KR20160054269A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛에 복수의 이차전지셀을 배치하여 이차전지셀에 가스발생시 하우징유닛을 통해 벤팅이 용이하도록 마련되는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 가스가 배출될 수 있는 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛; 및 복수로 마련되어 상기 하우징유닛 내부에 배치되는 이차전지셀을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and battery pack including the same}
본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지셀에 가스발생시 하우징유닛을 통해 벤팅이 용이하도록 마련되며, 또한, 하우징유닛을 실링하는 것에 의해 실링이 용이해질 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 적층용 프레임을 이용하는 경우가 많다. 이러한 적층용 프레임은, 카트리지 등과 같은 다양한 용어로 불리기도 한다.
한편, 리튬 이차 전지는, 이차 전지의 충전과 방전시, 이차 전지 내부에 가스가 발생될 수 있는데, 이러한 가스로 인해 이차 전지가 손상되는 것은 물론, 폭발이나 발화 등으로까지 이어질 수 있어 더욱 문제가 될 수 있다.
특히, 이차 전지가 폭발이나 발화하는 경우, 이차 전지가 적용된 장치의 파손은 물론, 이를 사용하는 사용자가 부상을 당하는 결과를 초래할 수 있을 뿐만 아니라, 이차 전지 외장재의 파손으로 인해 이차 전지 내부의 전해액이 유출되어 단락이나 감전과 같은 피해를 발생시킬 수도 있다.
더욱이, 배터리로 구동되는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 또는 전력 저장 장치 등의 경우, 출력과 용량이 매우 크기 때문에 내부 가스 발생으로 인한 피해는 더욱 심각해질 수 있다.
이러한 가스의 발생으로 인한 다양한 문제를 해결하기 위해 이차 전지 내부에 가스 발생시 이를 벤팅(Venting)하는 구조가 마련될 수 있다.
여기서, 종래 기술의 경우, 각각의 이차 전지를 개별적으로 벤팅하는 구조로 마련되며, 이를 위해, 복수의 이차 전지의 개별적 접합 위치에서 각각에 대해 실링하도록 마련되는데, 이 경우, 상대적으로 실링비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 각각의 이차 전지를 적층하거나 다양한 방식으로 결합하는 등에 의해 모듈화하는 경우, 모듈화되어 있는 각각의 이차 전지에 대한 벤팅이 용이하지 않을 뿐만 아니라 모듈화되어 있는 복수의 이차 전지의 개별적 접합 위치를 실링하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛에 복수의 이차전지셀을 배치하여 이차전지셀에 가스발생시 하우징유닛을 통해 벤팅이 용이하도록 마련되며, 하우징유닛을 실링하는 것에 의해 복수의 이차전지셀의 개별적 접합 위치에서 실링하는 것에 비해 실링이 용이해질 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 가스가 배출될 수 있는 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛; 및 복수로 마련되어 상기 하우징유닛 내부에 배치되는 이차전지셀을 포함한다.
또한, 상기 하우징유닛은, 상기 이차전지셀이 배치되는 본체유닛; 및 상기 본체유닛의 상측에서 상기 본체유닛에 결합되는 하우징커버를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 벤팅홀은 상기 하우징커버에 적어도 하나가 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징커버는, 상기 벤팅홀에 결합되어 상기 벤팅홀을 폐쇄하는 벤팅홀폐쇄유닛을 포함하며, 상기 벤팅홀폐쇄유닛은 상기 하우징유닛 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 개방되어 상기 벤팅홀을 통해 상기 가스가 배출되도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 벤팅홀폐쇄유닛은 상기 하우징커버에 일체형으로 마련되어 상기 하우징유닛 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 파손되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 하우징유닛은, 상기 본체유닛과 상기 하우징커버가 결합되는 테두리를 따라 실링되도록 마련되는 실링유닛을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 본체유닛은, 상기 복수의 이차전지셀이 상기 본체유닛에 정렬되어 배치될 수 있도록 상기 이차전지셀의 인입을 가이드하는 전지가이드유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전지가이드유닛은, 상기 본체유닛 내벽에 결합되며 길이방향으로 형성되는 제1가이드부재; 및 상기 제1가이드부재로부터 이격되어 상기 본체유닛 내벽에 결합되되, 길이방향으로 형성되는 제2가이드부재를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 하우징유닛은, 상기 복수의 이차전지셀을 직렬 및 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 연결하기 위해 상기 본체유닛 내부에 배치되는 버스바유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징커버에는 버스바인출개구가 형성되며, 상기 버스바유닛은 상기 본체유닛의 내부로부터 상기 버스바인출개구를 통해 상기 본체유닛의 외부로 인출되어 상기 하우징커버에 결합될 수 있다.
