JP2024508121A - 安全性が強化されたバッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、熱的事象が発生したとき、隣接したバッテリーセルへの影響を減らすことで安全性が強化されたバッテリーモジュールを開示する。本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、電極リードを備える複数のバッテリーセルと、内部空間に複数の前記バッテリーセルを収納するモジュールケースと、複数の前記バッテリーセルのうちの少なくとも一部バッテリーセルの間の空間を分離し、前記電極リードを挿入可能なスロットが設けられた分離部材と、電気絶縁材料を含み、前記スロットに挿入された前記電極リードの少なくとも一部分の外側を囲むように構成された絶縁ブロックと、を含む。

Description

本出願は、２０２１年１２月２４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１８７４８１号及び２０２２年１２月１４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０１７４８６３号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
本発明は、バッテリーに関し、より詳細には、安全性が強化されたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車などに関する。
スマートフォン、ノートパソコン、ウェアラブル端末などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、ロボット、電気自動車などの商用化が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、商用化されている二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などが挙げられるが、中でもリチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、例えば電池ケースを備える。
一般に二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に収納されている缶型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートからなるパウチに収納されているパウチ型電池とに分けられる。
最近は、携帯型電子機器などの小型装置のみならず、電気自動車やエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）のような中大型装置にも駆動用やエネルギー貯蔵用として二次電池が広く用いられている。このような二次電池は、複数が電気的に接続された状態でモジュールケースの内部に一緒に収納される形態で一つのバッテリーモジュールを構成する。このとき、エネルギー密度を高めるため、バッテリーモジュールの内部には狭い空間に多数のバッテリーセル（二次電池）が密集した状態で存在することになる。
ところが、このように多数のバッテリーセル（二次電池）が狭い空間に密集した状態で存在する場合、火災や爆発などの事故に脆弱である。特に、ある一つまたは一部のバッテリーセルで温度が急激に上昇する場合、他のバッテリーセルへと温度上昇が広がる熱暴走伝播（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）などのような現象が生じ得る。このとき、このような現象を完全に制御できなければ、バッテリーモジュールまたはバッテリーパックの火災や爆発に繋がり、多大な人命及び財産被害までも引き起こすおそれがある。さらに、一部のバッテリーセルで熱的事象が生じる場合、ベンティングガスや火炎、スパークなどが噴出される。このようなベンティングガスや火炎などの異物が隣接した正常セルに向かう場合は、隣接セルに熱暴走や火災などを引き起こすおそれがある。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、熱的事象が発生したとき、隣接したバッテリーセルへの影響を減らすことで、安全性が強化されたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車などを提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に限定されず、他の課題は下記の発明の説明から当業者に明らかに理解できるであろう。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、電極リードを備える複数のバッテリーセルと、内部空間に複数の前記バッテリーセルを収納するモジュールケースと、複数の前記バッテリーセルのうちの少なくとも一部のバッテリーセルの間の空間を分離し、前記電極リードを挿入可能なスロットが設けられた分離部材と、電気絶縁材料を含み、前記スロットに挿入された前記電極リードの少なくとも一部分の外側を囲むように構成された絶縁ブロックと、を含む。
ここで、前記分離部材は、金属材料を含み得る。
また、前記絶縁ブロックは、前記電極リードと前記分離部材との間を電気的に絶縁させるように構成され得る。
また、前記絶縁ブロックは、前記電極リードが挿入された状態で前記スロットを密閉させるように構成され得る。
また、前記絶縁ブロックは、互いに結合された二つ以上の単位ブロックを備え得る。
また、前記分離部材は、隣接するバッテリーセル同士の間に介在された第１分離部と、前記第１分離部の端部に連結されて前記スロットが形成された第２分離部と、を備え得る。
また、前記第１分離部及び前記第２分離部の少なくとも一つは、板状で構成され得る。
また、前記第１分離部と前記第２分離部とは、直角をなして結合され得る。
また、前記分離部材は、前記第１分離部及び前記第２分離部のそれぞれの端部と連結されて複数の前記バッテリーセルの一側を覆う第３分離部をさらに備え得る。
また、前記絶縁ブロックは、前記分離部材のスロットに取り付け可能に構成され得る。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、複数の前記バッテリーセルの電極リード同士を電気的に接続するバスバーアセンブリをさらに含み、前記バスバーアセンブリは、前記分離部材の外側に位置し得る。
また、前記バスバーアセンブリは、電気絶縁性材料から構成され、前記分離部材の外側に備えられたバスバーハウジングと、電気伝導性材料から構成され、前記バスバーハウジングに結合されたバスバー端子と、を備え得る。
また、前記絶縁ブロックには、前記バッテリーセルからガスが排出されたとき、排出されたガスが流入可能に構成されたガス捕集部が形成され得る。
また、前記絶縁ブロックは、前記バッテリーセルのシーリング部のうちの少なくとも一部分を囲むように構成され得る。
また、前記絶縁ブロックは、内側端部に緩衝パッドを備え得る。
また、前記絶縁ブロックは、前記バッテリーセルからガスが排出されたとき、前記電極リードまたは前記分離部材のスロット側に密着するように構成され得る。
上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを含む。
上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含む。
本発明の一実施構成によれば、バッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。
特に、本発明の一実施構成によれば、熱的事象が発生したとき、隣接したバッテリーセルに影響を及ぼす可能性のある因子を除去することで、熱暴走の伝播を効果的に抑制することができる。
特に、本発明の一実施構成によれば、各バッテリーセルを別途の分離された空間に収納することで、火炎、スパーク、熱、異物などの隣接したバッテリーセルへの拡散を効果的に抑制することができる。
また、本発明の一実施構成によれば、火炎や熱などからバスバーアセンブリを安定的に保護することができる。
また、本発明の一実施構成によれば、火炎などによるバッテリーモジュールの内部構造の崩壊を防止することができる。
