KR102577201B1 - 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

내부 공간을 갖는 하우징; 내부 공간에 배치되며, 복수의 배터리 셀 및 하나 이상의 열차단 조립체를 포함하는 셀 적층체; 및 셀 적층체와 하우징 사이에 배치되는 접착 부재를 포함하고, 접착 부재 중 적어도 일부는 열차단 조립체의 적어도 일측 가장자리와 하우징 사이에 충진되며, 열차단 조립체의 적어도 일측 가장자리는 접착 부재에 의해 하우징에 결합되는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK}
본 발명은 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차, 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차 전지는 화학에너지와 전기에너지 간의 상호 변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이며, 현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
하나의 단위 이차 전지 셀(즉, 배터리 셀)보다 높은 출력 전압과 에너지 용량이 요구될 경우, 단위 이차 전지 셀을 복수 개 연결하여 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 구성할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 다수의 단위 이차 전지 셀이 직렬 내지 병렬로 연결되어 전기적 에너지를 저장하거나 출력하는 장치를 의미할 수 있다.
다수의 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩에서 특정 배터리 셀에 이상이 생기면, 모듈 또는 팩 내부로 가스나 도전성 파티클들이 분출되고, 이는 다른 배터리 셀 또는 배터리 모듈에 까지 영향을 미쳐 연쇄적인 열폭주를 일으킬 수 있다. 배터리 팩이 차량에 탑재되는 경우 배터리 팩의 열폭주는 운전자나 승객의 생명을 위협할 수 있으므로 연쇄적 열폭주를 방지하거나 지연시킬 필요가 있다.
이를 위해, 종래 기술에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀들 사이에 열에 강한 시트 또는 패드을 배치하였다. 이러한 시트 또는 패드는 어느 한 배터리 셀에서 발생되는 열 폭주 현상이 격벽 너머의 다른 배터리 셀로 전이되는 것을 다소간 지연시키는 효과를 가질 수 있다. 다만, 종래의 시트 또는 패드는 하우징에 밀착 결합되기가 어려운 문제점이 있었다. 이 경우, 시트 또는 패드와 하우징 사이에는 빈 공간이 형성되거나, 또는 모듈 내부의 압력에 의해 시트 또는 패드의 가장 자리가 하우징과 일시적 또는 반복적으로 분리되는 문제점이 있었다. 이에 따라 배터리 셀의 열 폭주가 계속되는 경우, 화염이나 폭발로 인한 도전성 파티클이 시트 또는 패드를 넘어가거나, 또는 시트 또는 패드와 하우징 사이의 공간으로 침투하여 다른 배터리 셀로 전이될 위험이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 높은 안전성을 가진 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 특정 배터리 셀의 열 폭주나 발화로 인해 발생되는 열 에너지, 화염 또는 도전성 파티클이 인접한 다른 배터리 셀로 전파되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 연쇄적 열 폭주 현상이 발생되는 것을 억제할 수 있는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 내부 공간을 갖는 하우징; 내부 공간에 배치되며, 복수의 배터리 셀 및 하나 이상의 열차단 조립체를 포함하는 셀 적층체; 및 셀 적층체와 하우징 사이에 배치되는 접착 부재를 포함하고, 접착 부재 중 적어도 일부는 열차단 조립체의 적어도 일측 가장자리와 하우징 사이에 충진되며, 열차단 조립체의 적어도 일측 가장자리는 접착 부재에 의해 하우징에 결합되는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 접착 부재는 열 전도성 접착제(Thermal Adhesive)를 포함하며, 열차단 조립체의 적어도 일측 가장자리를 하우징에 고정시킬 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 열차단 조립체 중 적어도 하나는 인접하는 배터리 셀들 사이의 열 전파를 차단하는 내열 부재; 및 내열 부재와 대향하는 압축 부재를 포함하며, 내열 부재의 적어도 일측 가장자리는 하우징에 삽입될 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 압축 부재의 일면은 내열 부재의 일면과 대향하며,
압축 부재의 일면의 면적은 내열 부재의 일면의 면적보다 작거나 같을 수 있다.
실시예들에서, 압축 부재는 내열 부재의 일면 및 일면과 반대되는 타면에 각각 하나 이상 배치될 수 있다.
실시예들에서, 열차단 조립체는 압축 부재의 적어도 일측에 배치되는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재와 압축 부재는 고정 부재를 매개로 서로 고정될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나와 열차단 조립체는 고정 부재를 매개로 서로 고정될 수 있다.
실시예들에서, 하우징은 셀 적층체의 일면과 마주보는 제1 커버 및 셀 적층체의 타면과 마주보는 제2 커버를 포함하며, 접착 부재는 셀 적층체와 제1 커버 사이에 배치되는 제1 접착 부재 및 셀 적층체와 제2 커버 사이에 배치되는 제2 접착 부재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제2 접착 부재가 제2 커버와 접촉되는 면적은 제1 접착 부재가 제1 커버와 접촉되는 면적보다 넓을 수 있다.
실시예들에서, 제2 접착 부재는 셀 적층체의 적층 방향인 제1 방향을 따라 제2 커버와 연속적으로 접촉될 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재는 복수의 배터리 셀보다 제2 방향으로 더 돌출되는 돌출부를 포함하고, 제2 방향은 제1 커버와 제2 커버가 서로 마주보는 방향일 수 있다.
실시예들에서, 제1 커버 및 제2 커버 중 적어도 하나는 돌출부의 적어도 일부가 수용되는 홈부를 포함할 수 있다. 이 경우, 돌출부의 단부와 홈부는 제2 방향으로 서로 이격되며, 접착 부재 중 적어도 일부는 돌출부의 단부와 홈부 사이에 충진되어 있을 수 있다.
