, 이웃하는 7번 전지 모듈 및 11번 전지 모듈의 절연이 파괴되면서, 7번 전지 모듈과 11번 전지 모듈 내 전지셀들이 전지팩 케이스와 접촉할 수 있다. 이에 따라, 7번 내지 11번의 전지 모듈의 외부 단락이 일어나고 반복적으로 추가 화염이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 주변부로 전파되는 것이 차단되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 전지 모듈에는 화염 전파 방지 부재(300)가 형성되어 있다. 화염 전파 방지 부재(300)는 전지 모듈의 터미널 부분을 직접 덮고 있어 하나의 전지 모듈에서 발생한 화염이 바로 옆의 전지 모듈로 직접 전파되는 것을 차단할 수 있다. 화염 전파 방지 부재(300)는 운모 테이프 또는 운모 시트로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 내부에서 복수의 전지 모듈의 연결 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 3의 도면은 도 2에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 특징을 좀 더 구체적으로 나타내고 있다. 도 3을 참고하면, 전지팩(10)은 팩 케이스(1000) 내부에 장착된 복수의 전지 모듈(100)을 포함한다. 팩 케이스(1000)는 금속 재질로 형성된 금속 케이스일 수 있다. 서로 이웃하는 전지 모듈(100)은 버스바(500)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 본 실시예에 따른 화염 전파 방지 부재(300)는 버스바(500)의 양 단부를 각각 덮도록 형성되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 포함된 복수의 전지 모듈의 연결 관계를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 전지팩 일부를 나타내는 부분 사시도이다. 도 6은 도 4 및 도 5의 실시예에 따른 전지팩에서 서로 이웃하는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지팩(10)은 금속 재질의 팩 케이스(1000) 내부에 장착된 복수의 전지 모듈(100)을 포함한다. 복수의 전지 모듈(100)은 서로 직렬 연결될 수 있다. 이때, 화염 전파 방지 부재(300)는 각각의 전지 모듈마다 2개씩 형성될 수 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 전지 모듈(100)의 화염 전파 방지 부재(300)는 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 제2 화염 전파 방지 부재(300B)를 포함하고, 제1 화염 전파 방지 부재(300A)는 전지 모듈(100)의 일단에 형성되고, 제2 화염 전파 방지 부재(300B)는 전지 모듈(100)의 다른 일단에 형성될 수 있다.
복수의 전지 모듈(100)은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)을 포함할 수 있다. 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)은 각각의 장변에 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)가 하나의 전지 모듈 배열체를 이루고, 이러한 전지 모듈 배열체가 행 방향과 열 방향으로 반복 배열될 수 있다. 버스바(500)는, 제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)을 연결하는 제1 버스바(500a)와, 제2 전지 모듈(100b)과 제3 전지 모듈(100c)을 연결하는 제2 버스바(500b)와 제3 전지 모듈(100c)과 제1 전지 모듈(100a)을 연결하는 제3 버스바(500c)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 버스바(500a), 제2 버스바(500b)와 제3 버스바(500c)는 각각 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)의 배열 방향을 따라 형성되고, 제1 버스바(500a)는 제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)의 같은 방향의 일단에 위치하고, 제2 버스바(500b)는 제2 전지 모듈(100b)의 다른 일단에 위치하며, 제3 버스바(500c)는 제1 전지 모듈(100c)의 다른 일단에 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 5에 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 버스바(500a)와 제2 버스바(500b)는 도 4의 평면상에서 볼 때, 서로 마주보는 방향으로 각각 볼록한 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 전지팩(10)은 앞에서 설명한 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)로 이루어진 전지 모듈 배열체가 전지 모듈(100)의 장변에 수직한 방향으로 배열될 뿐만 아니라, 전지 모듈(100)들이 행 방향으로도 배치될 수 있다. 여기서, 행 방향이란 전지 모듈(100)의 장변이 뻗어 있는 방향을 의미한다. 이때, 행 방향으로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이의 간격을 최대한 좁혀 전지팩(10)의 부피를 최소화함으로써 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 이처럼 행 방향으로 이웃하는 전지 모듈(100)의 간격을 최소화하기 위해 앞에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 제1 버스바(500a)와 제2 버스바(500b)는 제1 버스바(500a)와 제2 버스바(500b)에 연결되어 있는 전지 모듈(100)의 중심부를 향해 배치된 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 버스바(500a)와 제2 버스바(500b)는 서로 마주보는 방향으로 각각 볼록한 형상을 가질 수 있다.
