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KR101307369B1 - 안전성이 향상된 전지팩 - Google Patents

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KR101307369B1
KR101307369B1 KR1020110048238A KR20110048238A KR101307369B1 KR 101307369 B1 KR101307369 B1 KR 101307369B1 KR 1020110048238 A KR1020110048238 A KR 1020110048238A KR 20110048238 A KR20110048238 A KR 20110048238A KR 101307369 B1 KR101307369 B1 KR 101307369B1
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윤종문
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 전지모듈들이 2열 이상 배열되어 있는 전지모듈 배열체; 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 각각 지지하는 한 쌍의 측면 지지부재들(전면 지지부재 및 후면 지지부재); 전지모듈 배열체의 하단을 지지하는 하단 지지부재; 상기 측면 지지부재들의 상단이 결합되어 있고, 도립된 전지모듈들의 하단이 결합되어 있는 2개 이상의 제 1 상부 장착부재들; 상기 제 1 상부 장착부재들과 수직으로 교차하는 구조로 제 1 상부 장착부재들의 상단에 결합되어 있는 제 2 상부 장착부재; 및 전지모듈 배열체의 후면에 위치하는 후면 장착부재;를 포함하고, 상기 한 쌍의 측면 지지부재들에는, 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부가 부분적으로 형성되어 있는 전지팩을 제공한다.

Description

안전성이 향상된 전지팩 {Battery Pack of Improved Safety}
본 발명은 안전성이 향상된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지모듈들이 2열 이상 배열되어 있는 전지모듈 배열체; 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 각각 지지하는 한 쌍의 측면 지지부재들(전면 지지부재 및 후면 지지부재); 전지모듈 배열체의 하단을 지지하는 하단 지지부재; 측면 지지부재들의 상단이 결합되어 있고, 도립된 전지모듈들의 하단이 결합되어 있는 제 1 상부 장착부재들; 제 1 상부 장착부재들과 수직으로 교차하는 구조로 제 1 상부 장착부재들의 상단에 결합되어 있는 제 2 상부 장착부재; 및 전지모듈 배열체의 후면에 위치하는 후면 장착부재;를 포함하고, 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에는, 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부가 부분적으로 형성되어 있는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, PMP, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되는 것과는 달리, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, 때때로 "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 리튬 이차전지는 우수한 전기화학적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과방전, 과전류시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다. 예를 들어, 원통형의 소형 이차전지에서는 원통형 캔에 내장되어 있는 양극/분리막/음극의 전극조립체(발전소자) 상부에 PTC 소자 및 안전벤트가 통상적으로 설치되어 있고, 각형 또는 파우치형의 소형 이차전지에서는 발전소자가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 각형 캔 또는 파우치형 케이스의 상단에 보호회로 모듈, PTC 소자 등이 일반적으로 탑재되어 있다.
리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지 셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, BMS (Battery Management System) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자, 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스 발생을 유발하며, 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 된다. 또한, 정상적인 상태에서는 안전 시스템인 BMS가 과방전, 과충전, 과전류 등을 탐지하고 전지팩을 제어/보호하고 있으나, 비정상적인 상황에서 BMS가 작동되지 않으면 위험성이 커지고 안전을 위한 전지팩 제어가 어려워진다. 또한, 전지팩은 일반적으로 다수의 전지셀들이 일정한 케이스 내에 고정된 상태로 장착되어 있는 구조로 되어 있으므로, 각각의 팽창된 전지셀들은 한정된 케이스 내에서 더욱 가압되고, 비정상적인 작동 조건 하에서 발화 및 폭발의 위험성이 크게 높아진다.
이와 관련하여, 도 1에는 종래 전지팩의 회로 모식도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 전지팩(900)은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지모듈 어셈블리(910), 전지모듈 어셈블리(910)의 작동 상태에 대한 정보를 검출하여 이를 제어하는 BMS(920), BMS(920)의 작동 명령에 의해 전지모듈 어셈블리(910)와 외부 입출력 회로(인버터: 940)의 연결을 개폐하는 전원 개폐부(릴레이: 930) 등으로 구성되어 있다.
BMS(920)는 전지모듈 어셈블리(910)의 정상적인 작동 조건에서 전원 개폐부(930)를 온(on) 상태로 유지하고, 이상이 감지되었을 때 오프(off) 상태로 전환시켜 전지모듈 어셈블리(910)의 충방전 작동을 중지시킨다. 반면에, BMS(920)의 오작동 또는 미작동시, BMS(920)로부터 어떠한 제어도 이루어지지 않으므로, 전원 개폐부(930)는 계속적으로 온(on) 상태로 유지되어, 비정상적인 작동 상태에서도 전지모듈 어셈블리(910)는 계속적으로 충방전 작동이 이루어지는 문제점이 있다.