他にも、本発明は多様な効果を有し、それについては各実施構成を通じて説明する。但し、当業者が容易に類推可能な効果などについては説明を省略する。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した結合斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図２の一部構成を拡大して示した図である。 図３の構成の結合斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した図である。 図５のＡ１－Ａ１’線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を上側から眺めた形態の図である。 本発明の一実施形態による絶縁ブロックの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、電極リードに対する絶縁ブロックの組み立て構成を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材の構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材の構成を概略的に示した斜視図である。 図１１の分離部材に形成されたスロットに電極リード及び絶縁ブロックが挿入される構成を概略的に示した正面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材の構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材の構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成に対する分解斜視図である。 図１５の構成の結合斜視図である。 本発明の他の実施形態による絶縁ブロックの構成を概略的に示した斜視図である。 図１７の絶縁ブロックが分離部材のスロットに取り付けられた構成を概略的に示した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロックの構成を概略的に示した斜視図である。 図１９の絶縁ブロックが分離部材のスロットに取り付けられた構成を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した上面図である。 本発明の一実施形態によるバスバーアセンブリの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロックの構成を概略的に示した斜視図である。 図２３の絶縁ブロックが含まれたバッテリーモジュールの一部分に対する断面構成を上側から眺めた形態の図である。 本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロックの構成を概略的に示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロックが含まれたバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されるものである。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解されたい。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を表す用語が使用されているが、このような用語は説明の便宜上使用されたものであって、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは本発明の当業者にとって自明である。
また、本明細書には多様な実施形態が含まれており、各実施形態においては、他の実施形態についての説明が同一または類似に適用可能な場合には詳細な説明を省略し、相違点を主として説明することにする。
図１及び図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した結合斜視図及び分解斜視図である。また、図３は図２の一部構成を拡大して示した図であり、図４は図３の構成の結合斜視図である。
図１～図４を参照すると、本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、分離部材３００及び絶縁ブロック４００を含み得る。
前記バッテリーセル１００は、二次電池であって、電極組立体、電解質及び外装材を備え、繰り返して充放電可能に構成され得る。前記バッテリーセル１００はリチウム電池であり得るが、本発明が必ずしもこのような電池の特定種類に限定されることはない。
特に、前記バッテリーセル１００はパウチ型電池であり得る。この場合、バッテリーセル１００の外装材は、アルミニウム層がポリマー層によって覆い包まれた形態のパウチ外装材であり得る。
さらに、このような形態のバッテリーセル１００、すなわちパウチ型のバッテリーセル１００は、図３及び図４に示されたように、Ｒで示された収納部、及びＥで示されたシーリング部を備え得る。ここで、収納部Ｒは、電極組立体（正極板、負極板、セパレータ）及び電解質が収納された部分を示し、シーリング部Ｅは、このような収納部Ｒの周辺を囲む形態でパウチ外装材が融着された部分を示すと言える。
特に、パウチ型のバッテリーセル１００は、収納部Ｒを中心に四つの側面（エッジ）が存在すると言える。このとき、四つの側面がすべてシーリングされた形態で構成されてもよく、三つの側面のみがシーリングされた形態で構成されてもよい。このとき、四つの側面がシーリングされたセルを四面シールセルとし、三つの側面がシーリングされたセルを三面シールセルと称し得る。例えば、図３及び図４に示された実施構成においては、バッテリーセル１００が立設された形態で構成されるが、左側パウチと右側パウチの前端、後端、下端及び上端がシーリングされ得る。この場合、バッテリーセル１００は四面シーリングされたと言える。
前記バッテリーセル１００は、バッテリーモジュールに複数個含まれ得る。また、それぞれのバッテリーセル１００は、電極リード１１０を備え得る。このような電極リード１１０には、正極リードと負極リードが含まれ、正極リードと負極リードとは、バッテリーセル１００の同じ側面（エッジ）または相異なる側面に突出するように備えられ得る。このとき、正極リードと負極リードが同じ側面に位置する場合を単方向セルと称し、正極リードと負極リードとが相異なる側面、特に反対となる側面に位置する場合を両方向セルと称し得る。
複数のバッテリーセル１００は、互いに積層された形態でバッテリーモジュールに含まれ得る。すなわち、本発明によるバッテリーモジュールは、少なくとも一方向に積層された形態のセル積層体（セルアセンブリ）を備えると言える。例えば、図２に示されたように、複数のバッテリーセル１００は、上下方向（垂直方向、Ｚ軸方向）に立設された形態で、水平方向、例えば左右方向（Ｙ軸方向）に並んで配置され得る。このとき、各バッテリーセル１００の電極リード１１０は、前後方向（Ｘ軸方向）の両端に配置される。
前記モジュールケース２００は、内部に空いた空間が形成され、このような内部空間に複数のバッテリーセル１００を収納するように構成され得る。例えば、前記モジュールケース２００は、天板２１０、下板２２０、左側板２３０、右側板２４０、前板２５０及び背板２６０を備えて内部空間を限定し得る。そして、このようにして限定された内部空間にセル積層体が位置し得る。
また、モジュールケース２００を構成する複数の板状部材の少なくとも一部分は互いに一体化された形態で構成されてもよい。例えば、前記モジュールケース２００は、図２に示されたように、下板２２０と左側板２３０と右側板２４０とが一体化されたＵ字型フレームの本体を備え、天板２１０、前板２５０及び背板２６０が本体の上部、前方及び後方を覆うかまたは密閉するように構成され得る。このとき、天板２１０、前板２５０及び背板２６０と本体との結合固定には、溶接、接着、ボルティング、フックなど多様な締結方式が用いられ得る。または、前記モジュールケース２００は、天板２１０と下板２２０と左側板２３０と右側板２４０とが一体化された管状のモノフレーム形態で構成されてもよい。
前記モジュールケース２００は、耐熱性材料、特に金属及び／またはプラスチック材料から構成され得る。例えば、前記モジュールケース２００は、クラッドメタル（ｃｌａｄ ｍｅｔａｌ）、耐熱コーティング層を備える金属またはプラスチック材料、ＳＴＳ（ＳＵＳ）とＡｌとが接合された形態など、多様な種類の耐熱性材料を含み得る。
但し、本発明がこのようなモジュールケース２００の特定の材料や形態によって限定されることはない。
前記分離部材３００は、モジュールケース２００に収納された複数のバッテリーセル１００のうちの少なくとも一部のバッテリーセル１００の間の空間を分離するように構成され得る。さらに、前記分離部材３００は、モジュールケース２００の内部空間を複数の単位空間に分割し得る。例えば、前記分離部材３００は、複数のバッテリーセル１００のそれぞれに対して収納空間を分離するように構成され得る。この場合、複数のバッテリーセル１００のそれぞれは異なる分離空間に収納されると言える。他の例として、前記分離部材３００は、二つ以上のセルバンクを分離するように構成され得る。ここで、セルバンクには、一つ以上のバッテリーセル１００が含まれ得る。より具体的な例として、セルバンクには三つのバッテリーセル１００が含まれ得る。この場合、分離部材３００は、三つのバッテリーセル１００を一つのセルバンクとして構成し、セルバンク毎に収納空間を分離し得る。
前記分離部材３００には、図２にＳで示された部分のように、スロットが形成され得る。このようなスロットＳは、電極リード１１０を挿入可能に構成され得る。特に、スロットＳは、内側に位置する電極リード１１０が分離部材３００を貫通して外側に突出するように構成され得る。例えば、スロットＳは、電極リード１１０が分離部材３００の厚さ方向に挿入または貫通されるように、電極リード１１０の挿入形態に対応する形状及び大きさなどを有し得る。より具体的には、電極リード１１０は立設された板状で形成され得るが、この場合、スロットＳは、電極リード１１０の上下方向（Ｚ軸方向）の長さ及び左右方向（Ｙ軸方向）の厚さ以上の大きさを有するように構成され得る。
一方、本明細書において、特に言及しない限り、特定の構成要素に対し、内側方向とは該当構成要素またはバッテリーモジュールの中心に向かう方向を意味し、外側方向とは該当構成要素またはバッテリーモジュールの外側に向かう方向を意味する。
前記絶縁ブロック４００は、電気絶縁性材料を含み、電極リード１１０を囲むように構成され得る。特に、絶縁ブロック４００は、電極リード１１０のうちのスロットＳに挿入された部分の外側を囲むように構成され得る。
