KR20170069003A - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 배터리 모듈에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 셀의 발화 시 화염이나 스파크가 모듈의 외측으로 배출되지 않고 연기만이 모듈의 외측으로 배출되도록 하여 안전성을 향상시킨 배터리 모듈을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1영역과, 제1영역의 반대 영역인 제2영역을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 제1영역에 결합되는 제1결합홀과, 상기 제1결합홀에 연결된 제1덕트홀과, 상기 제1덕트홀에 연결된 제1배출홀을 갖는 제1덕트; 및 상기 배터리 셀의 제2영역에 결합되는 제2결합홀과, 상기 제2결합홀에 연결된 제2덕트홀과, 상기 제2덕트홀에 연결된 제2배출홀을 갖는 제2덕트로 이루어진 배터리 모듈을 개시한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}

본 발명의 일 실시예는 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 충전하여 재사용이 가능한 이차 전지는 모바일 기기, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 전원으로 사용된다. 이들 이차 전지는 전극 조립체와 이를 수용하는 케이스로 이루어진다. 이때, 사용되는 케이스의 종류에 따라, 이차 전지는 원통형, 각형 또는 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있으며, 또한, 내부에 수납되는 전극 조립체는 그 구조에 따라 권취형 또는 스택형 전극 조립체로 분류될 수 있다.

한편, 이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예는 배터리 셀의 발화 시 화염이나 스파크가 모듈의 외측으로 배출되지 않고 연기만이 모듈의 외측으로 배출되도록 한 배터리 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1영역과, 제1영역의 반대 영역인 제2영역을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 제1영역에 결합되는 제1결합홀과, 상기 제1결합홀에 연결된 제1덕트홀과, 상기 제1덕트홀에 연결된 제1배출홀을 갖는 제1덕트; 및 상기 배터리 셀의 제2영역에 결합되는 제2결합홀과, 상기 제2결합홀에 연결된 제2덕트홀과, 상기 제2덕트홀에 연결된 제2배출홀을 갖는 제2덕트를 포함한다.

상기 제1덕트는 상기 제1덕트홀의 내부에 상기 제1덕트홀을 부분적으로 막는 적어도 하나의 제1배플을 더 포함할 수 있다.

상기 제2덕트는 상기 제2덕트홀의 내부에 상기 제2덕트홀을 부분적으로 막는 적어도 하나의 제2배플을 더 포함할 수 있다.

상기 제1덕트는 상기 제1덕트홀의 길이 방향으로 형성된 제1수평 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 제1수평 플레이트는 적어도 하나의 제1수직 결합홀을 더 포함할 수 있다.

상기 제2덕트는 상기 제2덕트홀의 길이 방향으로 형성된 제2수평 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 제2수평 플레이트는 적어도 하나의 제2수직 결합홀을 더 포함할 수 있다.

상기 제1덕트의 제1배출홀은 상호간 이격된 내부 제1배출홀 및 외부 제2배출홀과, 상기 내부 제1배출홀과 상기 제1외부 배출홀의 사이에 구비된 제1버퍼 공간을 더 포함할 수 있다.

상기 제2덕트의 제2배출홀은 상호간 이격된 제2내부 배출홀 및 외부 제2배출홀과, 상기 제2내부 배출홀과 상기 외부 제2배출홀의 사이에 구비된 제2버퍼 공간을 더 포함할 수 있다.

상기 제1덕트홀의 체적이 상기 제1결합홀 또는 상기 제1배출홀의 체적보다 클 수 있다.

상기 제2덕트홀의 체적이 상기 제2결합홀 또는 상기 제2배출홀의 체적보다 클 수 있다.

상기 제1덕트의 제1결합홀과 상기 배터리 셀의 제1영역 사이에는 제1실링부가 더 개재될 수 있다.

상기 제2덕트의 제2결합홀과 상기 배터리 셀의 제2영역 사이에는 제2실링부가 더 개재될 수 있다.

본 발명은 배터리 셀의 발화 시 화염이나 스파크가 모듈의 외측으로 배출되지 않고 연기만이 모듈의 외측으로 배출되도록 한 배터리 모듈을 제공한다.

즉, 본 발명은 덕트에 배터리 셀의 안전벤트와 대응되는 영역이 결합되도록 함으로써, 안전벤트의 개방 시 화염이나 아크가 덕트의 내부에 트랩되도록 하고, 연기만이 덕트의 외부로 배출되도록 한다. 따라서, 본 발명에서는 배터리에 못이 관통하거나, 또는 배터리가 과충전되어 안전벤트가 동작하였을 때, 불꽃이나 아크가 배터리 모듈의 외부로 배출되지 않고 연기만이 배출됨으로써, 배터리 모듈의 안전성이나 신뢰성이 향상된다.