더욱이, 전지모듈들을 2열 이상 배열하여 전지팩을 구성하는 경우 어느 열의 전지모듈에서 과충전이 발생할 지 예측하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 전지팩의 안전성을 근본적으로 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
또한, 고출력 및 대용량을 확보하기 위해 2열 이상 배열되는 전지모듈을 포함하는 전지팩을 진동 및 충격으로부터 내구성을 확보하고 콤팩트하게 구성할 수 있는 특정 구조의 전지팩에 대한 필요성도 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지모듈들이 2열 이상 배열된 전지팩에서 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부를 측면 지지부재들 중 적어도 하나에 부분적으로 형성하는 경우, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지팩의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 전지셀이 팽창할 때, 상기 취약부로 팽창에 따른 응력이 집중되도록 하여 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하고 단전되도록 함으로써, 전지팩의 안전성을 소망하는 수준으로 담보할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 안전성을 향상시킬 수 있는 특정 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제 1 상부 장착부재들, 제 2 상부 장착부재, 및 후면 장착부재가 수직단면상으로 각관의 형태를 가지고 있어서, 상하 방향으로의 진동 및 충격에 대한 변형을 최소화할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은, 전지모듈을 상부 방향으로 각관 구조물로 이루어진 제 1 상부 장착부재들과 제 2 상부 장착부재에 조립함으로써 전지팩의 질량을 각관 구조물에서 유지하고, 콤팩트한 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
(a) 전지셀들 자체 또는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 도립 형태로 세워 적층한 구조의 전지모듈들이 2열 이상 배열되어 있는 전지모듈 배열체;
(b) 상기 전지모듈 배열체의 최외곽 전지모듈들에 밀착된 상태로 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 각각 지지하는 한 쌍의 측면 지지부재들(전면 지지부재 및 후면 지지부재);
(c) 상기 측면 지지부재들의 하단에 결합되어 전지모듈 배열체의 하단을 지지하는 하단 지지부재;
(d) 상기 측면 지지부재들의 상단이 결합되어 있고, 도립된 전지모듈들의 하단이 결합되어 있으며, 일측 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 2개 이상의 제 1 상부 장착부재들;
(e) 상기 제 1 상부 장착부재들과 수직으로 교차하는 구조로 제 1 상부 장착부재들의 상단에 결합되어 있고, 양측 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 제 2 상부 장착부재; 및
(f) 전지모듈 배열체의 후면에 위치하고, 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 후면 장착부재;
를 포함하고 있고,
상기 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에는, 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부가 부분적으로 형성되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 2열 이상 배열된 전지모듈들을 포함하고 있는 전지팩은, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지팩의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 인해 전지셀이 팽창하는 스웰링 현상에 의해 전지모듈이 팽창하게 되고, 이러한 팽창은 궁극적으로 전지팩의 발화 및 폭발을 유발하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 최외곽 전지모듈들에 밀착된 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에 스웰링시 부피 팽창에 대한 취약한 부위인 취약부를 부분적으로 형성함으로써, 스웰링 부피가 한계치인 소정 값 이상에 도달하면, 측면 지지부재의 취약부로 팽창 응력이 집중되어 취약부가 물리적으로 변형되면서 파열되도록 유도한다. 취약부의 이러한 파열에 의해, 최외곽 전지모듈의 전기적 연결이 끊어져 충방전 과정이 중지됨으로써, 스웰링 부피가 더 이상 증가하는 것을 억제하여, 전지팩의 발화 또는 폭발을 방지하고 이는 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 취약부가 형성된 측면 지지부재의 구조는 센서, 릴레이 등과 같은 전기적 장치의 추가 없이 스웰링 발생시 전지팩의 안전성을 확보할 수 있고, 종래와 같이 전기적 신호를 사용하는 방법이 아니라 증가하는 압력을 이용하여 단전을 이루는 방식으로서 작동 신뢰성이 매우 높은 장점이 있다. 더욱이, 스웰링 현상이 발생하지 않은 상황에서는 측면 지지부재들이 전지모듈들 간의 결속력을 향상시켜, 충격 또는 진동과 같은 환경에서 전지팩의 견고한 구조를 유지하도록 할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 전지팩은 한 쌍의 측면 지지부재들이 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 각각 지지하고 있으므로, 측면 지지부재들의 하단에 결합되어 있는 하단 지지부재의 굽힘 강성을 확실하게 보강할 수 있고, 상하 방향 진동에 대한 전지팩 전체의 구조적 신뢰성을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 후면 장착부재와 제 2 상부 장착부재의 양측 단부, 및 제 1 상부 장착부재들의 일측 단부가 각각 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어져 있으므로, 전지팩이 외부 디바이스와의 체결 위치보다 아래에 위치하더라도 전지팩을 외부 디바이스에 용이하고 안정적으로 장착할 수 있다.
게다가, 단위모듈들을 도립 형태로 세워 적층한 구조의 전지모듈이 2열 이상 배열되어 있으므로, 1개의 전지모듈로 구성된 종래의 전지팩 구조와 비교하여 고출력 대용량의 전기용량을 제공할 수 있다.
참고로, 측면 지지부재는, 본 명세서에서 필요에 따라, 전지모듈 배열체의 전면을 지지하는 '전면 지지부재'와 전지모듈 배열체의 후면을 지지하는 '후면 지지부재'로 표현하기도 하며, 본 명세서에서 방향들은, 전지모듈 배열체의 전면에 밀착되어 있는 전면 지지부재의 방향으로 전지모듈을 투시한 상태를 기준으로, '전', '후', '좌', '우', '상', '하' 등으로 설정하여 표현한다.