그리고, 상기 하우징커버에는 나사형돌기가 결합되어 있고, 상기 버스바유닛에는 수용홈이 형성되어 있으며, 상기 버스바유닛의 일측 단부가 절곡되어 상기 수용홈이 상기 나사형돌기에 결합될 수 있다.
또한, 상기 하우징유닛은, 상기 이차전지셀의 전압을 센싱하기 위해 상기 복수의 이차전지셀의 상측에서 상기 복수의 이차전지셀에 결합되도록 마련되는 전지센싱유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 이차전지셀을 보호하기 위해 상기 이차전지셀의 외주부를 감싸도록 상기 이차전지셀에 결합되는 프레임유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프레임유닛은, 상기 본체유닛에 안정적으로 결합되기 위해 상기 프레임유닛의 측면에 형성되는 체결돌기를 포함하며, 상기 본체유닛에는 상기 체결돌기가 결합될 수 있는 체결홈이 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛에 복수의 이차전지셀을 배치하여 구조가 단순하고 간단해지므로 이차전지셀에 가스발생시 하우징유닛을 통해 벤팅이 용이하도록 마련될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 하우징유닛을 실링하는 것에 의해 복수의 이차전지셀의 개별적 접합 위치에서 실링하는 것에 비해 실링이 용이해질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 하우징유닛의 단순하고 간단한 실링에 의해 실링비용이 감소하는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈에서 프레임유닛과 이차전지셀의 분리 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈에서 프레임유닛과 이차전지셀의 결합 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈에서 이차전지셀이 배치되는 하우징유닛의 내부 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈에서 이차전지셀과 전지센싱유닛의 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용되는 '일측'과 '타측'의 용어는 특정된 측면을 의미할 수도 있고, 또는, 특정된 측면을 의미하는 것이 아니라 복수의 측면 중 임의의 측면을 일측이라 지칭하면, 이에 대응되는 다른 측면을 타측이라 지칭하는 것으로 이해되어질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 결합 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 하우징유닛(200)과, 이차전지셀(300)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 하우징유닛(200)에는 가스가 배출될 수 있는 벤팅홀(221)이 형성되는데, 하우징유닛(200) 내부에 배치되는 복수의 이차전지셀(300)에 가스가 발생되는 경우 하우징유닛(200)에 형성된 벤팅홀(221)을 통해 가스가 배출될 수 있다.
즉, 복수의 이차전지셀(300)에서 발생된 가스는 하우징유닛(200)으로 유입되며, 하우징유닛(200) 내부에서 결집된 가스는 소정의 압력을 가지게 되는 경우 벤팅홀(221)을 통해 하우징유닛(200)의 외부로 배출된다.
여기서, 종래 기술의 경우, 이차전지셀로부터 곧바로 벤팅하도록 마련되므로, 이차전지셀로부터 배출되는 가스가 이차전지셀을 사용하는 장치의 다양한 위치, 즉, 가스의 유입이 방지될 필요가 있는 위치로 이동하게 되는 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 이차전지셀(300)로부터 발생된 가스가 하우징유닛(200)으로 유입되며, 하우징유닛(200) 내부에 갇혀 있으므로, 상기 가스가 이차전지셀(300)을 사용하는 다양한 장치로 이동하는 것이 방지될 수 있으며, 이와 같이 하우징유닛(200) 내부에 수용된 가스는 소정의 압력을 가지게 되는 경우 벤팅홀(221)을 통해 하우징유닛(200)의 외부로 배출될 수 있게 된다.
