KR102674208B1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

내부 공간을 갖는 하우징; 하우징의 내부 공간에 수용되며 복수의 배터리 셀 및 복수의 열 차단 부재가 적층된 셀 적층체; 및 셀 적층체의 적어도 일 측면에 대향하는 버스바 프레임, 및 버스바 프레임에 결합되며 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 어셈블리를 포함하고, 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는 버스바 프레임에 삽입되어 상기 복수의 버스바 사이의 전기적 단락을 방지하는 연장부를 포함하는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK COMPRISING THE SAME}
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.
이러한 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 있어서, 어느 한 배터리 셀과 다른 배터리 셀의 전기적 연결은 각각의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 도전성 버스바(Busbar)들을 통해서 이루어질 수 있다. 복수의 버스바들은 상호 간에 미세한 전류가 통하거나 단락이 발생하지 않도록 소정의 간격(예를 들어, 안전 거리)을 두고 배터리 모듈 내부에 배치될 수 있다. 버스바 프레임(Busbar frame)은 소정의 강성을 가지는 비도전성 재료(예를 들어, 플라스틱)를 포함하고, 복수의 버스바들을 구조적으로 지지하도록 구비된다. 복수의 버스바들은 버스바 프레임에 고정되어, 외부의 충격이나 진동이 가해지는 상황에서도 버스바들 사이의 안전 거리가 유지될 수 있다.
배터리 모듈 내부의 일부 배터리 셀에 단락 발생 등의 문제가 생겨 배터리 셀의 온도가 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주(Thermal runaway) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 열 폭주 현상 등에 의해 배터리 모듈 내부에 고온 또는 고압의 가스나 화염이 발생되는 경우, 상대적으로 열에 취약한 버스바 프레임이 붕괴되면서 버스바 사이의 안전 거리가 유지되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 버스바 프레임이 붕괴되어 더 이상 버스바를 지지하지 못하게 됨에 따라 버스바 사이 간격이 안전 거리보다 짧아져 버스바들 사이에 전기적 단락이 발생할 수 있으며, 이러한 버스바들 사이의 전기적 단락에 의해 인접한 배터리 셀로 급격한 열 전파가 발생할 위험이 있다. 이에 따라 배터리 셀들의 연쇄적 발화 또는 폭발 등의 안전 사고로 이어질 수 있다.
한편, 배터리 모듈 내부에 복수의 배터리 셀들을 배치할 때, 일부 배터리 셀의 열 폭주가 발생하여도 다른 배터리 셀로 열이 전달되는 것을 늦추기 위해 배터리 셀들 사이에 단열성 패드(또는 단열성 시트)가 더 구비될 수 있다. 다만, 이러한 단열성 패드로 배터리 셀들 사이의 열 전달을 지연하더라도, 버스바들 사이의 전기적 단락을 방지할 수는 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일부 배터리 셀에서 열 폭주 상황이 발생하더라도 버스바들 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 모듈 내부의 고온 또는 고압의 가스나 화염으로 인해 버스바 프레임이 붕괴하더라도, 버스바들 사이의 간격을 유지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 적어도 일부가 버스바 프레임에 삽입되는 열 차단 부재를 이용하여, 버스바들 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 버스바 프레임보다 용융점이 높은 재료를 포함하는 열 차단 부재를 이용하여, 버스바들 사이의 간격을 유지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 실시예들에서, 내부 공간을 갖는 하우징; 하우징의 내부 공간에 수용되며 복수의 배터리 셀 및 복수의 열 차단 부재가 적층된 셀 적층체; 및 셀 적층체의 적어도 일 측면에 대향하는 버스바 프레임, 및 버스바 프레임에 결합되며 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 어셈블리를 포함하고, 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는 버스바 프레임에 삽입되어 상기 복수의 버스바 사이의 전기적 단락을 방지하는 연장부를 포함하는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 열 차단 부재의 연장부는 버스바 프레임보다 용융점이 높은 재료를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 연장부의 재료는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 연장부는 복수의 버스바 중 서로 이웃하는 두 버스바 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 연장부의 단부는 복수의 버스바보다 하우징을 향하는 방향으로 더욱 돌출되도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임의 일면은 셀 적층체와 마주보게 배치되고, 버스바 프레임의 일면과 반대되는 타면에 복수의 버스바가 배치될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임은 일면에서부터 타면까지 관통되는 복수의 삽입 홀을 포함하며, 열 차단 부재의 연장부는 복수의 삽입 홀에 삽입되어 버스바 프레임을 관통할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는 전극조립체 및 전극조립체를 감싸는 파우치를 포함하는 셀 바디부; 및 전극조립체와 연결되며 파우치의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재는 셀 바디부와 제1 방향으로 마주보게 배치되는 열 차단 바디부; 및 열 차단 바디부로부터 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 연장부를 포함하며, 연장부의 제1 방향 및 제2 방향과 모두 수직한 제3 방향의 길이는 열 차단 바디부의 제3 방향 길이와 같거나 더 작게 구비될 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 바디부의 제2 방향의 길이 및 제3 방향의 길이는 각각 셀 바디부의 제2 방향의 길이 및 제3 방향의 길이와 같거나 더 크게 구비될 수 있다.
실시예들에서, 하우징은 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트를 포함하며, 셀 적층체에 포함되는 복수의 배터리 셀 및 복수의 열 차단 부재는 하부 플레이트와 수직하는 제1 방향으로 적층될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임은 셀 적층체의 양측에 각각 배치되는 제1 버스바 프레임 및 제2 버스바 프레임을 포함하며 복수의 열 차단 부재는 제1 버스바 프레임에 삽입되는 연장부를 가지는 하나 이상의제1 열 차단 부재 및 제2 버스바 프레임에 삽입되는 연장부를 가지는 하나 이상의 제2 열 차단 부재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 제1 열 차단 부재의 연장부와 하나 이상의 제2 열 차단 부재의 연장부는 서로 반대되는 방향으로 연장될 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 제1 열 차단 부재와 하나 이상의 제2 열 차단 부재는 하나 이상의 배터리 셀을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며, 셀 적층체의 적층 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임은 셀 적층체의 양측에 각각 배치되는 제1 버스바 프레임 및 제2 버스바 프레임을 포함하며, 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는 제1 버스바 프레임에 삽입되는 제1 연장부 및 제2 버스바 프레임에 삽입되는 제2 연장부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 연장부는 제1 버스바 프레임에 결합되는 복수의 버스바 중 서로 이웃하는 두 버스바 사이에 배치되며, 제2 연장부는 제2 버스바 프레임에 결합되는 복수의 버스바 중 어느 하나의 버스바를 관통하도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임은 연장부의 단부를 감싸는 캡(Cap)을 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는 복수의 버스바 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 리드 탭을 포함하고, 복수의 버스바 중 적어도 하나는 리드 탭이 삽입되는 슬릿 홀을 포함하며, 리드 탭은 슬릿 홀에 접합되어 복수의 버스바 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예들에서, 리드 탭 중 적어도 일부는 상기 복수의 버스바 중 적어도 하나의 표면과 대향하도록 절곡될 수 있다.