상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀이며, 예를 들어, 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로는, 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
전지모듈들이 2열 이상 배치되는 경우 어느 열의 전지모듈에서 과충전 현상이 발생할 지 모르는 문제점이 있다. 따라서, 상기 취약부는 전지모듈의 단위 열별로 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 서로 대칭되는 구조로 전면 지지부재와 후면 지지부재 상에 각각 형성되거나, 또는 전지모듈들의 단위 열별로 전면 지지부재 상에 모두 형성되거나, 또는 전지모듈들의 단위 열별로 후면 지지부재 상에 모두 형성될 수 있다.
구체적으로는, 전지모듈들이 2열로 배치되어 있는 전지모듈 배열체의 경우, 스웰링 발생시 전면 지지부재 및/또는 후면 지지부재 상에 형성된 취약부에 의해 단위 열별로 최외곽 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이루도록 할 수 있다.
즉, 상기 취약부가 서로 대칭되는 구조로 전면 지지부재와 후면 지지부재 상에 각각 형성되어 있는 경우, 과충전시 스웰링된 전지모듈들은 서로 반대 방향으로 외부로 돌출됨으로써 소망하는 안전성을 확보할 수 있다.
이와는 달리, 상기 취약부가 전지모듈들의 단위 열별로 전면 지지부재 상에 모두 형성되거나, 전지모듈들의 단위 열별로 후면 지지부재 상에 모두 형성되어 있는 경우, 과충전시 스웰링된 전지모듈들은 서로 동일한 방향으로 외부로 돌출됨으로써 소망하는 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 전면 지지부재 또는 후면 지지부재가 2열 이상 배열된 전지모듈들의 전면 또는 후면을 모두 지지하는 일체형으로 이루어져 있으므로, 전면 지지부재 및/또는 후면 지지부재의 취약부는 과충전 발생시 전지모듈 배열체의 모든 단위 열에 대한 과충전을 방지할 수 있다.
상기 취약부는 단전 효과를 극대화할 수 있도록, 바람직하게는, 최외곽 전지모듈의 직렬 연결부위에 대응하는 위치 또는 그 인접 부위에 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지셀 등이 스웰링되는 경우, 그것의 내부 압력이 최외곽 전지모듈의 직렬 연결부위에 집중됨으로써, 더욱 용이하게 소망하는 단전 과정이 진행되도록 할 수 있다.
상기 취약부는 스웰링 발생의 부피 팽창에 대해 용이하게 변형될 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 전지모듈의 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어질 수 있다.
상기 절취부는 전지모듈 상호 간의 직렬 연결부위, 전지모듈 내 전지셀들 상호간의 직렬 연결부위, 전지모듈 내 단위모듈 상호간의 직렬 연결부위, 또는 전지셀들 상호간의 직렬 연결부위가 개방되도록 측면 지지부재 상에 형성된다.
상기 직렬 연결부위는 전극단자들을 직렬로 연결한 부위로서, 상호 간에 연결된 전극단자 자체, 전극단자들을 연결하는 와이어, 버스 바 등의 접속부재일 수도 있다.
따라서, 스웰링 현상이 발생하였을 때, 직렬 연결부위는 측면 지지부재의 개방된 절취부를 통해 돌출되며, 이러한 변형 과정에서 상기 직렬 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어진다.
상기 절취부를 통해 노출되는 직렬 연결부위에 대응하여 위치하는 직렬 연결부위의 크기는 스웰링시 의도된 단락을 유발할 정도의 크기이면 족하다.
따라서, 측면 지지부재에서 절취부가 차지하는 크기 역시 상기 크기에 준하여 결정되며, 예를 들어, 측면 지지부재의 표면적을 기준으로 예를 들어 10 내지 80%의 크기로 이루어질 수 있다. 다만, 절취부의 크기가 측면 지지부재의 표면적을 기준으로 너무 작으면 전지모듈의 부피 팽창에 따른 직렬 연결부위의 변형을 유발하기가 용이하지 않을 수 있고, 반대로 너무 크면 전지모듈 어셈블리를 외력으로부터 보호하기 위한 소정의 강도를 유지하기 어려울 수 있다. 더욱 바람직하게는, 절취부가 형성된 부위의 크기는 측면 지지부재의 표면적을 기준으로 20 내지 70%의 크기로 형성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 전지팩을 구성하는 상기 전지모듈은 충방전시의 부피 변화에도 전지셀 또는 단위모듈들의 적층 상태가 유지될 수 있도록 고정되어 있고, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정 값 이상일 때, 상기 전극단자 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어지도록, 전극단자 연결부위의 일부는 부피 팽창에 대해 취약한 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 전지모듈은 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결 부위를 스웰링시 전지셀 또는 단위모듈의 부피 팽창에 대해 취약한 구조로 형성함으로써, 스웰링 부피가 한계치인 소정 값 이상에 도달하면, 전극단자 연결부위로 팽창 응력이 집중되도록 하여 전극단자 연결부위가 물리적으로 변형되면서 파열되도록 용이하게 유도할 수 있다.