例えば、図３を参照すると、バッテリーセル１００の前後方向（Ｘ軸方向）の両端に位置する電極リード１１０は、Ｌ１で示された部分のように前後方向に延在してから、Ｌ２で示されたように端部が左右方向に折り曲がるように構成され得る。ここで、前後延在部Ｌ１の少なくとも一部分は分離部材３００のスロットＳに挿入された部分であり、左右折曲部Ｌ２はスロットＳから抜け出て分離部材３００の外側に位置する部分であり得る。特に、左右折曲部Ｌ２は、他のバッテリーセル１００の電極リードと直接接触するか、または、後述するバスバーアセンブリのバスバー端子と接触する部分であり得る。
このとき、絶縁ブロック４００は、電極リード１１０のうちのスロットＳに挿入された部分、すなわち前後延在部Ｌ１の周りを囲むように構成され得る。例えば、絶縁ブロック４００は、電極リード１１０の前後延在部Ｌ１の一部分に対し、延在方向を除いた上、下、左、右の全体方向、すなわち３６０°方向で電極リード１１０を囲むように構成され得る。
前記絶縁ブロック４００は、電気絶縁性材料を含む物質であって、本発明の出願時点で公知の多様な絶縁物質からなるか、または、このような絶縁物質を含み得る。また、前記絶縁ブロック４００は、高温や火炎などに対してもある程度耐えられる耐熱性を有する物質からなるか、または、このような物質を含み得る。より具体的な例として、前記絶縁ブロック４００は、耐熱プラスチックや耐熱（セラミックなど）処理された弾性体、例えば耐熱コーティングされたシリコーンやゴム、ポリマーなどの材料からなるか、または、このような物質を含み得る。
本実施構成によれば、バッテリーモジュールの内部でバッテリーセル１００の収納空間が分離されて、隣接するバッテリーセル１００間の火炎や熱、スパーク、その他異物などの伝達が効果的に遮断可能である。したがって、特定のバッテリーセル１００で熱暴走などの事象が発生しても、他のバッテリーセル１００へとこのような熱的事象が伝播されることを防止することができる。
前記分離部材３００は金属材料を含み得る。例えば、前記分離部材３００は、金属材料からなり得る。または、前記分離部材３００は、金属材料とともに他の材料をさらに含み得る。
より具体的な例として、前記分離部材３００は、鋼鉄、より具体的にはステンレス鋼（ＳＵＳ、ＳＴＳ）材料を含み得る。他の例として、前記分離部材３００は、クラッドメタル材料、耐熱コーティングされた金属材料、及び／またはＳＴＳ材料にアルミニウムが接合された材料などから構成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、分離部材３００の製造が容易であって、高い構造的安定性または機械的強度を確保可能である。特に、本実施構成によれば、バッテリーモジュールの内部で火炎などが発生しても、火炎に対する耐久性が安定的に確保されて構造の崩壊を防止できるだけでなく、火炎に対する優れた遮断性能を確保することができる。
前記絶縁ブロック４００は、電極リード１１０と分離部材３００とを電気的に絶縁させるように構成され得る。これについては図５及び図６を参照してより具体的に説明する。
図５は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した図であり、図６は図５のＡ１－Ａ１’線に沿った断面図である。例えば、図５及び図６は、バッテリーモジュールにおいて、一つのバッテリーセル１００の前方一部を示した図面である。
図５及び図６を参照すると、前記絶縁ブロック４００は、電極リード１１０が分離部材３００と直接接触しないようにすることで、電極リード１１０と分離部材３００との間が電気的に絶縁されるように構成され得る。特に、絶縁ブロック４００は、電極リード１１０のうちの分離部材３００のスロットＳを通過する部分に対し、その周辺を囲むように構成され得る。
本発明のこのような実施構成では、電極リード１１０が分離部材３００、特に分離部材３００のスロットＳ部分と接触することを防止可能である。したがって、電極リード１１０と分離部材３００との通電を防止することができる。特に、分離部材３００は、火炎に対する安定性及び構造的剛性などを確保するため、電気伝導性を有する金属材料から構成され得る。このとき、本実施構成のように絶縁ブロック４００が電極リード１１０と分離部材３００との直接的な接触を遮断することで、ショートなどの発生を防止して電気的な安全性を確保することができる。
また、前記絶縁ブロック４００は、スロットＳを密閉するように構成され得る。分離部材３００には、電極リード１１０を挿入可能なスロットＳが形成されるが、このようなスロットＳは、電極リード１１０の挿入工程が容易に行われるように、公差を考慮して電極リード１１０の挿入大きさ（断面サイズ）よりも大きく形成され得る。したがって、電極リード１１０がスロットＳに挿入された状態で、電極リード１１０の周辺には空いた空間が形成され得る。しかし、図６にＡ２で示された部分のように、スロットＳにおいて電極リード１１０の周辺は絶縁ブロック４００で満たされ得る。
本発明のこのような実施構成によれば、スロットＳからの火炎やスパークなどの排出が抑制可能である。これについては図７をさらに参照してより具体的に説明する。
図７は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を上側から眺めた形態の図である。例えば、図７は、図５のＡ２－Ａ２’線に沿った断面構成であり得る。
図７を参照すると、バッテリーセル１００のパウチ外装材、特にシーリング部Ｅ側で火炎やスパーク、ベンティングガスなどが発生した場合、火炎などは、矢印Ｂ１で示されたように、分離部材３００の内側からスロットＳに向かって移動し得る。しかし、分離部材３００のスロットＳにおいては、電極リード１１０が挿入された部分以外の空間が絶縁ブロック４００によって密閉される。特に、絶縁ブロック４００は、分離部材３００のスロットＳから電極リード１１０を除いたスロットＳの空いた空間を完全に塞ぐように構成され得る。したがって、火炎やスパークなどはスロットＳを通過できず、分離部材３００の内側空間、すなわち該当バッテリーセル１００が収納された空間のみに留まることになる。
したがって、本実施構成によれば、スロットＳを通過した火炎などによって熱暴走が伝播されることをより確実に防止可能である。例えば、本実施構成の場合、電極リード１１０が位置する空間、特にバッテリーモジュールの前方または後方から火炎やスパーク、高温のガスなどがバッテリーセル１００の間で伝播されることを遮断することができる。したがって、この場合、バッテリーモジュールの安全性がさらに向上する。
さらに、前記絶縁ブロック４００は、スロットＳに対する密閉力を確保するため、弾性体材料を含み得る。例えば、前記絶縁ブロック４００は、ポリウレタンやゴム、シリコーンなどの材料を含み得る。また、絶縁ブロック４００は、一定水準以上の弾性を有するプラスチックまたはポリマー材料を含み得る。さらに、絶縁ブロック４００は、耐熱性向上のため、セラミックコーティング層を備え得る。例えば、絶縁ブロック４００は、ジルコニアやマイカなどの材料を含み得る。本発明は、絶縁ブロック４００の特定材料によって限定されず、絶縁ブロック４００には本発明の出願時点で公知の電気絶縁性、耐熱性または弾性を有する多様な物質が採用され得る。
図８は、本発明の一実施形態による絶縁ブロック４００の構成を概略的に示した分解斜視図である。図９は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、電極リード１１０に対する絶縁ブロック４００の組み立て構成を概略的に示した断面図である。
図８及び図９を参照すると、絶縁ブロック４００は、二つ以上の単位ブロックを備え得る。また、このような複数の単位ブロックは互いに結合可能に構成され得る。例えば、図８及び図９に示されたように、絶縁ブロック４００は、第１ブロック４１０及び第２ブロック４２０を備え得る。そして、このような第１ブロック４１０と第２ブロック４２０とは、互いに結合されて一つの単位ブロックを構成し、一つのスロットＳに挿入され得る。
絶縁ブロック４００には、図３及び図８などにＮで示された部分のように、電極リード１１０が挿入されるためのリード挿入部が形成され得る。特に、このようなリード挿入部Ｎは、電極リード１１０の形状に対応して、上下方向（Ｚ軸方向）に長く延びたスリット形態で形成され得る。特に、リード挿入部Ｎは、第１ブロック４１０及び第２ブロック４２０の少なくとも一つに形成され得る。例えば、図８に示されたように、第１ブロック４１０及び第２ブロック４２０のそれぞれに第１スリットＮ１及び第２スリットＮ２が形成され得る。この場合、第１ブロック４１０と第２ブロック４２０とが結合するとき、第１スリットＮ１と第２スリットＮ２とが結合して、一つのリード挿入部Ｎを形成し得る。
