KR102672588B1 - 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 개시에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들, 복수의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스, 및 복수의 배터리 셀들의 상단에 위치하는 벤트를 포함한다. 벤트는 서로 구분되는 복수의 유로들을 형성하는 복수의 격벽들을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK}
본 개시는 이차 배터리에 관한 것으로, 구체적으로는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.
스마트폰, 노트북, 차량, 드론 등 다양한 전자 장치를 구동하는 에너지 동력원으로서 이차 배터리(secondary battery)의 수요가 급격히 증대되고 있다.
특히, 차량 등을 구동하기 위한 이차 배터리로서, 배터리 모듈 및 배터리 팩에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀은 배터리의 최소 단위를 나타낼 수 있다.
한편, 배터리 셀 내부에서 폭발적 반응으로 인해 가스, 화염, 전극 이물 등(이하 가스 등)이 발생할 수 있다. 이러한 가스 등을 통한 열전파에 의해 인접한 배터리 셀의 발화를 유도할 수 있다. 이와 같이, 가스 등을 효과적으로 외부로 배출하고, 인접한 배터리 셀에 대한 열전파를 최소화하는 방안이 모색되고 있다.
본 개시의 실시 예는 배터리 셀의 안정성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공한다.
일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들, 복수의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스, 및 복수의 배터리 셀들의 상단에 위치하는 벤트를 포함할 수 있다. 벤트는 서로 구분되는 복수의 유로들을 형성하는 복수의 격벽들을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들 중 서로 인접한 배터리 셀들 사이에 각각 배치되는 복수의 써멀 배리어들을 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 복수의 써멀 배리어 각각은 복수의 격벽들 중 대응되는 격벽의 하단에 배치될 수 있다.
실시 예에서, 복수의 써멀 배리어들 중 서로 인접한 써멀 배리어들 사이에는, 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 배치될 수 있다.
실시 예에서, 복수의 배터리 셀들 각각은 외장재가 접합되고 폴딩된 실링부를 포함하고, 복수의 배터리 셀들 각각은 실링부가 벤트를 향하도록 배치될 수 있다.
실시 예에서, 복수의 격벽들 각각은 일 방향과 수직한 방향으로 5mm 이상의 높이를 가질 수 있다.
실시 예에서, 벤트는 복수의 격벽들 각각에 수직한 방향으로 복수의 격벽들 각각에 연결된 하부 플레이트를 포함하고, 하부 플레이트는 복수의 유로들 각각에 대한 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는 복수의 배터리 셀들 중 어느 하나의 유로에 대응되는 배터리 셀로부터 유입된 가스를 외부로 배출할 수 있다.
실시 예에서, 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는 벤트 내에서 복수의 유로들 중 다른 하나의 유로와 연결되지 않을 수 있다.
실시 예에서, 모듈 케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 벤트는 일체의 부품으로서 상부 케이스에 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 팩은 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들, 및 복수의 배터리 셀들의 상단에 위치하는 벤트를 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈들, 및 복수의 배터리 모듈들을 수용하는 팩 하우징을 포함할 수 있다. 벤트는 서로 구분되는 복수의 유로들을 형성하는 복수의 격벽들을 포함하고, 팩 하우징은 복수의 유로들 각각에 연결된 배기 통로를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는 복수의 배터리 셀들 중 대응되는 배터리 셀로부터 유입된 가스를 배기 통로를 통해 외부로 배출할 수 있다.
실시 예에서, 배기 통로는 복수의 유로들 각각에 연결된 제1 배기 통로 및 제1 배기 통로와 수직하는 방향으로 연결된 제2 배기 통로를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들 중 어느 하나의 배터리 셀에서 발생된 가스는, 복수의 유로들 중 어느 하나의 배터리 셀에 대응되는 유로, 제1 배기 통로, 및 제2 배기 통로를 순차적으로 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
본 개시의 실시 예는 배터리 셀의 안정성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 개시의 실시 예는 배터리 셀로부터 발생한 가스 등을 효과적으로 외부로 배출할 수 있다.