또한, 이러한 구조는 측면 지지부재에 형성된 취약부와 함께 전지모듈의 전극단자 연결부위에도 취약한 구조가 형성되어 있는 이중 안전 구조이므로, 전지팩의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 전지셀 또는 단위모듈들은 고강도 케이스로 감싸여 있고, 전지셀의 과도한 스웰링시 파열되는 상기 전극단자 연결부위가 개방되어 있거나 또는 그에 대응하여 상기 케이스에 노치가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 단위모듈에서 전극단자 연결부위의 일부 부위를 팽창 응력에 대해 취약한 구조인 개방 구조 또는 노치가 형성된 구조로 제작함으로써, 스웰링시 전지셀의 과도한 팽창 응력을 전극단자 연결부위의 개방 부위 또는 노치 부위로 집중되도록 유도할 수 있다.
상기 구조의 구체적인 예로서, 단위모듈은, 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하고 있고, 상기 전극단자 연결부위와 인접해 있는 셀 커버의 부위에는 스웰링시 전지셀의 국부적인 변형을 유도하기 위한 형상의 절취부 또는 노치부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
예를 들어, 전지셀들은 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 이러한 셀 커버에서 전극단자 연결부위와 인접한 일부 부위에 소망하는 형상으로 절취부 또는 노치부를 형성하여 스웰링시 전지셀의 팽창 응력이 셀 커버의 절취부 또는 노치부로 집중하도록 용이하게 유도할 수 있다.
상기 전지모듈은, 예를 들어, 전극단자들이 전지케이스의 전후 대향 부위에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있다. 이러한 단위모듈은 냉각을 위한 냉매의 유동을 위해 소정의 간격으로 이격되면서 측면 방향으로 세워져 있는 형태로 케이스에 장착될 수 있다.
상기 구조에서, 절취부 또는 노치부는 최외곽 단위모듈의 셀 커버에 형성되어 있어서, 전지셀의 비정상적인 작동에 의한 전지셀들의 팽창 응력을 최외곽 단위모듈의 셀 커버에 형성된 절취부 또는 노치부 방향으로 집중시켜, 최외곽 단위모듈의 전극단자 연결부위를 파열시킴으로써, 충방전을 위한 전기적 연결을 용이하게 단전시킬 수 있다.
상기 절취부 또는 노치부의 크기는 전극단자 연결부위의 파열 설정 조건에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 전지셀 스웰링이 전지셀의 두께를 기준으로 1.5 내지 5배의 부피 증가를 초래할 때, 전극단자 연결부위가 파열되도록 설정할 수 있다. 이러한 설정 범위는 소망하는 전지모듈의 안전성 시험 규격에 따라 달라질 수 있다. 다만, 절취부 또는 노치부의 크기를 너무 크게 만들면, 셀 커버에 의한 전지셀의 기계적 강성 보완과 정상적인 작동 조건에서 전지셀의 팽창 억제라는 본질적인 기능을 발휘하기 어려울 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 적정한 범위에서 절취부 또는 노치부의 크기를 설정할 필요가 있다.
상기 노치부는 전극단자 연결부위와 인접해 있는 셀 커버의 부위에 형성되어 있으면 형상에 있어서 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 일자(一字)형으로 형성되어 있을 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 상부 장착부재들, 제 2 상부 장착부재, 및 후면 장착부재는 수직단면상으로 각관의 형태를 가진 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 제 1 상부 장착부재들과 제 2 상부 장착부재가 수직단면상으로 각관의 형태를 가지고 있어서, 전지팩의 진동 및 충격에 대한 변형을 관성 모멘트 값이 높은 각관에 의해 최소화할 수 있다.
상기 각관은 중공형의 사각 바(bar) 형상과 밀폐형의 사각 바 형상일 수 있으며, 바람직하게는 중공형의 사각 바 형상일 수 있다. 이러한 형상들은, 판재를 소정의 형태로 절곡하거나 I형 형태 등을 가진 종래의 프레임과 비교하여 관성 모멘트 값이 커 전지팩의 진동에 대한 내진성을 향상시킬 수 있다. 상기에서 사용된 용어 "사각 바 형상"은 사각형 형상 뿐만 아니라, 모서리가 각진 형상, 모서리가 둥근 형상, 일면 또는 이면 이상이 직선인 형상 또는 완만히 굴곡진 형상 등을 모두 포함하는 개념으로 해석된다.
상기 측면 지지부재는, 전지모듈들과 하단 지지부재로부터의 압력(굽힘 하중)을 분산시킬 수 있도록, 바람직하게는, 상기 전지모듈 배열체의 최외곽 전지모듈에 접하는 본체부와, 상기 본체부의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽, 하단벽, 및 한 쌍의 측벽을 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다. 여기서, "외측 방향"이란 상기 압력에 대향하는 방향, 즉, 측면 지지부재의 본체부를 중심으로 전지모듈들과 하단 지지부재가 위치하는 방향에 대해 반대인 방향을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 제 1 상부 장착부재들에 하단이 결합된 상태로 도립된 전지모듈들을 측면 지지부재들로 밀착시켜 주고, 상기 측면 지지부재들을 하단 지지부재로 다시 고정시켜 주므로, 전지모듈을 구성하는 단위모듈의 두께 방향으로의 이동 및 스웰링 현상을 방지하여 전지모듈의 안전성을 향상시키고 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 구조의 하나의 바람직한 예로서, 측면 지지부재의 상단벽은 제 1 상부 장착부재에 대해 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 측면 지지부재는 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 용이하게 지지할 수 있는 형상이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 평면상 직사각형으로 이루어질 수 있다.