실시예들에서, 내부 공간을 구비하는 하우징; 내부 공간에 수용되며, 복수의 배터리 셀 및 복수의 열 차단 부재가 제1 방향으로 적층된 하나 이상의 셀 적층체; 복수의 배터리 셀 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하고, 복수의 버스바는 셀 적층체와 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 마주보게 배치되는 제1 버스바; 및 제1 버스바와 제1 방향으로 이격되어 배치되는 제2 버스바를 포함하며, 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는 제2 방향으로 연장되어 제1 버스바 및 제2 버스바의 사이에 배치되는 연장부를 포함하는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 연장부의 단부는 제1 버스바 및 제2 버스바보다 제2 방향으로 더욱 돌출될 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 셀 적층체는 제1 방향 및 제2 방향과 모두 수직한 제3 방향으로 나란히 배열되는 제1 셀 적층체 및 제2 셀 적층체를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하우징은 제1 셀 적층체 및 제2 셀 적층체 사이에 배치되어 내부 공간을 구획하는 격벽을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체는 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나와 마주보는 압축 패드를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바와 하우징 사이에 배치되어, 버스바와 하우징 사이의 단락을 방지하는 절연 커버를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
실시예들에 따르면, 열 차단 부재의 적어도 일부가 버스바 프레임에 삽입되어, 배터리 모듈 내부의 열 폭주 상황에서 버스바들 사이의 간격을 안정적으로 유지할 수 있는 배터리 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 배터리 모듈은 버스바 프레임보다 용융점이 높은 재료로 이루어진 열 차단 부재를 포함하여, 배터리 모듈 내부에 고온 고압의 가스 또는 화염이 발생하더라도 버스바 어셈블리가 구조적으로 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에 따르면, 버스바 프레임이 구조적으로 붕괴되더라도 버스바들 사이의 간격이 적절히 유지되어, 버스바들 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 배터리 모듈은 열 차단 부재의 적어도 일부가 서로 이웃하는 버스바들 사이에 배치되어, 버스바들이 서로 접촉하는 것을 물리적으로 저지할 수 있다.
실시예들에 따르면, 배터리 모듈의 열 폭주 상황에서 버스바들 사이에 전기적 단락이 방지될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈의 전기적, 구조적 붕괴 및 배터리 셀들의 연쇄적인 발화를 방지할 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 실시예들에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예들에 따른 셀 적층체 및 버스바 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 4는 실시예들에 따른 셀 적층체 및 버스바 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 5는 실시예들에 따른 배터리 셀의 사시도이다.
도 6은 실시예들에 따른 연장부를 포함하는 열 차단 부재의 평면도이다.
도 7은 도 3의 I-I' 부분에 따른 단면도로, 실시예들에 따른 열 차단 부재의 배치를 설명하기 위한 예시적 단면도이다.
도 8은 실시예들에 따른 배터리 셀의 리드 탭 연결을 설명하기 위한 예시적 단면도이다.
도 9는 실시예들에 따른 복수의 연장부를 포함하는 열 차단 부재의 평면도이다.
도 10은 실시예들에 따른 복수의 연장부를 포함하는 열 차단 부재가 적용된 셀 적층체 및 버스바 어셈블리의 결합 단면도이다.
도 11은 도 10의 A 부분을 다른 각도에서 바라본 예시도이다.
도 12는 도 10의 B 부분을 다른 각도에서 바라본 예시도이다.
도 13은 실시예들에 따른 셀 적층체와 버스바 어셈블리의 결합 단면도이다.
도 14는 실시예들에 따른 배터리 팩의 일부 분해 사시도이다.
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 사시도이며, 도 2는 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)의 분해 사시도이다.
실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)은 복수의 배터리 셀(1210)을 포함하는 셀 적층체(1200, 셀 스택), 셀 적층체(1200)와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(1300), 셀 적층체(1200)가 수용되는 하우징(1100) 및 하우징(1100)과 셀 적층체(1200) 사이에 배치되는 절연 커버(1140)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하우징(1100)은 셀 적층체(1200)가 수용되는 내부 공간을 형성하는 모듈 프레임(1110) 및 모듈 프레임(1110)과 결합하는 엔드 플레이트(1120)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(1100)은 상부 플레이트(1111), 하부 플레이트(1112) 및 한 쌍의 측부 플레이트(1114)로 구성되는 모듈 프레임(1110)과 모듈 프레임(1110)의 개방된 양 단부를 폐쇄하는 한쌍의 엔드 플레이트(1120)를 포함할 수 있다.
하우징(1100)은 셀 적층체(1200) 및 기타 전장품을 외부 충격으로부터 보호하기 위해 소정의 강성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(1100)은 알루미늄 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.
하우징(1100)의 내부 공간에는 하나 이상의 셀 적층체(1200)가 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(1100) 내부 공간에는 복수의 셀 적층체(1200)가 수용될 수 있다.
실시예들에서, 하우징(1100)은 복수의 셀 적층체(1200) 사이에 배치되어 내부 공간을 구획하는 격벽(1113)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(1100)은 상부 플레이트(1111) 및 하부 플레이트(1112) 중 적어도 어느 하나에 연결되어 내부 공간을 구획하는 격벽(1113)을 포함할 수 있다. 상부 플레이트(1111), 하부 플레이트(1112) 및 격벽(1113)은 일체로 형성될 수 있으며, 이에 따라 모듈 프레임(1110)은 'I'자형 프레임을 포함할 수 있다. 모듈 프레임(1110)이 'I'자형 프레임으로 구비되는 경우, 격벽(1113)의 양 측면에는 각각 적어도 하나의 셀 적층체(1200)가 배치될 수 있다. 다만, 실시예들에 따른 하우징(1100)의 구조는 상술한 바에 한정되지 않으며, 적어도 하나의 셀 적층체(1200)가 수용될 수 있는 내부 공간이 구비될 수 있다면 어떠한 형상으로도 가능하다. 즉, 도 2에 도시된 사항은 예시일 뿐이며, 모듈 프레임(1110)은 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 모듈 프레임(1110)은 하부 플레이트(1112) 및 측부 플레이트(1114)가 일체로 형성되는 U자형 프레임이나, 또는 전면과 후면이 개방된 일체형 모노 프레임으로 구성될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)에 포함되는 셀 적층체(1200)는 복수의 배터리 셀(1210)과 복수의 셀 패드가 적층되어 형성될 수 있다. 셀 패드는 배터리 셀(1210)이 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있는 압축성 패드, 인접한 배터리 셀(1210) 사이의 열 폭주 전이를 차단할 수 있는 단열성 패드 등 다양한 종류의 패드를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀(1210)과 복수의 셀 패드는 다양한 방향으로 적층되어 셀 적층체(1200)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(1210)과 복수의 셀 패드는 하우징(1100)의 하부 플레이트(1112)에 수직한 방향으로 적층될 수 있다. 다만, 도 2는 예시일 뿐이며, 복수의 배터리 셀(1210)과 복수의 셀 패드는 하우징(1100)의 하부 플레이트(1112)에 수평한 방향으로 적층될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 하나 이상의 셀 적층체(1200)를 포함할 수 있다. 셀 적층체(1200)가 복수 개 구비되는 경우, 복수의 셀 적층체(1200)는 하우징(1100) 내부에 다양한 방법으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 셀 적층체(1200)는 하우징(1100)의 하부 플레이트(1112)에 수평한 방향으로 나란히 배열되어 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 복수 개의 셀 적층체(1200)는 배터리 셀들(1210)이 적층되는 방향(예를 들어, 도 2의 Z축 방향)과 수직하는 방향(예를 들어, 도 2의 Y축 방향)으로 나란히 배열될 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(1200)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1210)은 버스바 어셈블리(1300)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 셀 적층체(1200)가 구비되는 경우, 버스바 어셈블리(1300)도 복수 개 구비되어 각각의 셀 적층체(1200)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 셀 적층체(1200)들은 각각 서로 다른 버스바 어셈블리(1300)에 연결된 상태로 상호간 결합될 수 있다. 조립의 정확성 및 편의성을 위해, 버스바 어셈블리(1300)는 인접한 다른 버스바 어셈블리(1300)와 맞물리는 요철 형상의 결합 가이드부(1330)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2는 예시일 뿐이며, 복수의 셀 적층체(1200)는 일체로 형성되는 버스바 어셈블리(1300)에 각각 연결될 수도 있다.