실시예들에서, 상부 커버 및 하부 커버를 포함하는 하우징; 상부 커버 및 하부 커버 중 적어도 하나에 삽입되어, 하우징의 내부 공간을 구획하는 열차단 조립체; 내부 공간에 배치되는 복수의 배터리 셀; 및 열차단 조립체와 하우징 사이에 배치되는 접착 부재를 포함하며, 상부 커버 및 하부 커버 중 적어도 하나와 열차단 조립체 사이에 이격 공간이 배치되고, 접착 부재는 이격 공간에 충진된 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 상부 커버 및 하부 커버 중 적어도 하나는 열차단 조립체의 적어도 일부가 삽입되는 홈부를 더 포함하고, 접착 부재는 홈부를 따라 연장될 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재는 열 전도성 접착제(Thermal Adhesive)를 포함하며, 홈부에 열차단 조립체를 고정시킬 수 있다.
실시예들에 따른 높은 안전성을 가진 배터리 팩이 제공될 수 있다
실시예들에 따른 배터리 모듈 및 배터리 팩은 특정 배터리 셀의 열 폭주나 발화로 인해 발생되는 열 에너지, 화염 또는 도전성 파티클이 인접한 다른 배터리 셀로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 배터리 모듈 및 배터리 팩은 내부에 수용되는 배터리 셀들이 연쇄적으로 발화 또는 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 실시예들에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 상부 커버를 나타내는 사시도이다.
도 6는 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 하부 커버를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1의 I-I' 부분에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8a은 도 7의 A 부분의 확대도이다.
도 8b는 도 7의 B 부분의 확대도이다.
도 9는 도 1의 I-I' 부분에 따른 개략적인 단면도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)의 사시도이다. 도 2는 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)의 분해 사시도이다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 내부 공간을 가지는 하우징(1100), 내부 공간에 수용되는 셀 적층체(100)를 포함할 수 있다.
하우징(1100)은 그 내부에 하나 이상의 셀 적층체(100)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(1100)은 셀 적층체(100)의 측면을 감싸는 모듈 프레임(1110)을 포함할 수 있으며, 모듈 프레임(1110)의 상부 및 하부에 배치되는 상부 커버(1130) 및 하부 커버(1120)를 포함할 수 있다. 모듈 프레임(1110)은 상부 및 하부가 개방된 사각 프레임의 형상을 가질 수 있으며, 개방된 상부 및 하부는 각각 상부 커버(1130) 및 하부 커버(1120)로 덮일 수 있다. 다만, 모듈 프레임(1110)의 형상은 상술한 바에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상부 및 전후방이 개방된 'U'자형 타입이나, 상하부 플레이트 및 중앙 격벽을 가지는 'I'자형 타입일 수도 있다.
실시예들에서, 하우징(1100)의 모듈 프레임(1110), 상부 커버(1130) 및 하부 커버(1120) 중 적어도 일부는 셀 적층체(100) 및 기타 내부 전장품을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 소정의 강성을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(1100)은 알루미늄 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(100)는 하나 이상의 배터리 셀(1200) 및 하나 이상의 열차단 조립체(1300)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀(1200) 및 하나 이상의 열차단 조립체(1300)는 일 방향(예를 들어, 도 2의 X축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(100)를 형성할 수 있다.
셀 적층체(100)는 전기적 에너지를 저장하거나 방출할 수 있는 배터리 셀(1200)을 하나 이상 포함할 수 있다. 실시예들에서, 배터리 셀(1200)은 복수 개 배치되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 셀 적층체(100)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1200)은 버스바 어셈블리(1500)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(100)의 일단 및 타단에는 각각 버스바 어셈블리(1500)가 배치되어 복수의 배터리 셀(1200)들을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 셀 적층체(100)와 전기적으로 연결되는 전극 탭(1600)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(1000)은 하우징(1100)의 일 측면에서 외부로 노출되며, 버스바 어셈블리(1500)와 전기적으로 연결되는 전극 탭(1600)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(1000) 외부의 전기 회로와 셀 적층체(100)는 전극 탭(1600)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 열차단 조립체(1300)는 하우징(1100)의 내부 공간을 둘 이상의 서브 공간으로 구획할 수 있다. 예를 들어, 열차단 조립체(1300)의 일측 가장자리 및 타측 가장자리는 각각 하우징(1100)의 상부 커버(1130) 및 하부 커버(1120)에 결합되어 내부 공간을 구획할 수 있다.
열차단 조립체가 하우징에 결합되는 경우, 열차단 조립체와 하우징의 결합 부위에는 이격 공간(gap)이 생길 수 있다. 예를 들어, 제조 공차로 인하여 열차단 조립체와 하우징 사이에는 유격이 발생할 수 있으며, 이러한 유격으로 인해 이격 공간이 생길 수 있다.
이러한 이격 공간을 빈틈 없이 메우기 위해, 실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 셀 적층체(100)와 하우징(1100) 사이에 배치되는 접착 부재(1420, 1430)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(100)와 상부 커버(1130) 사이에는 상부 접착 부재(1420)가 배치될 수 있으며, 셀 적층체(100)와 하부 커버(1120) 사이에는 하부 접착 부재(1410)가 배치될 수 있다. 실시예들에서, 배터리 모듈(1000)에는 상부 접착 부재(1420)와 하부 접착 부재(1410)가 모두 배치되거나 또는 어느 하나만 배치될 수도 있다.