도 7은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 모듈 케이스를 제거한 모습을 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 6에 도시한 전지 모듈 중 하나의 분해도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀(110) 및 버스바 프레임(150)을 포함할 수 있다. 전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 이루어질 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구비될 수 있으며, 복수개의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층될 수 있다.
이러한 복수개의 전지셀(110) 각각은, 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 리드(120) 등을 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 전극 조립체에 대한 설명은 널리 알려져 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전극 리드(120)는 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이러한 전극 리드(120)는 하나의 전지셀(110)에서 한 쌍으로 구비될 수 있다.
버스바 프레임(150)은 복수개의 전지셀(110)의 전극 리드들(120)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 버스바 프레임(150)은 복수개의 전지셀(110)의 전극 리드들(120)의 돌출 방향(X축 방향)에서 복수개의 전지셀(110)을 커버할 수 있다. 이때, 버스바 프레임(150)은 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 버스바 프레임(150)은 각각, 복수개의 전지셀(110)의 X축 방향으로 돌출된 전극 리드들(120)을 전기적으로 연결하고, 복수개의 전지셀(110)의 -X축 방향으로 돌출된 전극 리드들(120)을 전기적으로 연결할 수 있도록 커버할 수 있다.
버스바 프레임(150)에는 리드 슬롯(250)이 복수개 형성되어 있고, 복수개의 리드 슬롯(250)은 버스바 프레임(150)의 Y축 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
리드 슬롯(250)은 복수개의 전지셀(110)의 전극 리드들(120)을 통과시키기 위한 개구부로서 버스바 프레임(150)의 Z축 방향을 따라 형성될 수 있다. 리드 슬롯(250)은 인접하는 두 개의 전지셀(110)의 전극 리드들(120)을 공동으로 통과시킬 수 있다. 다시 말해, 하나의 리드 슬롯(250)은 인접하는 두 개의 전지셀들(110)의 전극 리드들(120)을 공동으로 통과시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바 프레임(150)에는 전극 리드들(120) 중 적어도 하나와 용접되는 접속 부재(200)가 결합되어 있다. 접속 부재(200)는 구리 또는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 접속 부재(200)는 버스바 프레임(150)의 전면(X축 방향) 상에 장착되고, 버스바 프레임(150)이 갖는 복수개의 리드 슬롯(250)을 통과한 전극 리드들(120) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
도 6의 전지 모듈(100) 구조에 대해 이하에서 도 8의 분해 사시도들을 참고하여 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참고하면, 복수개의 전지셀(110)이 모듈 케이스(미도시) 내부에 장착되어 있고, 복수개의 전지셀(110)의 집합체 일단에 버스바 프레임(150)이 장착되며, 버스바 프레임(150)을 절연 커버(600)가 덮을 수 있다. 절연 커버(600) 외부에 추가적으로 엔드 플레이트가 형성되어 외부 충격 등으로부터 전지 모듈(100)을 보호할 수 있다.
버스바(500)의 일단이 접속 부재(200)와 접촉하고, 버스바(500)가 서로 이웃하는 전지 모듈(100)을 전기적으로 연결할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 접속 부재(200)와 버스바(500)의 접촉 부위를 덮는 절연 부재(290) 및 절연 부재(290) 상에 위치하면서 접속 부재(200)와 버스바(500)의 접촉 부위와 중첩하는 화염 전파 방지 부재(300)를 포함한다. 접속 부재(200)와 버스바(500)의 접촉 부위가 절연 부재(290)와 중첩하는 부분에서, 절연 부재(290)는 버스바(500)와 접촉할 수 있다. 기존에는 버스바(500)와 접속 부재(200)가 접촉하는 부위에 절연 부재(290)만이 존재하였고, 절연 부재(290)는 플라스틱 재질이 사용될 수 있으며, 이러한 절연 부재(290)는 고온의 화염에 노출될 경우 용융되어 절연 기능을 상실하여 화재를 가속화시키는 문제가 있었다. 특히, 절연 부재(290)의 절연 기능 상실에 의해 금속 재질의 팩 케이스(1000)가 접속 부재(200)와 접촉하여 결국 팩 케이스(1000)와 그 내부의 전지셀이 단락되고, 이웃하는 전지 모듈의 전지셀들까지 단락이 일어나 화염이 매우 커질 수 있다.