より具体的には、第１ブロック４１０及び第２ブロック４２０は、互いに上下方向に結合され得る。例えば、第２ブロック４２０は、矢印Ｂ２で示されたように、第１ブロック４１０の上部から下方に移動して第１ブロック４１０の上端に載置され得る。ここで、第１スリットＮ１は、第１ブロック４１０の上端から下方に所定の距離だけ長く延びた形態で形成され得る。また、第２スリットＮ２は、第２ブロック４２０の下端から上方に所定の距離だけ長く延びた形態で形成され得る。さらに、リード挿入部Ｎは、絶縁ブロック４００を切開するかまたは切り取った形態で形成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、絶縁ブロック４００と電極リード１１０との組立性が向上する。例えば、本実施構成によれば、図９の（ａ）に示されたように、電極リード１１０を先に第１ブロック４１０の第１スリットＮ１に挿入する。そして、第１スリットＮ１から上方に突出した電極リード１１０の上部を第２スリットＮ２に合わせながら、第２ブロック４２０を矢印Ｂ２のように下方に移動させる。すると、図９の（ｂ）で示されたように、第２ブロック４２０と第１ブロック４１０とが結合され、絶縁ブロック４００によって電極リード１１０の周辺を囲む構成が容易に達成される。また、このような実施構成によれば、絶縁ブロック４００と電極リード１１０との間の密閉性を向上させることができる。すなわち、本実施構成によれば、電極リード１１０を絶縁ブロック４００のリード挿入部Ｎに容易に挿入可能であるため、リード挿入部Ｎを大きくしなくてもよい。したがって、電極リード１１０と絶縁ブロック４００との間で間隙が生じることを最小化することができる。
本実施構成において、複数の単位ブロックは、接着、ボルティング、溶接、嵌め合い結合、フック結合など多様な締結方式によって相互結合され得る。例えば、第１ブロック４１０の上面及び第２ブロック４２０の下面に接着剤が塗布され、第１ブロック４１０と第２ブロック４２０とが互いに接着固定され得る。他の例として、前記第１ブロック４１０と前記第２ブロック４２０とは、互いに対応して形成された締結突起と締結溝によって嵌め合い結合されて締結固定され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、複数の単位ブロック間の結合状態が安定的に維持され、絶縁ブロック４００による電極リード１１０の絶縁及び密閉性能をより安定的に確保できる。
また、前記絶縁ブロック４００は、電極リード１１０に対して着脱可能に構成され得る。すなわち、絶縁ブロック４００は、電極リード１１０と結合及び分離可能に構成され得る。例えば、絶縁ブロック４００は、第１ブロック４１０と第２ブロック４２０との嵌め合い結合によって電極リード１１０に取り付けられ得る。そして、絶縁ブロック４００は、第１ブロック４１０と第２ブロック４２０との嵌め合い結合が解除されて電極リード１１０から分離または離脱し得る。
本発明のこのような実施構成によれば、バッテリーモジュールの組み立て工程は勿論、バッテリーモジュールから特定のバッテリーセル１００を分離する工程などをより容易に行うことができる。したがって、バッテリーモジュールの組立性や交換容易性がさらに改善される。
前記絶縁ブロック４００は、バッテリーモジュールに複数個含まれ得る。例えば、バッテリーセル１００には、二つの電極リード１１０が突出するためのスロットＳが二つ以上形成され得る。さらに、バッテリーモジュールには複数のバッテリーセル１００が含まれ、各バッテリーセル１００の電極リード１１０に対応するスロットＳも分離部材３００に複数個形成され得る。このとき、複数のスロットＳのそれぞれに対応するように、絶縁ブロック４００も複数個含まれ得る。例えば、一つのバッテリーモジュールに含まれた分離部材３００に複数のスロットＳが形成された場合、絶縁ブロック４００は各スロットＳに一対一対応するように複数個含まれ得る。
図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材３００の構成を概略的に示した斜視図である。
図１０を参照すると、前記分離部材３００は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０を備え得る。
第１分離部３１０は、隣接するバッテリーセル１００同士の間に介在されるように構成され得る。例えば、図１０とともに図２を参照すると、複数のバッテリーセル１００が左右方向に並んで配列され得る。このとき、それぞれのバッテリーセル１００は、立設された形態で前後方向に電極リード１１０が位置するように配置され得る。このとき、第１分離部３１０は、左右方向に隣接して配置された二つのバッテリーセル１００の間に介在され得る。すなわち、第１分離部３１０は、セル積層体の間に介在されてセル積層体の間の空間を分離し得る。
より具体的には、第１分離部３１０は、Ｃ１で示されたように複数の分離された空間を形成し得る。さらに、第１分離部３１０は、水平方向（左右方向）に所定の距離だけ離隔して複数個が配置され得る。そして、このような第１分離部３１０同士の離隔空間に一つ以上のバッテリーセル１００が収納され得る。
第２分離部３２０は、第１分離部３１０の端部に連結され得る。さらに、第２分離部３２０は、電極リード１１０が位置する側に備えられ得る。例えば、図１０に示されたように、第２分離部３２０は、電極リード１１０が位置する第１分離部３１０の前端または後端に連結され得る。特に、第２分離部３２０は、二つ以上備えられ、一方は第１分離部３１０の前端に連結され、他方は第１分離部３１０の後端に連結され得る。
また、前記第２分離部３２０には、スロットＳが形成され得る。すなわち、第２分離部３２０には、電極リード１１０を挿入可能なスロットＳが形成され得る。このとき、スロットＳは、第２分離部３２０をその厚さ方向に貫通した形態で形成され得る。
第１分離部３１０は、セル積層体の積層方向、例えば左右方向において二つのバッテリーセル１００の間を分離するように構成され得る。そして、第２分離部３２０は、セル積層体と前方空間または後方空間とを分離するように構成され得る。
このような実施構成によれば、分離部材３００によって、バッテリーセル１００の積層方向において火炎やスパーク、熱などがセルの間で直接伝達されることだけでなく、バッテリーセル１００の前方空間または後方空間を通って火炎などが迂回して伝達されることも効果的に遮断することができる。したがって、この場合、バッテリーセル１００間の熱伝播の抑制性能がさらに向上する。
前記第１分離部３１０及び／または前記第２分離部３２０は、板状で構成され得る。例えば、図１０に示されたように、複数の第１分離部３１０及び二つの第２分離部３２０はすべて四角の板状で構成され得る。そして、第１分離部３１０及び第２分離部３２０を構成するそれぞれのプレートは、四角の板状で構成され得る。さらに、第１分離部３１０及び第２分離部３２０は何れも立設された板状で形成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、分離部材３００の大きさや厚さを小さくしながらも、モジュールケース２００の内部空間においてセル間の空間を確実に分離することができる。特に、分離部材３００の端部、例えば上端または下端をモジュールケース２００の内面に確実に密着させることで、分離部材３００とモジュールケース２００との間の間隙から火炎やガス、スパーク、熱などが流出することを防止することができる。また、この場合、分離部材３００が占める空間を減らしてバッテリーモジュールのエネルギー密度を高める一方、バッテリーモジュールの軽量化にも寄与することができる。
第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、直角をなして結合された形態を有し得る。例えば、第１分離部３１０は立設されたプレートであって、前後方向（Ｘ軸方向）に長く延びた形状を有するように配置され得る。そして、第２分離部３２０は立設されたプレートであって、左右方向（Ｙ軸方向）に長く延びた形状を有するように配置され得る。この場合、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは延在方向同士が垂直に結合されていると言える。
本発明のこのような実施構成によれば、分離部材３００の体積や重さを減少させ、バッテリーセル１００の収納空間を最大限に確保可能である。したがって、バッテリーモジュールのエネルギー密度の向上に有利である。また、本実施構成によれば、分離部材３００の製造だけでなく、分離部材３００とバッテリーセル１００との組み立ても容易に行うことができる。したがって、バッテリーモジュールの製造工程性が向上できる。また、本実施構成によれば、分離部材３００の構造的剛性をより安定的に確保することができる。
一例として、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、別途に製造された後、組み立てられ得る。この場合、第１分離部３１０は、バッテリーセル１００とともに水平方向、例えば左右方向に繰り返して積層されて複合積層体を形成し得る。そして、複合積層体が形成された後、第１分離部３１０の端部、例えば前端と後端にそれぞれ異なる第２分離部３２０が結合され得る。
このとき、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、多様な締結方式で相互結合され得る。例えば、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、溶接によって互いに結合固定され得る。または、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは嵌め合い結合方式などで結合固定されてもよい。特に、第１分離部３１０と第２分離部３２０との締結性を向上させるため、第１分離部３１０は、バッテリーセル１００と複合積層体を形成した状態で、バッテリーセル１００よりも前後方に突出するように配置され得る。そして、第１分離部３１０のこのような突出部分が第２分離部３２０と接触して結合される。