즉, 종래 이차전지셀이 이차전지셀 단위로 벤팅이 이루어졌다면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 이차전지셀(300)이 배치되는 배터리 모듈 단위로 벤팅이 이루어진다는 점에서 차이가 있다.
여기서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징유닛(200)은 본체유닛(210)과, 하우징커버(220)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본체유닛(210)에는 복수의 이차전지셀(300)이 배치되는데, 이 경우, 이차전지셀(300)은 본체유닛(210)에 순차적으로 인입되어 차례대로 배치될 수 있다.
즉, 도 1을 참조하면, 일측의 이차전지셀(300a)이 본체유닛(210)에 인입되는 경우, 일측의 이차전지셀(300a)에 근접하게 이웃하는 타측의 이차전지셀(300b)이 일측의 이차전지셀(300a)에 나란하게, 특히, 평행하게 본체유닛(210)에 인입될 수 있다.
여기서, 일측의 이차전지셀(300a)과, 일측의 이차전지셀(300a)에 근접하게 이웃하는 타측의 이차전지셀(300b)은 서로 나란하게 배치되되 상호 접촉되도록 본체유닛(210)에 인입될 수 있다. 또는, 일측의 이차전지셀(300a)과, 일측의 이차전지셀(300a)에 근접하게 이웃하는 타측의 이차전지셀(300b)은 소정의 간격으로 이격되도록 배치될 수도 있다.
이와 같이, 일측의 이차전지셀(300a)과, 일측의 이차전지셀(300a)에 근접하게 이웃하는 타측의 이차전지셀(300b)이 서로 나란하게 배치되는 것을 통해, 본체유닛(210)의 내부 공간은 빈틈없이 이차전지셀(300)에 의해 채워질 수 있으며, 이에 의해, 본체유닛(210) 내부의 공간활용성이 향상될 수 있으므로, 상기 본체유닛(210)의 형상이 복잡하지 않고 단순하고 간단하게 마련될 수 있다.
여기서, 본체유닛(210)과 하우징커버(220)를 포함하는 하우징유닛(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 육면체형상으로 마련될 수 있으며, 하우징유닛(200)이 육면체형상으로 마련되는 경우 구조가 간단해지므로, 복수의 배터리 모듈(100)을 서로 결합하거나 조합하는 것이 용이해질 수 있다.
다만, 하우징유닛(200)의 형상이 육면체형상에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예에서 하우징유닛(200)의 형상은 다양할 수 있음을 밝혀 둔다.
그리고, 도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징커버(220)는 본체유닛(210)의 상측에서 본체유닛(210)에 결합되도록 마련될 수 있다. 즉, 복수의 이차전지셀(300)이 본체유닛(210)으로 인입이 완료되면 하우징커버(220)가 본체유닛(210)에 결합되어 본체유닛(210)을 밀폐시킨다.
도 1을 참조하면, 하우징커버(220)에는 전술한 벤팅홀(221)이 하나 이상 형성될 수 있는데, 이는, 하우징커버(220)가 본체유닛(210)의 상측에서 결합되는 경우 가스의 배출이 용이하도록 하기 위함이다. 즉, 복수의 이차전지셀(300)에서 발생된 가스가 상측으로 이동하여 하우징커버(220)에 형성된 벤팅홀(221)을 통해 하우징유닛(200)의 외부로 배출될 수 있게 된다.
한편, 도 2을 참조하면, 하우징커버(220)에는 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 결합될 수 있는데, 여기서, 벤팅홀폐쇄유닛(222)은 벤팅홀(221)에 결합되어 벤팅홀(221)을 폐쇄하도록 마련될 수 있다.