도면에 도시되는 않으나, 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)은 버스바 어셈블리(1300)와 연결되는 센싱 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 센싱 모듈(미도시)은 온도 센서 또는 전압 센서 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀(1210)의 상태를 감지할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(1000)은 절연 커버(1140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(1120)와 버스바 어셈블리(1300) 사이에 절연 커버(1140)가 배치될 수 있다. 절연 커버(1140)는 절연성 재료를 포함할 수 있으며, 이에 따라 셀 적층체(1200)와 하우징(1100) 사이에 전기적 연결이 발생되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 절연 커버(1140)는 플라스틱 사출물로 형성될 수 있다. 절연 커버(1140)가 배치됨에 따라, 셀 적층체(1200)와 하우징(1100) 사이, 또는 버스바와 하우징(1100) 사이에 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 4를 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000)에 포함되는 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)를 상세히 설명한다.
도 3은 실시예들에 따른 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)의 결합 사시도이며, 도 4는 실시예들에 따른 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)의 분해 사시도이다. 도 5는 실시예들에 따른 배터리 셀(1210)의 사시도이다. 도 3 내지 도 5에서 설명되는 배터리 셀(1210), 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)는 앞서 도 1 내지 도2 에서 설명되는 배터리 셀(1210), 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)의 특징을 모두 포함하는 것으로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 배터리 모듈(예를 들어, 도 1 및 도 2의 1000)은 내부 공간에 셀 적층체(1200)를 하나 이상 포함할 수 있다. 셀 적층체(1200)는 하나 이상의 배터리 셀(1210) 및 하나 이상의 보조 부재(1220, 1230)가 적층되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(1200)는 복수의 배터리 셀(1210), 복수의 열 차단 부재(1230) 및 복수의 압축 패드(1220)가 적층되어 형성될 수 있다
실시예들에서, 셀 적층체(1200)는 하나 이상의 배터리 셀(1210)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(1210)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(1210)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로 구성될 수 있다. 실시예들에서, 배터리 셀(1210)은 복수 개가 나란히 적층된 채 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 하나의 셀 적층체(1200)를 구성할 수 있다.
실시예들에 따른 셀 적층체(1200)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1210)은, 도 5에 도시된 바와 같이 파우치형(Pouch-type) 배터리 셀(1210)일 수 있다.
도 5를 참고하면, 파우치형 배터리 셀(1210)은 파우치(1212) 내에 전극 조립체(1211)가 수용된 형태로 구성되는 셀 바디부(1213) 및 전극 조립체(1211)와 전기적으로 연결되며 파우치(1212)의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭(1215)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(1211)는 복수의 내부 전극판을 포함할 수 있다. 여기서, 내부 전극판은 양극판(미도시)과 음극판(미도시)으로 구성되며, 전극 조립체(1211)는 양극판(미도시)과 음극판(미도시)이 세퍼레이터(미도시)를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 복수의 양극판(미도시)과 복수의 음극판(미도시)에는 각각 내부 전극 탭(미도시)이 구비되며, 내부 전극 탭(미도시)은 서로 동일한 극성끼리 접촉하도록 연결될 수 있다. 서로 동일한 극성의 내부 전극 탭(미도시)은 상호간에 전기적으로 연결되어 리드 탭(1215)을 통해 파우치(1212)의 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 배터리 셀(1210)의 경우 2개의 리드 탭(1215)은 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 서로 동일한 방향을 향하되 길이 또는 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.
파우치(1212)는 전극 조립체(1211)를 감싸고 셀 바디부(1213)의 외관을 형성하며, 전극 조립체(1211) 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 파우치(1212)는 내부에 전극 조립체(1211)를 수용할 수 있도록 구비되며, 전극 조립체(1211)의 형상에 대응하여 사각 형상으로 구비될 수 있다
실시예들에서, 파우치(1212)는 한 장의 외장재가 폴딩되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 파우치(1212)는 한 장의 외장재를 반으로 폴딩하고, 그 사이에 전극 조립체(1211)가 수용되는 내부 공간을 구비한 형태로 구성될 수 있다. 외장재는 전극 조립체를 외부 환경으로부터 보호할 수 있는 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, Aluminum laminated film을 포함할 수 있다.
파우치(1212)의 가장자리에는 외장재가 상호 접합되어 실링부(1214)가 형성될 수 있다. 실링부(1214) 형성을 위한 외장재의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실링부(1214)는 리드 탭(1215)이 배치되는 위치에 형성되는 제1 실링부(1214a)와, 리드 탭(1215)이 배치되지 않는 위치에 형성되는 제2 실링부(1214b)로 구분될 수 있다. 실링부(1214)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(1214)의 면적을 최소화하기 위해, 실링부(1214)의 일부는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실링부(1214b)는 2회 이상 접힌 후 접착 부재에 의해 고정될 수 있다. 이때, 제2 실링부(1214b)의 내부에는 접착 부재가 충진될 수 있으며, 제2 실링부(1214b)는 접착 부재에 의해 복수 회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 접착 부재는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
파우치(1212)가 전극 조립체(1211)의 일측 가장자리를 따라 접히는(폴딩되는) 면에는 실링부(1214)가 형성되지 않을 수 있다. 파우치(1212)가 전극 조립체(1211)의 일측 가장자리를 따라 접히는 부분을 실링부(1214)와 구분하기 위해 폴딩부(1216)라고 정의한다. 즉, 파우치(1212)형 배터리 셀(1210)은 파우치(1212)의 가장자리 4면 중 3면에서 실링부(1214)가 형성되며, 나머지 한쪽 면에서 폴딩부(1216)가 형성되는 3면 실링 파우치 형태를 가질 수 있다.
다만, 실시예들에 따른 배터리 셀(1210)은 도 5에 도시된 3면 실링 파우치 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 서로 다른 외장재를 겹쳐 파우치를 형성하고, 파우치 둘레의 4면 모두에 실링부가 형성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 실링부는 리드 탭이 배치되는 두 면의 실링부, 그리고 리드 탭이 배치되지 않는 다른 두 면의 실링부로 구성될 수 있다.
이상의 설명에서, 실시예들에 따른 배터리 셀(1210)로서 파우치형 배터리 셀(1210)이 사용되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 배터리 셀(1210)은 전술한 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니며, 캔형 배터리 셀로 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 캔형 배터리 셀은 적층되어 셀 적층체(1200)를 이룰 수 있도록 사각단면을 가질 수 있다. 사각 단면의 캔형 배터리 셀에서, 각각의 전극은 배터리 셀의 측면에 위치하여 버스바 어셈블리(1300)에 연결될 수 있다.
계속해서 도 3 및 도 4를 참고하여 실시예들에 따른 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)를 설명한다.
