KR20230099637A - 안전성이 향상된 전지 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은: 복수의 전지 셀들이 적층되고 각각의 전지 셀이 상하 방향으로 세워진 전지 셀 적층체를 포함하는 셀 모듈 어셈블리; 서로 인접한 전지 셀 사이에 배치되고 상하 방향으로 세워진 판 형상의 차단 부재; 상기 셀 모듈 어셈블리를 수납하도록 되고 상면이 개구된 형상의 팩 케이스; 및 상기 셀 모듈 어셈블리의 위에 위치하고 상기 팩 케이스의 상면을 커버하는 소화 탱크를 포함하고, 상기 차단 부재는 상단에 복수 개의 개구부를 포함하고, 상기 차단 부재의 내부는 상기 복수 개의 개구부에 연결된 빈 공간을 포함한다.

Description

안전성이 향상된 전지 팩{Battery pack with improved safety}

관련 출원(들)과의 상호 인용

본 출원은 2021년 12월 27일자 한국 특허 출원 제10-2021-0188506호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열적 이벤트가 발생한 경우에도 안전성이 확보될 수 있도록 구성된 전지 팩 등에 관한 것이다.

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.

이러한 이차 전지는, 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)과 같은 중대형 장치에도 널리 이용되고 있으며, 그 이용 정도가 급격하게 증대되고 있다. 더욱이, 최근에는, 전력을 저장하기 위한 용도로서, 주택용 전지 팩의 이용 추세가 늘어나고 있다.

이러한 가정용 전지 팩을 비롯한 다양한 전지 팩에는, 용량 및/또는 출력 증대를 위해, 복수 개의 전지 셀(이차 전지)이 포함된다. 특히, 전지 팩의 에너지 밀도를 높이기 위해, 복수 개의 전지 셀은 매우 좁은 공간에 밀집된 상태로 배치되는 경우가 많다.

이러한 전지 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 전지 팩에 포함된 복수 개의 전지 셀 중, 어느 하나의 전지 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트는 다른 전지 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 전지 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 전지 팩에 포함된 여러 전지 셀의 열적 이벤트를 일으키게 되어, 전지 팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 전지 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 특히, 주택용 전지 팩의 경우, 발화나 폭발이 발생하게 되면, 주택에 거주하는 사람의 안전을 해칠 수 있고, 주택의 화재로 확산되어 더욱 큰 피해를 발생시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 팩 내부에서 발생된 열적 이벤트 발생 시 셀 간 전이를 억제할 수 있도록 구조가 개선된 전지 팩 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전지 팩은, 다수의 전지 셀; 인접하는 전지 셀 사이에 개재되어 열을 차단시키도록 구성된 차단 부재; 내부 공간에 상기 다수의 전지 셀과 상기 차단 부재를 수납하는 팩 케이스; 및 소화제를 보유하며 상기 셀 어셈블리의 상부에 배치된 소화 탱크를 포함한다.

여기서, 상기 차단 부재는, 금속 플레이트 사이에 단열재가 개재된 형태로 구성될 수 있다.

상기 금속 플레이트는, 알루미늄 재질일 수 있다.

상기 단열재는, Mica sheet 또는 Compression Paper일 수 있다.

상기 소화 탱크는, 상기 셀 어셈블리로부터 열이 인가되는 경우, 상기 셀 어셈블리 측으로 소화제를 배출하도록 구성될 수 있다.

상기 차단 부재는, 상기 소화 탱크로부터 배출된 소화제가 유입 가능하도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 전지 팩을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은: 복수의 전지 셀들이 적층되고 각각의 전지 셀이 상하 방향으로 세워진 전지 셀 적층체를 포함하는 셀 모듈 어셈블리; 서로 인접한 전지 셀 사이에 배치되고 상하 방향으로 세워진 판 형상의 차단 부재; 상기 셀 모듈 어셈블리를 수납하도록 되고 상면이 개구된 형상의 팩 케이스; 및 상기 셀 모듈 어셈블리의 위에 위치하고 상기 팩 케이스의 상면을 커버하는 소화 탱크를 포함하고, 상기 차단 부재는 상단에 복수 개의 개구부를 포함하고, 상기 차단 부재의 내부는 상기 복수 개의 개구부에 연결된 빈 공간을 포함할 수 있다.

상기 전지 셀의 열적 이벤트 발생 시, 상기 소화 탱크로부터 제공되는 상기소화제가 상기 차단 부재의 상기 복수 개의 개구부를 통해서 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간으로 유입될 수 있다.

상기 차단 부재는 지지 플레이트 및 상기 지지 플레이트의 양면에 구비되는 한 쌍의 스웰링 패드를 포함할 수 있다.

상기 지지 플레이트는 상기 복수 개의 개구부로부터 상기 지지 플레이트를 일방향으로 관통하여 형성되는 복수 개의 제1 관통공을 포함하고, 상기 복수 개의 제1 관통공의 내부는 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간일 수 있다.

상기 제1 관통공은 상기 지지 플레이트의 상하 방향으로 연장되고, 복수 개의 제1 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열될 수 있다.

상기 복수 개의 제1 관통공 내부에 상기 소화제가 머무를 수 있도록, 상기 복수 개의 제1 관통공의 하단은 상기 지지 플레이트의 하단에서 개구되되, 상기 지지 플레이트의 하단은 상기 팩 케이스의 하부면에 밀착 또는 접착되도록 배치되거나, 또는 상기 복수 개의 제1 관통공의 하단은 막힌 형상일 수 있다.

상기 지지 플레이트는 복수 개의 제2 관통공을 더 포함하고, 상기 복수 개의 제1 관통공과 상기 복수 개의 제2 관통공은 서로 다른 방향으로 연장되어 서로 교차하고, 상기 복수 개의 제1 관통공과 상기 복수 개의 제2 관통공의 내부는 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간일 수 있다.

상기 복수 개의 제2 관통공의 양단은 각각 막힌 형상일 수 있다.

상기 제1 관통공은 상기 지지 플레이트의 상하 방향으로 연장되고, 복수 개의 제1 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열되고, 상기 제2 관통공은, 상기 지지 플레이트의 길이 방향으로 연장되고, 복수 개의 제2 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열될 수 있다.

상기 지지 플레이트는 금속이나 스테인리스 스틸 재질로 이루어지고, 상기 스웰링 패드는 실리콘이나 연성 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

상기 지지 플레이트는 상기 지지 플레이트의 길이 방향으로의 단면을 중심으로 좌우대칭으로 형성된 한 쌍의 지지 플레이트 부재가 결합되어 형성될 수 있다.

상기 지지 플레이트는 일체로 형성될 수 있다.