또한, 본 발명에서 안전벤트의 동작 시 화염, 아크 및 연기에 의해 덕트의 내부 압력이 덕트의 외부 압력보다 상대적으로 큼으로써, 덕트의 내부로 외부 산소가 추가적으로 유입되지 않고, 이에 따라 덕트 내부의 화염 및/또는 아크가 바로 꺼지게 되어, 배터리 모듈의 안전성이나 신뢰성이 더욱 향상된다.

더욱이, 본 발명에서 덕트의 내부에 다수의 경사진 또는 수직의 배플이 더 형성되거나, 다수의 수직 결합홀을 갖는 수평 플레이트가 더 형성되거나, 또는 상대적으로 체적이 큰 버퍼 공간이 더 형성됨으로써, 배터리 셀의 안전벤트 동작 시 화염이나 아크의 외부 배출이 더욱 효율적으로 차단되고, 또한 덕트의 내부로 산소 유입이 더욱 효율적으로 차단된다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈 중 배터리 셀에 못이 관통되어 화염 및 연기가 발생된 상태를 도시한 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 중 제1덕트를 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 중 제1덕트를 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 이해를 위한 원통형 전지 및 각형 전지의 예를 각각 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 사시도 및 단면도가 도시되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)과, 배터리 셀(110)의 제1영역(111)에 결합된 제1덕트(120)와, 배터리 셀(110)의 제2영역(112)에 결합된 제2덕트(130)를 포함한다.

배터리 셀(110)은 제1영역(111)과, 제1영역(111)의 반대 영역인 제2영역(112)을 포함한다. 여기서, 제1영역(111) 및 제2영역(112)은 각각 안전벤트를 포함할 수 있다. 더욱이, 제1영역(111) 및 제2영역(112)은 단자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1영역(111)은 안전벤트를 갖는 양극 단자이고, 제2영역(112)은 안전벤트를 갖는 음극 단자일 수 있다. 안전벤트는 배터리 셀(110)의 내부 압력이 임계 압력을 초과할 경우, 파열되며 내부의 화염, 아크 및/또는 연기를 외부로 방출하는 역할을 한다. 물론, 이러한 내부 압력은, 못이 배터리 셀(110)을 관통하거나 또는 배터리 셀(110)이 과충전되었을 경우, 증가한다. 더불어, 안전벤트는 통상 배터리 셀(110)의 다른 영역에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가짐으로써, 내부 압력 증가 시 쉽게 파열될 수 있는 구조를 가지나, 이러한 구조로 본 발명이 한정되지 않는다.

또한, 배터리 셀(110)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 1열 또는 2열로 일정 간격을 가지며 배열될 수 있으나, 이러한 배열 형태로 본 발명이 한정되지 않으며, 이밖에도 배터리 셀(110)은 더 많은 열로 배열될 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)은 원통형일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(210)은 각형일 수도 있다. 더욱이, 배터리 셀(110)은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다. 이러한 배터리 셀(110,210)의 구조에 대해서는 아래에서 다시 간략하게 설명하기로 한다.

한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)은, 예를 들면, 3개가 1열로 배열될 수 있는데, 이때 제1배터리 셀(110a)의 제1영역(111)은 상부를 향하고, 제2영역(112)은 하부를 향하며, 제2배터리 셀(110a)의 제1영역(111)은 하부를 향하고, 제2영역(112)은 상부를 향하며, 제3배터리 셀(110c)은 제1영역(111)이 상부를 향하고, 제2영역(112)이 하부를 향할 수 있다.

또한, 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)은 직렬로 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1배터리 셀(110a)의 제1영역(111)에 제1버스바(115a)가 전기적으로 연결되고, 제1배터리 셀(110a)의 제2영역(112)과 제2배터리 셀(110b)의 제1영역(111)이 제2버스바(115b)로 전기적으로 연결되며, 제2배터리 셀(110b)의 제2영역(112)과 제3배터리 셀(110c)의 제1영역(111)이 제3버스바(115c)로 전기적으로 연결되며, 제3배터리 셀(110c)의 제2영역(112)에 제4버스바(115d)가 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 하여, 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)은, 예를 들면, 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.