실시예들에 따른 셀 적층체(1200)는 배터리 셀(1210) 외에 다양한 종류의 보조 부재(1220, 1230)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(1200)는 복수의 배터리 셀(1210), 복수의 압축 패드(1220) 및 복수의 열 차단 부재(1230)가 적층되어 형성될 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 셀 적층체(1200)는 예시일 뿐이며, 실시예들에 따른 셀 적층체(1200)는 압축 패드(1220) 및 열 차단 부재(1230) 외에 다른 종류의 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 복수 개의 압축 패드(1220)가 배터리 셀(1210)과 함께 적층될 수 있다. 압축 패드(1220)는 배터리 셀(1210)과 대면하도록 배치될 수 있다. 압축 패드(1220)는 외부 충격으로부터 배터리 셀(1210)을 보호하거나, 또는 배터리 셀(1210)의 팽창에 따른 팽창 압력을 흡수할 수 있도록 구비될 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(1210)의 스웰링으로 인한 두께 팽창을 억제하여 셀 적층체(1200)의 외형 변화를 줄일 수 있으며, 스웰링 현상으로 인한 배터리 셀(1210)의 성능 저하를 방지할 수 있다. 이를 위해, 압축 패드(1220)는 배터리 셀(1210)의 팽창 압력을 흡수할 수 있는 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 폴리 우레탄 계열의 소재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 복수 개의 열 차단 부재(1230)가 배터리 셀(1210)과 함께 적층될 수 있다. 열 차단 부재(1230)는 배터리 셀(1210) 또는 압축 패드(1220) 중 적어도 하나와 대면하도록 배치될 수 있다. 열 차단 부재(1230)는 이웃하는 배터리 셀들(1210) 사이에 화염이나 고온의 열 에너지가 전파되는 것을 차단하여, 셀 적층체(1200) 내부에서 연쇄적 발화 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 열 차단 부재(1230)는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 여기서 내열성은 섭씨 600도 이상의 온도에서도 용융되지 않고 형상이 변하지 않는 성질을 의미할 수 있으며, 단열성은 열 전도도가 1.0W/mK 이하인 성질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 운모(Mica), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다. 다만, 열 차단 부재(1230)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(1210)의 열 폭주 상황에서 그 형상을 유지하고, 인접한 다른 배터리 셀(1210)에 열이나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)는 배터리 셀(1210)과 나란히 적층될 수 있도록 판형 시트 또는 판형 패드의 형태를 가질 수 있다. 다만, 열 차단 부재(1230)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 열 차단 부재(1230)를 사이에 두고 서로 이웃하는 배터리 셀들(1210) 사이에 열 전파를 차단할 수 있다면 어떠한 형상으로도 이루어질 수 있다.
실시예들에서, 압축 패드(1220) 또는 열 차단 부재(1230)는 셀 적층체(1200) 내에 복수 개가 구비될 수 있으며, 서로 이웃하는 배터리 셀(1210) 사이에 배치되거나 셀 적층체(1200)의 가장자리에 배치될 수 있다. 다만, 압축 패드(1220) 또는 열 차단 부재(1230)의 위치는 상술한 바에 한정되지 않으며, 필요에 따라 배터리 모듈 내부에 적절히 배치될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 셀 적층체(1200)는 압축 패드(1220), 네 개의 배터리 셀들(1210), 압축 패드(1220), 열 차단 부재(1230) 순으로 적층된 모습을 나타내고 있으나, 셀 적층체(1200)를 구성하는 각 구성요소(즉, 배터리 셀 및 다양한 패드들)의 적층 순서는 적절히 변경될 수 있으며, 도시된 바에 한정되지 않는다.
실시예들에서, 셀 적층체(1200)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1210)은 버스바 어셈블리(1300)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바 어셈블리(1300)는 셀 적층체(1200)와 마주보게 배치되는 버스바 프레임(1320) 및 버스바 프레임(1320)에 배치되어 복수의 배터리 셀(1210) 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(1310)를 포함할 수 있다.
버스바(1310)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(1210)을 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 버스바 프레임(1320)은 버스바(1310)가 배터리 셀(1210)과 안정적으로 연결되도록 지지할 수 있다. 즉, 버스바(1310)는 버스바 프레임(1320)에 고정된 상태로 배터리 셀(1210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(1320)은 일면이 셀 적층체(1200)를 커버하도록 배치되며, 버스바 프레임(1320)의 타면에는 복수의 버스바(1310)가 배터리 셀(1210)과 전기적으로 연결된 채 고정될 수 있다.
버스바 프레임(1320)은 외부의 충격이나 진동 상황에서 버스바(1310)를 구조적으로 고정시킬 수 있도록 구비된다. 예를 들어, 버스바 프레임(1320)은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 변성 폴리페닐렌옥사이드(MPPO) 등 가벼우면서도 우수한 기계적 강도를 가지는 플라스틱 소재를 포함할 수 있으며, 이에 따라 절연성을 확보하면서 버스바(1310)를 구조적으로 지지할 수 있다.
실시예들에서, 버스바(1310)는 복수 개 구비되어 배터리 셀(1210) 적층 방향을 따라 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 버스바(1310)는 버스바 프레임(1320)에 구비된 안착부(1321)에 배터리 셀(1210)의 적층 방향을 따라 소정의 간격을 가지고 나란히 배치될 수 있다. 버스바 프레임(1320)은 버스바(1310)를 구조적으로 지지하여 소정의 간격을 유지할 수 있도록 한다. 버스바 프레임(1320)이 절연성 재료로 형성되므로, 소정의 간격을 가지고 고정 배치되는 복수의 버스바(1310) 상호 간은 전기적으로 분리될 수 있다.
버스바(1310)는 다양한 방법으로 버스바 프레임(1320)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스바(1310)는 열 융착 공정이나 또는 인서트 사출 공정에 의해 버스바 프레임(1320)에 고정될 수 있다.
배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 버스바(1310)의 슬릿 홀(1312)에 삽입되어 버스바(1310)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 적어도 일부가 버스바(1310)의 슬릿 홀(1312)에 삽입될 수 있다. 리드 탭(1215)은 레이저 용접 등의 공정에 의해 슬릿 홀(1312)에 삽입된 상태로 접합될 수 있으며, 리드 탭을 통해 버스바(1310)와 배터리 셀(1210)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 버스바 프레임(1320)에도 버스바(1310)의 슬릿 홀(1312, 이하, 제1 슬릿 홀이라고 함)과 대응되는 위치에 슬릿 홀(1322, 이하, 제2 슬릿 홀이라고 함)이 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 제1 슬릿 홀(1312)과 제2 슬릿 홀(1322)을 모두 관통하여 버스바(1310) 어셈블리(1300)에 연결될 수 있다.
한편, 복수의 버스바(1310) 중 일부는 외부와의 전기적 접속에 이용되는 접속 단자(1311)를 구비할 수 있으며, 접속 단자(1311)는 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 하우징(예를 들어, 도 2의 1100)의 외부로 노출될 수 있다.
셀 적층체(1200)에 포함된 배터리 셀(1210)에서 열 폭주 상황이 발생되는 경우, 셀 적층체(1200) 내부에서 고온의 열 에너지, 가스 또는 화염이 발생될 수 있다. 이에 따라 셀 적층체(1200)와 인접한 버스바 어셈블리(1300)도 고온의 환경에 노출된다. 버스바 어셈블리(1300)의 내부 온도가 일정 수준 이상 올라가게 될 경우, 버스바 어셈블리(1300)를 형성하는 재료의 변형이 초래될 우려가 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(1320)이 섭씨 200도 이상의 고온에서 변형되는 재료를 포함할 경우, 배터리 셀(1210)의 발화시 버스바 프레임(1320)이 녹아 내려 더 이상 버스바(1310)를 구조적으로 지지하지 못할 수 있다. 이러한 경우, 이웃한 어느 두 버스바(1310)가 서로 맞닿아 전기적 단락이 발생될 수 있으며, 이는 셀 적층체(1200)의 연쇄적 발화를 야기할 수 있다. 특히, 배터리 모듈 내에서 버스바(1310)들이 중력 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 나란히 배열되는 경우, 버스바 프레임(1320)의 붕괴에 따라 버스바(1310)들이 중력 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 흘러 내려 버스바(1310) 사이 단락될 위험이 더 높아지게 된다. 이를 방지하기 위해, 실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)는 열 폭주 상황 등 고온의 환경에서도 버스바(1310)들 사이의 단락을 방지할 수 있는 연장부(1232)를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)에 포함되는 연장부(1232)는 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)과 나란한 방향으로 연장되어 구비될 수 있다. 예를 들어, 셀 적층체(1200)에 포함되는 배터리 셀(1210)의 적층 방향을 제1 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 정의할 때, 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 제1 방향(도 4의 Z축 방향)과 다른 제2 방향(예를 들어, 도 4의 X축 방향)으로 연장되어 구비될 수 있으며, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)도 제2 방향(도 4의 X축 방향)으로 연장되어 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 방향과 제2 방향은 서로 교차할 수 있다. (이하의 설명에서, 셀 적층체(1200)에 포함되는 배터리 셀(1210)의 적층 방향을 제1 방향, 셀 적층체(1200)와 버스바(1310)가 서로 마주보는 방향을 제2 방향으로 정의하고, 제1 방향 및 제2 방향과 모두 교차하는 방향을 제3 방향으로 정의한다.)