그리고, 벤팅홀폐쇄유닛(222)은 하우징유닛(200) 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 개방되어 벤팅홀(221)을 통해 가스가 배출되도록 마련될 수 있다.
즉, 복수의 이차전지셀(300)에서 발생된 가스가 소정 범위 내에서 하우징유닛(200)의 내부에 수용되어 있다면, 가스를 즉각적으로 배출하지 않아도 무방하지만, 상기 가스의 압력이 하우징유닛(200), 또는 하우징유닛(200)의 내부에 배치된 이차전지셀(300) 등에 손상을 일으킬 정도인 경우에는 가스를 배출하는 것이 유리하다.
여기서, 임계압력은 하우징유닛(200)의 크기, 재질 및 강도 등에 따라 결정될 수 있는 수치값이다.
그리고, 벤팅홀폐쇄유닛(222)은 하우징커버(220)에 일체형으로 마련되어 하우징유닛(200) 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 파손되도록 마련될 수 있다. 즉, 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 하우징커버(220)에 일체로 연결되되 벤팅홀폐쇄유닛(222)과 하우징커버(220)의 연결부분의 강성을 하우징커버(220)에 비해 상대적으로 약하게 마련하여, 임계압력시 벤팅홀폐쇄유닛(222)과 하우징커버(220)의 연결부분이 쉽게 파손되도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 벤팅홀(221)이 원형의 홀로 마련되는 경우 벤팅홀폐쇄유닛(222)은 벤팅홀(221)의 직경보다 작은 직경을 가지는 원형부재로 마련되며, 벤팅홀(221)과 벤팅홀폐쇄유닛(222)은, 벤팅홀(221)과 벤팅홀폐쇄유닛(222)을 상호 연결하는 복수의 연결다리를 통해 연결될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 연결다리는 두께를 얇게 형성하는 방식 등을 통해 강성을 약화시킬 수 있으며, 이에 의해, 임계압력에서 복수의 연결다리가 파손되도록 마련될 수 있다.
또는, 벤팅홀폐쇄유닛(222)과 벤팅홀(221)이 일체형이 아닌 분리형으로 마련되고, 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 벤팅홀(221)에 억지끼움방식으로 결합되어 가스의 임계압력에서 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 분사되어 벤팅홀(221)로부터 분리되도록 마련될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 실링유닛(230)은 본체유닛(210)과 하우징커버(220)가 결합되는 테두리를 따라 실링되도록 마련될 수 있다.
종래에는 전술한 바와 같이, 이차전지셀 단위로 벤팅이 이루어지므로 복수의 이차전지셀의 결합 내지 조합과정에서 형상이 복잡하거나 면적이 작은 경우에는, 실링이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 경우 복수의 이차전지셀(300)이 하우징유닛(200)에 배치되므로, 본체유닛(210)과 하우징커버(220)가 결합되는 테두리를 실링하는 것만으로도 실링의 목적이 달성될 수 있으며, 이에 의해, 종래 기술보다 실링이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 버스바유닛(240)은 복수의 이차전지셀(300)을 직렬 및 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 연결하기 위해 본체유닛(210) 내부에 배치되도록 마련될 수 있다.
즉, 복수의 이차전지셀(300)에 각각 구비된 다수의 전극 리드를 동일 극성 간 또는 다른 극성 간 버스바유닛(240)에 결합시키는 것에 의해 복수의 이차전지셀(300)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 버스바유닛(240)과 전극 리드의 결합은 용접에 의해 이루어질 수 있다.
그리고, 하우징커버(220)에는 버스바인출개구(223)가 형성될 수 있다. 즉, 본체유닛(210)의 내부에 배치되어 있는 버스바유닛(240)이 본체유닛(210)의 내부로부터 버스바인출개구(223)를 통해 본체유닛(210)의 외부로 인출되어 하우징커버(220)에 결합될 수 있다.