상기 소화제는 액체 상태의 소화제일 수 있다.

상기 소화 탱크는: 소화제를 수용하는 내부 공간; 및 상기 소화 탱크의 베이스판의 두께가 상대적으로 얇게 형성된 부분으로서, 상기 전지 셀의 열적 이벤트에 의해 용융되어 개구되는 복수 개의 취약부들을 포함할 수 있다.

상기 취약부는 선 형상으로서, 상기 소화 탱크의 일 가장자리와 평행하게 배열되고, 각각의 취약부는 서로 평행하게 배열되고, 상기 취약부의 길이 방향과 상기 전지 셀의 길이 방향은 서로 직교할 수 있다.

상기 셀 모듈 어셈블리는: 상기 전지 셀의 적층체의 전면과 후면에 배치되는 한 쌍의 버스바 하우징; 및 상기 전지 셀의 적층체의 양측단에 상기 전지 셀과 평행하게 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 한 쌍의 버스바 하우징 사이를 한 쌍의 엔드 플레이트가 연결할 수 있다.

상기 전지 팩은 복수 개로 구비되어 상하 방향으로 적층이 가능하고, 상하로 적층된 전지 팩들 간에 서로 기계적 연결 및 전기적 연결로 결합될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 저장 장치는, 본 발명에 따른 상술한 전지 팩을 하나 이상 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 안전성이 향상된 전지 팩이 제공될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전지 팩 내부에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 소화 탱크로부터 공급되는 소화제(소화액)이, 차단 부재의 상단의 개구부를 통하여 차단 부재의 내부의 빈 공간 내로 유입되어, 차단 부재의 내부의 공간에 머무르게 됨으로써, 셀 사이에 열적 이벤트가 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

더욱이, 전지 팩에 포함된 복수 개의 전지 셀 중, 일부 전지 셀에서 열 폭주나 발화 등의 이슈가 발생한 경우, 이러한 이슈가 다른 전지 팩으로 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 간단한 구조를 가지면서도 열적 안전성이 강화된 전지 팩이 제공될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 소화제를 투입하기 위한 새로운 부품의 추가가 필요하지 않으므로, 제조성과 경제성이 우수한 전지 팩이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 특별한 방수 방진 구조에 대한 설계 등이 불필요하다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 동일한 종류의 전지 팩을 복수 개로 적층함으로서, 다양한 전압대 및/또는 축전 용량의 제품이 마련될 수 있다.

이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는, 도 4의 전지 팩에 포함된 소화 탱크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은, 도 4의 전지 팩에 포함된 소화 탱크의 구성을 나타내는 상면도이다.
도 7 및 도 8은, 도 4의 전지 팩에 포함된 셀 모듈 어셈블리의 구성을 나타내는 사시도 및 상면도이다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 단면도들이다.
도 11는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 12는 도 11의 전지 팩에 포함되는 셀 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 13은 도 11의 전지 팩에 포함되는 차단 부재의 사시도이다.
도 14는 도 13의 차단 부재의 분해 사시도이다.
도 15는 도 13의 차단 부재의 상면도이다.
도 16 및 도 17은 각각 도 13의 차단 부재의 다른 실시예들로서 도 13의 차단 부재의 변형예들을 도시한다.
도 18는 도 11의 전지 팩에 포함되는 팩 케이스의 사시도이다.
도 19 및 도 20은 도 18의 셀 모듈 어셈블리를 팩 케이스에 수납하는 경우를 설명하는 도면이다.
도 21는 도 11의 전지 팩에 포함되는 소화 탱크의 사시도이다.
도 22는 도 21의 소화 탱크의 사시 단면도이다.
도 23는 소화 탱크의 하부 탱크를 위에서 바라본 상부 단면도이다.
도 24는, 도 11 내지 도 23을 참조하여 상술한 전지 팩의 각 구성요소들을 모두 결합한 전지 팩의 사시도이다.
도 25은, 도 1 내지 도 24의 전지 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 26 및 도 27는, 도 25에 도시된 팩 케이스가 서로 다른 개수로 적층된 실시형태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 단면도이다. 예를 들어, 도 3은 도 1의 전지 팩이 결합된 상태에서 A1-A1'선에 대한 단면 구성의 일례를 나타낸다고 할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 팩은, 전지 셀, 차단 부재(200), 팩 케이스(300) 및 소화 탱크(400)를 포함할 수 있다.

상기 전지 셀(110)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 전지 셀(110)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 전지 셀(110)로 채용될 수 있다. 본 발명에 따른 전지 팩에는, 복수 개의 전지 셀(110)이 포함될 수 있다. 이러한 복수 개의 전지 셀(110)은, 적어도 일 방향으로 서로 적층될 수 있다. 이 때, 복수 개의 전지 셀(110)은, 상하 방향으로 세워진 형태로, 수평 방향으로 나란하게 배열될 수 있다.

복수 개의 이차 전지는 서로 적층된 형태로, 즉, 전지 셀 적층체로 셀 모듈 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 전지 셀(110)은, 각각 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향(도면의 X축 방향)으로 배열된 형태로 적층될 수 있다. 각각의 전지 셀(110)은, 전극 리드를 구비할 수 있는데, 이러한 전극 리드는, 각 전지 셀(110)의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 전극 리드가 양방향으로 돌출된 이차 전지는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드가 일방향으로 돌출된 이차 전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 도 1에는, 양방향 셀이 도시되어 있다. 다만, 본 발명은 이러한 이차 전지의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지가 본 발명의 셀 모듈 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.

상기 차단 부재(200)는, 인접하는 전지 셀(110) 사이에 개재되어 열을 차단시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 전지 셀(110)이 적층된 상태에서, 일부 전지 셀(110)에서 열적 이벤트가 발생하여 열이나 고온의 벤팅 가스가 생성된 경우, 생성된 열이나 가스는, 차단 부재(200)에 의해 인접하는 전지 셀(110)로 전이되는 것이 억제 내지 차단될 수 있다. 또한, 상기 차단 부재(200)는, 특정 전지 셀(110)에서 분출된 화염이나 스파크 등을 차단시키는 역할을 수행할 수 있다.

상기 차단 부재(200)는, 대략 판상, 특히 세워진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 차단 부재(200)는, 각각 세워진 형태로 수평 방향으로 배치된 전지 셀(110)의 높이와 유사하거나 그보다 높은 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 상기 차단 부재(200)는, 전지 셀(110)의 개수에 따라 다수 포함될 수 있다. 그리고, 차단 부재(200)는 전지 셀(110)과 함께 적층된 형태로, 셀 모듈 어셈블리(Cell Module Assembly, CMA)를 구성할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 전지 셀(110)이 포함된 전지 팩에서, 차단 부재(200)에 의해 셀 간 열폭주 전파 등이 효과적으로 방지될 수 있다.