실시예들에서, 연장부(1232)는 서로 이웃한 버스바(1310)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 어느 두 버스바(1310)는 버스바 프레임(1320) 상에서 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 그 사이 공간에 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 배치될 수 있다. 이에 따라 서로 이웃한 두 버스바(1310)는 연장부(1232)를 사이에 두고 버스바 프레임(1320)에 나란히 배치될 수 있다.
실시예들에서, 연장부(1232)는 버스바(1310)보다 하우징(도 2의 1100)을 향해 더욱 돌출되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 열 차단 부재(1230)의 열 차단 바디부(예를 들어, 도 6의 1231)로부터 제2 방향(예를 들어, 도 4의 X축 방향)으로 연장되어 구비되는 경우, 연장부(1232)의 단부는 버스바(1310) 보다 제2 방향(도 4의 X축 방향)으로 더욱 돌출되도록 구비될 수 있다.
연장부(1232)가 서로 이웃하는 버스바(1310) 사이에 배치되기 위해, 실시예들에 따른 연장부(1232)는 버스바 프레임(1320)에 삽입되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 버스바 프레임(1320)의 일면에서 타면까지 관통되어 형성되는 삽입 홀(1323)을 통과하여 서로 이웃하는 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 버스바 프레임(1320)을 관통하여 버스바 프레임(1320)의 타면에 배치되는 버스바(1310)의 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 통과하는 버스바 프레임(1320)의 삽입 홀(1323)은 버스바(1310)가 안착되는 안착부(1321)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 연장부(1232)는 버스바(1310)를 회피하여 버스바 프레임(1320)에 삽입되도록 구비될 수 있다. 다만, 삽입 홀(1323)의 위치는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 삽입 홀(1323)은 버스바(1310)가 안착되는 안착부(1321)에 형성될 수도 있다. 이 경우, 연장부(1232)는 버스바(1310) 및 버스바 프레임(1320)에 모두 삽입될 수 있으며, 이에 대해서는 도 10 등을 참고하여 후술한다.
계속하여 도 3 내지 도 5를 참고하여 설명하면, 실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 배터리 셀(1210)의 열 폭주 상황에서도 형상이 변형되지 않도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 열 차단 부재(1230)의 다른 부분과 마찬가지로 섭씨 600도 이상의 온도에서도 용융되지 않는 재료를 포함하여, 고온의 환경에서도 형상이 변하지 않고 버스바(1310) 사이에 위치할 수 있다.
즉, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 운모(Mica), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다. 다만, 연장부(1232)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(1210)의 열 폭주 상황에서 그 형상을 유지하고, 버스바 프레임(1320)에 삽입된 상태를 유지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다.
이에 따라 버스바(1310)를 지지하는 버스바 프레임(1320)이 배터리 셀(1210)의 열 폭주에 의해 변형되더라도, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 버스바들(1310) 사이에 접촉이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)는 열 폭주 상황에서 버스바(1310) 사이의 전기적 단락을 막아 배터리 모듈이 전기적으로 안정적인 구조를 유지할 수 있도록 한다.
실시예들에서, 셀 적층체(1200)에 포함되는 배터리 셀(1210) 및 열 차단 부재(1230)의 적층 방향은 중력 방향과 나란하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 셀 적층체(1200)의 적층 방향은 중력 방향일 수 있다. 배터리 모듈 내부의 화재 등에 의해 버스바 프레임(1320)이 열 변형되더라도, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 버스바(1310)가 중력 방향으로 흘러 내려 상호 접촉되는 것을 막을 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참고하여, 실시예들에 따른 연장부(1232)를 포함하는 열 차단 부재(1230)에 관해 계속 설명한다.
도 6은 실시예들에 따른 연장부(1232)를 포함하는 열 차단 부재(1230)의 평면도이며, 도 7은 도 3의 I-I' 부분에 따른 단면도로, 실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)의 배치를 설명하기 위한 예시적 단면도이다. 도 8은 실시예들에 따른 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215) 연결을 설명하기 위한 예시적 단면도이다. 도 6 내지 도 8에서 설명되는 배터리 셀(1210), 압축 패드(1220), 열 차단 부재(1230) 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 앞서 도 1 내지 도 5에서 설명되는 배터리 셀(1210), 압축 패드(1220), 열 차단 부재(1230) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(1000)에 관한 특징을 모두 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)는 배터리 셀(1210)과 마주보게 배치되는 열 차단 바디부(1231) 및 열 차단 바디부(1231)에서 연장되는 연장부(1232)를 포함한다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)는 복수 개가 적층되는 배터리 셀(1210)의 사이에 배치되어, 배터리 셀(1210) 사이의 열 전파를 차단할 수 있다. 열 전파를 효과적으로 차단하기 위해, 열 차단 부재(1230)는 배터리 셀(1210)에서 전극 조립체(예를 들어, 도 5의 1211)가 구비되는 영역인 셀 바디부(예를 들어, 도 5의 1213)를 커버할 수 있도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)의 열 차단 바디부(1231)는 배터리 셀(1210)의 셀 바디부(도 5의 1213)에 대응되는 형상으로 구비되되, 셀 바디부(도 5의 1213)보다 더 크게 구비될 수 있다. 즉, 열 차단 바디부(1231)의 제2 방향(도 6의 X축 방향) 길이 및 제3 방향(도 6의 Y축 방향) 길이는 셀 바디부(도 5의 1213)의 제2 방향(도 5의 X축 방향) 길이 및 제3 방향(도 5의 Y축 방향) 길이보다 각각 크거나 같게 구비될 수 있다. 이에 따라, 열 차단 부재(1230)는 그와 마주보는 셀 바디부(도 5의 1213)를 모두 덮어 배터리 셀(1210) 사이의 열 전파를 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 다만, 열 차단 부재(1230)의 크기는 상술한 바에 한정되지는 않으며, 필요에 따라 배터리 셀(1210)의 셀 바디부(도 5의 1213)보다 작게 구비될 수도 있다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 열 차단 바디부(1231)로부터 버스바 프레임(1320)을 향하는 방향으로 연장되어 구비될 수 있다. 연장부(1232)는 앞서 설명된 바와 같이, 버스바 프레임(1320)에 삽입될 수 있으며, 버스바 프레임(1320)을 관통하도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 연장부(1232)는 열 차단 바디부(1231)보다 좁은 폭(여기서 폭은 도 6의 Y축 방향의 길이를 의미할 수 있음)을 가지도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 연장부(1232)의 제3 방향(Y축 방향)의 길이(P2)는 열 차단 바디부(1231)의 제3 방향(Y축 방향)의 길이(P1)보다 작게 구비될 수 있다. 다만, 연장부(1232)의 폭은 상술한 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연장부(1232)는 열 차단 바디부(1231)와 동일한 크기의 폭을 가질 수도 있으며, 또는 버스바(1310) 사이의 접촉을 방지할 수 있을 정도의 크기라면 어떠한 크기로도 구비될 수 있다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 버스바 프레임(1320)에 삽입되어 서로 이웃하는 어느 두 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(1320)은 일면에서 타면까지 관통되어 형성되는 삽입 홀(1323)을 구비할 수 있으며, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 삽입 홀(1323)에 삽입되도록 구비될 수 있다. 실시예들에서, 연장부(1232)는 삽입 홀(1323)에 삽입되어 버스바 프레임(1320)을 완전히 관통하도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 버스바(1310)의 표면보다 하우징(예를 들어, 도 2의 1100)을 향하는 방향으로 더욱 돌출될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 버스바(1310)의 표면을 기준으로 연장부(1232)의 단부까지 거리를 d라고 정의할 때, d는 0 이상의 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 연장부(1232)를 사이에 두고 서로 이웃하는 두 버스바(1310)를 잇는 가상의 선은 연장부(1232)를 통과할 수 있다. 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 버스바(1310)보다 더욱 돌출되게 구비되므로, 열 폭주 상황에서 버스바(1310) 사이의 접촉을 확실히 차단할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리(1300)는 버스바 어셈블리(1300)의 양측에 배치되는 제1 버스바 어셈블리(1300a) 및 제2 버스바 어셈블리(1300b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 버스바 어셈블리(1300a)의 제1 버스바 프레임(1320a)이 셀 적층체(1200)의 일면을 커버할 수 있으며, 제2 버스바 어셈블리(1300b)의 제2 버스바 프레임(1320b)이 셀 적층체(1200)의 일면과 반대되는 타면을 커버할 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 제1 버스바 프레임(1320a) 및 제2 버스바 프레임(1320b) 중 적어도 어느 하나에 삽입되도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)는 복수 개 구비될 수 있으며, 복수의 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)는 서로 다른 버스바 프레임(1320)에 삽입되어 복수의 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 열 차단 부재(1230)는 제1 버스바 프레임(1320a)에 삽입되는 연장부(1232a)를 가지는 제1 열 차단 부재(1230a) 및 제2 버스바 프레임(1320b)에 삽입되는 연장부(1232b)를 가지는 제2 열 차단 부재(1230b)를 포함할 수 있다.