상기 하단 지지부재들의 하부에는 양측 단부가 측면 지지부재들에 각각 결합되어 있는 하부 플레이트가 추가로 장착되어 있어서, 전지팩에 대한 외력의 인가시 전지모듈 배열체가 하부 방향으로 이동하는 것을 하단 지지부들과 함께 이중으로 방지할 수 있다.
하나의 바람직한 예로서, 전지모듈이 2열로 배열되어 전지모듈 배열체를 구성하는 경우, 상기 하단 지지부재는 각 전지모듈의 양측 하단부를 각각 지지하기 위해 4개의 부재들로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 상부 장착부재들은 도립된 전지모듈의 하단을 용이하게 장착할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, 전지모듈 배열체의 양측 상단부에 각각 결합되는 2개의 양단 부재들과 전지모듈 배열체의 중앙에 결합되는 1개의 중앙 부재로 구성되어 있어서 전체적으로 전지모듈 배열체의 질량을 균등하게 유지할 수 있다.
상기 제 1 상부 장착부재 중 외부 디바이스에 대한 체결을 위한 단부는 바람직하게는 제 1 상부 장착부재의 상단에 결합되는 제 2 상부 장착부재의 높이만큼 상향 절곡되어 있어서, 제 1 상부 장착부재의 단부와 제 2 상부 장착부재의 상단면이 동일한 높이를 유지하도록 구성할 수 있다.
경우에 따라서는, 전지모듈 배열체의 상단면을 보강하기 위하여 상기 전지모듈 배열체와 제 1 상부 장착부재들 사이에 상부 플레이트가 추가로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조의 하나의 예로서, 전지모듈 배열체는 전지모듈 배열체의 질량을 제 1 상부 장착부재들이 유지할 수 있도록 제 1 상부 장착부재들의 하단에 고정된 상부 플레이트와 결합되어 있다.
또 다른 예로서, 상기 상부 플레이트는 제 1 상부 장착부재들에 대응하는 부위가 만입되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전체적으로 전지팩의 높이를 낮게 유지할 수 있다.
한편, 일반적으로 전지팩은 전기적 배선구조를 포함하고 있으므로, 상기 하부 플레이트는 전선의 일종인 와이어가 지나가는 공간을 확보하기 위해 후면 장착부재의 후방으로 연장되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 제 1 상부 장착부재와 후면 장착부재의 결합력을 향상시킬 수 있도록, 제 1 상부 장착부재의 타측 단부는 후면 장착부재의 상단에 결합될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 2 상부 장착부재와 평행한 구조로 제 1 상부 장착부재들의 상단에 결합된 보강 브라켓이 추가로 장착되어 있어서, 제 1 상부 장착부재들과 제 2 상부 장착부재의 결합 구조를 더욱 보강할 수 있다.
한편, 상기 제 1 상부 장착부재들 중 적어도 하나 이상의 제 1 상부 장착부재의 상단에는 안전 플러그를 고정하기 위한 U자형의 브라켓이 추가로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 후면 장착부재는 전지모듈 배열체의 후면에 장착되는 냉각 팬의 양측면과 하면을 용이하게 감쌀 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 U자형 프레임 구조로 이루어질 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 후면 장착부재의 양측 단부들은 외부 디바이스에 대한 결합이 용이할 수 있도록 제 2 상부 장착부재와 평행하게 절곡되어 있고, 절곡된 부위에는 체결구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 사용하며 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차를 제공한다.
자동차의 전원으로 사용되는 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조될 수 있음은 물론이다.
이 경우, 상기 자동차는 전지팩이 차량의 트렁크 하단부 또는 차량의 리어 시트와 트렁크 사이에 장착되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 측면 지지부재들에 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부가 부분적으로 형성되어 있어서, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지모듈의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 전지모듈이 팽창하는 경우, 상기 취약한 부위가 파열 및 단전되도록 함으로써 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은 전지모듈이 BMS와 독립적으로 전원 개폐부와의 전기적 연결을 단전시킬 수 있는 구조로 구성되어 있으므로, BMS가 오작동하거나 또는 작동되지 않는 경우에도 안전성을 담보할 수 있으며 신뢰성 또한 크게 향상시킬 수 있다.
더욱이, 전지모듈이 2열 이상 배열되어 있으므로 1개의 전지모듈로 구성된 종래의 전지팩구조와 비교하여 고출력 대용량의 전기용량을 제공할 수 있고, 제 1 상부 장착부재들과 제 2 상부 장착부재가 수직단면상으로 각관의 형태를 가지고 있어서, 상하 방향으로의 진동 및 충격에 대한 변형을 최소화할 수 있다.