다른 예로, 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)의 제1영역(111)이 모두 상부를 향하고, 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)의 제2영역(112)이 모두 하부를 향할 수 있다. 또한, 제1버스바(115a)가 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)의 제1영역(111)에 전기적으로 연결되고, 제2버스바(115b)가 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)의 제2영역(112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 하여, 제1,2,3배터리 셀(110a,110b,110c)은, 예를 들면, 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다.

제1덕트(120)는 배터리 셀(110)의 제1영역(111)에 결합된 동시에, 내부가 비어 있고, 외측에 다수의 배출홀이 형성된 대략 얇은 육면체 형태를 한다. 물론, 제1덕트(120)에는 배터리 셀(110)의 제2영역(112)이 결합될 수도 있으나, 본 발명의 용이한 이해를 위해, 여기서는 제1덕트(120)에 배터리 셀(110)의 제1영역(111)이 결합된 것을 기준으로 설명한다.

구체적으로, 제1덕트(120)는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 제1상면(121)과, 제1상면(121)의 반대면인 제1하면(122)과, 제1상면(121)과 제2하면(132)을 연결하며 상대적으로 작은 면적을 갖는 4개의 제1측면(123)을 포함한다. 여기서, 제1측면(123)은 다시 전면(123a), 후면(123b), 좌면(123c) 및 우면(123d)을 포함한다.

또한, 제1덕트(120) 중 제1하면(122)은 배터리 셀(110)의 제1영역(111)이 결합되는 제1결합홀(124)을 포함한다. 즉, 배터리 셀(110)중 제1영역(111)에 형성된 제1안전벤트는 이러한 제1결합홀(124)의 내측에 위치된다. 또한, 제1결합홀(124)의 내측에는, 배터리 셀(110)이 결합된 후 배터리 셀(110)이 상부 방향으로 움직이지 않도록, 제1단차(125)가 형성될 수 있다. 이러한 제1단차(125)의 형성으로 인해, 제1덕트(120) 중 제1하면(122)의 두께가 제1상면(121)의 두께에 비해 상대적으로 더 두꺼울 수 있다.

더욱이, 제1단차(125)의 내벽에는, 배터리 셀(110)과 밀착되어 제1덕트(120) 또는 배터리 셀(110)에 대한 밀폐성이 확보되도록 하는, 제1실링부(128)가 구비될 수 있다. 이러한 제1실링부(128)는 실질적으로 제1단차(125)의 내벽 또는 배터리 셀(110)의 외벽을 감싸는 형태를 하며, 예를 들면, 탄성이 있는 고무 또는 일래스토머로 형성될 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다. 이러한 제1실링부(128)에 의해, 제1안전벤트로부터 배출된 화염, 아크 및/또는 연기가 상기 제1결합홀(124)을 통해 제1덕트(120)의 외부로 배출되지 않게 된다.

제1덕트(120)는 제1결합홀(124)에 연결된 제1덕트홀(126)을 더 포함한다. 즉, 제1덕트(120)는 제1상면(121), 제1하면(122) 및 4개의 제1측면(123)으로 에워 싸여진 제1덕트홀(126)을 포함하며, 이러한 제1덕트홀(126)은 제1결합홀(124)과 연결된다. 실질적으로, 하나의 제1덕트홀(126)에 다수의 제1결합홀(124)이 연결된다. 이러한 제1덕트홀(126)의 길이 방향은 대체로 배터리 셀(110)의 길이 방향에 수직을 이룬다.

제1덕트(120) 중 4개의 제1측면(123)은 다수의 제1배출홀(127)을 포함한다. 예를 들면, 다수의 제1배출홀(127)은 제1측면(123) 중 전면(123a)과 후면(123b)에만 형성되거나, 또는 제1측면(123) 중 좌면(123c)과 우면(123d)에만 형성되거나, 또는 전면(123a), 후면(123b), 좌면(123c) 및 우면(123d)에 모두 형성될 수 있다. 여기서, 제1배출홀(127)이 갖는 직경은 상술한 제1결합홀(124)의 직경 및/또는 제1덕트홀(126)의 높이 또는 폭에 비해 상당히 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1측면(123) 즉, 전면(123a), 후면(123b), 좌면(123c) 및 우면(123d)의 두께는 제1상면(121)의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성됨으로써, 이러한 제1측면(123)에 형성된 제1배출홀(127)의 길이 역시 상대적으로 길게 형성된다. 따라서, 배터리 셀(110)의 제1안전벤트로부터 배출된 화염이나 아크가 외부로 배출되지 않도록 하고 연기만 배출되도록 한다. 더욱이, 배터리 셀(110)의 제1안전벤트가 동작할 때, 제1덕트홀(126)의 내부 압력이 외부 대기압에 비해 크므로, 상술한 제1배출홀(127)을 통해 외부 공기가 제1덕트홀(126)의 내부로 주입되지 않으므로, 상술한 화염이나 아크는 바로 소화된다.