상기 팩 케이스(300)는, 내부 공간에 다수의 전지 셀(110)과 차단 부재(200)를 수납하도록 구성될 수 있다. 즉, 팩 케이스(300)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 전지 셀(110)과 차단 부재(200)의 적층체인 셀 모듈 어셈블리를 수납할 수 있다. 상기 팩 케이스(300)는, 상단이 개방된 박스 형태로 구성될 수 있으나, 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다. 또한, 팩 케이스(300)는, 상단 개방부에 결합되는 상부 커버를 더 구비할 수 있다. 박스 형태의 팩 케이스(300)는 일체로 성형된 것일 수도 있고, 적어도 일 면을 인접한 면과 결합하는 방식으로 제작된 것일 수도 있다.

상기 소화 탱크(400)는, 소화제를 보유할 수 있다. 특히, 소화 탱크(400)는, 내부 공간을 구비하여, 그러한 내부 공간에 소화제를 보유할 수 있다. 예를 들어, 소화 탱크(400)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크 본체로서 하부 탱크(Coolant tank)와 탱크 커버로서 상부 커버(Coolant tank cover)를 구비할 수 있다. 여기서, 탱크 본체는, 상부가 개방된 박스 형태로 구성되어, 소화제가 보유될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 그리고, 탱크 커버는, 탱크 본체의 상부 개방부를 커버하여, 탱크 본체의 소화제 보유 공간을 밀폐시키도록 구성될 수 있다.

상기 소화 탱크(400)는, 팩 케이스(300)의 내부에 수납될 수 있다. 특히, 상기 소화 탱크(400)는, 팩 케이스(300)의 내부 공간에서 셀 모듈 어셈블리의 상부 측에 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 모듈 어셈블리의 상부 측에 위치한 소화 탱크(400)로부터 소화제가 배출됨으로써, 셀 모듈 어셈블리의 열적 이벤트가 보다 용이하게 제어될 수 있다. 특히, 소화 탱크(400)에서 배출된 소화제는, 중력에 의해 하부 방향으로 쉽게 이동할 수 있다. 따라서, 소화제에 의한 셀 모듈 어셈블리의 열이나 화재 진압이 보다 쉽게 이루어질 수 있다.

특히, 상기 셀 모듈 어셈블리가, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 방향, 즉 좌우 방향으로 나란하게 배치된 복수 개의 전지 셀(110)을 구비하는 경우, 상부에 위치한 소화 탱크(400)로부터 소화제가 배출되면, 전체 전지 셀(110)로 소화제가 쉽게 공급될 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 전체 셀 모듈 어셈블리에 대한 열적 이벤트 진압이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.

상기 차단 부재(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트 사이에 단열재가 개재된 형태로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 금속 플레이트는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 금속 플레이트는, 알루미늄 플레이트일 수 있다.

또한, 상기 단열재는, Mica sheet 또는 Compression Paper(Plate)일 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 차단 부재(200)에 의해, thermal spread와 냉각 역할이 수행되어, 셀 간 열/화염 차단 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 소화 탱크(400)는, 상기 셀 어셈블리로부터 열이 인가되는 경우, 상기 셀 어셈블리 측으로 소화제를 배출하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 소화 탱크(400)는, 상기 셀 어셈블리로부터 인가된 열에 의해 적어도 일부분이 용융되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 소화 탱크(400)는, 상기 전지 셀(110)로부터 분출된 벤팅 가스 또는 상기 전지 셀(110)의 온도에 의해 용융되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 소화 탱크(400)는, 액체 상태의 소화제를 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 소화 탱크(400)는, 물, 소금물, 냉각수, 절연유 등을 소화제로서 보유할 수 있다.

또한, 상기 소화 탱크(400)는, 베이스판의 두께가 위치 별로 차이를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 소화 탱크(400)는, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 취약부가 서로 수평 방향으로 적층된 셀 사이의 중앙 부분에 위치할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 팩에 포함된 소화 탱크의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 4의 전지 팩에 포함된 소화 탱크의 구성을 나타내는 상면도이다. 또한, 도 7 및 도 8은, 도 4의 전지 팩에 포함된 셀 모듈 어셈블리의 구성을 나타내는 사시도 및 상면도이다. 또한, 도 9 및 도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩의 단면도들이다.

도 4 내지 도 10을 참조하면, 전지 셀(110)과 차단 부재(200)를 구비하는 셀 모듈 어셈블리의 상부에 소화 탱크(400)가 배치될 수 있다. 특히, 차단 부재(200)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 절연 패드와 스웰링 패드를 구비할 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 소화 탱크(400)와 전지 셀(110)은, 직교하게 위치할 수 있다. 따라서, 전지 셀(110)의 어느 부분에서 벤팅 가스나 스파크 등 이벤트가 발생하더라도, 쉽게 소화제(ex. 쿨런트)가 투입될 수 있다.

또한, 상기 차단 부재(200)는, 소화 탱크(400)로부터 배출된 소화제가 유입 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소화 탱크(400)로부터 물이 배출된 경우, 배출된 물은, 차단 부재(200)의 내부로 유입되도록 구성될 수 있다. 이때, 차단 부재(200)는, 내부에 소화액이 투입될 수 있는 공간을 보유하거나, 소화액을 흡수할 수 있는 물질을 구비할 수 있다. 또한, 차단 부재(200)는, 소화액이 유입될 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 차단 부재(200)는, 이벤트 발생 시 상부의 소화제(ex. 쿨런트)가 절연 패드의 공극에 차올라, 단열 성능이 극대화되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 차단 부재(200)에 의한 셀 간 열/화염 전파 방지 효과가 더욱 증대될 수 있다.

도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.

도 11를 참조하면, 전지 팩은, 셀 모듈 어셈블리(100), 차단 부재(200), 팩 케이스(300), 소화 탱크(400), 외부 커버(500), 및 전기적 연결 유닛(600)를 포함한다.

도 11에서도 셀 모듈 어셈블리(100)는, 복수 개의 전지 셀(110)은 각각 상하 방향(예를 들면, 도면의 Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향(예를 들면, 도면의 X축 방향)을 따라 배열된 형태로 적층될 수 있다. 이 때, 전지 셀(110)의 길이 방향은 예를 들면, 도면의 Y축 방향이다.

도 12은 도 11의 전지 팩에 포함되는 셀 모듈 어셈블리(Cell Module Assembly)(100)의 사시도이다.