이러한 전지팩은 차량의 일부 형태를 이용하여 전지팩의 일부 구조를 형성함으로써 차량에 안정적으로 장착되고, 차량 내부에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 전지팩의 회로 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지팩을 후면에서 바라본 사시도이다;
도 4는 도 2의 전지팩을 상면에서 바라본 평면도이다;
도 5 및 도 6은 도 2의 전지팩에 사용되는 전지모듈의 사시도들이다;
도 7 및 도 8은 도 5의 전지모듈에서 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 전지셀과 셀 커버의 사시도들이다;
도 9는 단위모듈 적층체의 사시도이다;
도 10은 스웰링에 의해 전극단자가 파열된 구조를 나타내는 전지모듈의 실험 사진이다;
도 11은 도 6의 전지모듈에서 D 부위의 수직 단면 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것으로 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지팩을 후면에서 바라본 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
또한, 도 4에는 도 2의 전지팩을 상면에서 바라본 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(800)은 전지모듈 배열체(600), 한 쌍의 측면 지지부재들인 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410), 하단 지지부재(740), 3개의 제 1 상부 장착부재들(610), 제 2 상부 장착부재(620), 및 후면 장착부재(500)로 구성되어 있다.
또한, 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부들(401, 402)이 서로 대칭되는 구조로 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410) 상에 각각 형성되어 있다.
이와는 달리, 취약부들(401, 402)이 전지모듈들(602, 604)의 단위 열별로 전면 지지부재(400) 상에 모두 형성되거나, 전지모듈들(602, 604)의 단위 열별로 후면 지지부재(410) 상에 모두 형성될 수 있음은 물론이다.
취약부들(401, 402)은 각각 최외곽 전지모듈의 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어져 있고, 절취부가 형성된 부위의 크기는 전면 지지부재(400) 또는 후면 지지부재(410)의 표면적을 기준으로 대략 20%의 크기로 형성되어 있다.
전지모듈 배열체(600)는 단위모듈들을 도립 형태로 세워 적층한 구조의 전지모듈들(602, 604)이 2열로 배열되어 있고, 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410)는 전지모듈 배열체(600)의 최외곽 전지모듈들에 밀착된 상태로 전지모듈 배열체(600)의 전면 및 후면을 각각 지지하고 있다.
하단 지지부재(740)는 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410)의 하단에 결합되어 전지모듈 배열체(600)의 하단을 지지하고 있다.
또한, 제 1 상부 장착부재들(610)은 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410)의 상단과 도립된 전지모듈들(602, 604)의 하단에 결합되어 있고, 일측 단부(616)에 형성된 체결구(618)를 통해 외부 디바이스에 체결된다.
제 2 상부 장착부재(620)는 제 1 상부 장착부재들(610)과 수직으로 교차하는 구조로 제 1 상부 장착부재들(610)의 상단에 결합되어 있고, 양측 단부(622, 624)에 형성된 체결구를 통해 외부 디바이스(예를 들어, 차량)에 체결되는 구조로 이루어져 있다.
후면 장착부재(500)는 전지모듈 배열체(600)의 후면에 위치하고, 양측 단부(502, 504)에 형성된 체결구(506)를 통해 외부 디바이스(예를 들어, 차량)에 체결된다.
또한, 제 1 상부 장착부재들(610), 제 2 상부 장착부재(620), 및 후면 장착부재(500)는 수직단면상 각관의 형태를 가진 중공형의 사각 바로 이루어져 있다.
전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410)는, 평면상 직사각형으로서, 전지모듈 배열체(600)의 최외곽 전지모듈에 접하는 본체부, 본체부의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽 및 하단벽, 및 한 쌍의 측벽을 포함하고 있다.
또한, 전면 지지부재(400)의 상단벽은 제 1 상부 장착부재(610)들과 볼팅에 의해 결합되어 있다.
하부 플레이트(710)는 양측 단부가 전면 지지부재(400)와 후면 지지부재(410)에 각각 결합되어 있는 상태로 하단 지지부재들(740)의 하부에 장착되어 있고, 와이어(도시하지 않음)가 지나가는 공간을 확보하기 위해 후면 장착부재(500)의 후방으로 연장되어 있다.
또한, 하단 지지부재(740)는 전지모듈들(602, 604)의 양측 하단부를 각각 지지하는 4개의 부재들로 이루어져 있다.
제 1 상부 장착부재들(610)은 전지모듈 배열체(600)의 양측 상단부에 각각 결합되는 2개의 양단 부재들(612, 614)과 전지모듈 배열체(600)의 중앙에 결합되는 1개의 중앙 부재(615)로 구성되어 있고, 제 1 상부 장착부재들(610) 중 외부 디바이스에 대한 체결을 위한 단부(616)는 제 2 상부 장착부재(620)의 높이만큼 상향 절곡되어 있다.