이에 대해 도 1을 참조하여 설명하면, 하우징커버(220)에는 나사형돌기(224), 예를 들어, 터미널볼트가 결합될 수 있고, 버스바유닛(240)에는 수용홈(241)이 형성될 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하여 설명하면, 버스바유닛(240)이 버스바인출개구(223)를 통해 본체유닛(210)의 외부로 인출된 후 버스바유닛(240)의 일측 단부, 즉, 본체유닛(210)의 외부로 인출된 부분이 절곡되는데, 이때, 버스바유닛(240)에 형성된 수용홈(241)이 하우징커버(220)에 결합된 나사형돌기(224)를 수용하여 너트 등에 의해 체결되는 방식으로 버스바유닛(240)이 하우징커버(220)에 결합될 수 있다.
여기서, 하우징커버(220)는 전술한 방식에 의해 본체유닛(210)에 체결되어 결합되므로, 하우징커버(220)와 본체유닛(210)의 결합정도가 향상되는 효과가 있다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 프레임유닛(400)과 이차전지셀(300)의 분리 사시도이고, 도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 프레임유닛(400)과 이차전지셀(300)의 결합 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 프레임유닛(400)은 이차전지셀(300)을 보호하기 위해 이차전지셀(300)의 외주부를 감싸도록 이차전지셀(300)에 결합될 수 있다.
즉, 이차전지셀(300)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 경우, 전지 케이스의 기계적 강성이 크지 않아서 이차전지셀(300)을 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해 프레임유닛(400)이 이용될 수 있는데, 여기서, 프레임유닛(400)은 이차전지셀(300)의 외주부를 감싸는 형태로 이차전지셀(300)에 결합되어 이를 지지하게 된다.
그리고, 프레임유닛(400)은 고분자 수지 재질로 마련될 수 있는데, 예를 들어, 프레임유닛(400)은 열가소성 수지로 마련될 수 있다.
이와 같이, 프레임유닛(400)이 고분자 수지, 즉 플라스틱 재질로 마련되는 경우, 프레임유닛(400)의 성형이 용이해지는 효과가 있고, 또한, 무게가 가벼우면서도 기계적 강도가 안정적으로 확보되어 외부의 충격으로부터 내부에 위치한 이차전지셀(300) 등의 구성요소를 충분히 보호할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 프레임유닛(400)에는 2개의 이차전지셀(300)이 장착될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 이차전지셀(300)이 배치되는 하우징유닛(200)의 내부 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전지가이드유닛(211)은 복수의 이차전지셀(300)이 본체유닛(210)에 정렬되어 배치될 수 있도록 이차전지셀(300)의 인입을 가이드하도록 마련될 수 있다.
즉, 복수의 이차전지셀(300)은 전지가이드유닛(211)을 통해 본체유닛(210) 내부로 순차적으로 용이하게 인입될 수 있어 본체유닛(210) 내부에서 차례대로 정렬될 수 있으며, 이에 의해, 본체유닛(210) 내부의 공간활용도가 향상되는 효과가 있다.
여기서, 전지가이드유닛(211)은 제1가이드부재(212)와, 제2가이드부재(213)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1가이드부재(212)는 본체유닛(210) 내벽에 결합되어 길이방향으로 형성될 수 있고, 제2가이드부재(213)는 제1가이드부재(212)로부터 이격되어 본체유닛(210) 내벽에 결합되되, 길이방향으로 형성될 수 있다.
그리고, 복수의 이차전지셀(300)은 제1가이드부재(212)와 제2가이드부재(213) 사이에 안착된 후 제1가이드부재(212)와 제2가이드부재(213)를 따라 이동하면서 본체유닛(210) 내부로 인입된다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 프레임유닛(400)의 측면에는 본체유닛(210)에 안정적으로 결합되기 위한 체결돌기(410)가 형성될 수 있고, 도 5를 참조하면, 본체유닛(210)에는 프레임유닛(400)의 측면에 형성된 체결돌기(410)가 결합될 수 있는 체결홈(216)이 형성될 수 있다.
