KR20210128814A - 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 및 전력 저장 시스템 - Google Patents

화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 및 전력 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 서브 모듈; 내부에 상기 서브 모듈이 수납되며 개구부를 가진 하부 하우징; 상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되고 가스 인렛을 구비하는 제1 하우징 커버; 상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되어 상기 제1 하우징 커버와의 사이에 가스 수용 공간을 형성하고 가스 아웃렛을 구비하는 제2 하우징 커버; 및 상기 가스 수용 공간 내에 설치되어 상기 가스 수용 공간을 구획해 가스 배기 경로를 정의함으로써 상기 서브 모듈에서 발생되어 상기 가스 인렛을 통해 상기 가스 수용 공간 내에 유입되는 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 늘려주는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조를 포함한다.

Description

화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 및 전력 저장 시스템{A battery module having a flame discharge prevention structure, a battery pack, a vehicle and an energy storage system including the same}
본 발명은 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 모듈 하우징 내에 수용된 배터리 셀들에 이상이 생겨 가스 및 화염이 발생된 경우에 가스는 배터리 모듈 외부로 원활하게 배출시키되 화염은 외부로 배출시키지 않도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 및 전력 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)에도 관계되어 있다.
ESS로 이용되는 배터리 팩 또는 자동차의 전기 에너지 공급원으로 이용되는 배터리 팩은, 외부의 물리적 요인에 의한 사용상의 위험성을 제거하고, 설치 환경 및 사용 조건을 고려하여 적절히 기능할 수 있도록 구성된다. 이러한 ESS용 배터리 팩 또는 자동차용 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈 및 배터리 모듈과 전기적으로 연결되는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 결합시킨 형태를 가질 수 있다.
ESS용 배터리 팩 또는 자동차용 배터리 팩은 충분한 용량 및 출력을 확보하기 위하여 다수의 배터리 셀을 포함하고 있으므로, 사용 중에 일부 배터리 셀에서라도 이상이 발생하는 경우에 사용자의 안전이 확보될 수 있도록 설계될 필요가 있다. 예를 들어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 내에서 배터리 셀의 벤팅(venting)에 의한 가스 유출 및 화염 발생이 있는 경우, 가스는 배터리 모듈 외부로 원활히 배출시켜 배터리 모듈 내부의 압력을 감소시킬 필요가 있는 반면, 화염은 외부로 배출되지 않고 배터리 모듈 내부에서 소멸되도록 할 필요가 있다. 이처럼 배터리 모듈 내부에서 발생된 화염이 가스의 배출을 위해 형성된 가스 배출 홀을 통해 외부로 배출되지 않도록 하기 위해서는, 화염의 이동 경로를 가능한 길게 형성하여 화염의 발생 위치에서부터 가스 배출 홀까지 화염이 이동하는데 걸리는 시간을 지연시키는 방식이 이용될 수 있다.
그런데, 배터리 모듈의 사용 용도에 따라 배터리 모듈 내에 수용되는 배터리 셀의 개수, 그리고 각각의 배터리 셀이 갖는 용량 및 전압이 달라질 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈의 전체 용량 및 출력 전압 역시 달라질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 내에서 이상이 생겨 가스 및 화염이 발생되는 경우, 배터리 모듈의 사용 용도에 따라 가스 및 화염의 발생 규모 역시 달라질 수 있으며, 안전성을 확보하기 위한 가스 및 화염의 이동 경로의 길이 역시 다르게 설계될 필요가 있다.
이러한 관점에서 볼 때, 배터리 모듈 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있는 구조를 갖는 모듈 하우징 및 배터리 모듈의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배터리 모듈 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 적용되는 배터리 셀의 전압 및 용량이 달라지더라도 모듈 하우징을 교체할 필요 없이 간단한 작업만으로도 가스 및 화염의 배출 경로의 길이를 손쉽게 조절할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 국한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 서브 모듈; 내부에 상기 서브 모듈이 수납되며 개구부를 가진 하부 하우징; 상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되고 가스 인렛을 구비하는 제1 하우징 커버; 상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되어 상기 제1 하우징 커버와의 사이에 가스 수용 공간을 형성하고 가스 아웃렛을 구비하는 제2 하우징 커버; 및 상기 가스 수용 공간 내에 설치되어 상기 가스 수용 공간을 구획해 가스 배기 경로를 정의함으로써 상기 서브 모듈에서 발생되어 상기 가스 인렛을 통해 상기 가스 수용 공간 내에 유입되는 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 늘려주는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조를 포함한다.