一方、第２分離部３２０にはスロットＳが形成されて、第１分離部３１０との結合時に電極リード１１０が貫通し得る。このとき、第２分離部３２０は、第１分離部３１０の前方または後方からバッテリーセル１００に向かう方向に移動して第１分離部３１０と結合され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、第１分離部３１０とバッテリーセル１００とを積層して複合積層体を形成するとき、第１分離部３１０とバッテリーセル１００とを最大限に密着させることができる。したがって、デッドスペースが減少し、バッテリーモジュールのエネルギー密度がより向上する。
他の例として、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは一体化された形態で製造され得る。すなわち、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、別途に製造されてから結合されるものではなく、一体化された形態で製造されてもよい。例えば、第１分離部３１０と第２分離部３２０とは、最初から図１０に示されたような形態で製造され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、分離部材３００を製造し易いため、バッテリーモジュールの生産性または工程性が向上する。また、この場合、第１分離部３１０と第２分離部３２０とが最初から一体化されて結合状態を維持するため、分離部材３００の優れた構造的剛性または安定性を確保可能である。
図１１は、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材３００の構成を概略的に示した斜視図である。
図１１を参照すると、スロットＳは、分離部材３００において一部が切り取られるかまたは切開された形態で設けられ得る。より具体的には、スロットＳは、第２分離部３２０の上端から下方に所定の距離だけ切り取られた形態で形成され得る。そして、このように切り取られた形態で形成されたスロットＳには、電極リード１１０及びそれを囲む絶縁ブロック４００が挿入され得る。これについては図１２をさらに参照してより具体的に説明する。
図１２は、図１１の分離部材３００に形成されたスロットＳに電極リード１１０及び絶縁ブロック４００が挿入される構成を概略的に示した正面図である。特に、図１２の（ａ）はスロットＳに電極リード１１０及び絶縁ブロック４００が挿入される過程を示した図であり、図１２の（ｂ）はスロットＳに電極リード１１０及び絶縁ブロック４００が挿入された後の断面構成を概略的に示した図である。
図１１とともに図１２の（ａ）を参照すると、スロットＳが分離部材３００の上端から下方に切り取られた形態で形成されているため、電極リード１１０及び絶縁ブロック４００は、スロットＳの上端開口部から下方に引き込まれてスロットＳの内部に挿入され得る。
このような実施構成において、絶縁ブロック４００は、図８及び図９の実施形態で上述したように、二つの単位ブロックを備え得る。この場合、第１ブロック４１０が第２分離部３２０のスロットＳに先に挿入された状態で、バッテリーセル１００が矢印Ｂ３で示されたように下方に移動し、電極リード１１０が第２分離部３２０のスロットＳ及び第１ブロック４１０の第１スリットＮ１に挿入され得る。そして、バッテリーセル１００が分離部材３００の内部分離空間に収納されて、電極リード１１０がスロットＳ及び第１スリットＮ１に挿入されれば、第２ブロック４２０が矢印Ｂ４で示されたように下降して、第２分離部３２０のスロットＳに挿入され得る。このとき、第２ブロック４２０の第２スリットＮ２には、バッテリーセル１００の電極リード１１０が挿入され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、バッテリーモジュールの組立性または工程性がさらに改善される。特に、本実施構成によれば、第１分離部３１０と第２分離部３２０とが結合された状態または一体化された形態で製造された場合にも、バッテリーセル１００を一方向、例えば下方に移動させて収納空間Ｃ１に容易に収納することができる。したがって、バッテリーセル１００の収納工程をより容易に行うことができる。また、本実施構成によれば、絶縁ブロック４００を分離部材３００のスロットＳに結合する構成をより容易に達成可能である。
図１３及び図１４は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールに含まれた分離部材３００の構成を概略的に示した分解斜視図である。
図１３及び図１４を参照すると、前記分離部材３００は、第３分離部３３０をさらに備え得る。ここで、第３分離部３３０は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０のそれぞれの端部と連結され得る。例えば、図１３に示されたように、第３分離部３３０は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０の下端に連結され得る。他の例として、図１４に示されたように、第３分離部３３０は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０の上端に連結され得る。
第３分離部３３０は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０と同様に、板状で構成され得る。但し、第３分離部３３０は、第１分離部３１０または第２分離部３２０と異なり、水平方向に横たわった形態で構成され得る。特に、第３分離部３３０は、Ｘ－Ｙ平面に平行な板状で構成され得る。さらに、第３分離部３３０は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０と直交する板状で構成され得る。すなわち、第３分離部３３０が成す平面は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０が成す平面と直交する形態を有し得る。
本発明のこのような実施構成によれば、第３分離部３３０によって第１分離部３１０及び第２分離部３２０の構造がより安定的に維持される。したがって、外部の衝撃や内部の圧力変化などによっても分離部材３００の構造が変形せず、安定的に維持される。特に、バッテリーセル１００において熱暴走などの事象によってガスや火炎、スパークなどが発生する場合、分離部材３００側に強い圧力が加えられることがある。このとき、第３分離部３３０によって分離部材３００の構造の崩壊が抑制され、分離部材３００によるセル間の隔離効果をより安定的に確保可能である。
また、本実施構成によれば、バッテリーセル１００の下端や上端が第３分離部３３０に載置されるため、分離部材３００の内部空間にバッテリーセル１００を安定的に収納することができる。特に、図１３の実施形態のように、バッテリーセル１００の下端に第３分離部３３０が備えられる場合、バッテリーセル１００は第３分離部３３０の上端に載置されて安定的に収納される。
また、本実施構成によれば、分離部材３００の隔離効果が一層向上する。例えば、各バッテリーセル１００は、第１分離部３１０及び第２分離部３２０によって水平方向における火炎や熱などの伝播が遮断されるだけでなく、第３分離部３３０によって上下方向（垂直方向）における火炎などの伝播が遮断される。特に、図１４の実施形態のように、バッテリーセル１００の上側に第３分離部３３０が備えられる場合、火炎などが上方に向かうことを遮断することができる。したがって、バッテリーモジュールが自動車の下部に搭載された場合、火炎が上側に位置する搭乗者に向かうことを抑制し、搭乗者の安全性を向上させることができる。
一方、図１３及び図１４に示されたように、第３分離部３３０は、第１分離部３１０の上端及び下端のいずれか一方のみに結合され得る。この場合、バッテリーセル１００で発生する火炎やベンティングガスなどを特定の方向に誘導するディレクショナルベンティング（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｅｎｔｉｎｇ）の実現により有利である。また、この場合、分離部材３００の収納空間にバッテリーセル１００を収納する工程をより容易に行うことができる。
図１５は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成に対する分解斜視図であり、図１６は図１５の構成の結合斜視図である。特に、図１５及び図１６には、分離部材３００の一部分として一つのスロットＳ及びそれに結合される一つの絶縁ブロック４００が示されている。
図１５及び図１６を参照すると、絶縁ブロック４００は、分離部材３００のスロットＳに取り付け可能に構成され得る。例えば、分離部材３００のスロットＳは、図１５に示されたように、孔のような形態で形成され得、このとき、絶縁ブロック４００は、矢印Ｂ５で示されたように移動して、孔状に形成されたスロットＳに挿入結合され得る。反対に、絶縁ブロック４００は、矢印Ｂ６で示されたように移動して、スロットＳから分離され得る。すなわち、絶縁ブロック４００は、分離部材３００のスロットＳに着脱可能に構成され得る。
本実施構成において、絶縁ブロック４００は、分離部材３００のスロットＳに嵌め合い結合可能に構成され得る。例えば、絶縁ブロック４００は、スロットＳの形態に対応する構造または大きさを有し得る。
本発明のこのような実施構成によれば、分離部材３００のスロットＳ部分に対して密閉構造を容易に設けることができる。また、本実施構成によれば、電極リード１１０をスロットＳに安定的に固定可能である。したがって、バッテリーモジュールの使用中に電極リード１１０の接合部分が破損または損傷されることを防止し、電極リード１１０とバスバーとの接合工程をより容易に行うことができる。