또한, 전지모듈 배열체(600)와 제 1 상부 장착부재들(610) 사이에 상부 플레이트(700)가 장착되어 있고, 전지모듈 배열체(600)는 전지모듈 배열체(600)의 질량을 제 1 상부 장착부재들(610)이 유지할 수 있도록 제 1 상부 장착부재들(610)의 하단에 고정된 상부 플레이트(700)와 결합되어 있다.
상부 플레이트(700)는 제 1 상부 장착부재들(610)에 대응하는 부위가 만입되어 있다.
보강 브라켓(720)이 제 1 상부 장착부재들(610)의 상단에 결합된 상태로 제 2 상부 장착부재(620)와 평행한 구조로 장착되어 있고, 안전 플러그(도시하지 않음)를 고정하기 위한 U자형의 브라켓(730)이 중앙 부재(615)의 상단에 장착되어 있다.
후면 장착부재(500)는 U자형 프레임 구조로 이루어져 있어서, 전지모듈 배열체(600)의 후면에 장착되는 냉각 팬(도시하지 않음)의 양측면과 하면을 감싸게 된다.
또한, 후면 장착부재(500)의 양측 단부들(502, 504)은 제 2 상부 장착부재(620)와 평행하게 절곡되어 있고, 절곡된 부위에는 체결구(506)가 형성되어 있어서, 외부 디바이스에 대한 결합이 용이하게 달성된다.
도 5 및 도 6에는 도 2의 전지팩에 사용되는 전지모듈의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지모듈(100)은 단위모듈 적층체(200)를 측면으로 직립시킨 상태로 상하 조립형의 상부 케이스(120)와 하부 케이스(130)에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상부 케이스(120)의 전면에는 입출력 단자(140)가 형성되어 있다. 하부 케이스(130)의 전면에는 입출력 단자(140)와의 전기적 연결을 위한 버스 바(150)가 형성되어 있고, 후면에는 전압 및 온도 검출용 센서의 접속을 위한 커넥터(160)가 장착되어 있다.
단위모듈 적층체(200)에서 최외곽 단위모듈(210)의 셀 커버에는 절취부(212)가 형성되어 있어서, 전지셀의 단락 또는 과충전에 의한 내부 발생 가스에 의해 스웰링시 전지셀의 국부적인 변형을 절취부(212)로 유도할 수 있다.
도 6의 전지모듈(102)은 최외곽 단위모듈(211)의 셀 커버에서 노치부(214)가 전극단자 연결부위와 인접해 있는 부위에 일자형으로 형성되어 있는 점을 제외하고는 도 5의 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8에는 도 5의 전지모듈에서 단위모듈을 구성하는 한 쌍의 전지셀과 셀 커버의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위모듈(도시하지 않음)은 2 개의 전지셀들(302, 304)을 직렬로 연결하여 전극단자(305, 306)를 절곡한 상태로 고강도 셀 커버(310)를 감싼 구조로 이루어진다. 셀 커버(310)는 전극단자(305, 306) 부위를 제외하고 전지셀들(302, 304)의 외면을 감싸도록 상호 결합하는 구조로 이루어져 있다. 전극단자(305, 306) 연결부위와 인접해 있는 셀 커버(310)의 부위에는 셀 커버(310) 자체가 일부 절취된 형태의 절취부(312)가 형성되어 있어서, 스웰링시 전지셀들(302, 304)의 전극단자 연결부위(314)가 절취부(312)의 외부로 돌출 및 변형되도록 유도하게 된다.
도 9에는 단위모듈 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 단위모듈 적층체(200)는 전지셀들을 셀 커버로 감싼 구조로 제작된 4 개의 단위모듈들(202, 203, 204, 205)을 서로 직렬로 연결한 후 지그재그로 적층한 구조로 이루어져 있고, 단위모듈들(202, 203, 204, 205) 중 최외곽에 위치한 단위모듈(202)을 감싸고 있는 셀 커버에서 전극단자 연결부위와 인접한 부위(318)에는 소정 형상의 절취부(316)가 형성되어 있다.
도 10에는 스웰링에 의해 전극단자가 파열된 구조를 나타내는 전지모듈의 실험 사진이 도시되어 있다.
본 발명자들은 도 6의 구조를 기반으로 한 전지모듈을 제조하였고, 이러한 전지모듈에 대해 과충전 시험을 수행하여 본 발명의 구성에 따른 효과를 실제적으로 확인하여 보았다. 그 결과가 도 10에 개시되어 있다.
도 10을 도 6과 함께 참조하면, 전지모듈(104)에 대한 과충전 조건에서 전지셀들(302, 304)의 스웰링 현상이 관찰되었고, 이러한 스웰링에 의한 팽창은 최외곽 단위모듈(211)의 셀 커버에 부분적으로 형성되어 있는 노치부(214) 쪽으로 집중되었다. 따라서, 노치부(214)에서의 전지셀들(302, 304)의 팽창은 정상적인 전지셀 두께를 기준으로 대략 3배 정도에 이르렀으며, 이러한 증가로 인해, 전지셀들(302, 304)의 전극단자 연결부위가 파열되면서 직렬 연결이 끊어져 단전이 이루어졌다. 결과적으로, 더 이상의 충전 현상은 발생하지 않았다.