제1 버스바 프레임(1320a)과 제2 버스바 프레임(1320b)은 셀 적층체(1200)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치될 수 있으며, 이에 따라 제1 열 차단 부재(1230a)의 연장부(1232a)와 제2 열 차단 부재(1230b)의 연장부(1232b)는 서로 반대되는 방향으로 연장되어 구비될 수 있다.
제1 열 차단 부재(1230a)와 제2 열 차단 부재(1230b)는 하나 이상의 배터리 셀(1210)을 사이에 두고 교대로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 열 차단 부재(1230a)와 제2 열 차단 부재(1230b)는 각각 복수 개 구비되어 셀 적층체(1200) 내에서 배터리 셀(1210)의 적층 방향(예를 들어, Z축 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 버스바(1310)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 7을 참고하면, 리드 탭(1215)은 적어도 일부가 굽어져 형성된 벤딩부(1215a)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 벤딩부(1215a)는 리드 탭(1215) 중 'U'자 형상으로 벤딩된 부분일 수 있다. 벤딩부(1215a)는 리드 탭(1215)에 가해지는 충격이나 진동을 흡수할 수 있다. 벤딩부(1215a)가 구비됨에 따라 외부 충격이나 진동에 의한 리드 탭(1215)의 손상을 방지할 수 있으며, 리드 탭(1215)과 버스바의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 다양한 방식으로 버스바(1310)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(1210)의 리드 탭(1215)은 각각 버스바(1310)에 연결될 수 있다. 리드 탭(1215)은 버스바(1310)에 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 리드 탭(1215)과 버스바(1310) 사이의 접촉 면적을 늘리기 위해, 리드 탭(1215)은 버스바(1310)를 향해 적어도 일부가 절곡될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 리드 탭(1215)은 버스바(1310)에 중첩되어 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 극성의 리드 탭(1215)은 동일한 버스바(1310)에 중첩되어 연결될 수 있다. 즉, 동일한 극성의 리드 탭(1215)들을 벤딩하여 동일한 버스바(1310)에 정렬시킨 후, 이들을 용접하여 연결시킬 수 있다. 이 경우, 리드 탭(1215)의 중첩에 의해 용접 품질이 균일하지 못할 우려가 있으므로, 필요에 따라 용접 포인트는 복수 개 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 세 개의 리드 탭(1215)이 중첩되어 하나의 버스바(1310)와 연결되는 경우, 세 리드 탭(1215)이 모두 중첩되는 부분에서 제1 용접 포인트가 설정될 수 있으며, 어느 두 리드 탭(1215)이 중첩되는 부분에서 제2 용접 포인트가 설정될 수 있다. 이러한 방식으로 복수의 리드 탭(1215)을 효과적으로 버스바(1310)에 연결시킬 수 있다.
실시예들에서, 제1 열 차단 부재(1230a)와 제2 열 차단 부재(1230b) 사이에 배치되는 복수의 배터리 셀(1210)은 동일한 극성 방향으로 적층되어 서로 병렬 연결될 수 있다. 다만, 실시예들에 따른 배터리 셀(1210)들의 구체적인 연결 관계는 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 직렬 및 병렬을 포함한 다양한 방식으로 연결될 수 있다.
다른 실시예들에서, 열 차단 부재(1230)는 복수의 연장부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 버스바 어셈블리(1300)에 포함되는 복수의 열 차단 부재(1230) 중 적어도 하나는 서로 다른 방향으로 연장되는 복수의 연장부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 어느 한 열 차단 부재(1230)의 연장부들은 서로 다른 버스바 프레임(1320a, 1320b)에 배치되는 버스바들(1310)을 각각 지지할 수 있다 이하에서는 도 9 내지 도 12를 참고하여, 복수의 연장부가 구비된 열 차단 부재(1230)를 포함하는 배터리 모듈에 관하여 설명한다.
도 9는 복수의 연장부(1232, 1233)를 포함하는 열 차단 부재(1230)의 평면도이다. 도 10은 복수의 연장부(1232, 1233)를 포함하는 열 차단 부재(1230)가 적용된 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)의 결합 단면도이다. 도 11은 도 10의 A 부분을 다른 각도에서 바라본 예시도이며, 도 12는 도 10의 B 부분을 다른 각도에서 바라본 예시도이다. 도 9 내지 도 12에서 설명되는 열 차단 부재(1230), 배터리 셀(1210) 및 이들을 포함하는 배터리 모듈은 도 1 내지 도 8에서 설명되는 열 차단 부재(1230), 배터리 셀(1210) 및 이들을 포함하는 배터리 모듈(1000)의 특징을 모두 포함하되, 복수의 연장부(1232, 1233)와 관련된 기술적 특징이 더 추가되는 것이다. 따라서 도 1 내지 도 9과 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 열 차단 부재(1230)는 복수의 연장부(1232, 1233)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 열 차단 부재(1230)는 열 차단 바디부(1231)로부터 서로 다른 방향으로 연장되는 제1 연장부(1232) 및 제2 연장부(1233)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 연장부(1232)는 복수의 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 연장부(1233)는 복수의 버스바(1310) 중 어느 하나에 삽입되도록 배치될 수 있다.
실시예들에 따른 제1 연장부(1232)는 서로 이웃하는 어느 두 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 연장부(1232)는 버스바 프레임(1320)에 삽입되어, 배터리 셀(1210)의 적층 방향으로 서로 나란히 배치되는 두 버스바(1310) 사이에 배치될 수 있다. 여기서 설명되는 제1 연장부(1232)는 앞서 도 1 내지 도 9에서 설명되는 연장부(1232)와 동일한 기술적 특징을 가질 수 있다. 따라서 제1 연장부(1232)에 관한 상세한 사항은 도 1 내지 도 9의 연장부(1232)에 관한 설명을 참고할 수 있다.
실시예들에 따른 제2 연장부(1233)는 복수의 버스바(1310) 중 적어도 하나의 버스바(1310)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 연장부(1233)는 열 차단 부재(1230)와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보는 버스바(1310)에 삽입될 수 있다.