접착 부재(1420, 1430)는 셀 적층체(100)와 하우징(1100) 사이의 이격 공간 중 적어도 일부 공간를 메울 수 있다. 예를 들어, 상부 접착 부재(1420) 중 적어도 일부는 열차단 조립체(1300)와 상부 커버(1130) 사이의 이격 공간을 빈틈 없이 메울 수 있으며, 하부 접착 부재(1410) 중 적어도 일부는 열차단 조립체(1300)와 하부 커버(1120) 사이의 이격 공간을 빈틈 없이 메울 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430) 중 적어도 일부는 열차단 조립체(1300)의 가장자리를 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상부 접착 부재(1420)와 하부 접착 부재(1410) 중 적어도 일부는 열차단 조립체(1300)의 가장자리에 연속적으로 접촉하여 열차단 조립체(1300)와 하우징(1100) 사이의 이격 공간을 밀봉하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 하우징(1100) 내부 공간은 열차단 조립체(1300)를 기준으로 하여 서로 분리되는 적어도 두 개의 서브 공간으로 구획될 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430) 중 적어도 일부는 열차단 조립체(1300)의 길이 방향(예를 들어, 도 2의 Y축 방향)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상부 접착 부재(1420) 및 하부 접착 부재(1410)는 각각 열차단 조립체(1300)의 길이 방향(도 2의 Y축 방향)을 따라 연장되어 열차단 조립체(1300)와 상부 커버(1130) 사이 및 열차단 조립체(1300)와 하부 커버(1120) 사이의 갭을 연속적으로 메울 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430)는 셀 적층체(100)의 열을 하우징(1100)으로 전달할 수 있는 열전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 부재는 열 전도성 수지(Thermal Resin) 또는 열 전도성 접착제(Thermal Adhesive) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 열 전도성 수지는 실리콘(Silicone) 소재, 우레탄(Urethan) 소재, 에폭시 수지, 개질된 실란, 고무 소재, 폴리에스테르계 소재 및 아크릴(Acrylic) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 접착 부재는 열 전도성 접착제로, 열 전도율(Thermal Conductivity)인 1.1 W/mk 내지 2.1W/mk인 재료를 포함할 수 있다. 또는, 접착 부재(1420, 1430)는 열 전도성 접착제로, 상온(RT)에서 섭씨 1000도까지 분당 섭씨 20도로 가열되는 열 중량 분석(TGA) 테스트에서 50% 이상의 잔여량을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 이와 같이, 접착 부재(1420, 1430)는 열 전도성 재료를 포함하여, 셀 적층체(100)에서 발생되는 열을 하우징(1100)으로 전달하여 외부로 방출되도록 하여 셀 적층체(100)의 과열을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430)는 열 전도성 접착제를 포함할 수 있으며, 이에 따라 열차단 조립체(1300), 배터리 셀(1200) 및 하우징(1100)을 서로 견고하게 고정시킬 수 있다. 특히, 열차단 조립체와 하우징의 결합 부위에 배치되는 접착 부재는 열차단 조립체와 하우징 사이의 이격 공간을 빈틈 없이 메우는 동시에 서로 단단히 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430)는 배터리 모듈(1000)의 제조 과정에서 셀 적층체(100)의 적어도 일부와 접촉되도록 도포될 수 있다. 예를 들어, 셀 적층체(100)를 하부 커버(1120)에 안착시키기 전 단계에서, 하부 커버(1120) 또는 셀 적층체(100) 중 적어도 하나에는 하부 접착 부재(1410)가 도포될 수 있다. 또한, 셀 적층체(100)의 상부에 상부 커버(1130)를 안착시키기 전 단계에서, 상부 커버(1130) 또는 셀 적층체(100) 중 적어도 하나에는 상부 접착 부재(1420)가 도포될 수 있다. 다만, 접착 부재(1420, 1430)의 도포 공정은 상술한 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 셀 적층체(100)와 하우징(1100)의 조립과 동시에 접착 부재(1420, 1430)가 도포될 수도 있으며, 또는 셀 적층체(100)가 하우징(1100) 내부에 배치된 이후의 단계에서 하우징(1100)에 마련되는 주입구(미도시)를 통해 접착 부재(1420, 1430)가 하우징(1100) 내부로 주입될 수도 있다.
실시예들에서, 하부 접착 부재(1410)는 상부 접착 부재(1420)보다 넓은 영역에 도포될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 접착 부재(1420)는 셀 적층체(100)의 상부에 부분적으로 도포될 수 있으며, 하부 접착 부재(1410)는 셀 적층체(100)의 하부에 상부 접착 부재(1420)보다 넓은 영역에 걸쳐 도포될 수 있다. 실시예들에서, 하부 접착 부재(1410)는 셀 적층체(100)의 적층 방향을 따라 연속적으로 도포될 수 있으며, 셀 적층체(100)와 대향하는 하부 커버(1120)의 영역을 모두 커버할 수 있도록 도포될 수도 있다. 따라서, 하부 접착 부재(1410)가 하부 커버(1120)와 접촉되는 면적은 상부 접착 부재(1420)가 상부 커버(1130)와 접촉되는 면적보다 넓을 수 있다. 열 전도 성질을 가지는 접착 부재(1420, 1430)가 셀 적층체(100) 하부에 더 넓게 도포됨에 따라, 셀 적층체(100)의 하부 방향으로 많은 양의 열 에너지가 배출될 수 있다.
실시예들에서, 하부 커버(1120)가 셀 적층체(100)에 대향하는 면의 반대 편에는 히트 싱크(미도시)가 배치될 수 있으며, 이에 따라 방열 효과가 더욱 증가할 수 있다. 다만, 히트 싱크(미도시)의 위치는 상술한 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 히트 싱크(미도시)는 하부 커버(1120)의 내부에 배치되어 하부 커버(1120)와 일체로 형성될 수 있다. 또는 히트 싱크(미도시)는 상부 커버(1130) 또는 모듈 프레임(1110)에 배치될 수도 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1420, 1430)는 도포될 당시에는 액상일 수 있으며, 이에 따라 셀 적층체(100)와 하우징(1100) 사이의 갭의 형상이 복잡하더라도 이를 빈틈없이 채울 수 있다. 또한, 액상의 접착 부재(1420, 1430)가 셀 적층체(100)의 형상에 대응하여 그 형태가 변형되므로, 배터리 셀(1200) 및 열차단 조립체(1300)의 적어도 일부는 접착 부재(1420, 1430)와 밀착될 수 있다. 액상의 접착 부재는 이후 고화되어 셀 적층체(100), 특히 열차단 조립체(1300)를 하우징(1100)에 단단히 고정시킬 수 있다. 또한, 고화된 접착 부재(1420, 1430)는 셀 적층체(100)와 면 접촉되어 전도를 통한 방열이 효과적으로 이루어질 수 있다. 특히, 열차단 조립체(1300)와 하우징(1100) 사이의 갭에 배치되는 접착 부재(1420, 1430)는 열차단 조립체(1300)의 열을 빠르게 방열시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열차단 조립체(1300)와 하우징(1100) 사이를 빈틈없이 밀봉시킬 수 있다. 이에 따라 열차단 조립체(1300) 및 그와 접촉되는 접착 부재(1420, 1430)는 하우징(1100) 내부 공간을 둘 이상의 서브 공간으로 완전히 구획할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참고하여, 배터리 모듈(1000)에 포함되는 셀 적층체(100)를 상세히 설명한다.