즉, 프레임유닛(400)에 결합된 이차전지셀(300)이 제1가이드부재(212)와 제2가이드부재(213)를 따라 이동하면서 본체유닛(210) 내부로 인입이 완료되면 프레임유닛(400)의 측면에 형성된 체결돌기(410)가 본체유닛(210)에 형성된 체결홈(216)에 결합되며, 이에 의해, 이차전지셀(300)이 본체유닛(210)에 고정되어 지지될 수 있게 된다.
도 6은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 이차전지셀(300)과 전지센싱유닛(250)의 분리 사시도이다.
도 6을 참조하면, 전지센싱유닛(250)은 이차전지셀(300)의 전압을 센싱하기 위해 복수의 이차전지셀(300)의 상측에서 복수의 이차전지셀(300)에 결합되도록 마련될 수 있다.
이에 대해 설명하면, 이차전지셀(300)의 과충전, 과방전, 과전류, 발열 등에 의한 안전성 저하는 연쇄적인 반응에 의해 배터리 모듈(100) 전체의 발화 또는 폭발을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈(100) 전체의 작동 저하를 초래할 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈(100)에는, 이차전지셀(300)의 전압, 전류, 모듈 전체의 온도 등을 검출하도록 마련되는 것이 유리하다.
이를 위해, 이차전지셀(300)의 잔류 전압이나 전류를 측정해서 BMS(Battery Management System)에 인가하도록 마련되는 전지센싱유닛(250)이 이차전지셀(300)에 결합될 수 있으며, BMS는 전지센싱유닛(250)에서 인가되는 전압이나 전류 또는 측정신호를 통해 이차전지셀(300)의 작동을 제어하도록 마련될 수 있다.
이에 의해, 이차전지셀(300)의 과충전, 과방전, 과전류 내지 발열 등을 제어하여 이차전지셀(300)의 발화 또는 폭발 등의 안정성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서, 이차전지셀(300)에 가스발생시 하우징유닛(200)을 통해 벤팅이 용이하도록 마련되며, 하우징유닛을 실링하는 것에 의해 복수의 이차전지셀의 개별적 접합 위치에서 실링하는 것에 비해 실링이 용이해질 수 있는 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징유닛(200) 중 본체유닛(210)에는 복수의 이차전지셀(300)이 인입되어 배치될 수 있으며, 본체유닛(210)의 상측에는 하우징커버(220)가 결합될 수 있다.
여기서, 본체유닛(210)과 하우징커버(220)가 결합되는 테두리에는 실링유닛(230)에 의해 실링이 되어 있으며, 본체유닛(210)과 하우징커버(220)를 실링하는 것만으로도 벤팅을 위한 실링의 목적이 달성될 수 있는 바, 이에 의해, 실링이 용이해지는 효과가 있다.
그리고, 하우징커버(220)에는 하나 이상의 벤팅홀(221)이 형성되어 있고, 벤팅홀(221)에는 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 결합되어 있는데, 하우징유닛(200) 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 벤팅홀폐쇄유닛(222)이 개방되어 벤팅홀(221)을 통해 가스가 배출되도록 마련될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 이차전지셀(300)이 배치되는 배터리 모듈 단위로 벤팅이 이루어지므로, 종래 이차전지셀 단위로 벤팅이 이루어지는 경우보다 상대적으로 벤팅이 용이해지는 효과가 있다.