참고로, 셀 모듈 어셈블리(100)에 포함되는 구성요소들에 보다 명확히 도시하기 위하여, 도 12에서는 복수 개의 전지 셀(110)을 제외한 나머지 구성요소들을 도시한다. 복수 개의 전지 셀(110)은 통상의 파우치형 전지 셀이나, 각형 전지 셀들일 수 있다.

도 12을 참조하면, 복수 개의 전지 셀(110) 적층체의 전면과 후면에는, 한 쌍의 버스바 하우징(130)이 배치된다. 버스바 하우징(130) 각각은 전지 셀(110)의 길이 방향과 직교하는 방향(예를 들면, 도면의 X축 방향)으로 배치된다.

복수 개의 전지 셀(110)의 적층체의 맨 양 측단에는 한 쌍의 엔드 플레이트(120)가 각각 구비된다. 엔드 플레이트(120)는 전지 셀(110)과 평행하게 나란히 배치된다. 한 쌍의 버스바 하우징(130) 사이를 한 쌍의 엔드 플레이트(120)가 각각 연결한다.

한 쌍의 엔드 플레이트(120) 사이의 상부 측 및 하부 측 각각에는 한 쌍의 엔드 플레이트(120) 사이를 연결하는 적어도 하나의 스트랩(140)을 포함할 수 있다. 스트랩(140)은 셀 모듈 어셈블리(100)의 결속을 강화한다. 보다 구체적으로는, 한 쌍의 엔드 플레이트(120) 및 그 사이에 배치된 복수 개의 전지 셀(110) 적층체의 결속을 강화한다. 그에 따라, 복수 개의 전지 셀(110) 적층체의 정렬이 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

그 밖에 셀 모듈 어셈블리(100)에 관한 설명은 도 1에서 설명한 바와 중복되므로, 도 1과 관련하여 상술한 바를 참조한다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 복수 개의 전지 셀(110)은 소정의 개수로 그룹화되어 수납될 수 있다. 또한, 도 11 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 복수 개(소정의 개수)의 전지 셀(110)의 그룹과 인접한 복수 개(소정의 개수의 전지 셀(110)의 그룹 사이에는 차단 부재(200)를 구비한다.

도 13은 도 11의 전지 팩에 포함되는 차단 부재(200)의 사시도이다. 도 14은 도 13의 차단 부재(200)의 분해 사시도이다. 도 15는 도 13의 차단 부재(200)의 상면도이다. 도 16 및 도 17은 각각 도 13의 차단 부재(200)의 변형예들의 단면도를 도시한다. 단면도는 도 15의 A3-A3’ 선을 따른 단면도이다.

차단 부재(200)는 인접하는 전지 셀(100) 사이에 개재되어 열을 차단시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 전지 셀(100)에서 열적 이벤트가 발생하여, 열이나 고온의 벤팅 가스가 생성된 경우, 생성된 열이나 가스는, 차단 부재(200)에 의해 인접하는 전지 셀(100)로 전이되는 것이 억제 내지 차단될 수 있다. 또한, 차단 부재(200)는 특정 전지 셀(100)에서 분출된 화염이나 스파크 등을 차단시키는 역할을 수행할 수 있다.

차단 부재(200)는 대략 판상의 형상을 가진다. 차단 부재(200)는 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 차단 부재(200)는, 역시 상하 방향으로 세워진 전지 셀(100)의 높이와 동일하거나 유사한 높이를 가질 수 있다. 차단 부재(200)의 높이는 전지 셀(100)의 높이보다 더 작을 수도 있고, 더 클 수도 있다.

차단 부재(200)는, 전지 셀의 개수에 따라 복수 개로 포함될 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 차단 부재(200)는 전지 셀(110)과 함께 적층된 형태로, 셀 모듈 어셈블리(100)를 구성할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 복수 개의 전지 셀(110)이 포함된 전지 팩에서, 차단 부재(200)에 의해 셀 간 열폭주 전파 등이 효과적으로 방지될 수 있다.

또한, 차단 부재(200)는 크게 3중 구조로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 지지 플레이트(210)의 양면에 각각 한 쌍의 스웰링 패드(220)를 구비한다. 지지 플레이트(210)는 차단 부재(200)의 형태 및 강성을 유지하도록 하고, 전지 셀(110)들 사이의 전지 셀(110)에서 분출된 화염이나 스파크 등을 차단한다. 지지 플레이트(210)는 예를 들면 금속 또는 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 스웰링 패드(220)는 전지 셀(100)의 스웰링 시에 지지 플레이트(210)로 인하여 전지 셀(100)로 가해지는 압력을 감소시킨다. 스웰링 패드(220)는 예를 들면, 실리콘 재질이나 연성 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

스웰링 패드(220)의 길이는 지지 플레이트(210)의 길이보다 작거나 같을 수 있다. 여기서 길이는 예를 들면 도면의 Y축 방향을 의미한다.

한편, 본 발명에 따른, 차단 부재(200)는 상단에 복수 개의 개구부(231)를 포함한다. 또한, 차단 부재(200)의 내부에는 상기 복수 개의 개구부(231)와 연결된 빈 공간을 포함한다. 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부에 위치한 소화 탱크(400)에서 셀 모듈 어셈블리(100)로 소화제(소화액)가 투입될 때에, 복수 개의 개구부(231)를 통하여 차단 부재(200)의 내부의 빈 공간에 소화제(소화액)가 들어가게 된다. 즉, 차단 부재(200)의 내부의 빈 공간 내에 소화제(소화액)가 머무름에 따라 열적 이벤트가 발생한 전지 셀(110)을 더욱 효과적으로 냉각 및 소화시킬 수 있도록 한다.

또한, 차단 부재(200)는 일방향으로 배열된 복수 개의 관통공(230)을 포함한다.

도 13 내지 도 17에 따른 실시예에서는, 지지 플레이트(210)에는 도 14 및 도 15에서 상세히 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(210)를 상하 방향, 즉 높이 방향(예를 들면, 도면의 Z축 방향)으로 관통하여 형성되는 복수 개의 관통공(230)을 포함하고, 복수 개의 관통공(230)들은 지지 플레이트(210)의 길이 방향(예를 들면, 도면의 Y축 방향)을 따라 배열된다. 즉, 복수 개의 관통공(230)의 최상단은 복수 개의 개구부(231)가 된다. 복수 개의 관통공(230)의 내부는 차단 부재(200)의 내부의 빈 공간이 된다.