도 3은 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)에 포함되는 셀 적층체(100)의 구성을 설명하기 위한 예시도이다. 도 4는 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)에 포함되는 셀 적층체(100)의 결합을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3 내지 도 4에서 설명되는 셀 적층체(100) 및 배터리 모듈(1000)은 앞서 도 1 내지 도 2에서 설명되는 셀 적층체(100) 및 배터리 모듈(1000)의 특징을 모두 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 셀 적층체(100)는 하나 이상의 배터리 셀(1200) 및 하나 이상의 열차단 조립체(1300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(1200) 및 열차단 조립체(1300)는 일 방향(도 3의 X축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(100)를 형성할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(100)는 하나 이상의 배터리 셀(1200)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(1200)은 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하거나, 또는 외부로부터 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(1200)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예들에서, 배터리 셀(1200)은 복수 개가 나란히 적층된 채 버스바 어셈블리(1500)를 통해 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(100)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1200)은 파우치 타입(Pouch-type) 배터리 셀일 수 있다. 파우치 타입 배터리 셀(1200)은 파우치 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성되는 본방(1220) 및 전극 조립체(미도시)와 전기적으로 연결되며 파우치의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭(1210)을 포함할 수 있다.
다만, 배터리 셀(1200)은 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니며, 캔형 배터리 셀로 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 캔형 배터리 셀은 적층되어 셀 적층체(100)를 이룰 수 있도록 사각 평면을 가질 수 있다. 사각 평면을 가지는 캔형 배터리 셀에서, 각각의 리드 탭은 배터리 셀(1200)의 양 단부에 위치하여 버스바 어셈블리(1500)에 연결될 수 있다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)는 인접하는 배터리 셀(1200)들 사이의 열 전파를 차단하는 내열 부재(1310), 배터리 셀(1200)을 가압하는 압축 부재(1320) 및 내열 부재(1310)와 압축 부재(1320)를 서로 고정시키는 고정 부재(1330)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310), 압축 부재(1320) 및 고정 부재(1330)는 배터리 셀(1200)의 적층 방향(예를 들어, 도 4의 X축 방향)으로 나란히 배치되어 열차단 조립체(1300)를 형성할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(100)는 복수의 열차단 조립체(1300)를 포함할 수 있다. 복수의 열차단 조립체(1300)는 셀 적층체(100)의 적층 방향(도 3의 X축 방향)을 따라 소정의 간격을 가지고 나란히 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 두 열차단 조립체(1300) 사이에 하나 이상의 배터리 셀(1200)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 열차단 조립체(1300) 및 그에 인접하는 다른 열차단 조립체(1300) 사이에는 복수의 배터리 셀(1200)이 적층되어 배치될 수 있다. 도면에서는 두 열차단 조립체(1300) 사이에 네 개의 배터리 셀(1200)이 적층되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 두 열차단 조립체(1300) 사이에 세 개 이하 또는 다섯 개 이상의 배터리 셀(1200)이 배치될 수도 있다.
실시예들에서, 하나의 열차단 조립체(1300)에는 하나 이상의 내열 부재(1310)가 배치되어 인접하는 배터리 셀(1200)들 사이의 열 전파를 차단할 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재(1310)는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 여기서 내열성은 섭씨 300도 이상의 온도에서도 용융되지 않고 형상이 변하지 않는 성질을 의미할 수 있으며, 단열성은 열 전도도가 1.0W/mK 이하인 성질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 내열 부재(1310)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 운모 시트(Mica Sheet), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울(Ceramic Wool 또는 Super Wool), 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다. 다만, 내열 부재(1310)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(1200)의 열 폭주 상황에서 그 형상을 유지하고, 인접한 다른 배터리 셀(1200)에 열이나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다.
셀 적층체(100)의 에너지 밀도를 최대한 높이기 위해, 내열 부재(1310)의 두께는 배터리 셀(1200)의 두께보다 작을 수 있다. 여기서 두께는 셀 적층체(100)의 적층 방향의 길이를 의미할 수 있다. 실시예들에서, 내열 부재(1310)의 두께는 0.5T~3.0T의 범위를 가질 수 있다.
실시예들에서, 하나의 열차단 조립체(1300)에는 하나 이상의 압축 부재(1320)가 배치될 수 있다. 압축 부재(1320)는 소정의 탄성력을 가지고 배터리 셀(1200)을 압박할 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀(1200)이 스웰링 현상으로 인해 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 압축 부재(1320)는 폴리우레탄, 실리콘, 고무(EPDM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들 재료가 가지는 탄성을 이용하여 배터리 셀(1200)의 본방(1220)을 가압할 수 있다.
실시예들에서, 압축 부재(1320)는 일면이 배터리 셀(1200)과 대향하고, 일면과 반대되는 타면이 내열 부재(1310)와 대향하도록 배치될 수 있다. 압축 부재(1320)의 일면의 면적은 압축 부재(1320)에 대향하는 배터리 셀(1200)의 본방(1220)의 면적과 동일하거나 더 클 수 있다. 따라서, 배터리 셀(1200)의 본방(1220)의 모든 영역은 압축 부재(1320)의 일면과 대향하여 압축 부재(1320)에 의해 가압될 수 있다. 이에 따라, 압축 부재(1320)는 배터리 셀(1200)의 스웰링 현상에 따른 팽창압을 효과적으로 흡수 및 완충할 수 있다.
실시예들에서, 압축 부재(1320)는 내열 부재(1310)의 서로 다른 측면에 각각 하나 이상씩 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 열차단 조립체(1300)는 내열 부재(1310)를 중심으로 내열 부재(1310)의 양쪽 면에 배치되는 압축 부재(1320)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)는 압축 부재(1320)의 적어도 일측에 배치되는 고정 부재(1330)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)와 압축 부재(1320) 사이 및 배터리 셀(1200)과 압축 부재(1320) 사이에 고정 부재(1330)가 배치될 수 있다. 고정 부재(1330)는 접착력을 가지는 재료, 예를 들어, 실리콘계, 아크릴계, 고무계, 핫맬트계, 에폭시계, PSA 계, 우레탄 계열의 재료를 포함할 수 있다. 고정 부재(1330)는 기재 타입, 무기재 타입 또는 PSA(pressure Sensitive Adhesive) 핫멜트 타입의 접착 테이프일 수 있다.