실시예들에서, 제2 연장부(1233)는 복수의 버스바(1310) 중 적어도 하나의 버스바(1310)를 관통하도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 10 또는 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 연장부(1233)는 제2 버스바 프레임(1320b)에 배치되며 열 차단 부재(1230)와 제2 방향으로 마주보는 버스바(1310)를 관통하도록 구비될 수 있다. 제2 연장부(1233)가 삽입되는 버스바(1310)는 제2 연장부(1233)가 삽입되는 삽입 홀을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 제2 연장부(1233)는 적어도 하나의 버스바(1310)에 삽입되어, 그 버스바(1310)가 열 폭주 상황에서 흘러 내리는 것을 방지할 수 있다. 즉, 고온의 열 에너지에 의해 버스바 프레임(1320)이 변형되더라도, 제2 연장부(1233)가 삽입되는 버스바(1310)는 제2 연장부(1233)에 의해 지지될 수 있으며, 그에 인접한 다른 버스바(1310)와 단락될 위험을 현저히 줄일 수 있다.
적어도 어느 하나의 버스바(1310)가 제2 연장부(1233)에 의해 관통되더라도, 상기 버스바(1310)의 기능(예를 들어, 배터리 셀(1210)들을 서로 전기적으로 연결시키는 역할)은 여전히 동일하게 발휘될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 버스바(1310)에 열 차단 부재(1230)의 제2 연장부(1233)가 삽입되는 경우, 상기 버스바(1310)는 상기 열 차단 부재(1230)를 사이에 두고 이웃하는 복수의 배터리 셀(1210)들을 전기적으로 연결 시킬 수 있다. 이를 위해, 버스바(1310)에 삽입되는 제2 연장부(1233)는 그 버스바(1310)의 폭(여기서 폭은 도 10에서 X축 및 Z축과 모두 수직한 방향의 길이일 수 있음)보다 좁은 폭을 가지도록 구비될 수 있다.
실시예들에서, 제2 연장부(1233)의 폭은 버스바(1310)에 삽입되지 않는 제1 연장부(1232)의 폭보다 더 좁게 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 제2 연장부(1233)의 제3 방향(Y축 방향)의 길이(W2)는 제1 연장부(1232)의 제3 방향(Y축 방향)의 길이(W1)보다 더 작게 구비될 수 있다. 다만, 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)의 크기는 상술한 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)는 동일한 폭을 갖도록 구비될 수도 있다.
실시예들에서, 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)는 열 차단 바디부(1231)와 마찬가지로 운모(Mica), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)는 섭씨 600도 이상의 고온의 열이 가해지더라도 그 구조 및 형상의 변형이 최소화될 수 있다.
실시예들에서, 제1 버스바 어셈블리(1300a)에 배치되는 버스바(1310)와 제2 버스바 어셈블리(1300b)에 배치되는 버스바(1310)는 서로 일부분이 제2 방향(예를 들어, X축 방향)으로 마주보도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 셀(1210)의 양극 리드 탭이 제1 버스바 어셈블리(1300a)에 연결되고, 음극 리드 탭이 제2 버스바 어셈블리(1300b)에 연결된다면, 제1 버스바 어셈블리(1300a)의 버스바의 일부분은 제2 버스바 어셈블리(1300b)의 버스바의 일부분과 서로 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 열 차단 부재(1230)는 그와 이웃하는 다른 열 차단 부재(1230)와 서로 다른 방향을 향하도록 적층될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 열 차단 부재(1230)는 제1 연장부(1232)가 제1 버스바 어셈블리(1300a)에 삽입되도록 배치된다면, 그에 이웃하는 다른 열 차단 부재(1230)는 제2 연장부(1233)가 제1 버스바 어셈블리(1300a)에 삽입되도록 배치될 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 열 차단 부재(1230)는 제1 연장부(1232)와 제2 연장부(1233)가 교대로 제1 버스바 어셈블리(1300a)에 삽입되도록 적층될 수 있다.
실시예들에 따른 열 차단 부재(1230)는 서로 다른 버스바 어셈블리(1300)에 삽입되는 복수의 연장부(1232, 1233)를 구비하여, 열 폭주 상황에서 버스바 어셈블리(1300)가 구조적으로 무너지는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임(1320)은 열 차단 부재(1230)의 연장부를 커버하는 부분을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 13을 참고하여 이러한 버스바 프레임(1320)을 포함하는 배터리 모듈을 설명한다.
도 13은 실시예들에 따른 셀 적층체(1200)와 버스바 어셈블리(1300)의 결합 단면도이다. 도 13에서 설명되는 열 차단 부재(1230), 배터리 셀(1210) 및 이들을 포함하는 배터리 모듈은 도 1 내지 도 12에서 설명되는 열 차단 부재(1230), 배터리 셀(1210) 및 이들을 포함하는 배터리 모듈(1000)의 특징을 모두 포함하되, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)를 커버하는 버스바 프레임(1320)과 관련된 기술적 특징이 더 추가되는 것이다. 따라서 도 1 내지 도 12과 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 버스바 프레임(1320)은 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)를 커버하는 캡(1324)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(1320)은 단열 시트의 연장부(1232)의 단부를 감싸는 캡(1324)을 더 포함할 수 있다. 캡(1324)은 별도의 부재로 구비되어 버스바 프레임(1320)에 결합되거나, 또는 사출 성형 등의 공정으로 버스바 프레임(1320)과 일체로 형성될 수도 있다. 실시예들에서, 캡(1324)은 단열 시트의 연장부(1232)를 감싸도록 구비되어, 연장부(1232)를 외부 충격으로부터 보호하고, 버스바 프레임(1320)의 삽입 홀(예를 들어, 도 4의 1323)을 통해 이물이 셀 적층체(1200) 내부로 침입하는 것을 방지할 수 있다.
도 13은 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232)가 어느 하나의 버스바 프레임(1320)에 삽입되는 형상을 도시하고 있으나, 실시예들에 따른 캡(1324)을 포함하는 배터리 모듈의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 열 차단 부재(1230)는 서로 다른 버스바 프레임(1320)에 삽입되는 복수의 연장부(예를 들어, 도 9의 1232, 1233)를 구비할 수 있으며, 각각의 버스바 프레임(1320)은 복수의 연장부(도 9의 1232, 1233)를 커버하는 캡(1324)이 구비될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈은 복수 개가 서로 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다. 이하에서는 도 14를 참고하여, 복수의 배터리 모듈(1000)을 포함하는 배터리 팩(100)에 관하여 설명한다.
도 14는 실시예들에 따른 배터리 팩(100)의 일부 분해 사시도이다. 도 14에서 설명되는 배터리 모듈(1000)은 앞서 도 1 내지 도 13에서 설명되는 배터리 모듈(1000)의 특징을 모두 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에 따른 배터리 팩(100)은 내부 공간을 구비하는 팩 하우징(110) 및 팩 하우징(110)에 수용되는 하나 이상의 배터리 모듈(1000)을 포함할 수 있다. 도 14에는 도시되지 않으나, 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(1000)의 상부를 덮어 배터리 팩(100)의 내부 공간을 폐쇄하는 커버(미도시)가 더 구비될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 팩(100)은 적어도 하나의 배터리 모듈(1000)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(110)의 하부 프레임(111)에는 적어도 하나의 배터리 모듈(1000)이 안착될 수 있다.
배터리 모듈(1000)이 복수 개 배치되는 경우, 배터리 모듈(1000) 중 적어도 일부는 하부 프레임(111)과 나란한 방향(예를 들어, X축 또는 Y축 방향)으로 배치될 수 있다. 또는 배터리 모듈(1000) 중 적어도 일부는 하부 프레임(111)과 수직하는 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 적층될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 팩(100)에 포함되는 적어도 하나의 배터리 모듈(1000)은 배터리 셀(1210)들이 제1 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 적층된 셀 적층체(1200)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 방향(Z축 방향)은 배터리 팩(100)의 하부 프레임(111)과 수직하는 방향일 수 있다. 실시예들에서, 제1 방향(Z축 방향)은 중력 방향과 평행할 수 있다. 다만, 도 14에 도시된 바는 예시일 뿐이며, 실시예들에 따른 배터리 팩(100)은 셀 적층체(1200) 및 버스바 어셈블리(1300)의 결합체가 직접 팩 하우징(110)에 수용될 수도 있다.