図１７は、本発明の他の実施形態による絶縁ブロック４００の構成を概略的に示した斜視図である。図１８は、図１７の絶縁ブロック４００が分離部材３００のスロットＳに取り付けられた構成を概略的に示した断面図である。例えば、図１８は、図１７の絶縁ブロック４００がスロットＳに取り付けられた状態において、Ａ４－Ａ４’線に沿った断面構成であり得る。
まず、図１７を参照すると、絶縁ブロック４００は反対側に位置する両端の大きさが異なり得る。特に、絶縁ブロック４００は、外側端部の大きさと内側端部の大きさとが異なるように構成され得る。例えば、図１７に示された絶縁ブロック４００が、バッテリーセル１００の前方に位置する電極リード１１０と結合される構成であるとき、換言して前方絶縁ブロック４００であるとき、絶縁ブロック４００の外側端部の幅はＷ１で示し得る。そして、絶縁ブロック４００の内側端部の幅はＷ２で示し得る。この場合、Ｗ１はＷ２よりも小さく形成され得る。
そして、分離部材３００のスロットＳも、このような絶縁ブロック４００の形状に対応する形態及び大きさを有し得る。例えば、図１８の実施構成を参照すると、分離部材３００のスロットＳは、前後方向（Ｘ軸方向）に分離部材３００を貫通し、絶縁ブロック４００の形状に対応するように形成され得る。特に、スロットＳの外側開口部の大きさは絶縁ブロック４００の外側端部の大きさ（Ｗ１）とほぼ同一に形成され、スロットＳの内側開口部の大きさは絶縁ブロック４００の内側端部の大きさ（Ｗ２）とほぼ同一に形成され得る。したがって、スロットＳは、外側の大きさが内側の大きさよりも小さく形成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、熱暴走などの非常状況で絶縁ブロック４００が分離部材３００のスロットＳから離脱することなく、その位置を安定的に維持することができる。例えば、絶縁ブロック４００の内側に位置するバッテリーセル１００から火炎やベンティングガスなどが噴出された場合、図１８の矢印Ｂ７で示されたように、絶縁ブロック４００に向かって外側方向の圧力が加えられ得る。このとき、スロットＳの内側端部の大きさ（幅）が絶縁ブロック４００の外側端部の大きさ（幅）よりも小さく形成されるため、矢印Ｂ７のように加えられる力によっても、絶縁ブロック４００はスロットＳから外側（＋Ｘ軸方向）に離脱し難い。また、この場合、絶縁ブロック４００と分離部材３００との結合が安定的に行われるため、絶縁ブロック４００によって囲まれた電極リード１１０もその位置を安定的に維持することができる。
図１９は、本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロック４００の構成を概略的に示した斜視図である。図２０は、図１９の絶縁ブロック４００が分離部材３００のスロットＳに取り付けられた構成を概略的に示した断面図である。
図１９及び図２０を参照すると、絶縁ブロック４００は、バッテリーセル１００の収納部Ｒ側に位置する内側端部に、Ｐで示された部分のように、ストッパが形成され得る。前記ストッパＰは、絶縁ブロック４００において左右方向（Ｙ軸方向）に突出するように形成され、左右方向の幅が最も広く形成された部分であり得る。さらに、前記ストッパＰは、スロットＳの大きさよりも大きく構成され得る。この場合、前記ストッパＰは、図２０に示されたように、絶縁ブロック４００が分離部材３００のスロットＳに挿入されるとき、スロットＳに挿入されずに分離部材３００の内側面に当接し得る。
本発明のこのような実施構成によれば、熱暴走などの状況でバッテリーセル１００から火炎やガスなどが発生し、矢印Ｂ７’で示されたように圧力が加えられても、絶縁ブロック４００がスロットＳの外側に抜け出ることを確実に防止することができる。したがって、絶縁ブロック４００と分離部材３００との結合性が向上し、電極リード１１０の動きや損傷が防止可能である。
本発明によるバッテリーモジュールは、図２に示されたように、バスバーアセンブリ５００をさらに含み得る。
前記バスバーアセンブリ５００は、複数のバッテリーセル１００の電極リード１１０同士を電気的に接続するように構成され得る。特に、前記バスバーアセンブリ５００は、分離部材３００の外側に位置し得る。これについては図２１を参照してより具体的に説明する。
図２１は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した上面図である。特に、図２１には、分離部材３００とバスバーアセンブリ５００が示されている。
図２１を参照すると、バスバーアセンブリ５００は、分離部材３００の外側に備えられ得る。より具体的には、分離部材３００の前側（＋Ｘ軸方向）と後側（－Ｘ軸方向）にそれぞれバスバーアセンブリ５００が配置され得る。特に、分離部材３００は、前側と後側にそれぞれ第２分離部３２０を備え得る。そして、このような第２分離部３２０の外側、より具体的には、前側第２分離部の前方と後側第２分離部の後方にそれぞれバスバーアセンブリ５００が位置し得る。特に、バスバーアセンブリ５００は、第２分離部３２０の外側面に取り付けられ得る。
本発明のこのような実施構成によれば、バッテリーセル１００から噴出される火炎やガスなどからバスバーアセンブリ５００を安全に保護することができる。すなわち、バッテリーセル１００は、分離部材３００の内側、特に第２分離部３２０の内側に位置し、火炎やベンティングガスなどを噴出することがある。このとき、バスバーアセンブリ５００は、分離部材３００、特に第２分離部３２０の外側に位置するため、火炎などの直接的な影響が遮断可能である。したがって、火炎や熱などによるバスバーアセンブリ５００の損傷または構造的な崩壊を防止することができる。したがって、バッテリーモジュールの内部の電気的接続のための構成を火炎などから保護し、電気的安全性を確保することができる。
図２２は、本発明の一実施形態によるバスバーアセンブリ５００の構成を概略的に示した分解斜視図である。
図２２を参照すると、前記バスバーアセンブリ５００は、バスバーハウジング５１０及びバスバー端子５２０を備え得る。
バスバーハウジング５１０は、電気絶縁性材料、例えばプラスチック材料から構成され得る。そして、バスバーハウジング５１０は、分離部材３００の外側に位置し得る。例えば、バスバーハウジング５１０は、分離部材３００の前面または後面に結合固定され得る。このとき、バスバーハウジング５１０と分離部材３００とは、ボルティング、フック結合、接着、溶接など多様な締結方式によって結合され得る。
バスバー端子５２０は、電気伝導性材料、例えば金属材料から構成され得る。そして、バスバー端子５２０は、二つ以上の電極リード１１０同士を電気的に接続させるかまたは一つ以上の電極リード１１０に連結されて、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）のような制御ユニットにセル電圧などのセンシング情報を伝達するように構成され得る。そのため、バスバー端子５２０は、電極リード１１０と溶接などの方式で接触固定され得る。
前記バスバー端子５２０は、バスバーハウジング５１０に結合され得る。そのため、バスバーハウジング５１０は、バスバー端子５２０が載置されて固定されるように構成され得る。例えば、バスバーハウジング５１０には、バスバー端子５２０が載置される載置溝が形成され得る。バスバー端子５２０は、ボルティング、リベット、接着など多様な方式によってバスバーハウジング５１０に結合固定され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、バスバー端子５２０を火炎からより確実に保護することができる。また、本実施構成によれば、バスバー端子５２０と分離部材３００との直接的な接触を防止して、これらの間の電気絶縁性を確保可能である。特に、分離部材３００は、火炎に対する構造的安定性の確保などのため、電気伝導性を有する金属材料からなり得るが、本実施構成によれば、分離部材３００とバスバー端子５２０との間の電気絶縁性を安定的に確保することができる。
また、本実施構成によれば、分離部材３００の内側からの熱がバスバー端子５２０側に伝達されることが抑制される。したがって、バスバー端子５２０を通じたセル間熱伝達を防止することができる。
特に、前記バスバー端子５２０は、バスバーハウジング５１０の外側に備えられ得る。例えば、前側バスバーハウジング５１０の場合、バスバー端子５２０は、バスバーハウジング５１０の前面に取り付けられ得る。他の例として、後側バスバーハウジング５１０の場合、バスバー端子５２０は、バスバーハウジング５１０の後面に取り付けられ得る。
この場合、バスバー端子５２０と分離部材３００との間を確実に分離することで、バスバー端子５２０と分離部材３００との間の直接的な接触を防止して、電気的安全性を強化することができる。
図２３は、本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロック４００の構成を概略的に示した斜視図である。特に、図２３は、絶縁ブロック４００をバッテリーセル１００の収納部Ｒが位置する内側から眺めた形態の図である。また、図２４は、図２３の絶縁ブロック４００が含まれたバッテリーモジュールの一部分に対する断面構成を上側から眺めた形態の図である。