실시예들에서, 고정 부재(1330)의 일면은 압축 부재(1320)와 맞닿으며, 일면과 반대되는 타면은 내열 부재(1310) 또는 배터리 셀(1200)과 맞닿아, 내열 부재(1310)와 압축 부재(1320) 또는 내열 부재(1310)와 배터리 셀(1200)을 서로 고정시킬 수 있다. 즉, 압축 부재(1320)와 내열 부재(1310), 또는 압축 부재(1320)와 배터리 셀(1200)은 고정 부재(1330)를 매개로 하여 상호 간에 고정될 수 있다. 열차단 조립체(1300)에 고정 부재(1330)가 배치됨에 따라, 열차단 조립체(1300)와 배터리 셀(1200)이 서로 단단히 고정되어 셀 적층체(100)의 구조적 안정성을 높일 수 있다.
실시예들에서, 압축 부재(1320)의 일면은 내열 부재(1310)의 일면과 대향할 수 있으며, 이 경우 압축 부재(1320)의 일면의 면적은 내열 부재(1310)의 일면의 면적보다 작거나 같을 수 있다. 예를 들어, 셀 적층체(100)의 적층 방향(도 3 및 도 4의 X축 방향)을 제1 방향이라고 정의할 때, 내열 부재(1310)의 제1 방향과 수직한 면의 면적은 그와 대향하는 압축 부재(1320)의 면적보다 크거나 같을 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)의 적어도 일부는 압축 부재(1320)보다 제1 방향(예를 들어, 도 4의 X축 방향)과 수직한 제2 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 더 돌출될 수 있다. 이 경우, 제2 방향은 셀 적층체(100)에서 상부 커버(예를 들어, 도 2의 1130) 또는 하부 커버(예를 들어, 도 2의 1120)를 향하는 방향일 수 있다. 이와 같이, 내열 부재(1310)가 압축 부재(1320)보다 제2 방향으로 더욱 돌출되는 부분을 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)로 정의한다.
실시예들에서, 압축 부재(1320)의 면적은 배터리 셀(1200)의 본방(1220)과 대응될 수 있으며, 이에 따라 압축 부재(1320)와 대향하는 내열 부재(1310)의 면적은 배터리 셀(1200)의 본방(1220)보다 크거나 같을 수 있다. 즉, 내열 부재(1310)에서 배터리 셀(1200)과 마주보는 면이 배터리 셀(1200)의 본방(1220)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이 경우, 내열 부재(1310)를 사이에 두고 서로 이웃하는 배터리 셀(1200)들이 서로 직접적으로 대면하지 않을 수 있다. 따라서, 열차단 조립체(1300)는 내열 부재(1310) 일측에 배치되는 배터리 셀(1200)의 열 폭주에 의해 발생되는 고온의 열 에너지나 화염, 또는 연소 파티클 등이 내열 부재(1310)의 타측에 배치되는 배터리 셀(1200)로 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀(1200) 사이의 열 전파를 더욱 효과적으로 방지하기 위해, 하우징(예를들어, 도 2의 1100)은 열차단 조립체(1300)의 적어도 일부가 수용되는 공간을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 5 내지 도 8b를 참고하여, 이러한 수용 구조를 가지는 배터리 모듈(1000)에 관하여 상세히 설명한다.
도 5는 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)에 포함되는 상부 커버(1130)를 나타내는 사시도이다. 도 6는 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)에 포함되는 하부 커버(1120)를 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 1의 I-I' 부분에 따른 개략적인 단면도이다. 도 8a은 도 7의 A 부분의 확대도이며, 도 8b는 도 7의 B 부분의 확대도이다. 도 9는 도 1의 I-I' 부분에 따른 개략적인 단면도이다. 도 5 내지 도 9에서 설명되는 셀 적층체(100), 열차단 조립체(1300), 접착 부재(1410, 1420) 및 배터리 모듈(1000)은 앞서 도 1 내지 도 4에서 설명되는 셀 적층체(100), 열차단 조립체(1300), 접착 부재(1410, 1420) 및 배터리 모듈(1000)의 특징을 모두 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)는 상부 커버(1130)와 하부 커버(1120)에 수직하며 배터리 셀(1200)의 길이 방향(예를 들어, 도 3의 Y축 방향)으로 연장되는 격벽일 수 있다. 하우징(예를 들어, 도 2의 1100)의 내부 공간은 열차단 조립체(1300)에 의해 복수의 서브 공간으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 커버(1130)와 하부 커버(1120) 사이의 내부 공간은 소정의 간격으로 이격 배치되는 복수 개의 열차단 조립체(1300)에 의해 여러 개의 서브 공간으로 구획될 수 있다.
각각의 서브 공간에는 하나 이상의 배터리 셀(1200)이 배치될 수 있다. 도 7은 하나의 서브 공간에 네 개의 배터리 셀(1200)이 적층된 모습을 나타내고 있다. 도 7은 예시적 도시일 뿐이며, 하나의 서브 공간에는 세 개 이하 또는 다섯 개 이상의 배터리 셀(1200)들이 배치될 수 있다.
이하의 설명에서, 어느 한 서브 공간 내에서 배치되는 배터리 셀(1200)들의 집합을 셀 유닛이라고 정의한다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)는 내열 부재(1310) 및 내열 부재(1310)의 서로 다른 면에 배치되는 복수의 압축 부재(1320)를 포함할 수 있다.
어느 하나의 압축 부재(1320)의 일면은 내열 부재(1310)와 대향하며, 타면은 서브 공간 내부에 배치되는 셀 유닛에 대향할 수 있다. 압축 부재(1320)는 배터리 셀(1200)을 가압하여 배터리 셀(1200)이 스웰링 현상에 따라 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있다.