실시예들에 따른 배터리 팩(100)에 포함되는 적어도 하나의 배터리 모듈(1000)은 연장부(예를 들어, 도2 내지 도 13의 1232, 1233)를 구비하는 열 차단 부재(1230)를 포함하여, 배터리 셀(1210)의 열 폭주 상황에서 버스바들(1310) 사이의 전기적 단락을 막을 수 있다. 따라서 실시예들에 따른 배터리 모듈(1000) 및 배터리 팩(100)에 의하면, 버스바들(1310)의 전기적 단락에 의한 배터리 셀(1210) 사이의 열 전파나 연쇄적 발화를 막을 수 있으며, 배터리 모듈(1000) 및 전체 배터리 팩(100)의 구조적, 전기적 안정성을 높일 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. 예를 들어, 앞서 배터리 모듈(1000)을 기준으로 하여 설명된 실시예들은 배터리 모듈(1000)의 모듈 프레임(1110) 없이 배터리 셀들(1210)이 팩 하우징에 직접 수용되는 배터리 팩에도 적용될 수 있다. 이 경우, 열 차단 부재(1230)의 연장부(1232) 중 적어도 일부분은 팩 하우징에 삽입되어 버스바들 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
100... 배터리 팩 1000... 배터리 모듈
1100... 하우징 1110... 모듈 프레임
1120... 엔드 플레이트 1200... 셀 적층체
1210... 배터리 셀 1215... 리드 탭
1220... 압축 패드 1230... 열 차단 부재
1300... 버스바 어셈블리 1310... 버스바
1320... 버스바 프레임

Claims (26)

  1. 내부 공간을 갖는 하우징;
    상기 내부 공간에 수용되며, 복수의 배터리 셀 및 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 복수의 열 차단 부재를 포함하는 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 적어도 일 측과 마주하도록 배치되는 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임에 결합되며 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 어셈블리를 포함하고,
    상기 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는
    상기 버스바 어셈블리를 관통하여, 상기 복수의 버스바 사이의 전기적 단락을 방지하는 연장부를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 차단 부재의 상기 연장부는 상기 버스바 프레임보다 용융점이 높은 재료를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 연장부의 재료는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 복수의 버스바 중 서로 이웃하는 두 버스바 사이에 배치되는 배터리 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연장부의 단부는 상기 복수의 버스바보다 상기 하우징을 향하는 방향으로 더욱 돌출되는 배터리 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임의 일면은 상기 셀 적층체와 마주보게 배치되고,
    상기 버스바 프레임의 상기 일면과 반대되는 타면에 상기 복수의 버스바가 배치되는 배터리 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은 상기 일면에서부터 상기 타면까지 관통되는 삽입 홀을 포함하며,
    상기 연장부는 상기 삽입 홀에 각각 삽입되어 상기 버스바 프레임을 관통하는 배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는
    전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 파우치를 포함하는 셀 바디부; 및
    상기 전극조립체와 연결되며 상기 파우치의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭을 포함하는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 열 차단 부재는
    상기 셀 바디부와 제1 방향으로 마주보게 배치되는 열 차단 바디부; 및
    상기 열 차단 바디부로부터 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 상기 연장부를 포함하며,
    상기 연장부의 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 모두 수직한 제3 방향의 길이는 상기 열 차단 바디부의 상기 제3 방향의 길이와 같거나 더 작게 구비되는 배터리 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 열 차단 바디부의 상기 제2 방향의 길이 및 상기 제3 방향의 길이는 각각 상기 셀 바디부의 상기 제2 방향의 길이 및 상기 제3 방향의 길이와 같거나 더 크게 구비되는 배터리 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트를 포함하며,
    상기 복수의 배터리 셀 및 상기 복수의 열 차단 부재는 상기 하부 플레이트와 수직하는 제1 방향으로 적층되는 배터리 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은 상기 셀 적층체의 양측에 각각 배치되는 제1 버스바 프레임 및 제2 버스바 프레임을 포함하며,
    상기 복수의 열 차단 부재는 상기 제1 버스바 프레임에 삽입되는 연장부를 가지는 하나 이상의 제1 열 차단 부재 및 상기 제2 버스바 프레임에 삽입되는 연장부를 가지는 하나 이상의 제2 열 차단 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 열 차단 부재의 상기 연장부와 상기 하나 이상의 제2 열 차단 부재의 상기 연장부는 서로 반대되는 방향으로 연장되는 배터리 모듈.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 열 차단 부재와 상기 하나 이상의 제2 열 차단 부재는 상기 복수의 배터리 셀 중 하나 이상을 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며, 상기 셀 적층체의 적층 방향을 따라 교대로 배치되는 배터리 모듈.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은 상기 셀 적층체의 양측에 각각 배치되는 제1 버스바 프레임 및 제2 버스바 프레임을 포함하며,
    상기 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는 상기 제1 버스바 프레임에 삽입되는 제1 연장부 및 상기 제2 버스바 프레임에 삽입되는 제2 연장부를 포함하는 배터리 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 연장부는 상기 제1 버스바 프레임에 결합되는 복수의 버스바 중 서로 이웃하는 두 버스바 사이에 배치되며,
    상기 제2 연장부는 상기 제2 버스바 프레임에 결합되는 복수의 버스바 중 어느 하나의 버스바를 관통하도록 구비되는 배터리 모듈.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은 상기 연장부의 단부를 감싸는 캡(Cap)을 더 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는 리드 탭을 포함하고,
    상기 복수의 버스바 중 적어도 하나는 상기 리드 탭이 삽입되는 슬릿 홀을 포함하며,
    상기 리드 탭은 상기 슬릿 홀에 접합되어 상기 복수의 버스바 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 배터리 모듈.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는 상기 복수의 버스바 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 리드 탭을 포함하며,
    상기 리드 탭 중 적어도 일부는 상기 복수의 버스바 중 적어도 하나의 표면과 대향하도록 절곡되는 배터리 모듈.
  20. 내부 공간을 갖는 하우징;
    상기 내부 공간에 수용되며, 복수의 배터리 셀 및 복수의 열 차단 부재가 제1 방향으로 적층된 하나 이상의 셀 적층체; 및
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 배치되는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임에 배치되어 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 어셈블를 포함하고,
    상기 복수의 버스바는
    상기 셀 적층체와 상기 제2 방향으로 마주보게 배치되는 제1 버스바; 및
    상기 제1 버스바와 상기 제1 방향으로 이웃하는 제2 버스바를 포함하며,
    상기 복수의 열 차단 부재 중 적어도 하나는
    상기 버스바 어셈블리를 관통하도록 상기 제2 방향으로 연장되어, 상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바의 사이에 배치되거나 상기 제1 버스바 또는 상기 제2 버스바를 관통하는 연장부를 포함하는 배터리 모듈.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 연장부의 단부는 상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바보다 상기 제2 방향으로 더욱 돌출되는 배터리 모듈.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 셀 적층체는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 모두 수직한 제3 방향으로 나란히 배열되는 제1 셀 적층체 및 제2 셀 적층체를 포함하는 배터리 모듈.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1 셀 적층체 및 상기 제2 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 내부 공간을 구획하는 격벽을 포함하는 배터리 모듈.
  24. 제20 항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나와 마주보는 압축 패드를 더 포함하는 배터리 모듈.
  25. 제20 항에 있어서,
    상기 복수의 버스바와 상기 하우징 사이에 배치되어, 상기 버스바와 상기 하우징 사이의 단락을 방지하는 절연 커버를 더 포함하는 배터리 모듈.
  26. 제20 항의 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 팩.
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