한편, 이러한 제1덕트(120)는 난연성 또는 불연성의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1덕트(120)는 표면에 절연 피막이 형성된 금속으로 형성될 수 있다. 또다른 예로, 제1덕트(120)는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 수산화탄산마그네슘과 같은 난연제가 함유된 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 글리콜 (PETG), 폴리시클로디메틸테레프탈레이트 글리콜 (PCTC), 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱으로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110) 중 제1영역(111)의 제1안전벤트로부터 배출된 화염이나 아크에 의해, 제1덕트(120)가 타지 않게 된다.

한편, 상술한 제1버스바(115a)는 제1덕트(120)에 구비된 제1결합홀(124)을 통해 배터리 셀(110)에 접근한 후, 배터리 셀(110)의 제1영역(111)에 전기적으로 연결될 수 있다. 더불어, 제1버스바(115a)는 제1덕트(120)의 제1하면(122) 상에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1덕트(120)는 절연 특성을 가지고 있기 때문에, 제1버스바(115a)가 제1덕트(120)의 제1하면(122)에 직접 접촉한다고 해도, 제1버스바(115a)로부터 전류가 누설되지는 않는다.

제2덕트(130)는 배터리 셀(110)의 제2영역(112)에 결합된 동시에, 내부가 비어 있고, 외측에 다수의 배출홀이 형성된 대략 얇은 육면체 형태를 한다. 물론, 제2덕트(130)에는 배터리 셀(110)의 제1영역(111)이 결합될 수도 있으나, 본 발명의 용이한 이해를 위해, 여기서는 제2덕트(130)에 배터리 셀(110)의 제2영역(112)이 결합된 것을 기준으로 설명한다.

구체적으로, 제2덕트(130)는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 제2상면(131)과, 제2상면(131)의 반대면인 제2하면(132)과, 제2상면(131)과 제2하면(132)을 연결하며 상대적으로 작은 면적을 갖는 4개의 제2측면(133)을 포함한다. 여기서, 제2측면(133)은 다시 전면(133a), 후면(133b), 좌면(133c) 및 우면(133d)을 포함한다. 실질적으로, 이러한 제2덕트(130)는 제1덕트(120)와 대칭되는 형태를 한다.

제2덕트(130) 중 제2상면(131)은 배터리 셀(110)의 제2영역(112)이 결합되는 제2결합홀(134)을 포함한다. 즉, 배터리 셀(110)중 제2영역(112)에 형성된 제2안전벤트는 이러한 제2결합홀(134)의 내측에 위치된다. 또한, 제2결합홀(134)의 내측에는, 배터리 셀(110)이 결합된 후 배터리 셀(110)이 하부 방향으로 움직이지 않도록, 제2단차(135)가 형성될 수 있다. 이러한 제2단차(135)의 형성으로 인해, 제2덕트(130) 중 제2상면(131)의 두께가 제2하면(132)의 두께에 비해 상대적으로 더 두꺼울 수 있다.

더욱이, 제2단차(135)의 내벽에는, 배터리 셀(110)과 밀착되어 제2덕트(130) 또는 배터리 셀(110)에 대한 밀폐성이 확보되도록 하는, 제2실링부(138)가 구비될 수 있다. 이러한 제2실링부(138)는 실질적으로 제2단차(135)의 내벽 또는 배터리 셀(110)의 외벽을 감싸는 형태를 하며, 예를 들면, 탄성이 있는 고무 또는 일래스토머로 형성될 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다. 이러한 제2실링부(138)에 의해, 제2안전벤트로부터 배출된 화염, 아크 및/또는 연기가 상기 제2결합홀(134)을 통해 제2덕트(130)의 외부로 배출되지 않게 된다.

제2덕트(130)는 제2결합홀(134)에 연결된 제2덕트홀(136)을 더 포함한다. 즉, 제2덕트(130)는 제2상면(131), 제2하면(132) 및 4개의 제2측면(133)으로 에워 싸여진 제2덕트홀(136)을 포함하며, 이러한 제2덕트홀(136)은 제2결합홀(134)과 연결된다. 실질적으로, 하나의 제2덕트홀(136)에 다수의 제2결합홀(134)이 연결된다. 이러한 제2덕트홀(136)의 길이 방향은 대체로 배터리 셀(110)의 길이 방향에 수직을 이룬다.