図２３及び図２４を参照すると、前記絶縁ブロック４００には、Ｇで示された部分のように、ガス捕集部が形成され得る。ガス捕集部Ｇは、バッテリーセル１００からガスが排出されたとき、排出されたガスが流れ込んで保持されるように構成され得る。特に、バッテリーセル１００において熱暴走などの事象が発生して内圧が増加する場合、ガスや火炎、スパークなどが外部に排出され得る。このとき、ガス捕集部Ｇは、排出されたガスや火炎、スパークなどが流れ込んで保持されるように構成され得る。
そのため、ガス捕集部Ｇは、絶縁ブロック４００の内側の表面から外側に向かって凹んだ形態で形成され得る。例えば、バッテリーセル１００の前方に位置する絶縁ブロック４００の場合、後側端部が前方に陥没して形成され得る。そして、このような凹んだ空間に火炎やスパークなどが捕集され得る。
本実施構成によれば、火炎やスパークなどの外部排出によるセル間熱伝播などをより確実に防止することができる。例えば、図２４を参照すると、バッテリーセル１００から火炎やスパークなどが噴出されても、噴出された火炎などは、矢印Ｂ８で示されたように、ガス捕集部Ｇの内部空間のみで動き得る。すなわち、本実施構成の場合、ガス捕集部Ｇに噴出物が捕集され、絶縁ブロック４００の外側へのこのような噴出物の排出が遮断される。
また、本実施構成によれば、ベンティングガスや火炎などが所定の領域のみに存在するように誘導されるため、ディレクショナルベンティングにより有利である。
また、熱暴走などの異常状況だけでなく、正常な状況でもバッテリーセル１００の使用時には少量のガスが発生し得るが、本実施構成によれば、このような少量のガスなども捕集可能である。この場合、バッテリーセル１００の寿命増加に寄与することができる。
絶縁ブロック４００は、前記ガス捕集部Ｇを形成するため、多様な形態で構成され得る。例えば、絶縁ブロック４００は、図２３及び図２４に示されたように、バッテリーセル１００の収納部Ｒが位置する方向である内側に向かって厚さが薄くなる部分を備え得る。また、絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇは、内側に向かって左右幅が徐々に広くなる部分を備え得る。例えば、ガス捕集部Ｇは、絶縁ブロック４００の内側からアーチ形状に形成され得る。また、絶縁ブロック４００は、ガス捕集部Ｇを形成するため、内側面に傾斜部または傾斜面が形成され得る。
また、前記絶縁ブロック４００は、バッテリーセル１００のシーリング部Ｅのうちの少なくとも一部分を囲むように構成され得る。
例えば、図２４を参照すると、バッテリーセル１００にはシーリング部Ｅ、特に電極リード１１０が突出したテラス部Ｔが備えられ得る。このとき、絶縁ブロック４００は、シーリング部Ｅ、すなわちテラス部Ｔを囲むように構成され得る。さらに、絶縁ブロック４００には、上述したように、ガス捕集部Ｇが凹んだ形態で形成され得る。そして、このようなガス捕集部Ｇによって、絶縁ブロック４００はテラス部Ｔを所定の距離だけ離隔した状態で囲み得る。すなわち、ガス捕集部Ｇは、バッテリーセル１００のテラス部Ｔが挿入されるように構成され得る。
このような実施構成によれば、バッテリーセル１００から噴出される火炎やスパークなどが外部に排出されることを抑制するのにより有利である。特に、熱暴走などによってバッテリーセル１００の内圧が増加する場合、テラス部Ｔ側に火炎やスパーク、ガスなどが排出される可能性が高い。このとき、図２４に示されたように、テラス部Ｔがガス捕集部Ｇの内側に挿入された形態で存在すれば、テラス部Ｔから火炎などが噴出されると直ちにガス捕集部Ｇに流れ得る。したがって、火炎やスパークなどが絶縁ブロック４００の内側に捕集される効果が確実に達成され、セル間熱伝播の抑制性能が一層向上できる。
前記絶縁ブロック４００は、内側端部がバッテリーセル１００に接触するように構成され得る。例えば、図２４のＡ５及びＡ５’で示された部分のように、絶縁ブロック４００の内側端部はバッテリーセル１００の収納部Ｒに接触し得る。
本発明のこのような実施構成によれば、絶縁ブロック４００とバッテリーセル１００とが閉鎖された空間を形成し、閉鎖された空間に火炎やスパークなどを捕集するのに有利である。特に、上述したように、絶縁ブロック４００にはガス捕集部Ｇが形成され得るが、本実施構成によれば、このようなガス捕集部Ｇの内部空間が少なくとも部分的に密閉され得る。したがって、ガス捕集部Ｇの内部に流れ込んだ火炎やスパークなどがガス捕集部Ｇの外部に流出することをより確実に抑制することができる。
前記絶縁ブロック４００は、図２３及び図２４に示されたように、緩衝パッド４３０を備え得る。特に、前記緩衝パッド４３０は、絶縁ブロック４００において、バッテリーセル１００の収納部Ｒが位置する内側端部に備えられ得る。
緩衝パッド４３０は、本発明の出願時点で公知の多様な弾性体材料を含み得る。さらに、緩衝パッド４３０は、絶縁ブロック４００の他の部分、例えば絶縁ブロック４００の本体よりも硬度または強度が低いか、若しくは、弾性係数が高い材料からなり得る。例えば、緩衝パッド４３０は、シリコーンやゴムなどの材料を含み得る。
特に、上述した図２４の実施形態のように、絶縁ブロック４００の内側端部はバッテリーセル１００に接触し得る。このとき、緩衝パッド４３０は、絶縁ブロック４００においてバッテリーセル１００と直接接触する部分に設けられ得る。すなわち、緩衝パッド４３０は、バッテリーセル１００と直接接触するように構成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、絶縁ブロック４００によるバッテリーセル１００の損傷などを防止可能である。特に、絶縁ブロック４００の端部がバッテリーセル１００と接触するように構成された場合、外部から衝撃や振動が加えられると、絶縁ブロック４００の接触部分によってバッテリーセル１００の外装材、例えばセルパウチが損傷または破損される危険性がある。しかし、本実施構成によれば、緩衝パッド４３０によって、このようなセルパウチの損傷や破損の危険性を低減させることができる。
図２５は、本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロック４００の構成を概略的に示した斜視図である。図２５は、図２３の構成の変形例であると言える。
図２５を参照すると、絶縁ブロック４００は、Ｉで示された部分のように、内側遮断部を備え得る。特に、内側遮断部Ｉは、絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇの内側面から突出した形態で構成され得る。例えば、内側遮断部Ｉは、絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇの内面において、上下方向に長く延びた形態で形成され得る。また、内側遮断部Ｉは、絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇに複数個形成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、ガス捕集部Ｇの内部空間に流れ込んだ火炎やスパークなどの移動を抑制することができる。すなわち、火炎やスパークなどは移動時に直進性が高いため、内側遮断部Ｉのように突出した形態の構造物がガス捕集部Ｇの内部空間に存在すると、その移動が抑制される。したがって、この場合、絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇにおける火炎やスパークなどの捕集効果を向上させ、これらの外部排出をより効果的に抑制できる。
一方、図２５の実施形態では、内側遮断部Ｉという突出した構造物を用いて絶縁ブロック４００のガス捕集部Ｇで火炎やスパークなどの移動を抑制する構成が説明されたが、溝や他の形態の凹凸構造を通じて火炎やスパークなどの移動を抑制する構成も実現可能である。
前記絶縁ブロック４００は、バッテリーセル１００からガスが排出されたとき、電極リード１１０または分離部材３００のスロットＳ側に密着するように構成され得る。これについては図２６を参照してより具体的に説明する。
図２６は、本発明のさらに他の実施形態による絶縁ブロック４００が含まれたバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した断面図である。図２６の構成は、図２３に示された絶縁ブロック４００の構成と類似の形態を有すると言える。
図２６を参照すると、絶縁ブロック４００は、バッテリーセル１００のシーリング部Ｅ（テラス部Ｔ）を中心にして左側及び右側にそれぞれ、Ｄ１で示されたような第１側部及びＤ２で示されたような第２側部を備え得る。そして、絶縁ブロック４００は、このような第１側部Ｄ１と第２側部Ｄ２とを連結するように、Ｄ３で示されたような連結部を備え得る。特に、連結部Ｄ３は、第１側部Ｄ１の外側端部と第２側部Ｄ２の外側端部とを連結させ得る。そして、第１側部Ｄ１及び第２側部Ｄ２の内側端部は、バッテリーセル１００の収納部Ｒ側に向かって延長または突出し得る。さらに、このような第１側部Ｄ１、第２側部Ｄ２及び連結部Ｄ３によって限定される空間が、上述したガス捕集部Ｇを形成する。
このような実施構成において、バッテリーセル１００から火炎やガスなどが発生してガス捕集部Ｇに捕集された場合、ガス捕集部Ｇの内部圧力が増加し、第１側部Ｄ１及び第２側部Ｄ２はＢ９及びＢ９’で示されたような力を受け得る。この場合、第１側部Ｄ１と第２側部Ｄ２の左右方向（Ｙ軸方向）の外側面だけでなく、連結部Ｄ３の外側面も矢印Ｂ１０及びＢ１０’で示されたように外側へと移動する力を受け得る。したがって、絶縁ブロック４００と分離部材３００のスロットＳとの間の離隔空間が除去または減少し得る。