상기 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조는 하나 이상의 경첩 구조물과 둘 이상의 칸막이 구조물로 구성되어 있으며, 상기 경첩 구조물은 경첩 축과 상기 경첩 축의 양단에 끼워져 고정되는 경첩 캡(cap)을 포함하고, 상기 경첩 축을 중심으로 두 개의 칸막이 구조물이 서로 회전 가능하게 결합됨이 바람직하다.
특히, 상기 칸막이 구조물의 일단에는 상기 경첩 축이 관통하는 홈이 파여있는 제1 손잡이 구조가 있고 타단에는 상기 경첩 축이 관통하는 두 개의 홈이 파여 있는 제2 손잡이 구조가 있으며, 어느 한 칸막이 구조물의 제2 손잡이 구조에 다른 칸막이 구조물의 제1 손잡이 구조가 상기 홈들이 상하 정렬되도록 서로 조립되고, 상기 홈들에 상기 경첩 축이 끼워져 서로 연결될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1 하우징 커버는 하방으로 오목하게 형성된 커버 수용부; 및 상기 커버 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부;를 포함한다.
상기 하부 하우징은 상기 서브 모듈을 수용하는 서브 모듈 수용부와 상기 서브 모듈 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 하우징 연장부를 상기 개구부의 둘레에 포함하며, 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부는 상기 하우징 연장부 놓이고 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부 상에 상기 제2 하우징 커버가 맞닿아 결합될 수 있다.
이 때, 상기 하부 하우징의 하우징 연장부와 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부와 제2 하우징 커버에는 서로 상하 정렬되는 체결 홀들이 구비되어 있을 수 있다.
그리하여, 상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버 사이에 실링 부재를 개재하여 상기 체결 홀들을 관통하는 볼트에 너트 체결할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1 하우징 커버는, 상기 커버 수용부의 내측벽 둘레에 형성되며 상기 칸막이 구조물의 제1 손잡이 구조나 제2 손잡이 구조를 고정하는 복수의 삽입 홈을 구비한다.
상기 제1 하우징 커버는, 상기 커버 수용부에 상기 칸막이 구조물을 수납하는 홈이 가로 세로 격자 모양으로 구비되어 있고 상기 격자 모양의 교차 부위에 상기 경첩 구조물을 수납하는 홈이 구비되어 있는 것이 바람직하다.
상기 칸막이 구조물을 수납하는 홈의 일부에는 상기 칸막이 구조물이 끼워지고 나머지에는 상기 칸막이 구조물이 끼워지지 않아 상기 화염은 상기 칸막이 구조물에 의해 차단되고 상기 칸막이 구조물이 끼워지지 않은 부분을 통과하게 한다.
이 때, 상기 화염이 지그재그 모양 또는 소용돌이 모양으로 이동하도록 상기 칸막이 구조물이 구비되어 있을 수 있다.
상기 가스 인렛과 상기 가스 아웃렛은, 상기 배터리 모듈의 폭 방향을 따라 서로 반대편에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 하나 이상 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있게 되며, 이로써 적용되는 배터리 셀의 전압 및 용량이 달라지더라도 모듈 하우징을 교체할 필요 없이 간단한 작업만으로도 가스 및 화염의 배출 경로의 길이를 손쉽게 조절할 수 있게 된다.
본 발명은 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조를 통해 배터리 모듈 열폭주시 배터리 모듈 상부에서 배기 가스가 잘 배출될 수 있게 배기 통로를 설계하고, 화염이 외부로 노출되는 현상은 충분히 방지할 수 있다. 그러므로 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈이 제공된다. 서브 모듈에서 발생되어 가스 인렛을 통해 가스 수용 공간 내에 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 늘려주어 이 화염이 가스 아웃렛을 통해 외부로 배출되지 않고 가스 수용 공간 내에서 소멸되도록 할 수 있다.
본 발명에서 이용하는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조는 원하는 개수만큼 부품 조립이 가능하며, 규격화되어 있는 부품을 사용하여 대량생산이 용이하다. 또한 경첩 축을 중심으로 칸막이 구조물이 좌우로 회전이 가능하여 원하는 방향으로 배열이 가능하다.
경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조 자체가 비드(bead)로써 강성 구조 역할도 겸하기에 강성 억제력 및 소재 비용의 트레이드 오프(trade off) 관계에서 적당한 개수를 선택할 수 있다. 즉, 폭발력이 낮으면 필요한 칸막이 구조물 개수를 적게 할 수 있고, 이에 따라 소재 비용을 낮출 수 있다. 폭발력이 높으면 칸막이 구조물 개수를 많게 하여, 소재 비용이 높더라도 강성을 높일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 있어서, 제2 하우징 커버가 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 하부 하우징을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 서브 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 하부 하우징 내부에 서브 모듈이 수납되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 제1 하우징 커버를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 하부 하우징과 제1 하우징 커버가 결합되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 제1 하우징 커버에 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조를 설치하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 제1 하우징 커버에 실링부재를 설치하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 제1 하우징 커버 위에 제2 하우징 커버를 설치하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 하부 하우징과 제1 하우징 커버 및 제2 하우징 커버를 결합하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 경첩 구조물을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 칸막이 구조물을 나타내는 도면이다.