본 개시의 실시 예는 열전파에 의한 2차 발화의 발생을 감소시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예는 배터리 모듈 내 상부 공간을 이용하여 가스 등을 배출함으로써 배터리 모듈의 공간 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 실시 예에 따른 벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 실시 예에 따른 배터리 모듈의 일 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 실시 예에 따른 배터리 모듈의 다른 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시 예들에 대한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들은 본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시 예들 이외에도 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상이 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)은 배터리 셀 적층체(100G), 벤트(200) 및 모듈 케이스(300)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 적층체(100G)는 배터리 셀(100)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은 전극 조립체, 외장재 및 전극 탭을 포함할 수 있다. 외장재는 전극 조립체를 감쌀 수 있다. 전극 조립체의 전극 및 전극 탭은 같은 극성끼리 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 탭의 일부분은 외장재 외부로 노출될 수 있다. 예를 들어, 전극 탭의 일부분은 X축 방향으로 돌출될 수 있다. 배터리 셀(100)의 전극 탭은 버스바를 통해 다른 배터리 셀(100)의 전극 탭과 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
배터리 셀(100)의 개수는 복수일 수 있다. 복수의 배터리 셀들은 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀들이 적층되는 방향은 Y축 방향일 수 있다. 실시 예에서, 복수의 배터리 셀들이 적층되는 방향은 전극 탭이 돌출되는 방향에 수직하는 방향일 수 있다. 예를 들어, 전극 탭이 돌출되는 방향은 X축 방향일 수 있다.
벤트(200)는 배터리 셀 적층체(100G)의 상단에 위치할 수 있다. 벤트(200)는 배터리 셀(100)에서 발생되는 가스, 화염, 전극 이물 등(이하 가스 등)을 외부로 배출할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 벤트(200)는 배터리 모듈(10) 내 상부 공간에 배치되므로 배터리 모듈(10)의 부피 손실(volume loss)을 줄일 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10) 내 공간 효율을 향상시킬 수 있다.
모듈 케이스(300)는 배터리 셀 적층체(100G)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(300)는 내부에 수용 공간을 형성할 수 있다. 수용 공간에 배터리 셀 적층체(100G)가 배치될 수 있다.
실시 예에서, 모듈 케이스(300)는 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330)를 포함할 수 있다. 하부 케이스(310)는 배터리 셀 적층체(100G)의 하단에 위치할 수 있다. 하부 케이스(310)는 배터리 셀 적층체(100G)를 지지할 수 있다. 상부 케이스(330)는 벤트(200)의 상단에 위치할 수 있다. 실시 예에서, 벤트(200)는 상부 케이스(330)와 독립된 부품으로 제조되거나, 또는 상부 케이스(330)에 결합된 일체의 부품으로 제조될 수 있다. 벤트(200)가 독립된 부품으로 제조된 경우, 볼트, 클램프, 접착제 등의 방식을 통해 벤트(200)는 상부 케이스(330)에 결합될 수 있다.
하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330)는 서로 결합될 수 있다. 실시 예에서, 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330) 각각에는 배터리 셀 적층체(100G)의 측면을 감싸는 사이드 플레이트들이 결합될 수 있다. 사이드 플레이트들 각각은 배터리 셀 적층체(100G)의 외측면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 적층체(100G)의 외측면은 배터리 셀 적층체(100G)의 표면 중 XZ 평면 또는 YZ 평면일 수 있다. 실시 예에서, 사이드 플레이트는 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330)와 독립된 부품으로 제조되거나, 또는 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330) 중 적어도 하나에 결합된 일체의 부품으로 제조될 수 있다. 사이드 플레이트가 독립된 부품으로 제조된 경우, 볼트, 클램프 등의 방식을 통해 사이드 플레이트가 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330) 각각에 결합될 수 있다.
이하에서는 본 개시의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 실시 예에 따른 벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b을 참조하면, 벤트(200)는 배터리 셀 적층체(100G)의 상단에 배치될 수 있다. 즉, 벤트(200)는 배터리 셀(100)의 상단에 배치될 수 있다.
벤트(200)는 격벽(210a, 210b)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 벤트(200)는 상부 플레이트(230)를 더 포함할 수 있다. 상부 플레이트(230)의 하단에는 복수의 격벽(210a, 210b)이 -Z축 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상부 플레이트(230)는 복수의 격벽(210a, 210b)을 지지할 수 있다. 복수의 격벽(210a, 210b)은 서로 이격될 수 있다. 복수의 격벽(210a, 210b) 사이의 거리는 오차 범위 내에서 같을 수 있다. 실시 예에서, 상부 플레이트(230)는 상부 케이스(330)로 대체될 수 있다.