한편, 하우징유닛(200)에는 복수의 이차전지셀(300)을 직렬 내지 병렬로 연결하기 위한 버스바유닛(240)이 배치될 수 있는데, 버스바유닛(240)이 하우징커버(220)에 형성되어 있는 버스바인출개구(223)를 통해 인출되어 절곡되며, 버스바유닛(240)에 형성된 수용홈(241)이 하우징커버(220)에 결합되어 있는 나사형돌기(224)에 결합될 수 있다. 이에 의해, 하우징커버(220)가 본체유닛(210)에 체결되어 결합되므로, 하우징커버(220)와 본체유닛(210)의 결합정도가 향상되는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(100) 이외에, 이러한 배터리 모듈(100)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3실시예에 따른 소정의 자동차는 배터리 모듈(100)을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 본 발명의 제3실시예에 따른 소정의 자동차, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 자동차에 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3실시예에 따른 소정의 자동차는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있고, 이러한 배터리 팩에는 본 발명의 제1실시예 에 따른 배터리 모듈(100)이 포함될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어의 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100 : 배터리 모듈
200 : 하우징유닛
210 : 본체유닛
211 : 전지가이드유닛
212 : 제1가이드부재
213 : 제2가이드부재
216 : 체결홈
220 : 하우징커버
221 : 벤팅홀
222 : 벤팅홀폐쇄유닛
223 : 버스바인출개구
224 : 나사형돌기
230 : 실링유닛
240 : 버스바유닛
241 : 수용홈
250 : 전지센싱유닛
300 : 이차전지셀
400 : 프레임유닛
410 : 체결돌기

Claims (16)

  1. 가스가 배출될 수 있는 벤팅홀이 형성되는 하우징유닛; 및
    복수로 마련되어 상기 하우징유닛 내부에 배치되는 이차전지셀
    을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징유닛은,
    상기 이차전지셀이 배치되는 본체유닛; 및
    상기 본체유닛의 상측에서 상기 본체유닛에 결합되는 하우징커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벤팅홀은 상기 하우징커버에 적어도 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징커버는, 상기 벤팅홀에 결합되어 상기 벤팅홀을 폐쇄하는 벤팅홀폐쇄유닛을 포함하며,
    상기 벤팅홀폐쇄유닛은 상기 하우징유닛 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 개방되어 상기 벤팅홀을 통해 상기 가스가 배출되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅홀폐쇄유닛은 상기 하우징커버에 일체형으로 마련되어 상기 하우징유닛 내부의 압력이 임계압력을 초과하는 경우 파손되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하우징유닛은,
    상기 본체유닛과 상기 하우징커버가 결합되는 테두리를 따라 실링되도록 마련되는 실링유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 본체유닛은, 상기 복수의 이차전지셀이 상기 본체유닛에 정렬되어 배치될 수 있도록 상기 이차전지셀의 인입을 가이드하는 전지가이드유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전지가이드유닛은,
    상기 본체유닛 내벽에 결합되며 길이방향으로 형성되는 제1가이드부재; 및
    상기 제1가이드부재로부터 이격되어 상기 본체유닛 내벽에 결합되되, 길이방향으로 형성되는 제2가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 하우징유닛은,
    상기 복수의 이차전지셀을 직렬 및 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 연결하기 위해 상기 본체유닛 내부에 배치되는 버스바유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징커버에는 버스바인출개구가 형성되며,
    상기 버스바유닛은 상기 본체유닛의 내부로부터 상기 버스바인출개구를 통해 상기 본체유닛의 외부로 인출되어 상기 하우징커버에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하우징커버에는 나사형돌기가 결합되어 있고, 상기 버스바유닛에는 수용홈이 형성되어 있으며, 상기 버스바유닛의 일측 단부가 절곡되어 상기 수용홈이 상기 나사형돌기에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징유닛은,
    상기 이차전지셀의 전압을 센싱하기 위해 상기 복수의 이차전지셀의 상측에서 상기 복수의 이차전지셀에 결합되도록 마련되는 전지센싱유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지셀을 보호하기 위해 상기 이차전지셀의 외주부를 감싸도록 상기 이차전지셀에 결합되는 프레임유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프레임유닛은, 상기 본체유닛에 안정적으로 결합되기 위해 상기 프레임유닛의 측면에 형성되는 체결돌기를 포함하며,
    상기 본체유닛에는 상기 체결돌기가 결합될 수 있는 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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