제2덕트(130) 중 4개의 제2측면(133)은 다수의 제2배출홀(137)을 포함한다. 예를 들면, 다수의 제2배출홀(137)은 제2측면(133) 중 전면(133a)과 후면(133b)에만 형성되거나, 또는 제2측면(133) 중 좌면(133c)과 우면(133d)에만 형성되거나, 또는 전면(133a), 후면(133b), 좌면(133c) 및 우면(133d)에 모두 형성될 수 있다. 여기서, 제2배출홀(137)이 갖는 직경은 상술한 제2결합홀(134)의 직경 및/또는 제2덕트홀(136)의 직경에 비해 상당히 작게 형성될 수 있다. 또한, 제2측면(133) 즉, 전면(133a), 후면(133b), 좌면(133c) 및 우면(133d)의 두께는 제2하면(132)의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성됨으로써, 이러한 제2측면(133)에 형성된 제2배출홀(137)의 길이 역시 상대적으로 길게 형성된다. 따라서, 배터리 셀(110)의 제2안전벤트로부터 배출된 화염이나 아크가 외부로 배출되지 않도록 하고 연기만 배출되도록 한다. 더욱이, 배터리 셀(110)의 제2안전벤트가 동작할 때, 제2덕트홀(136)의 내부 압력이 외부 대기압에 비해 크므로, 상술한 제2배출홀(137)을 통해 외부 공기가 제2덕트홀(136)의 내부로 주입되지 않으므로, 상술한 화염이나 아크는 바로 소화된다.

한편, 이러한 제2덕트(130)는 난연성 또는 불연성의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2덕트(130)는 표면에 절연 피막이 형성된 금속으로 형성될 수 있다. 또다른 예로, 제2덕트(130)는 난연제가 함유된 플라스틱으로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110) 중 제2영역(112)의 제2안전벤트로부터 배출된 화염에 의해, 제2덕트(130)가 타지 않게 된다.

한편, 상술한 제2버스바(115b)는 제2덕트(130)에 구비된 제2결합홀(134)을 통해 배터리 셀(110)에 접근한 후, 배터리 셀(110)의 제2영역(112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 더불어, 제2버스바(115b)는 제2덕트(130)의 제2상면(131) 상에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2덕트(130)는 절연 특성을 가지고 있기 때문에, 제2버스바(115b)가 제2덕트(130)의 제2상면(131)에 직접 접촉한다고 해도, 제2버스바(151b)로부터 전류가 누설되지는 않는다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 사시도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은 원통형 배터리 셀(110)뿐만 아니라, 각형 배터리 셀(210)을 포함할 수 있다. 물론, 각형 배터리 셀(210) 역시 제1영역(상부 영역) 및/또는 제2영역(하부 영역)에 제1,2안전벤트가 각각 형성될 수 있다.

경우에 따라, 안전벤트는 배터리 셀의 상부 영역에만 형성되거나, 또는 하부 영역에만 형성될 수도 있다. 따라서, 이때에는 덕트도 선택적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀의 상부 영역에만 안전벤트가 형성된 경우, 상술한 구조의 덕트는 배터리 셀의 상부 영역에만 결합될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 하부 영역에만 안전벤트가 형성된 경우, 상술한 구조의 덕트는 배터리 셀의 하부 영역에만 결합될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100) 중 배터리 셀(110)에 못(300)이 관통되어 화염 및 연기가 발생된 상태의 개략도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 못(300)이 배터리 셀(110)을 관통한 경우, 배터리 셀(110)의 내부에서 양극과 음극이 직접 쇼트되기 때문에, 배터리 셀(110)의 내부 압력이 급속히 증가하면서 경우에 따라 화염이나 스파크가 함께 발생할 수 있다.

이때, 배터리 셀(110)의 내부 압력이 임계 압력을 초과하면 배터리 셀(110)의 제1영역(111)에 구비된 제1안전벤트 및/또는 배터리 셀(110)의 제2영역(112)에 구비된 제2안전벤트가 파열되면서, 내부의 화염, 아크 및/또는 연기가 외부로 배출된다.