격벽(210a, 210b)은 유로(220a, 220b)를 형성할 수 있다. 유로(220, 220b)는 서로 인접한 2개의 격벽들(210a, 210b) 사이의 공간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(221a, 221b)는 서로 인접한 제1 격벽(211a, 211b) 및 제2 격벽(212a, 212b) 사이의 공간이고, 제2 유로(222a, 222b)는 서로 인접한 제2 격벽(212a, 212b) 및 제3 격벽(213a, 213b) 사이의 공간일 수 있다.
실시 예에서, 복수의 유로들(220a, 220b) 중 어느 하나의 유로는 벤트(200) 내 다른 하나의 유로와 연결되지 않을 수 있다. 즉, 유로들(220a, 220b)은 격벽(210a, 210b)에 의해 서로 연통되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(221a, 221b) 및 제2 유로(222a, 222b)는 제2 격벽(212a, 212b)에 의해 서로 독립적인 공간으로 구분될 수 있다.
유로(220a, 220b)는 대응되는 배터리 셀(100)의 상단에 위치할 수 있다. 하나의 유로(220a, 220b)에 대응되는 배터리 셀(100)의 개수는 하나 이상일 수 있다. 즉, 유로(220a)의 개수 및 배터리 셀(100)의 개수는 1:N의 대응관계를 가질 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 자연수이다.
실시 예에서, 격벽(210a, 210b) 또는 유로(220a, 220b)의 높이(H1)는 기준 값 이상일 수 있다. 높이(H1)는 Z축 방향의 길이일 수 있다. Z축 방향은 배터리 셀(100)의 적층 방향인 Y축 방향과 수직한 방향일 수 있다. 예를 들어, 기준 값은 1mm일 수 있다. 다만, 이는 일 실시 예일 뿐이며, 기준 값은 2mm, 3mm 등 다양한 값으로 변형되어 실시될 수 있다. 이에 따라, 유로(220a, 220b)의 공간을 충분히 확보하여 배터리 셀(100)로부터 발생된 가스 등을 효과적으로 배출할 수 있다.
실시 예에서, 격벽(210a, 210b) 또는 유로(220a, 220b)의 가로 길이(L1)는 배터리 셀(100)의 가로 길이(La)와 같거나 클 수 있다. 가로 길이(L1, La)는 X축 방향의 길이일 수 있다. 예를 들어, 제2 격벽(212a, 212b)의 가로 길이는 배터리 셀(100)의 가로 길이와 같거나 클 수 있다. 이에 따라, 제2 격벽(212a, 212b)은 서로 구분되는 독립적인 공간으로서 제1 유로(221a, 221b) 및 제2 유로(222a, 222b)를 형성할 수 있다.
실시 예에서, 도 2a를 참조하면, 유로(220a)의 개수 및 배터리 셀(100)의 개수는 1:1의 대응관계를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 유로(221a)는 제1 배터리 셀(101)의 상단에 위치하고, 제2 유로(222a)는 제2 배터리 셀(102)의 상단에 위치할 수 있다.
이를 위해, 유로(220a)의 폭 길이는 배터리 셀(100)의 폭 길이와 오차 범위 내에서 같을 수 있다. 유로(220a)의 폭 길이는 격벽(210a) 사이의 거리일 수 있다. 여기서, 폭 길이는 Y축 방향의 길이일 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(221a)의 폭 길이(W1a)는 제1 격벽(211a) 및 제2 격벽(212a) 사이의 거리일 수 있다. 이 경우, 제1 유로(221a)의 폭 길이(W1a) 및 제1 배터리 셀(101)의 폭 길이(Wa)의 차이는 기준 값 이하일 수 있다. 기준 값은 오차 범위로 설정된 값일 수 있다.
제1 유로(221a)는 제1 배터리 셀(101)로부터 유입된 가스 등을 외부로 배출할 수 있다. 즉, 제1 유로(221a)에 유입된 가스 등은 제2 유로(222a)를 경유하지 않고 제1 유로(221a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 같은 방식으로, 제2 유로(222a)는 제2 배터리 셀(102)로부터 유입된 가스 등을 외부로 배출할 수 있다.