도 14 내지 도 16은 하나의 경첩 구조물과 두 칸막이 구조물을 조립하여 단위 구조를 제조하는 과정을 설명하는 도면들이다.
도 17은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 1의 배터리 모듈에서, 가스의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 19와 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서, 가스의 이동 경로를 나타내는 도면들이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
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 아니 되며, 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 구조를 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈(1)에 있어서, 제2 하우징 커버(230)가 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 모듈 하우징(200)을 포함한다. 모듈 하우징(200) 내부에는 서브 모듈(미도시)과 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)가 포함되어 있다. 또한, 배터리 모듈(1)은, 모듈 하우징(200)의 기밀성 유지를 위한 가스켓(300)을 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
모듈 하우징(200)은 하부 하우징(210), 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)를 포함한다. 하부 하우징(210), 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)는 볼트(B) 체결되어 있다. 모듈 하우징(200) 내부에는 셀 또는 서브 모듈이 수납될 수 있다. 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)는 하부 하우징(210)의 Z축 방향 상부에 놓이며, 서로 결합하여 화염 배출 방지 구조물을 형성한다. 이 때, 제1 하우징 커버(220)는 배기 경로 하판, 제2 하우징 커버(230)는 배기 경로 상판을 각각 구성한다.
경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 제1 하우징 커버(220) 상에 고정 수납이 되며, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230) 사이에서 화염 배기 경로(P)를 형성하게 된다.
이러한 배터리 모듈(1)에 의하면, 서브 모듈 발화 시 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230) 사이에서 화염의 포집이 가능하다. 가스는 제2 하우징 커버(230)의 아웃렛(H2)을 통해 배터리 모듈(1) 외부로 배출시키되, 화염은 배터리 모듈(1) 내부에 가두거나 소멸시킬 수 있다.
경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 길이와 방향 조절이 자유롭다. 이를 통해 다양한 배터리 모듈 사이즈에 대응이 가능하다. 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 배터리 모듈(1) 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있다. 적용되는 배터리 셀의 전압 및 용량이 달라지더라도 모듈 하우징(200)을 교체할 필요 없이 간단히 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 변경하는 작업만으로도 가스 및 화염의 배출 경로의 길이를 손쉽게 조절할 수 있다.
이제 도 1 및 도 2와 함께 도 3 내지 도 11까지 참조하며 이러한 배터리 모듈(1)의 세부 구조 및 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 도 1에 도시한 배터리 모듈(1)에 포함되는 하부 하우징(210)을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 하부 하우징(210)은 상부 오픈된 바텀 플레이트(bottom plate)에 해당한다. 하부 하우징(210)은 Z축 방향 상부에 개구부(O)를 가지며, 중심부에 형성된 수용 공간 내에 서브 모듈을 수용할 수 있다. 하부 하우징(210)은 중심부에 하방(Z축 방향)으로 오목하게 형성된 서브 모듈 수용부(211) 및 서브 모듈 수용부(211)의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 하우징 연장부(212)를 개구부(O) 둘레에 포함한다. 서브 모듈 수용부(211) 내에는 서브 모듈이 수용된다. 하우징 연장부(212) 상에는 일정 간격으로 형성된 복수의 제1 체결 홀(212a)이 구비된다. 제1 체결 홀(212a)은 하부 하우징(210)을 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)와 결합시키기 위한 볼트(B)가 삽입될 수 있는 공간을 제공한다.
도 4는 배터리 모듈(1)에 포함되는 서브 모듈(100)을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 서브 모듈(100)은 하부 하우징(210)의 내부 수용 공간에 수용되며, 서로 대면하여 적층되는 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다. 또한, 서브 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)이 적층되어 형성된 셀 적층체 외에 셀 적층체의 길이 방향(X축 방향) 양 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임(120)을 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
배터리 셀(110)로는, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 배터리 셀(110)은, 한 쌍의 전극 리드(111)를 구비한다. 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향(X축 방향) 양 측으로 각각 인출될 수 있다.
버스바 프레임(120)은, 셀 적층체에 결합되어 복수의 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결시킨다. 즉, 전극 리드(111)는, 버스바 프레임(120)에 형성된 슬릿을 통해 인출되고 버스바 프레임(120)에 구비된 버스바에 결합된다. 이처럼, 전극 리드(111)와 버스바 간의 결합을 통해 서로 이웃하는 배터리 셀(110) 간의 전기적 연결이 이루어지게 된다.