즉, 제1안전벤트를 통한 화염 및 연기는 제1덕트(120)의 제1결합홀(124)을 통해 제1덕트홀(126)로 안내되고, 또한 제2안전벤트를 통한 화염 및 연기는 제2덕트(130)의 제2결합홀(134)을 통해 제2덕트홀(136)로 안내된다. 여기서, 상술한 제1안전벤트 및 제2안전벤트는 둘다 동작할 수도 있고, 어느 하나만 동작할 수도 있다. 이하에서는, 제1덕트(120)의 동작을 위주로 설명한다.

제1안전벤트를 통해 배출된 화염, 아크 및/또는 연기는 제1결합홀(124)을 통해 제1덕트홀(126)로 안내되며, 따라서 제1덕트홀(126) 내의 산소는 상술한 화염에 의해 대부분 소모된다. 또한, 이때 제1덕트홀(126)의 내부 압력이 제1덕트홀(126)의 외부 대기압보다 높으므로, 제1덕트홀(126)의 내부로 외부의 산소가 새롭게 유입되지는 않는다. 더욱이, 제1배출홀(127)의 직경이 제1덕트홀(126)의 높이나 폭에 비해 상당히 작으므로, 제1덕트홀(126)로의 산소 유입은 더욱 어렵다.

따라서, 제1덕트홀(126)의 내부에서 화염 및/또는 스파크는 신속하게 소화되고, 결국 연기만이 제1덕트홀(126) 및 제1배출홀(127)을 통해 외부로 배출된다. 예를 들면, 본 발명에서는 못(300)의 관통 시 배터리 셀(110)로부터의 화염이 제1덕트홀(126)의 내부에서 외부로 배출되지 못하고 소화되며, 단지 연기만이 제1덕트홀(126) 및 제1배출홀(127)의 외부로 배출된다. 이에 따라 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 관통이나 과충전에 의해 제1안전벤트가 동작되었을 때, 1차 화염에 의한 2차 화재가 방지된다.

더불어, 본 발명에서는 제1덕트(120)의 제1덕트홀(126) 및/또는 제2덕트(130)의 제2덕트홀(136)의 내측에 미리 소화 재료가 위치될 수 있다. 예를 들면, 제1덕트홀(126) 및/또는 제2덕트홀(136)에 할로겐 화합물(취소계 염소계), 인계(인산에스테르계), 삼산화안티몬, 순산화합물, 중비금속 화합물, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 클레이, 탈크, 베이킹 소다 또는 모래와 같은 소화 재료가 열에 쉽게 녹은 비닐 봉투 등에 내장되어 위치될 수 있다. 따라서, 상술한 화염이나 아크에 의해 비닐 봉투가 용융되면, 내부의 소화 재료가 제1덕트홀(126) 및/또는 제2덕트홀(136)에 도포되고, 따라서 내부의 화염이나 아크가 더욱 신속하게 소화된다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 중 제1덕트(420,520,620)의 단면도가 도시되어 있다. 여기서, 제1덕트(420,520,620)를 중심으로 설명하지만, 여기에 설명된 구조는 제2덕트에도 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1덕트(420,520,620)는 제1덕트홀(126)의 내부에 제1덕트홀(126)을 부분적으로 막는 적어도 하나의 제1배플(421, 521,621)을 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1덕트(420)는 다수의 제1배플(421)을 포함하되, 이는 제1상면(121)으로부터 제1하면(122)을 향하여 경사진 다수의 상부 제1배플(421a)과, 제1하면(122)으로부터 제1상면(121)을 향하여 경사진 다수의 하부 제1배플(421b)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 제1배플(421a)과 하부 제1배플(421b)은 상호간 간섭하지 않을 수 있다. 즉, 상부 제1배플(421a) 및 하부 제1배플(421b)은 제1덕트홀(126)의 중앙 영역까지 연장되지 않을 수 있다. 더불어, 상부 제1배플(421a) 및/또는 하부 제1배플(421b)은 제1상면(121) 및/또는 제1하면(122)에 대하여 수직 방향으로 형성될 수도 있다.

다른 예로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1덕트(520)는 다수의 제1배플(521)을 포함하되, 이는 제1하면(122)으로부터 제1상면(121)을 향하여 경사진 것일 수 있다. 이때, 제1배플(521)은 제1덕트홀(126)의 높이중 대략 중간 높이 이상으로 연장될 수 있다. 물론, 제1배플(521)은 반대로 제1상면(121)으로부터 제1하면(122)을 향하여 경사진 것일 수도 있다.