실시 예에서, 도 2b를 참조하면, 유로(220b)의 개수 및 배터리 셀(100)의 개수는 1:2의 대응관계를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 유로(221b)는 제1 배터리 셀(101) 및 제2 배터리 셀(102)의 상단에 위치하고, 제2 유로(222b)는 제3 배터리 셀(103) 및 제4 배터리 셀(104)의 상단에 위치할 수 있다.
이를 위해, 유로(220b)의 폭 길이는 배터리 셀(100)의 폭 길이에 배터리 셀(100)의 개수를 곱한 값과 오차 범위 내에서 같을 수 있다. 여기서, 폭 길이는 Y축 방향의 길이일 수 있다. 유로(220b)의 폭 길이는 격벽(210b) 사이의 거리일 수 있다. 예를 들어, 제1 유로(221b)의 폭 길이(W1b)는 제1 격벽(211b) 및 제2 격벽(212b) 사이의 거리일 수 있다. 이 경우, 제1 배터리 셀(101)의 폭 길이(Wa) 및 제2 배터리 셀(102)의 폭 길이(Wa)를 합한 값과, 제1 유로(221b)의 폭 길이(W1b)의 차이는 기준 값 이하일 수 있다. 기준 값은 오차 범위로 설정된 값일 수 있다.
제1 유로(221b)는 제1 배터리 셀(101) 또는 제2 배터리 셀(102)로부터 유입된 가스 등을 외부로 배출할 수 있다. 즉, 제1 유로(221b)에 유입된 가스 등은 제2 유로(222b)를 경유하지 않고 제1 유로(221a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 같은 방식으로, 제2 유로(222b)는 제3 배터리 셀(103) 또는 제4 배터리 셀(104)로부터 유입된 가스 등을 외부로 배출할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 서로 구분되는 복수의 유로들(220a, 220b)을 통해, 배터리 셀(100)에서 발생되는 가스 등에 의해 이와 인접한 배터리 셀로 전이되는 현상을 억제할 수 있다. 이에 따라, 열전파에 의한 인접한 배터리 셀의 2차 발화의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)로부터 발생한 가스 등을 효과적으로 외부로 배출할 수 있다.
한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 2b와 같이 유로(220b)의 개수 및 배터리 셀(100)의 개수가 1:2의 대응관계를 갖는 벤트(200)를 가정하여 설명하도록 한다.
도 3은 실시 예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 셀(100)은 파우치 타입의 이차 전지일 수 있다. 파우치 타입은 유연하거나 플렉서블한 특성을 갖는 소재를 외장재(130)로 사용한 이차 전지일 수 있다.
배터리 셀(100)은 전극 조립체(110), 전극 탭(120), 및 외장재(130)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함할 수 있다. 음극 및 양극은 번갈아가면서 적층될 수 있다. 음극 및 양극 사이에는 분리막이 배치될 수 있다.
음극은 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 활물질은 리튬 이온이 흡장 및 탈리될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소계 물질, 리튬 합금, 규소(Si), 및 주석(Sn) 중 어느 하나일 수 있다. 양극은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은 리튬 이온이 삽입 및 탈리될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은 리튬 금속 산화물일 수 있다.
분리막은 음극 및 양극 간 전기적 접촉을 차단할 수 있다. 분리막은 리튬 이온 등의 이온이 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성될 수 있다. 전해질은 리튬 이온 등의 이온의 이동을 돕는 매개체로 기능하는 물질을 포함할 수 있다.
전극 탭(120)은 전극 조립체(110)의 양극에 전기적으로 연결되는 양극 탭 및 전극 조립체(110)의 음극에 전기적으로 연결되는 음극 탭을 포함할 수 있다.
전극 탭(120)은 일부분이 외부를 향해 돌출될 수 있다. 예를 들어, 양극 탭은 일부분이 +X축 방향으로 돌출되고, 음극 탭은 일부분이 -X축 방향으로 돌출될 수 있다.
외장재(130)는 전극 조립체(110)을 감쌀 수 있다. 외장재(130)는 전극 조립체(110)를 보호할 수 있다. 구체적으로, 전극 조립체(110)는 외장재(130)에 의해 형성되는 내부 공간에 수용될 수 있다.
외장재(130)는 실링부(131, 132)를 포함할 수 있다. 실링부(131, 132)는 접착제, 가열, 압착 등 다양한 방식으로 접합됨으로써 형성될 수 있다. 실링부(131, 132)는 제1 실링부(131) 및 제2 실링부(132)를 포함할 수 있다.