열차단 조립체(1300)에 포함되는 내열 부재(1310)는 서로 이웃하는 두 셀 유닛 사이의 열 전파를 차단할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)는 서로 이웃 하는 서브 공간들을 서로 분리시킬 수 있다. 인접한 셀 유닛 사이를 더욱 확실히 차폐하기 위해, 내열 부재(1310)의 높이는 상부 커버(1130) 중 어느 하나의 배터리 셀(1200)과 대면하는 면과 하부 커버(1120) 중 상기 배터리 셀(1200)과 대면하면 면 사이의 간격과 같거나 더 클 수 있다. 여기서 '높이'는 하부 커버(1120)에서 상부 커버(1130)를 향하는 방향(예를 들어, 도 7의 Z축 방향)의 길이를 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)의 높이는 인접하는 압축 부재(1320)나 셀 유닛의 높이보다 더 클 수 있다. 내열 부재(1310)의 높이가 셀 유닛보다 크게 형성됨에 따라, 어느 한 셀 유닛의 발화 또는 폭발로 인한 열 에너지 또는 연소 파티클은 내열 부재(1310)에 의해 차단되어, 이웃하는 다른 셀 유닛으로 전파되지 않을 수 있다.
내열 부재(1310)에서 배터리 셀(1200)보다 더 크게 형성되는 부분은 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)로 정의할 수 있다. 예를 들어, 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)는 배터리 셀(1200) 보다 상부 커버(1130) 또는 하부 커버(1120)를 향해 더 돌출되는 돌출부(1311)를 포함할 수 있다. 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)는 적어도 일부가 상부 커버(1130) 또는 하부 커버(1120)에 삽입될 수 있다. 어느 한 배터리 셀(1200)에서 비산되는 연소 파티클이나 화염은 돌출부(1311)를 가지는 내열 부재(1300)에 의해 차단될 수 있으며, 이에 따라 연소 파티클나 화염이 내열 부재(1310) 너머의 다른 배터리 셀(1200)로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재(1310)와 압축 부재(1320) 사이, 또는 압축 부재(1320)에 배터리 셀(1200) 사이에는 고정 부재(1330)가 배치될 수 있으며, 고정 부재(1330)에 대한 기술적 특징은 도 1 내지 도 4에 관한 설명을 참고할 수 있다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)는 상부 커버(1130) 또는 하부 커버(1120)에 배치되는 홈부(1121, 1131)에 삽입될 수 있다. 하우징(예를 들어, 도 2의 1100)에 포함되는 상부 커버(1130) 및 하부 커버(1120) 중 적어도 하나는 열차단 조립체(1300)의 적어도 일부가 수용되는 홈부(1121, 1131)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 커버(1130) 중 셀 적층체(100)와 마주보는 일면에는 배터리 셀(1200)의 길이 방향(예를 들어, 도 5의 Y축 방향)으로 연장되는 제1 홈부(1131)를 포함할 수 있다. 제1 홈부(1131)는 상부 커버(1130)의 일면에 복수 개 배치될 수 있으며, 셀 적층체(100)의 적층 방향(예를 들어, 도 5의 X축 방향)으로 소정의 간격을 가지고 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제1 홈부(1131)에는 복수의 열차단 조립체(1300)가 각각 삽입될 수 있다. 제1 홈부(1131)와 열차단 조립체(1300) 사이의 이격 공간을 메우기 위해, 제1 접착 부재(1420a)가 제1 홈부(1131)를 따라 연장되어 배치될 수 있다. 제1 접착 부재(1420a)는 제1 홈부(1131)와 열차단 조립체(1300)의 결합면을 따라 고루 퍼져 제1 홈부(1131)와 열차단 조립체(1300) 사이를 빈틈 없이 메울 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 커버(1120) 중 셀 적층체(100)와 마주보는 일면에는 배터리 셀(1200)의 길이 방향(예를 들어, 도 6의 Y축 방향)으로 연장되는 제2 홈부(1121)를 포함할 수 있다. 제2 홈부(1121)는 하부 커버(1120)의 일면에 복수 개 배치될 수 있으며, 셀 적층체(100)의 적층 방향(예를 들어, 도 6의 X축 방향)으로 소정의 간격을 가지고 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제2 홈부(1121)에는 복수의 열차단 조립체(1300)가 각각 삽입될 수 있다. 제2 홈부(1121)와 열차단 조립체(1300) 사이의 이격 공간을 메우기 위해, 제2 접착 부재(1410)가 제2 홈부(1121)를 따라 연장되어 배치될 수 있다. 제2 접착 부재(1410)는 제2 홈부(1121)와 열차단 조립체(1300)의 결합면을 따라 고루 퍼져 제2 홈부(1121)와 열차단 조립체(1300) 사이를 빈틈 없이 메울 수 있다.
실시예들에서, 제1 홈부(1131) 또는 제2 홈부(1121)의 길이는 열차단 조립체(1300)의 길이와 같거나 더 클 수 있다. 여기서 '길이'는 상부 커버(1130)의 일면 또는 하부 커버(1120)의 일면과 나란하면서 셀 적층체(100)의 적층 방향과 수직한 방향(예를 들어, 도 5 또는 도 6의 Y축 방향)의 길이를 의미할 수 있다.
실시예들에서, 제1 홈부(1131) 또는 제2 홈부(1121)의 폭은 열차단 조립체(1300)의 두께와 같거나 더 클 수 있다. 또는, 실시예들에서, 제1 홈부(1131) 또는 제2 홈부(1121)의 폭은 열차단 조립체(1300)에 포함되는 내열 부재(1310)의 두께와 같거나 더 클 수 있다. 여기서 '폭'이나 '두께'는 셀 적층체(100)의 적층 방향(예를 들어, 도 7의 X축 방향)의 길이를 의미할 수 있다.
실시예들에서, 열차단 조립체(1300)의 서로 다른 부분은 제1 홈부(1131) 및 제2 홈부(1121)에 각각 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 그 부분 확대도인 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 열차단 조립체(1300)의 일단은 제1 홈부(1131)에 수용되고, 일단과 반대되는 타단은 제2 홈부(1121)에 수용될 수 있다. 이 경우, 제1 홈부(1131)와 제2 홈부(1121)의 개수는 서로 동일할 수 있다.