본 실시예에서 화염 전파 방지 부재(300)는 절연 부재(290)가 노출되어 접속 부재(200)가 팩 케이스(1000)와 마주보면서 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 금속 재질의 팩 케이스(1000)와 접속 부재(200) 사이의 외부 단락에 의해 큰 규모의 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 6 및 도 7을 다시 참고하면, 복수의 전지 모듈(100)은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)을 포함하고, 버스바(500)는 제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b) 각각의 접속 부재(200)와 접촉할 수 있다. 화염 전파 방지 부재(300)는, 제1 전지 모듈(100A)의 접속 부재(200)와 버스바(500)가 접촉하는 부위에 위치하는 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 제2 전지 모듈(100B)의 접속 부재(200)와 버스바(500)가 접촉하는 부위에 위치하는 제2 화염 전파 방지 부재(300B)를 포함할 수 있다. 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 제2 화염 전파 방지 부재(300B)는 서로 분리될 수 있다.
도 6 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 화염 전파 방지 부재(300)는 절연 부재(300)의 상부면과 측면을 연속적으로 덮을 수 있다. 이러한 구조로 인해 전지 모듈(100) 내부의 발화로 인해 화염이 주변부 모듈로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 이때, 화염 전파 방지 부재(300)는 절연 부재(290)와 일정 거리를 두고 이격되거나 직접 접촉하는 구조를 가질 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따라 제조된 전지팩 구조와 비교예에 따른 전지팩 구조에서, 전지 모듈 1개를 발화시킨 후 주변부 모듈로 화염이 전파되는지 확인한 실험 결과를 설명하기로 한다.
비교예
전지 모듈들을 전기적으로 연결하는 버스바와 전극 리드와 연결되는 접속 부재가 접촉하는 부위에 플라스틱 재질의 절연 부재만 형성되어 있는 전지 모듈을 금속 케이스가 덮고 있는 전지팩을 준비하였다. 이러한 전지팩 구조에서, 전지셀을 강제로 열폭주(Thermal Runaway) 시킨 뒤, 전지팩 외부에서 화염 노출 여부를 확인하였다. 열폭주를 위해, 전지셀의 측면에 발열 패드를 부착한 후 가열하였다. 이때, 전지셀의 온도가 초당 섭씨 1도 이상 증가하였고 전지셀 온도가 섭씨 60도 이상이 되도록 하였다. 이러한 열폭주 시험을 통해 외부로 화염이 노출되는 시간을 측정하였고, 그 결과 화염이 외부로 노출되기까지 대략 2분이 채 걸리지 않음을 확인할 수 있었다.
실시예
앞에서 설명한 본 발명의 실시예와 같이, 운모 테이프로 이루어진 화염 전파 방지 부재가 접속 부재와 버스바의 접촉 부위를 덮는 절연 부재 상에 형성된 전지팩을 제조하여, 전지셀을 강제로 열폭주(Thermal Runaway) 시킨 뒤, 전지팩 외부에서 화염 노출 여부를 확인하였다. 열폭주를 위해, 전지셀의 측면에 발열 패드를 부착한 후 가열하였다. 이때, 전지셀의 온도가 초당 섭씨 1도 이상 증가하였고 전지셀 온도가 섭씨 60도 이상이 되도록 하였다. 이러한 열폭주 시험을 통해 외부로 화염이 노출되는 시간을 측정하였고, 그 결과 화염이 외부로 노출되기까지 대략 20분 이상이 걸리는 것을 확인할 수 있었다.
앞에서 설명한 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지팩을 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.