제1 실링부(131)는 전극 조립체(110)의 둘레를 따라 외장재(130)가 접합된 영역일 수 있다. 제2 실링부(132)는 제1 실링부(131)와 연결되는 영역이며, 제1 실링부(131)의 상단에 위치할 수 있다. 제2 실링부(132)는 폴딩된 상태로 고정될 수 있다.
실시 예에서, 도 2a 및 도 2b와 함께 설명한 배터리 셀(100)의 가로 길이(La)는 외장재(130)의 양끝단 사이의 길이(Lb)이거나, 전극 탭(120)의 양끝단 사이의 길이로 정의될 수 있다.
도 4 및 도 5는 실시 예에 따른 배터리 모듈의 일 단면을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 배터리 셀(100)이 Y축 방향으로 적층된 경우에 YZ 평면에 대한 배터리 모듈(10)의 단면을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)은 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330)가 형성하는 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀들(100) 및 벤트(200)를 포함할 수 있다. 벤트(200)는 복수의 배터리 셀들(100)의 상단에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)은 써멀 배리어(400)를 더 포함할 수 있다. 써멀 배리어(400)는 열전도율이 낮아 단열 특성을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 또한 써멀 배리어(400)는 고열 또는 화염에 견딜수 있는 내열성 또는 내화성을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 써멀 배리어(400)는 실리케이트, 운모, 유리섬유, 광물섬유 등의 적어도 하나의 소재를 포함할 수 있다.
써멀 배리어(400)는 복수의 배터리 셀들(100) 중 서로 인접한 배터리 셀들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 써멀 배리어(401)는 서로 인접한 제2 배터리 셀(102) 및 제3 배터리 셀(103) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 복수의 써멀 배리어들(400) 중 서로 인접한 써멀 배리어들 사이에는, 복수의 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 배터리 셀이 배치될 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 제1 써멀 배리어(401) 및 제2 써멀 배리어(402) 사이에는 제3 배터리 셀(103) 및 제4 배터리 셀(104)이 배치될 수 있다. 실시 예에서, 서로 인접한 제1 써멀 배리어(401) 및 제2 써멀 배리어(402) 사이에 배치되는 배터리 셀(100)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
실시 예에서, 써멀 배리어(400)는 복수의 격벽들(210b) 중 대응되는 격벽의 하단에 배치될 수 있다. 즉, 격벽(210b)은 복수의 써멀 배리어(400) 중 대응되는 써멀 배리어의 상단에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 써멀 배리어(401)는 제2 격벽(212b)의 하단에 배치되고, 제2 써멀 배리어(402)는 제3 격벽(213b)의 하단에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 써멀 배리어(401) 및 제2 격벽(212b) 사이와, 제2 써멀 배리어(402) 및 제3 격벽(213b) 사이에는 접착 부재가 각각 충진될 수 있다. 접착 부재는 내열성 또는 내화성을 갖는 소재를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 배터리 셀(100)은 외장재(130)가 접합되고 폴딩된 제2 실링부(132)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은 제2 실링부(132)가 벤트(200)를 향하도록 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(330)가 형성하는 내부 공간에 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 벤트(200)는 하부 플레이트(250)를 더 포함할 수 있다.
하부 플레이트(250)는 복수의 격벽들(210b) 각각에 수직한 방향으로 복수의 격벽들(210b) 각각에 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(250)는 복수의 격벽들(210b) 각각의 하단에 연결될 수 있다.
하부 플레이트(250)는 복수의 유로들 각각에 대한 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다. 여기서, 홀은 하부 플레이트(250)에서 관통된 영역일 수 있다.
한편, 본 개시의 벤트(200)는 도 5와 같이 홀이 형성된 하부 플레이트(250)를 포함하거나, 또는 도 4와 같이 하부 플레이트(250)가 생략된 구조로 실시될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 실시 예에 따른 배터리 모듈의 다른 단면을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 8은 배터리 셀(100)이 Y축 방향으로 적층된 경우에 XZ 평면에 대한 배터리 모듈(10)의 단면을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 벤트(200)는 격벽(210b) 및 상부 플레이트(230)를 포함할 수 있다. 격벽(210b) 및 상부 플레이트(230)에 의해 유로(220)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 유로(220)는 격벽(210b), 상부 플레이트(230) 및 배터리 셀(100)을 경계로 하는 공간일 수 있다.