셀 모듈 어셈블리(100)의 상부에 위치한 소화 탱크(400)에서 셀 모듈 어셈블리(100)로 소화제(소화액)가 투입될 때에, 복수 개의 관통공(230) 내로도 소화제(소화액)가 들어가게 된다. 즉, 복수 개의 관통공(230) 내에 소화제(소화액)가 머무름에 따라, 열적 이벤트가 발생한 전지 셀(110)을 더욱 효과적으로 냉각 및 소화시킬 수 있도록 한다.

도 14에 도시된 바와 같이, 복수 개의 관통공(230)은 지지 플레이트(210)의 상면 및 하면 양쪽으로 모두 개구된 형태일 수도 있다. 또는, 도 16에 도시된 바와 같이, 복수 개의 관통공(230)은 상면만이 개구되고 소화제(소화액)가 관통공(230) 내에 더욱 오래 머무를 수 있도록 하면은 막힌 형상일 수도 있다. 전지 팩의 조립시에, 전자의 경우에 차단 부재(200)의 지지 플레이트(210)가 팩 케이스(300)의 내측 하부면에 밀착 또는 접착되도록 배치하면, 후자의 경우와 같이 소화제(소화액)가 관통공(230) 내에 오래 머무를 수 있도록 할 수 있다.

한편, 차단 부재(200)의 제작 시, 도 14의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(210)는 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)를 결합하는 방식으로 제작될 수도 있다. 이 때, 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)는 상기 지지 플레이트(210)의 길이 방향으로의 단면을 중심으로 좌우대칭으로 형성된 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)가 결합된다. 또는, 지지 플레이트(210)를 도 14의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 처음부터 일체로 성형하여 제작할 수도 있다.

도 14의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)를 제작하여 결합하는 경우에, 복수 개의 관통공(230)의 성형이 용이할 수 있다. 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)의 결합을 보다 견고하게 할 수 있도록, 지지 플레이트 체결 부재(211)를 더 포함할 수 있다. 지지 플레이트 체결 부재(211)는 암형의 지지 플레이트 체결 부재(211a) 및 수형의 지지 플레이트 체결 부재(211b)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 도시된 바에 한정되지 않고, 한 쌍의 지지 플레이트 부재(210-1, 210-2)를 결합할 수 있는 형상이면 충분하다.

도 17은 복수 개의 관통공(230)이 일 방향으로만 형성된 것이 아니라, 두 개의 방향으로 각각 형성되어 서로 교차하는 경우를 도시한다.

예를 들어, 도 17의 일 실시예로서는, 제1 방향으로 연장된 제1 복수 개의 관통공(230a)과 제2 방향으로 연장된 제2 복수 개의 관통공(230b)이 직교하여 교차하는 경우를 도시한다. 제1 복수 개의 관통공(230a)은 지지 플레이트(210)의 제1 방향(상하 방향, 즉 높이 방향(예를 들면, 도면의 Z축 방향))으로 형성된다. 제2 복수 개의 관통공(230b)은 지지 플레이트(210)의 제2 방향(길이 방향(예를 들면, 도면의 Y축 방향))으로 형성된다. 전지 셀(110)의 열적 이벤트 발생 시에, 소화 탱크(400)로부터 투입된 소화제(소화액)가 지지 플레이트(210)의 제1 복수 개의 관통공(230a) 내로 유입되고, 이어서 이와 교차하는 제2 복수 개의 관통공(230b)으로도 유입된다.

제2 복수 개의 관통공(230b)은 지지 플레이트(210)의 양 측면까지 관통하지는 않을 수도 있다. 즉, 제2 복수 개의 관통공(230b)의 양 단은 지지 플레이트(210)의 양 측면으로부터 소정 거리 이격되어 형성되고, 제2 복수 개의 관통공(230b)의 양 단은 막혀 있을 수 있다. 그에 따라, 제2 복수 개의 관통공(230b) 내로 유입된 소화제(소화액)이 지지 플레이트(210)의 양 측면으로 빠져나가지 않고, 관통공(230)내에 머무를 수 있다. 또는, 제2 복수 개의 관통공(230b)이 지지 플레이트(210)의 양 측면까지 관통하는 경우도 있을 수 있다. 제2 복수 개의 관통공(230b) 내로 유입된 소화제(소화액)이 지지 플레이트(210)의 양 측면으로 빠져나가지 않도록, 지지 플레이트(210)의 양 측면을 도 12에 도시된 버스바 하우징(130)에 밀착 또는 접착되도록 조립할 수도 있다.

도 17을 변형하여, 예를 들면 제1 방향으로 연장된 제1 복수 개의 관통공(230a)과 제2 방향으로 연장된 제2 복수 개의 관통공(230b)이 직교하여 교차하되, 제1 복수 개의 관통공(230a)과 제2 복수 개의 관통공(230b) 각각이 지지 플레이트(210)의 사선 방향(예를 들어, 차단 부재(400)의 상단을 기준으로 45도 기울어진 각도)으로 연장된 경우로 구현할 수도 있다.

한편, 본 발명은 도시된 바에 한정되지 않고, 가령, 복수 개의 관통공(230)이 세 개의 방향으로 각각 형성되어 서로 교차하는 경우 등, 다양한 변형, 변경이 가능하다.

정리하면, 본 발명에 따른 차단 부재(200)는 공통적으로 차단 부재(200)의 상단에 개구부를 가진다. 전지 셀(110)의 열적 이벤트 발생 시에, 셀 모듈 어셈블리(100)의 위에 위치한 소화 탱크(400) 내의 소화제(소화액)가, 차단 부재(200)의 최상단에 위치한 개구부를 통해 복수 개의 관통공(230) 내로 유입되어, 지지 플레이트(210)의 내부 공간에 보다 오래 머무를 수 있게 된다. 그에 따라, 소화제(소화액)가 전지 셀(110) 사이에 보다 오래 머무를 수 있고, 전지 셀(110)을 보다 효과적으로 냉각 또는 소화할 수 있도록 한다.

도 18은 도 11의 전지 팩에 포함되는 팩 케이스(300)의 사시도이다. 도 19 은 도 18의 셀 모듈 어셈블리(100)를 팩 케이스(300)에 수납하는 경우를 설명하는 도면이다.

도 18을 참조하면, 팩 케이스(300)는 박스 형태로 구성될 수 있다. 박스 형태의 팩 케이스(300)는 일체로 성형된 것일 수도 있고, 적어도 일 면을 인접한 면과 결합하는 방식으로 제작된 것일 수도 있다.

팩 케이스(300)는 적어도 하나의 벤팅구(320)를 포함한다. 벤팅구(320)에는 필터가 장착된다.