또 다른 예로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1덕트(620)는 다수의 제1배플(621)을 포함하되, 제1상면(121)으로부터 제1하면(122)을 향하여 경사진 다수의 상부 제1배플(621a)과, 제1하면(122)으로부터 제1상면(121)을 향하여 경사진 다수의 하부 제1배플(621b)을 포함하되, 상부 제1배플(621a)과 하부 제1배플(621b)은 상호간 간섭될 수 있다. 즉, 상부 제1배플(621a)은 하부 제1배플(621b)의 형성 위치까지 대략 연장될 수 있고, 하부 제1배플(621b)은 상부 제1배플(621a)의 형성 위치까지 대략 연장될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀의 제1안전벤트로부터 배출된 화염이나 아크가 상술한 배플 구조에 의해 효율적으로 차단됨으로써, 제1덕트의 외부로 배출되지 않게 된다. 그러나, 제1안전벤트로부터 배출된 연기는 상술한 배플 구조를 통과하여 결국 배출홀을 통해 제1덕트의 외부로 배출된다.

여기서, 상술한 배플 역시 제1덕트와 같이 내연성 재료로 형성됨은 당연하다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 중 제1덕트(720,820,920)의 단면도가 도시되어 있다. 여기서, 제1덕트(720,820,920)를 중심으로 설명하지만, 여기에 설명된 구조는 제2덕트에도 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.

도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1덕트(720,820,920)는 제1덕트홀(126)의 내부에 다수의 수직 관통홀을 갖는 적어도 하나의 수평 플레이트(721,821)를 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1덕트(720)는 제1덕트홀(126)의 길이 방향으로, 또는 제1상면(121)과 제1하면(122) 사이에 적어도 하나의 제1수평 플레이트(721)가 더 형성되고, 이러한 제1수평 플레이트(721)에는 다수의 제1수직 관통홀(721a)이 형성될 수 있다.

다른 예로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1덕트(820)는 제1덕트홀(126)의 길이 방향으로, 또는 제1상면(121)과 제1하면(122) 사이에 상부 및 하부 제1수평 플레이트(821)가 더 형성되고, 이러한 상부 및 하부 제1수평 플레이트(821)에는 각각 상부 및 하부 제1수직 관통홀(821a)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상부 및 하부 제1수직 관통홀(821a)은 상호간 중첩되는 위치에 형성되거나 또는 상호간 중첩되지 않은 위치에 형성될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀(110)의 제1안전벤트로부터 배출된 화염이나 아크가 상술한 제1수평 플레이트(721,821)에 의해 효율적으로 차단됨으로써, 제1덕트(120)의 외부로 배출되지 않게 된다. 그러나, 제1안전벤트로부터 배출된 연기는 상술한 제1수평 플레이트(721,821)를 통과하여 결국 배출홀(127)을 통해 제1덕트(720,820,920)의 외부로 배출된다.

여기서, 상술한 제1수평 플레이트(721,821) 역시 제1덕트(720,820,920)와 같이 내연성 재료로 형성됨은 당연하다.

또 다른 예로 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1덕트(920)는 제1배출홀(927)이 상호간 이격된 내부 제1배출홀(927a) 및 외부 제1배출홀(927b)과, 내부 제1배출홀(927a)과 외부 제1배출홀(927b)의 사이에 구비된 제1버퍼 공간(928)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1버퍼 공간(928)은 내부 제1배출홀(927a)과 외부 제1배출홀(927b)의 체적보다 상대적으로 큰 체적을 갖는다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀(110)의 제1안전벤트로부터 배출된 화염이 상술한 제1버퍼 공간(928)에 의해 효율적으로 트랩됨으로써, 제1덕트(920)의 외부로 배출되지 않게 된다. 그러나, 제1안전벤트로부터 배출된 연기는 상술한 내부 제1배출홀(927a) 및 외부 제1배출홀(927b)을 통과하여 결국 제1덕트(920)의 외부로 배출된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 이해를 위한 원통형 배터리 셀(110) 및 각형 배터리 셀(210)의 예를 각각 도시한 단면도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 원통형 배터리 셀(110)은, 예를 들면, 원통형 캔(113), 전극 조립체(114), 센터핀(115) 및 캡 조립체(116)를 포함한다.

여기서, 원통형 캔(113)은 음극탭(114a)이 접속되는 바닥부(113a)에 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(113b)를 포함한다.