외부 충격 등에 의해 배터리 셀(100)의 내부에서 가스 등이 발생할 수 있다. 가스의 압력, 물리적 손상 등에 의해 배터리 셀(100)의 외장재(130)가 손상될 경우, 배터리 셀(100) 내부의 가스는 외부로 분출될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)로부터 분출된 가스는 화살표와 같이 배터리 셀(100)의 상단에 위치한 유로(220)로 유입될 수 있다. 유로(220)로 유입된 가스는 배출구(270)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출구(270)는 X축 방향으로 형성된 유로(220)의 양끝단에 형성될 수 있다. 한편, 배출구(270)의 위치 및 개수는 다양하게 변형되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 배출구(270)는 상부 플레이트(230)에 형성될 수 있다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 벤트(200)는 격벽(210b), 상부 플레이트(230) 및 하부 플레이트(250)를 포함할 수 있다. 격벽(210b), 상부 플레이트(230) 및 하부 플레이트(250)에 의해 유로(220)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 유로(220)는 격벽(210b), 상부 플레이트(230) 및 하부 플레이트(250)를 경계로 하는 공간일 수 있다.
한편, 하부 플레이트(250)에는 홀(260)이 형성될 수 있다. 홀(260)은 배터리 셀(100) 및 유로(220) 사이의 경계 영역일 수 있다. 즉, 홀(260)을 통해 배터리 셀(100)로부터 발생된 가스 등이 유로(220) 내부로 유입될 수 있다.
실시 예에서, 홀(260)은 원형, 타원형 또는 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다각형과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
실시 예에서, 홀(260)의 위치 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 홀(260)은 하부 플레이트(250)의 양끝단에 가까운 위치에 각각 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 도 8과 같이 홀(260)은 하부 플레이트(250)의 중앙에 형성될 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 실시 예에 따른 배터리 팩의 단면을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10) 및 팩 하우징(20)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 팩 하우징(20)에 수용될 수 있다. 팩 하우징(20)에 수용되는 배터리 모듈(10)은 하나 이상일 수 있다. 배터리 모듈(10)은 팩 하우징(20)에 배치되어 볼트 등을 통해 팩 하우징(20)에 장착될 수 있다.
팩 하우징(20)은 프레임(21)을 포함할 수 있다. 프레임(21)은 배터리 모듈(10)을 수용하기 위한 공간을 형성할 수 있다. 프레임(21)은 배기 통로(22, 23)를 형성할 수 있다. 즉, 팩 하우징(20)은 배기 통로(22, 23)를 포함할 수 있다. 배기 통로(22, 23)는 배터리 모듈(10)을 수용하기 위한 공간과 연결될 수 있다.
실시 예에서, 배기 통로(22, 23)는 제1 배기 통로(22)를 포함할 수 있다. 제1 배기 통로(22)는 배터리 모듈(10)에 포함된 유로(220)에 배출구(270)를 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 배기 통로(22)는 배터리 모듈(10)에 포함된 모든 배출구들(270) 중에서 같은 측단에 형성된 배출구들과 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 실시 예에서, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀들은 X축 방향으로 적층될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)에 포함된 유로들(220)은 적층 방향과 수직한 Y축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 유로들(220)은 Y축 방향으로 더 긴 형상을 가질 수 있다.
제1 배기 통로(22)는 유로들(220)에 연결될 수 있다. 제1 배기 통로(22)는 배터리 모듈(10)의 일측단에 위치할 수 있다. 제1 배기 통로(22)는 유로들(220)의 방향과 수직한 X축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 배기 통로(22)는 X축 방향으로 더 긴 형상을 가질 수 있다.
제1 배기 통로(22)는 팩 하우징(20)의 배기 홀에 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)에서 발생된 가스 등은 벤트(200) 내 대응되는 유로(220), 제1 배기 통로(22), 및 배기 홀을 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀들(100) 중 어느 하나의 배터리 셀에서 발생된 가스는, 대응되는 유로(220), 제1 배기 통로(22)를 순차적으로 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
도 11을 참조하면, 실시 예에서, 배기 통로(22, 23)는 제2 배기 통로(23)를 더 포함할 수 있다. 제2 배기 통로(23)는 제1 배기 통로(22)와 수직하는 방향으로 연결될 수 있다.