10: 전지팩
100: 전지 모듈
200: 접속 부재
290: 절연 부재
300: 화염 전파 방지 부재
500: 버스바
1000: 팩 케이스
100: 전지 모듈
200: 접속 부재
290: 절연 부재
300: 화염 전파 방지 부재
500: 버스바
1000: 팩 케이스
Claims (15)
- 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지 모듈(100)을 복수개 포함하는 전지 팩(10) 구조에서,
상기 복수의 전지셀(110)로부터 연장된 전극 리드들(120),
상기 전극 리드들(120) 중 적어도 하나와 연결된 접속 부재(200),
서로 이웃하는 전지 모듈(100)을 전기적으로 연결하고, 일단이 상기 접속 부재(200)와 접촉하는 버스바(500),
상기 접속 부재(200)와 상기 버스바(500)를 덮는 절연 부재(290) 그리고
상기 절연 부재를 덮으면서, 상기 접속 부재(200)와 상기 버스바(500)와 중첩하는 화염 전파 방지 부재(300)를 포함하는 전지팩. - 제1항에서,
상기 접속 부재(200)와 상기 버스바(500)가 상기 절연 부재(290)와 중첩하는 부분에서, 상기 절연 부재(290)는 상기 버스바(500)와 접촉하는 전지팩. - 제2항에서,
상기 복수의 전지 모듈(100)은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈(100a)과 제2 전지 모듈(100b)을 포함하고,
상기 버스바(500)는 상기 제1 전지 모듈(100a)과 상기 제2 전지 모듈(100b) 각각의 접속 부재(200)와 접촉하며,
상기 화염 전파 방지 부재(300)는, 상기 제1 전지 모듈(100a)의 접속 부재와 상기 버스바(500)가 접촉하는 부위에 위치하는 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 상기 제2 전지 모듈(100b)의 접속 부재와 상기 버스바(500)가 접촉하는 부위에 위치하는 제2 화염 전파 방지 부재(300B)를 포함하고,
상기 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 상기 제2 화염 전파 방지 부재(300B)는 서로 분리되어 있는 전지팩. - 제1항에서,
상기 접속 부재(200)는 버스바 프레임(150)의 전면 상에 장착되고, 상기 버스바 프레임(150)이 갖는 복수개의 리드 슬롯들(250)을 통과한 상기 전극 리드들(120) 중 적어도 하나와 연결되는 전지팩. - 제1항에서,
상기 화염 전파 방지 부재(300)는 운모 테이프 또는 운모 시트인 전지팩. - 제1항에서,
상기 복수의 전지 모듈(100) 각각은 금속 케이스 내에 장착되는 전지팩. - 제1항에서,
상기 복수의 전지 모듈(100)은 직렬 연결되어 있고, 상기 화염 전파 방지 부재(300)는 각각의 전지 모듈마다 2개씩 형성되어 있는 전지팩. - 제7항에서,
상기 전지 모듈의 상기 화염 전파 방지 부재(300)는 제1 화염 전파 방지 부재(300A)와 제2 화염 전파 방지 부재(300B)를 포함하고, 상기 제1 화염 전파 방지 부재(300A)는 상기 전지 모듈(100)의 일단에 형성되고, 상기 제2 화염 전파 방지 부재(300B)는 상기 전지 모듈(100)의 다른 일단에 형성되는 전지팩. - 제8항에서,
상기 복수의 전지 모듈(100)은 서로 이웃하는 제1 전지 모듈(100a), 제2 전지 모듈(100b) 및 제3 전지 모듈(100c)을 포함하고,
상기 제1 전지 모듈(100a), 상기 제2 전지 모듈(100b) 및 상기 제3 전지 모듈(100c)은 각각의 장변에 수직한 방향으로 배열되어 있으며,
상기 버스바(500)는, 상기 제1 전지 모듈(100a)과 상기 제2 전지 모듈(100b)을 연결하는 제1 버스바(500a), 상기 제2 전지 모듈(100b)과 상기 제3 전지 모듈(100c)을 연결하는 제2 버스바(500b) 및 상기 제3 전지 모듈(100c)과 상기 제1 전지 모듈(100a)을 연결하는 제3 버스바(500c)를 포함하며,
상기 제1 버스바(500a), 상기 제2 버스바(500b)와 상기 제3 버스바(500c)는 각각 상기 제1 전지 모듈(100a), 상기 제2 전지 모듈(100b) 및 상기 제3 전지 모듈(100c)의 배열 방향을 따라 형성되고, 상기 제1 버스바(500a)는 상기 제1 전지 모듈(100a)과 상기 제2 전지 모듈(100b)의 같은 방향의 일단에 위치하고, 상기 제2 버스바(500b)는 상기 제2 전지 모듈(100b)의 다른 일단에 위치하며, 상기 제3 버스바(500c)는 상기 제1 전지 모듈(100a)의 다른 일단에 위치하는 전지팩. - 제9항에서,
상기 제1 버스바(500a)와 상기 제2 버스바(500b)는 평면상에서 볼 때, 서로 마주보는 방향으로 각각 볼록한 형상을 갖는 전지팩. - 제1항에서,
상기 화염 전파 방지 부재(300)는 상기 절연 부재(290)와 접촉하는 전지팩. - 제1항에서,
상기 접속 부재(200)는 구리 또는 알루미늄으로 형성된 전지팩. - 제1항에서,
상기 접속 부재(200)는 상기 전극 리드들(120) 중 적어도 하나와 용접으로 접촉하고 있는 전지팩. - 제1항에서,
상기 화염 전파 방지 부재(300)는 상기 절연 부재(290)의 상부면과 측면을 연속적으로 덮는 전지팩. - 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
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