또한, 캡 조립체(116)는 캡 업(cap-up)(116a), 안전 플레이트(116b), 캡 다운(cap-down)(116c), 양극탭(114b)과 전기적으로 접속된 서브 플레이트(116d) 및 캡 업(116a), 안전 플레이트(116b), 캡 다운(116c)과 원통형 캔(113)의 측부을 절연시키는 절연 가스켓(116e)을 포함한다. 여기서, 안전 플레이트(116b)는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(116f)를 포함한다.

이와 같이 하여, 원통형 배터리 셀(110) 과충전되거나 또는 원통형 배터리 셀(110)에 못이 관통될 경우, 상술한 원통형 캔의 바닥부에 형성된 안전벤트(113b) 및/또는 캡 조립체중 안전 플레이트에 형성된 안전벤트(116f)가 파열되며, 외부로 화염 및/또는 연기를 배출하게 된다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 각형 배터리 셀(210)은, 예를 들면, 전극 조립체(211), 제1단자(212), 제2단자(213), 케이스(214) 및 캡 조립체(215)를 포함한다.

케이스(214)는 바닥부(214a)에 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(214b)를 포함할 수 있다. 또한, 캡 조립체(215) 역시 상대적으로 얇은 두께를 갖는 안전벤트(215a)를 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(214) 및 캡 조립체(215)는, 예를 들면, 제1단자(212)와 전기적으로 접속될 수 있고, 제2단자(213)는 절연된 상태로 캡 조립체(215)를 관통한다.

이와 같이 하여, 각형 배터리 셀(210)은 과충전되거나 또는 각형 배터리 셀에 못이 관통될 경우, 상술한 케이스의 바닥부에 형성된 안전벤트(214b) 및/또는 캡 조립체에 형성된 안전벤트(215a)가 파열되며, 외부로 화염 및/또는 연기를 배출하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 본 발명에 따른 배터리 모듈
110; 배터리 셀 111; 제1영역
112; 제2영역 120; 제1덕트
121; 제1상면 122; 제1하면
123a, 123b, 123c, 123d; 전면, 후면, 좌면, 우면
124; 제1결합홀 125; 제1단차
126; 제1덕트홀 127; 제1배출홀
128; 제1실링부 130; 제2덕트
131; 제2상면 132; 제2하면
133a, 133b, 133c, 133d; 전면, 후면, 좌면, 우면
134; 제2결합홀 135; 제2단차
136; 제2덕트홀 137; 제2배출홀
138; 제2실링부

Claims (11)

1. 제1영역과, 제1영역의 반대 영역인 제2영역을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀;
   상기 배터리 셀의 제1영역에 결합되는 제1결합홀과, 상기 제1결합홀에 연결된 제1덕트홀과, 상기 제1덕트홀에 연결된 제1배출홀을 갖는 제1덕트; 및
   상기 배터리 셀의 제2영역에 결합되는 제2결합홀과, 상기 제2결합홀에 연결된 제2덕트홀과, 상기 제2덕트홀에 연결된 제2배출홀을 갖는 제2덕트를 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1덕트는 상기 제1덕트홀의 내부에 상기 제1덕트홀을 부분적으로 막는 적어도 하나의 제1배플을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2덕트는 상기 제2덕트홀의 내부에 상기 제2덕트홀을 부분적으로 막는 적어도 하나의 제2배플을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1덕트는 상기 제1덕트홀의 길이 방향으로 형성된 제1수평 플레이트를 더 포함하고,
   상기 제1수평 플레이트는 적어도 하나의 제1수직 결합홀을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2덕트는 상기 제2덕트홀의 길이 방향으로 형성된 제2수평 플레이트를 더 포함하고,
   상기 제2수평 플레이트는 적어도 하나의 제2수직 결합홀을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1덕트의 제1배출홀은 상호간 이격된 내부 제1배출홀 및 외부 제2배출홀과, 상기 내부 제1배출홀과 상기 제1외부 배출홀의 사이에 구비된 제1버퍼 공간을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2덕트의 제2배출홀은 상호간 이격된 제2내부 배출홀 및 외부 제2배출홀과, 상기 제2내부 배출홀과 상기 외부 제2배출홀의 사이에 구비된 제2버퍼 공간을 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1덕트홀의 체적이 상기 제1결합홀 또는 상기 제1배출홀의 체적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2덕트홀의 체적이 상기 제2결합홀 또는 상기 제2배출홀의 체적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1덕트의 제1결합홀과 상기 배터리 셀의 제1영역 사이에는 제1실링부가 더 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2덕트의 제2결합홀과 상기 배터리 셀의 제2영역 사이에는 제2실링부가 더 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

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