팩 케이스(300)의 내부에 수납된 전지 셀(110)에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 해당 전지 셀(110)에서 발생하는 벤팅 가스를 벤팅구(320)를 통하여 배출할 수 있다. 벤팅구(320)에서 배출된 벤팅 가스는 팩 케이스(300)와 외부 커버(500, 도 11 참조) 사이의 공간을 지나, 외부 커버(500)의 외부로 배출될 수 있다.

한편, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 도 12에 도시된 셀 모듈 어셈블리(100)를 보조 케이스(310)의 내부 공간에 수납한 후 팩 케이스(300)에 장착할 수도 있다. 셀 모듈 어셈블리(100)를 보조 케이스(310)의 내부 공간에 일차적으로 수납한 뒤 최종적으로 팩 케이스(300)에 수납함으로써, 셀 모듈 어셈블리(100)의 강성을 보완하고, 셀 모듈 어셈블리(100)에서의 복수 개의 전지 셀(110) 적층체의 정렬이 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 보조 케이스(310)는 예를 들면 금속 또는 스테인리스 스틸 등으로 이루어질 수 있다.

도 21는 도 11의 전지 팩에 포함되는 소화 탱크(400)의 사시도이다. 도 22은 도 21의 소화 탱크(400)의 사시 단면도이고, 도 11의 A2-A2' 선을 따른 단면을 도시한다. 도 23는 소화 탱크(400)의 하부 탱크(410)를 위에서 바라본 상부 단면도이다.

소화 탱크(400)는 도 1에서 상술한 바와 같이, 하부 탱크(410)와 상부 커버(420)를 포함한다. 하부 탱크(410)와 상부 커버(420)는, 별도로 제작되어 밀봉 결합된 것일 수도 있고, 일체형으로 제작될 수도 있다. 상부 커버(420)에는 소화제를 주입할 수 있는 주입구(430)를 추가로 포함할 수 있다. 주입구(430)를 마개로 닫아 소화 탱크(400)를 밀봉할 수 있다.

하부 탱크(410)의 베이스판(411)에서 두께가 얇게 형성된 부분은 취약부(411a)로서 기능할 수 있다. 즉, 셀 모듈 어셈블리(100)의 전지 셀(110)에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 상대적으로 두께가 얇은 취약부(411a)가 먼저 파손될 수 있다. 취약부(411a)가 파손되어 베이스판(411)에 개구가 형성되면, 소화 탱크(400) 내부에 보유된 소화제가 해당 취약부(411a)를 통해 셀 모듈 어셈블리(100) 측으로 배출될 수 있다.

취약부(411a)는 복수 개로 구비될 수 있다. 취약부(411a)는 예를 들어, 폭은 좁고 길이는 긴 형상일 수 있다. 즉, 선 형상으로서, 소화 탱크(400)의 일 가장자리와 평행하게 배열된 직선 형상일 수 있으며, 각각의 취약부(411a)는 서로 평행하게 배열될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면, 전지 셀(110)의 길이 방향(예를 들면, 도면의 X축 방향)과 취약부(411a)의 길이 방향(예를 들면, 도면의 X축 방향)은 서로 직교할 수 있다. 즉, 복수 개의 취약부(411a)들이 해당 전지 셀(110)의 길이 방향에 교차하여 배치된다. 그에 따라, 열적 이벤트가 발생한 전지 셀(110)의 길이 방향을 따라, 해당 전지 셀(110) 전체에 걸쳐 복수 개의 개구된 취약부(411a)들을 통하여 일제히 소화제를 공급할 수 있고, 보다 효율적으로 신속하게 열적 이벤트가 발생한 전지 셀(110)을 소화시킬 수 있다.

또한, 도 22를 참조하면, 하부 탱크(410)의 베이스판(411)은 단차를 가진다. 보다 구체적으로는, 베이스판(411)은 크게, 다음과 같이 구분된다. 취약부(411a)가 위치한 부분(A7), 팩 케이스(100)의 스트랩(140)과 맞닿는 부분(A8), 전기적 연결 유닛(600) 쪽에 위치한 부분(A9)으로 이루어진다. 이 중에서, 취약부(411a)가 위치한 부분(A7)의 베이스판(411)의 높이가 가장 낮다.

하부 탱크(410)의 취약부(411a)가 가능한 한 전지 셀(110)에 가장 인접하게 배치되도록 함으로써, 일부 전지 셀(110)에 과열이나 발화 상황이 발생하였을 때 신속한 초기 진압을 통해, 인접한 배터리 셀들(100)로의 열 또는 화염이 전달에 따른 2차 폭발 등의 위험 상황 발생을 보다 더 효과적으로 미연에 방지할 수 있도록 한다.

부연하면, 셀 모듈 어셈블리(100)에 관한 도 12에서 도시된 바와 같이, 스트랩(140)이 위치한 부분이나, 버스바 하우징(130)이 위치한 부분 등으로 인하여, 셀 모듈 어셈블리(100)의 높이가 일정하지 않다. 이에 관계없이 소화 탱크(400)의 하부 탱크(410)의 베이스판(411)의 높이가 전체적으로 일정하다면, 상대적으로 소화 탱크(400)의 베이스판(411)과 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부면 사이에 빈 공간이 생기게 된다. 그러한 경우, 온도가 상승한 전지 셀(110)로부터 취약부(411a)로의 열 전달에 빈 공간으로 인한 지장이 발생하여 소화가 그만큼 지연되게 된다.

전지 셀(110)의 과열 시, 취약부(411a)가 해당 온도가 상승한 전지 셀(110)에 바로 인접하여 배치되도록 함으로써, 취약부(411a)가 곧바로 파손되어 신속하게 전지 셀(110)을 냉각시킬 수 있고, 소화시킬 수 있다.

정리하면, 소화 탱크(400)의 베이스판(411)의 하부면과 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부면은 서로 대체로 일치하는 형상을 가진다. 그에 따라, 소화 탱크(400)가 셀 모듈 어셈블리(100)에 더욱 밀착하여 배치되므로, 온도 상승이 있는 전지 셀(110)을 더욱 효과적으로 냉각할 수 있으며, 과열이나 발화가 발생한 전지 셀(110)에 더욱 신속하게 소화제를 투입할 수 있다. 또한, 소화 탱크(400)에 소화제를 효율적으로 더욱 많이 수용할 수 있게 된다. 즉, 소화 탱크(400)의 하부 탱크(410)의 베이스판(411)의 높이가 전체적으로 일정하다면, 해당 빈 공간만큼 소화 탱크(400)는 소화제를 덜 수용하게 된다.

소화 탱크(400)에 구비되는 소화제로서는, 예를 들면 소화액 형태일 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하고 상술한 바를 참조한다.

도 24는, 도 11 내지 도 23를 참조하여 상술한 전지 팩의 각 구성요소들을 모두 결합한 전지 팩의 사시도이다.