배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀들은 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)에 포함된 유로들(220)은 적층 방향과 수직한 X축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 유로들(220)은 X축 방향으로 더 긴 형상을 가질 수 있다.
제1 배기 통로(22)는 유로들(220)에 연결될 수 있다. 제1 배기 통로(22)는 배터리 모듈(10)의 일측단에 위치할 수 있다. 제1 배기 통로(22)는 유로들(220)의 방향과 수직한 Y축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 배기 통로(22)는 Y축 방향으로 더 긴 형상을 가질 수 있다.
제2 배기 통로(23)는 제1 배기 통로(22)에 연결될 수 있다. 제2 배기 통로(23)는 제1 배기 통로(22)의 방향과 수직한 X축 방향으로 형성될 수 있다.
제2 배기 통로(23)는 팩 하우징(20)의 배기 홀에 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)에서 발생된 가스 등은 벤트(200) 내 대응되는 유로(220), 제1 배기 통로(22), 제2 배기 통로(23), 배기 홀을 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀들(100) 중 어느 하나의 배터리 셀에서 발생된 가스는, 대응되는 유로(220), 제1 배기 통로(22), 및 제2 배기 통로(23)를 순차적으로 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
20: 팩 하우징
100: 배터리 셀
200: 벤트
300: 모듈 케이스

Claims (13)

  1. 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들;
    상기 복수의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 복수의 배터리 셀들의 상단에 위치하는 벤트;를 포함하고,
    상기 벤트는,
    상기 복수의 배터리 셀들이 적층된 일 방향 및 상기 모듈 케이스의 높이방향에 수직인 방향을 따라 서로 구분되는 복수의 유로들을 형성하는 복수의 격벽들을 포함하는, 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 서로 인접한 배터리 셀들 사이에 각각 배치되는 복수의 써멀 배리어들;을 더 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 써멀 배리어 각각은,
    상기 복수의 격벽들 중 대응되는 격벽의 하단에 배치되는, 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 써멀 배리어들 중 서로 인접한 써멀 배리어들 사이에는,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀이 배치되는, 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각은, 외장재가 접합되고 폴딩된 실링부를 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각은, 상기 실링부가 상기 벤트를 향하도록 배치되는, 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 격벽들 각각은,
    상기 모듈 케이스의 높이방향으로 기준 값 이상의 높이를 갖는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벤트는, 상기 복수의 격벽들 각각에 수직한 방향으로 상기 복수의 격벽들 각각에 연결된 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 하부 플레이트는, 상기 복수의 유로들 각각에 대한 적어도 하나의 홀을 포함하는, 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 상기 어느 하나의 유로에 대응되는 배터리 셀로부터 유입된 가스를 외부로 배출하는, 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는,
    상기 벤트 내에서 상기 복수의 유로들 중 다른 하나의 유로와 연결되지 않는, 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
    상기 벤트는, 일체의 부품으로서 상기 상부 케이스에 결합되는, 배터리 모듈.
  11. 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들, 및 상기 복수의 배터리 셀들의 상단에 위치하는 벤트를 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈들; 및
    상기 복수의 배터리 모듈들을 수용하는 팩 하우징;을 포함하고,
    상기 벤트는, 상기 복수의 배터리 셀들이 적층된 일 방향 및 상기 모듈 케이스의 높이방향에 수직인 방향을 따라 서로 구분되는 복수의 유로들을 형성하는 복수의 격벽들을 포함하고,
    상기 팩 하우징은, 상기 복수의 유로들 각각에 연결된 배기 통로를 포함하는, 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 유로들 중 어느 하나의 유로는,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 대응되는 배터리 셀로부터 유입된 가스를 상기 배기 통로를 통해 외부로 배출하는, 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 배기 통로는,
    상기 복수의 유로들 각각에 연결된 제1 배기 통로 및 상기 제1 배기 통로와 수직하는 방향으로 연결된 제2 배기 통로를 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 어느 하나의 배터리 셀에서 발생된 가스는,
    상기 복수의 유로들 중 상기 어느 하나의 배터리 셀에 대응되는 유로, 상기 제1 배기 통로, 및 상기 제2 배기 통로를 순차적으로 통과하여 외부로 배출되는, 배터리 팩.
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