실시예들에서, 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)는 제1 홈부(1131)와 제2 홈부(1121) 중 적어도 하나에 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이, 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)는 적어도 일부가 제1 홈부(1131) 및 제2 홈부(1121)에 삽입되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)의 단부와 제1 홈부(1131) 사이, 또는 내열 부재(1310)의 돌출부(1311)의 단부와 제2 홈부(1121) 사이에 이격 공간이 형성될 수 있다. 이러한 이격 공간은 접착 부재(1410, 1420)에 의해 메워질 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 셀 적층체(100)와 하우징(예를 들어, 도 2의 1100) 사이의 갭을 메우는 접착 부재(1410, 1420)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(1000)은 열차단 조립체(1300)와 상부 커버(1130) 사이의 갭을 메우는 제1 접착 부재(1420a), 열차단 조립체(1300)와 하부 커버(1120) 사이의 갭을 메우는 제2 접착 부재(1410), 및 셀 유닛과 상부 커버(1130) 사이의 갭을 메우는 제3 접착 부재(1420b)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 접착 부재(1420a)와 제3 접착 부재(1420b)는 도 2를 참고하여 설명된 상부 접착 부재(1420)에 대응될 수 있으며, 제2 접착 부재(1410)는 도 2를 참고하여 설명된 하부 접착 부재(1410)에 대응될 수 있다.
실시예들에서, 제1 접착 부재(1420a) 및 제2 접착 부재(1410)는 각각 열차단 조립체(1300)와 상부 커버(1130) 사이 및 열차단 조립체(1300)와 하부 커버(1120) 사이의 갭을 메우도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 A 부분 및 그 확대도인 도 8a에 나타나듯, 제1 접착 부재(1420a)는 열차단 조립체(1300), 제1 홈부(1131) 및 그와 인접한 배터리 셀(1200)의 일부분에 걸쳐 배치되어, 열차단 조립체(1300)와 제1 홈부(1131) 사이의 공간을 메울 수 있다. 또한, 도 7의 B 부분 및 그 확대도인 도 8b에 나타나듯, 제2 접착 부재(1410)는 열차단 조립체(1300), 제2 홈부(1121) 및 그와 인접한 배터리 셀(1200)의 적어도 일부분에 걸쳐 배치되어, 열차단 조립체(1300)와 제2 홈부(1121) 사이의 공간을 메울 수 있다. 즉, 제1 접착 부재(1420a) 및 제2 접착 부재(1410)는 상부 커버(1130)에서 열차단 조립체(1300)를 거쳐 하부 커버(1120)에 이르기까지 부재들 사이의 틈새를 메우도록 배치될 수 있다. 이에 따라 열차단 조립체(1300) 일측의 공간과 열차단 조립체(1300) 타측의 공간이 열차단 조립체(1300)와 상부 커버(1130)의 사이를 통해 연통되는 것이 차단될 수 있다. 마찬가지로, 열차단 조립체(1300) 일측의 공간과 열차단 조립체(1300) 타측의 공간이 열차단 조립체(1300)와 하부 커버(1120)의 사이를 통해 연통되는 것이 차단될 수 있다. 따라서 열차단 조립체(1300) 양 쪽의 내부 공간은 서로 공간적으로 분리될 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1410, 1420)는 셀 적층체(100) 중 열차단 조립체(1300)가 배치되지 않은 부분과 하우징(예를 들어, 도 2의 1100) 사이의 공간을 메우는 제3 접착 부재(1420b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 일부의 배터리 셀(1200)과 상부 커버(1130) 사이에는 제3 접착 부재(1420b)가 배치될 수 있다.
실시예들에서, 제3 접착 부재(1420b)는 서로 이웃하는 복수의 제1 접착 부재(1420a) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 열차단 조립체(1300)와 맞닿도록 배치되는 제1 접착 부재(1420a)들 사이에 제3 접착 부재(1420b)가 배치될 수 있다. 이에 따라 두 제1 접착 부재(1420a) 사이의 공간은 제3 접착 부재(1420b)에 의해 구획될 수 있다.
실시예들에서, 제3 접착 부재(1420b)는 제1 접착 부재(1420a)와 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 접착 부재(1420b)와 제1 접착 부재(1420a)는 각각 일 방향(예를 들어, 도 5의 Y축 방향)으로 연장되며, 상기 일 방향과 교차하는 다른 방향(예를 들어, 도 5의 X축 방향)으로 교대로 배열될 수 있다.
실시예들에서, 접착 부재(1410, 1420)는 열 전도성 물질(예를 들어, 도 1 및 도 2에서 설명한 열 전도성 접착제 등)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 접착 부재(1410, 1420)는 배터리 셀(1200) 또는 열차단 조립체(1300)의 열 에너지가 배터리 모듈(1000) 외부로 방출되는 열 통로로 기능할 수 있다. 즉, 배터리 셀(1200) 및 열차단 조립체(1300) 내부의 고온의 열 에너지는 접착 부재(1410, 1420)를 통해 하우징(예를 들어, 도 2의 1100)이나 히트 싱크(미도시)로 방출될 수 있다.