また、本実施構成において、第１側部Ｄ１及び第２側部Ｄ２がＢ９及びＢ９’で示されたように力を受ける場合、絶縁ブロック４００のリード挿入部Ｎは、てこの原理によって、矢印Ｂ１１及びＢ１１’で示されたように、電極リード１１０に向かって移動する力を受け得る。したがって、リード挿入部Ｎの内面と電極リード１１０との間の離隔空間が除去または減少し得る。
したがって、本実施構成によれば、絶縁ブロック４００と分離部材３００との間及び／または絶縁ブロック４００と電極リード１１０との間の密閉力がさらに向上する。特に、本実施構成によれば、バッテリーセル１００からベンティングガスなどが発生する非常状況において、別途の駆動源なく、ガスの発生だけで密閉力が自動に向上する。したがって、絶縁ブロック４００による火炎または熱などの伝播抑制効果をより効率的に改善することができる。
本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述した本発明によるバッテリーモジュールを一つ以上含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールの外に、他の多様な構成要素、例えばＢＭＳやモジュール間のバスバー、パックケース、リレー、電流センサなどのような本発明の出願時点で公知のバッテリーパックの構成要素などをさらに含み得る。
また、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールと類似の形態で形成され得る。特に、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールにおいて、モジュールケース２００がパックケースで代替される形態で構成され得る。
この場合、本発明によるバッテリーパックは、電極リード１１０を備える複数のバッテリーセル１００、内部空間に複数の前記バッテリーセル１００を収納するパックケース、複数の前記バッテリーセル１００のうちの少なくとも一部のバッテリーセル１００の間の空間を分離し、前記電極リード１１０を挿入可能なスロットＳが設けられた分離部材３００、及び電気絶縁材料を含み、前記スロットＳに挿入された前記電極リード１１０の少なくとも一部分の外側を囲むように構成された絶縁ブロック４００を含み得る。このようなバッテリーパックの場合、上述した多様な実施形態で説明されたバッテリーモジュールにおいて、「モジュールケース２００」は「パックケース」で代替され、「バッテリーモジュール」は「バッテリーパック」に変更され、残りの構成や特徴などは殆どそのまま適用され得る。したがって、このようなバッテリーパックについては詳細な説明を省略する。但し、このとき、パックケースには、バッテリーセル１００、分離部材３００及び絶縁ブロック４００の他に、ＢＭＳのようなバッテリーパックの制御ユニットなどがともに収納され得る。
特に、このようなバッテリーパックは、複数のバッテリーセル１００がモジュールケース２００などを通じてモジュール化されず、パックケースに直接収納されるセルトゥーパック（Ｃｅｌｌ Ｔｏ Ｐａｃｋ）形態の構成において、より有用に採用可能である。
本発明によるバッテリーモジュールやバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用され得る。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールまたは本発明によるバッテリーパックを含み得る。また、本発明による自動車は、このようなバッテリーモジュールやバッテリーパックの他に、自動車に含まれる多様な構成要素などをさらに含み得る。例えば、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールの他に、車体やモーター、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御装置などをさらに含み得る。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）に適用され得る。すなわち、本発明によるエネルギー貯蔵システムは、本発明によるバッテリーモジュールまたは本発明によるバッテリーパックを含み得る。
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１００：バッテリーセル
１１０：電極リード
２００：モジュールケース
２１０：天板、２２０：下板、２３０：左側板、２４０：右側板、２５０：前板、２６０：背板
３００：分離部材
３１０：第１分離部、３２０：第２分離部、３３０：第３分離部
４００：絶縁ブロック
４１０：第１ブロック、４２０：第２ブロック、４３０：緩衝パッド
５００：バスバーアセンブリ
５１０：バスバーハウジング、５２０：バスバー端子
Ｓ：スロット
Ｎ：リード挿入部
Ｒ：収納部
Ｅ：シーリング部
Ｔ：テラス部
Ｐ：ストッパ
Ｇ：ガス捕集部

Claims (18)

  1. 電極リードを備える複数のバッテリーセルと、
    内部空間に複数の前記バッテリーセルを収納するモジュールケースと、
    複数の前記バッテリーセルのうちの少なくとも一部のバッテリーセルの間の空間を分離し、前記電極リードを挿入可能なスロットが設けられた分離部材と、
    電気絶縁材料を含み、前記スロットに挿入された前記電極リードの少なくとも一部分の外側を囲むように構成された絶縁ブロックと、
    を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記分離部材が金属材料を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記絶縁ブロックは、前記電極リードと前記分離部材との間を電気的に絶縁させるように構成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記絶縁ブロックは、前記電極リードが挿入された状態で前記スロットを密閉させるように構成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記絶縁ブロックは、互いに結合された二つ以上の単位ブロックを備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記分離部材は、
    隣接するバッテリーセル同士の間に介在された第１分離部と、
    前記第１分離部の端部に連結されて前記スロットが形成された第２分離部と、
    を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第１分離部及び前記第２分離部の少なくとも一つが板状で構成されている、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記第１分離部と前記第２分離部とが直角をなして結合されている、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記分離部材は、前記第１分離部及び前記第２分離部のそれぞれの端部と連結されて複数の前記バッテリーセルの一側を覆う第３分離部をさらに備える、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記絶縁ブロックは、前記分離部材のスロットに取り付け可能に構成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  11. 複数の前記バッテリーセルの電極リード同士を電気的に接続するバスバーアセンブリをさらに含み、
    前記バスバーアセンブリは、前記分離部材の外側に位置している、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記バスバーアセンブリは、
    電気絶縁性材料から構成され、前記分離部材の外側に備えられたバスバーハウジングと、
    電気伝導性材料から構成され、前記バスバーハウジングに結合されたバスバー端子と、
    を備える、請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 前記絶縁ブロックには、前記バッテリーセルからガスが排出されたとき、排出されたガスが流入可能に構成されたガス捕集部が形成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  14. 前記絶縁ブロックは、前記バッテリーセルのシーリング部のうちの少なくとも一部分を囲むように構成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  15. 前記絶縁ブロックの内側端部に緩衝パッドを備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  16. 前記絶縁ブロックは、前記バッテリーセルからガスが排出されたとき、前記電極リードまたは前記分離部材のスロット側に密着するように構成されている、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。
  18. 請求項１から１６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、自動車。
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