그 밖에, 도 11 내지 도 24의 전지 팩에 관한 설명이 도 1 내지 도 10의 전지팩과 관련하여 설명한 부분과 중복되는 부분은, 도 1 내지 도 10에서 상술한 바를 참조한다.

한편, 상기 팩 케이스(300)는, 복수 개로 구비되어 상하 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 25를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 25는, 본 발명의 도 1 내지 도 24의 전지 팩의 적어도 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 26 및 도 27은, 도 25에 도시된 팩 케이스(300)가 복수 개로 적층된 실시 형태를 도시한 도면이다.

도 25를 참조하면, 상기 팩 케이스(300)는, 바닥부와 측벽부를 구비할 수 있다. 이러한 팩 케이스(300)의 내부 공간에는, 셀 모듈 어셈블리(100)가 수납될 수 있고, 셀 모듈 어셈블리(100)의 상면을 소화 탱크(400)로 커버함으로써, 전지 팩이 구성된다. 참고로, 도 25에서는 팩 케이스(300)의 상부측의 높이가 소화 탱크(400)의 상부면의 높이보다 크게 도시되어 있다 그러나, 도 25은 개략도이고 일 실시예일 뿐, 본 발명은 도 25에 도시된 바에 한정되지 않는다. 즉, 정반대로 소화 탱크(400)의 상부면의 높이가 팩 케이스(300)의 상부측의 높이보다 클 수도 있고, 소화 탱크(400)의 상부면의 높이와 팩 케이스(300)의 상부측의 높이가 동일할 수도 있는 등 다양한 변형 변경이 가능하다.

도 25에 도시된 바와 같은 팩 케이스(300)가 복수 개로 구비되어, 도 26 또는 도 27에 도시된 바와 같이 전지 팩들의 적층 구조가 형성될 수 있다. 이 때, 도 25의 전지 팩은, 하나의 단위 팩일 수 있다. 그리고, 이러한 단위 팩이 복수 개로 구비됨으로써, 도 26이나 도 27에 도시된 바와 같은 모듈 적층식의 전체 전지 팩이 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 예를 들어, 도 26의 구성에서는, 3개의 단위 팩(D)이 상하 방향으로 적층된 형태가 도시되어 있다. 그리고, 도 27의 구성에서는, 5개의 단위 팩(D)이 상하 방향으로 적층된 형태가 도시되어 있다. 본 발명은 도시된 바에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 환경에 맞게 단위 팩(D)의 개수를 다양하게 변경하여 구현할 수 있다.

가령, 본 발명이 전지 팩이 에너지 저장 장치(energy storage system; ESS)로 구현되는 경우, 단위 전지 팩의 개수를 조절함으로써, 에너지 저장 장치의 전압대 및/또는 축전 용량을 해당 환경에 맞게 구현할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 공통된 구조를 가진 하나의 단위 팩을 다양하게 적층시켜, 적층 개수에 따라 다양한 전압대 및/또는 축전 용량의 제품 대응이 가능할 수 있다. 예를 들어, 동일한 단위 팩의 적층 개수를 조절함으로써, 도 26에 도시된 바와 같은 저압대 제품이나, 도 27에 도시된 바와 같은 고압대 제품의 구현이 모두 가능할 수 있다. 따라서, 특정 전압대의 규격으로만 한정된 제품에 비해, 경제성이나 호환성 등이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의해, 적층 개수에 따라 다양한 용량의 제품을 구현할 수도 있다.

다시 말하면, 적층되는 단위 팩 간에 직렬로 연결되면 적층 개수에 따라 다양한 전압대의 제품으로 구현할 수 있다. 또한, 적층되는 단위 팩 간에 병렬로 연결되면 다양한 적층 개수에 따라 다양한 용량(축전 용량)의 제품으로 구현할 수 있다.

특히, 각각의 단위 팩(D)은, 내부에 셀 모듈 어셈블리(100)를 구비할 수 있다. 또한, 각각의 단위 팩(D)은, 상술한 바와 같이, 적층 시에 각각의 셀 모듈 어셈블리(100)를 서로 전기적으로 연결할 수 있도록 커넥터(610)를 포함한다. 특히, 이러한 커넥터(610)는, 각 단위 팩(D)의 상하 적층으로 인해, 서로 결합되도록 구성될 수 있다.

더욱이, 상기 실시 구성에서, 각각의 단위 팩(D)에는 셀 모듈 어셈블리(100)와 함께 소화 탱크(400)가 수납될 수 있다. 즉, 각각의 단위 팩(D)은, 상술한 바와 같이, 셀 모듈 어셈블리(100)의 상부에 소화 탱크(400)를 포함한다. 복수 개로 적층된 전지 팩들은, 상부에서 하부 방향으로, 소화 탱크(400) - 셀 모듈 어셈블리(100) - 소화 탱크(400) - 셀 모듈 어셈블리(100)의 적층 구조를 가진다. 이러한 구조를 갖는 본 발명의 적층식 전지 팩은, 축전 용량을 증가시키기 위하여 셀 모듈 어셈블리(100)의 개수를 증가시켜(확장하여) 전지 팩을 구성할 수 있으면서도, 셀 모듈 어셈블리(100)의 화재 등의 열적 이벤트 등에도 안전하게 대비할 수 있도록 하였다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 전지 팩의 안전성이 더욱 향상될 수 있다.

상하로 적층된 전지 팩(팩 케이스(300)) 간의 결합 방식의 또 다른 예시로서, 다시, 도 25를 참조하면 다음과 같다. 팩 케이스(300)의 측벽부의 상단에는, 결합용 단차부(C1)와 같이, 내측 방향으로 오목하게 형성된 단차가 존재할 수 있다. 이를테면 팩 케이스(300)의 측벽부의 두께가 얇은 부분이 된다. 또한, 도 25에는 도시되어 있지 않으나, 팩 케이스(300)의 바닥부에는, 이러한 측벽부의 결합용 단차부(C1)가 삽입되도록 결합용 오목부가 형성될 수 있다. 즉, 팩 케이스(300)는, 서로 다른 팩 케이스(300)를 상하 방향으로 적층할 때, 하층 팩 케이스(300)의 측벽부 상단에 형성된 결합용 단차부(C1)가, 상층 팩 케이스(300)의 바닥부에 형성된 결합용 오목부에 삽입되도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 복수 개의 팩 케이스(300)가 상하 방향으로 적층되어 결합될 때, 팩 케이스(300)의 외부면이 전체적으로 편평하게 된 형상을 가질 수 있다.