또한, 접착 부재(1410, 1420)는 셀 적층체(100)와 하우징(예를 들어, 도 2의 1100) 사이의 갭을 메워, 어느 한 배터리 셀(1200)에서 발생되는 고온의 열 에너지나 화염, 또는 비산 물질(연소 파티클) 등이 인접한 다른 배터리 셀(1200)로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 제1 접착 부재(1420a)와 제2 접착 부재(1410)는 열차단 조립체(1300)와 하우징(예를 들어, 도 2의 1100) 사이의 갭을 메우도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 열차단 조립체(1300) 일측의 배터리 셀(1200)에서 발생되는 고온의 열 에너지나 화염, 또는 비산 물질(파티클) 등이 열차단 조립체(1300) 타측의 배터리 셀(1200)로 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 실시예들에서, 열 에너지나 화염, 파티클 등의 전파 범위를 더욱 제한하기 위해, 배터리 셀(1200)과 상부 커버(1130) 사이에 제3 접착 부재(1420b)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 어느 한 배터리 셀(1200)의 열 폭주로 인해 발생되는 연소 파티클의 분포는 제1 접착 부재(1420a)와 제3 접착 부재(1420b) 사이의 공간에 국한될 수 있으며, 셀 적층체(100)의 다른 부분으로 광범위하게 확산되는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에 따른 열차단 조립체(1300) 및 열차단 조립체(1300)와 하우징(예를 들어, 도 2의 1100) 사이에 배치되는 접착 부재(1410, 1420)는 어느 한 배터리 셀(1200)의 열 폭주가 다른 배터리 셀(1200)로 전이되는 것을 방지할 수 있으며, 셀 적층체(100)의 연쇄적 발화를 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명에서, 실시예들은 배터리 모듈에 적용되는 구성으로 설명하였으나, 실시예들에 따른 셀 적층체, 열차단 조립체 및 접착 부재는 배터리 모듈에 한정되어 적용되는 것은 아니다. 즉, 앞서 설명되는 모든 실시예들은 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩(Battery pack)에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 팩 하우징의 내부 공간에는 하나 이상의 셀 적층체가 수용될 수 있으며, 셀 적층체에 포함되는 열차단 조립체는 팩 하우징의 내부 공간을 복수의 서브 공간으로 구획하도록 배치될 수 있다. 열차단 조립체는 팩 하우징 내부에 수용되는 복수의 배터리 셀 사이에 고온의 열 에너지 또는 연소 파티클이 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 셀 적층체와 팩 하우징 사이 공간 중 적어도 일부 공간을 채우는 하나 이상의 접착 부재가 배치될 수 있다. 특히, 접착 부재 중 적어도 일부는 열차단 조립체와 팩 하우징 사이의 갭을 채워 열차단 조립체의 일측과 타측 공간을 분리시킬 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀들 사이의 고온의 열 에너지, 화염 또는 연소 파티클의 전파가 보다 확실히 차단될 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1000... 배터리 모듈 1100... 하우징
1110... 모듈 프레임 1120... 하부 커버
1130... 상부 커버 1200... 배터리 셀
1300... 열차단 조립체 1310... 내열 부재
1320... 압축 부재 1330... 고정 부재
1410... 하부 접착 부재 1420... 상부 접착 부재

Claims (18)

  1. 내부 공간을 갖는 하우징;
    상기 내부 공간에 배치되며, 복수의 배터리 셀 및 하나 이상의 열차단 조립체를 포함하는 셀 적층체; 및
    상기 셀 적층체와 상기 하우징 사이에 배치되는 접착 부재를 포함하고,
    상기 열차단 조립체의 일측 가장자리 중 적어도 일부는 상기 하우징에 삽입되며,
    상기 접착 부재 중 적어도 일부는 상기 열차단 조립체의 상기 일측 가장자리와 상기 하우징 사이에 충진된 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 접착 부재는 열 전도성 접착제(Thermal Adhesive)를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열차단 조립체 중 적어도 하나는
    인접하는 배터리 셀들 사이의 열 전파를 차단하는 내열 부재; 및
    상기 내열 부재와 대향하는 압축 부재를 포함하며,
    상기 내열 부재의 적어도 일측 가장자리는 상기 하우징에 삽입되는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 내열 부재는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 압축 부재의 일면은 상기 내열 부재의 일면과 대향하며,
    상기 압축 부재의 상기 일면의 면적은 상기 내열 부재의 상기 일면의 면적보다 작거나 같은 배터리 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 압축 부재는 상기 내열 부재의 상기 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면에 각각 하나 이상 배치되는 배터리 모듈.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 열차단 조립체는 상기 압축 부재의 적어도 일측에 배치되는 고정 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 내열 부재와 상기 압축 부재는 상기 고정 부재를 매개로 서로 고정되는 배터리 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나와 상기 열차단 조립체는 상기 고정 부재를 매개로 서로 고정되는 배터리 모듈.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 셀 적층체의 일면과 마주보는 제1 커버 및 상기 셀 적층체의 타면과 마주보는 제2 커버를 포함하며,
    상기 접착 부재는 상기 셀 적층체와 상기 제1 커버 사이에 배치되는 제1 접착 부재 및 상기 셀 적층체와 상기 제2 커버 사이에 배치되는 제2 접착 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 접착 부재가 상기 제2 커버와 접촉되는 면적은 상기 제1 접착 부재가 상기 제1 커버와 접촉되는 면적보다 넓은 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 접착 부재는 상기 셀 적층체의 적층 방향인 제1 방향을 따라 상기 제2 커버와 연속적으로 접촉되는 배터리 모듈.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 내열 부재는 상기 복수의 배터리 셀보다 제2 방향으로 더 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 서로 마주보는 방향인 배터리 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 커버 및 상기 제2 커버 중 적어도 하나는 상기 돌출부의 적어도 일부가 수용되는 홈부를 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 돌출부의 단부와 상기 홈부는 상기 제2 방향으로 서로 이격되며,
    상기 접착 부재 중 적어도 일부는 상기 돌출부의 상기 단부와 상기 홈부 사이에 충진된 배터리 모듈.
  16. 하우징;
    상기 하우징의 내부 공간을 구획하는 열차단 조립체;
    상기 내부 공간에 배치되며, 상기 열 차단 조립체를 사이에 두고 서로 제1 방향으로 대향하는 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 열차단 조립체는 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀 사이의 열 전파를 차단할 수 있도록 구성된 내열 부재를 포함하며,
    상기 내열 부재는 상기 제1 배터리 셀 또는 상기 제2 배터리 셀보다 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 더 돌출되는 돌출부를 포함하는 배터리 모듈.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 내열 부재의 상기 돌출부와 마주보게 배치되는 홈부를 더 포함하고,
    접착 부재가 상기 돌출부와 상기 홈부 사이에 배치되는 배터리 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 접착 부재는 열 전도성 접착제(Thermal Adhesive)를 포함하며, 상기 홈부에 상기 열차단 조립체를 고정시키는 배터리 모듈.
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