참고로, 도 10의 전지모듈(104)은 도 6의 전지모듈(102)에서 최외곽 단위모듈(211)의 셀 커버 구조를 우측면에 위치한 최외곽 단위모듈의 셀 커버에 적용한 점을 제외하고는 동일한 구조로 제조되었다.
도 11에는 도 6의 전지모듈에서 D 부위의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 11을 도 6과 함께 참조하면, 노치는 최외곽 단위모듈(211)의 일부가 슬릿의 형태로 부분 절단된 구조(214)이거나, 상대적으로 얇은 두께의 가늘고 긴 홈 구조(216)로 이루어져 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

  1. (a) 전지셀들 자체 또는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 도립 형태로 세워 적층한 구조의 전지모듈들이 2열 이상 배열되어 있는 전지모듈 배열체;
    (b) 상기 전지모듈 배열체의 최외곽 전지모듈들에 밀착된 상태로 전지모듈 배열체의 전면 및 후면을 각각 지지하는 한 쌍의 측면 지지부재들(전면 지지부재 및 후면 지지부재);
    (c) 상기 측면 지지부재들의 하단에 결합되어 전지모듈 배열체의 하단을 지지하는 하단 지지부재;
    (d) 상기 측면 지지부재들의 상단이 결합되어 있고, 도립된 전지모듈들의 하단이 결합되어 있으며, 일측 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 2개 이상의 제 1 상부 장착부재들;
    (e) 상기 제 1 상부 장착부재들과 수직으로 교차하는 구조로 제 1 상부 장착부재들의 상단에 결합되어 있고, 양측 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 제 2 상부 장착부재; 및
    (f) 전지모듈 배열체의 후면에 위치하고, 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 후면 장착부재;
    를 포함하고,
    상기 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에는, 스웰링 발생시 전지모듈의 국부적인 변형을 유도하여 단전을 이룰 수 있도록, 부피 팽창에 대해 취약한 부위인 취약부가 부분적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 취약부는 전지모듈들의 단위 열별로 한 쌍의 측면 지지부재들 중 적어도 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 취약부는 서로 대칭되는 구조로 전면 지지부재와 후면 지지부재 상에 각각 형성되거나, 또는 전지모듈들의 단위 열(列)별로 전면 지지부재 상에 모두 형성되거나, 또는 전지모듈들의 단위 열별로 후면 지지부재 상에 모두 형성된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 취약부는 최외곽 전지모듈의 직렬 연결부위에 대응하는 위치 또는 그 인접 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 취약부는 전지모듈의 직렬 연결부위가 개방되어 있는 절취부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절취부가 형성된 부위의 크기는 측면 지지부재의 표면적을 기준으로 10 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 충방전시의 부피 변화에도 전지셀 또는 단위모듈들의 적층 상태가 유지될 수 있도록 고정되어 있고, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정 값 이상일 때, 상기 전극단자 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어지도록, 상기 전극단자 연결부위가 부피 팽창에 대해 취약한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀 또는 단위모듈들은 고강도 케이스로 감싸여 있고, 전지셀의 과도한 스웰링시 파열되는 상기 전극단자 연결부위는 부분적으로 개방되어 있거나 또는 노치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하고 있고,
    상기 전극단자 연결부위와 인접해 있는 셀 커버의 부위에는 스웰링시 전지셀의 국부적인 변형을 유도하기 위한 형상의 절취부 또는 노치부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절취부 또는 노치부는 최외곽 단위모듈의 셀 커버에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 절취부 또는 노치부의 크기는, 전지셀 스웰링이 전지셀의 두께를 기준으로 1.5 내지 5배의 부피 증가를 초래할 때, 전극단자 연결부위가 파열되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 노치부는 전극단자 연결부위와 인접해 있는 셀 커버의 부위에 일자(一字)형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 상부 장착부재들, 제 2 상부 장착부재, 및 후면 장착부재는 수직단면상으로 각관의 형태를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 지지부재는, 전지모듈 배열체의 최외곽 전지모듈에 접하는 본체부; 상기 본체부의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽 및 하단벽; 및 한 쌍의 측벽을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 지지부재는 평면상 직사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 하단 지지부재들의 하부에는 양측 단부가 측면 지지부재들에 각각 결합되어 있는 하부 플레이트가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 상부 장착부재들은 전지모듈 배열체의 양측 단부에 각각 결합되는 2개의 양단 부재들과 전지모듈 배열체의 중앙에 결합되는 1개의 중앙 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 상부 장착부재 중 외부 디바이스에 대한 체결을 위한 단부는 제 2 상부 장착부재의 높이만큼 상향 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 배열체와 제 1 상부 장착부재들 사이에 상부 플레이트가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 후면 장착부재는 전지모듈의 후면에 장착되는 냉각 팬의 양측면과 하면을 감쌀 수 있도록 U자형 프레임 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 후면 장착부재의 양측 단부들은 외부 디바이스에 대한 결합이 용이할 수 있도록 제 2 상부 장착부재와 평행하게 절곡되어 있고, 절곡된 부위에는 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전지팩은 차량의 트렁크 하단부 또는 차량의 리어 시트와 트렁크 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차.
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