한편, 상하로 적층된 전지 팩들 간의 체결 구조에 관한 결합 방식은 도 25 및/또는 도 18에 도시된 바에 한정되지 않고, 기타 다양한 결합 방식들을 변형, 변경하여 본 발명에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 전지 팩들은 전지 관리 시스템(BMS, 미도시)에 연결될 수 있다. 전지 관리 시스템은 전지 팩(들)을 모니터링하고 관리한다. 전지 관리 시스템은 상하로 적층된 전지 팩들의 최상층에 위치할 수 있다. 그러나, 전지 관리 시스템의 위치는 상술한 바에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 방식이나 환경 들에 맞게 다양하게 변형, 변경 가능하다.

본 발명에 따른 전지 팩은, 상술한 구성요소 이외에, 전지 팩에 포함되는 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전지 팩은, 전지 관리 시스템(BMS)이나 릴레이, 퓨즈, 전류 센서 등 전지 팩의 충방전을 제어 또는 관리하기 위한 여러 전장품을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전지 팩은, 주택용 전지 팩일 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 전지 팩 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 상술한 본 발명에 따른 전지 팩을 하나 이상 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 이러한 전지 팩 이외에, 에너지 저장 시스템에 포함되는 일반적인 구성요소를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

110: 셀 모듈 어셈블리
110: 전지 셀
200: 차단 부재
210: 지지 플레이트
210-1, 210-2: 한 쌍의 지지 플레이트 부재
220: 스웰링 패드
230: 관통공
230a: 제1 관통공
230b: 제2 관통공
300: 팩 케이스
300a: 하부 케이스
300b: 상부 케이스
310: 보조 케이스
320: 벤팅구
400: 소화 탱크
410: 하부 탱크
411: 베이스판
411a: 취약부
412: 측벽
420: 상부 커버
430: 주입구
500: 외부 커버
600: 전기적 연결 유닛
610: 커넥터

Claims (18)

1. 복수의 전지 셀들이 적층되고 각각의 전지 셀이 상하 방향으로 세워진 전지 셀 적층체를 포함하는 셀 모듈 어셈블리;
   서로 인접한 전지 셀 사이에 배치되고 상하 방향으로 세워진 판 형상의 차단 부재;
   상기 셀 모듈 어셈블리를 수납하도록 되고 상면이 개구된 형상의 팩 케이스; 및
   상기 셀 모듈 어셈블리의 위에 위치하고 상기 팩 케이스의 상면을 커버하는 소화 탱크를 포함하고,
   상기 차단 부재는 상단에 복수 개의 개구부를 포함하고, 상기 차단 부재의 내부는 상기 복수 개의 개구부에 연결된 빈 공간을 포함하는, 전지 팩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전지 셀의 열적 이벤트 발생 시, 상기 소화 탱크로부터 제공되는 상기소화제가 상기 차단 부재의 상기 복수 개의 개구부를 통해서 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간으로 유입되는, 전지 팩.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 차단 부재는 지지 플레이트 및 상기 지지 플레이트의 양면에 구비되는 한 쌍의 스웰링 패드를 포함하는, 전지 팩.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 지지 플레이트는 상기 복수 개의 개구부로부터 상기 지지 플레이트를 일방향으로 관통하여 형성되는 복수 개의 제1 관통공을 포함하고,
   상기 복수 개의 제1 관통공의 내부는 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간인, 전지 팩.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 관통공은 상기 지지 플레이트의 상하 방향으로 연장되고, 복수 개의 제1 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열되는, 전지 팩.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 복수 개의 제1 관통공 내부에 상기 소화제가 머무를 수 있도록,
   상기 복수 개의 제1 관통공의 하단은 상기 지지 플레이트의 하단에서 개구되되, 상기 지지 플레이트의 하단은 상기 팩 케이스의 하부면에 밀착 또는 접착되도록 배치되거나, 또는
   상기 복수 개의 제1 관통공의 하단은 막힌 형상인, 전지 팩.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 지지 플레이트는 복수 개의 제2 관통공을 더 포함하고,
   상기 복수 개의 제1 관통공과 상기 복수 개의 제2 관통공은 서로 다른 방향으로 연장되어 서로 교차하고,
   상기 복수 개의 제1 관통공과 상기 복수 개의 제2 관통공의 내부는 상기 차단 부재의 내부의 빈 공간인, 전지 팩.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수 개의 제2 관통공의 양단은 각각 막힌 형상인, 전지 팩.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 관통공은 상기 지지 플레이트의 상하 방향으로 연장되고, 복수 개의 제1 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열되고,
   상기 제2 관통공은, 상기 지지 플레이트의 길이 방향으로 연장되고, 복수 개의 제2 관통공 각각이 서로 평행하게 일렬로 배열되는, 전지 팩.
   
10. 제3항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 금속이나 스테인리스 스틸 재질로 이루어지고,
    상기 스웰링 패드는 실리콘이나 연성 플라스틱 재질로 이루어지는, 전지 팩.
    
11. 제3항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 상기 지지 플레이트의 길이 방향으로의 단면을 중심으로 좌우대칭으로 형성된 한 쌍의 지지 플레이트 부재가 결합되어 형성되는, 전지 팩.
    
12. 제3항에 있어서,
    상기 지지 플레이트는 일체로 형성되는, 전지 팩.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 소화제는 액체 상태의 소화제인, 전지 팩.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 소화 탱크는:
    소화제를 수용하는 내부 공간; 및
    상기 소화 탱크의 베이스판의 두께가 상대적으로 얇게 형성된 부분으로서, 상기 전지 셀의 열적 이벤트에 의해 용융되어 개구되는 복수 개의 취약부들을 포함하는, 전지 팩.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 취약부는 선 형상으로서, 상기 소화 탱크의 일 가장자리와 평행하게 배열되고, 각각의 취약부는 서로 평행하게 배열되고,
    상기 취약부의 길이 방향과 상기 전지 셀의 길이 방향은 서로 직교하는, 전지 팩.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 셀 모듈 어셈블리는:
    상기 전지 셀의 적층체의 전면과 후면에 배치되는 한 쌍의 버스바 하우징; 및
    상기 전지 셀의 적층체의 양측단에 상기 전지 셀과 평행하게 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 한 쌍의 버스바 하우징 사이를 한 쌍의 엔드 플레이트가 연결하는, 전지 팩.
    
17. 제1항에 있어서,
    상기 전지 팩은 복수 개로 구비되어 상하 방향으로 적층이 가능하고,
    상하로 적층된 전지 팩들 간에 서로 기계적 연결 및 전기적 연결로 결합되는, 전지 팩.
    
18. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 에너지 저장 시스템.
    
    
    

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