도 5는 도 3의 하부 하우징(210) 내부에 이러한 서브 모듈(100)이 수납되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 모듈(1) 조립시 먼저 하부 하우징(210)을 준비하고, 하우 하우징(210)의 개구부(O)를 통하여 서브 모듈(100)을 하방으로(Z축 방향으로) 삽입시킨다. 서브 모듈(100)은 서브 모듈 수용부(211) 내에 안착이 된다.
도 6은 배터리 모듈(1)에 포함되는 제1 하우징 커버(220)를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 하우징 커버(220)는, 그 X-Y 평면 형상이 대략 직사각형인 플레이트 형태를 가지며, 네 개의 코너 영역 중 한 곳에 관통 형성되는 가스 인렛(H1)을 구비한다. 제1 하우징 커버(220)는, 하방(Z축 방향)으로 오목하게 형성된 커버 수용부(221) 및 커버 수용부(221)의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부(222)를 포함한다. 가스 인렛의 위치는 흡기 및 배기 방향에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예에서 가스 인렛(H1)은, 커버 수용부(221)의 코너 영역에 구비되어 있다. 화염 배기 경로의 길이를 충분히 확보하기 위하여, 가스 인렛(H1)은, 커버 수용부(221)의 코너 영역에 형성됨이 바람직하나, 설계에 따라서는 가스 인렛이 커버 수용부(221)의 가운데 영역에 형성이 될 수도 있다.
커버 수용부(221)의 내측벽 둘레에는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 삽입/고정을 위한 복수의 삽입 홈(221a)이 구비되어 있다. 커버 수용부(221)에는 경첩을 활용한 칸막이 구조(400)를 끼울 수 있는 홈(221b, 221c)도 구비되어 있다. 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c)은 복수개이고 이 중에 일부가 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 삽입/고정에 이용될 수 있다. 설계자는 복수의 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c) 중에서 일부를 선택하여 다양한 화염 배기 경로를 구성하기 위해 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 구현할 수 있다.
커버 연장부(222) 상에는 일정 간격으로 형성된 복수의 제2 체결 홀(222a)이 구비된다. 제2 체결 홀(222a)은 제1 하우징 커버(220)를 하부 하우징(210) 및 제2 하우징 커버(230)와 결합시키기 위한 볼트(B)가 삽입될 수 있는 공간을 제공한다.
제1 하우징 커버(220)는, 커버 연장부(222)에 형성된 실링 부재 홈(222b)을 구비할 수 있으며, 이 경우 실링 부재 홈(222b) 내에 실링 부재가 삽입될 수 있다.
도 7은 하부 하우징(210)과 제1 하우징 커버(220)가 결합되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 하우징 커버(220)는, 서브 모듈(100)이 수납되어 있는 하부 하우징(210)의 개구부(O)를 커버하며 하부 하우징(210)의 상부에 결합된다. 구체적으로, 제1 하우징 커버(220)와 하부 하우징(210) 간의 결합은, 제1 하우징 커버(220)의 커버 연장부(222)와 하부 하우징(210)의 하우징 연장부(212)가 맞닿은 상태로 이루어진다. 이처럼 제1 하우징 커버(220)가 하부 하우징(210)에 체결되었을 때, 제1 체결 홀(212a)과 제2 체결 홀(222a)은 서로 상하 정렬되게 1대 1로 대응되는 위치에 정렬되며, 가스 인렛(H1)은 하부 하우징(210)의 서브 모듈 수용부(211)와 연통된다. 이로써, 하부 하우징(210) 내에서 서브 모듈(100)의 일부 배터리 셀(110)의 벤팅에 따른 가스 및 화염이 발생된 경우, 가스와 화염은 가스 인렛(H1)을 통해 제1 하우징 커버(220)의 커버 수용부(221) 내로 유입된다.
도 8은 제1 하우징 커버(220)에 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 설치하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 제1 하우징 커버(220) 상에 고정 수납이 된다. 이 때 도 6을 참조하여 설명한 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c)이 이용이 된다. 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c)이 있어 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)가 흔들리거나 이탈하지 않고 제1 하우징 커버(220)의 커버 수용부(221)에 잘 수납이 될 수 있다. 배기 경로에 따라 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 방향 및/또는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 구성하는 단위 구조의 개수가 다르다. 상세한 내용은 아래에서 후술한다.
도 9는 제1 하우징 커버(220)에 실링부재를 설치하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 제1 하우징 커버(220)는, 커버 연장부(222)에 형성된 실링 부재 홈(222b)을 구비할 수 있으며, 이 경우 실링 부재 홈(222b) 내에 가스켓(300)과 같은 실링부재가 삽입될 수 있다. 도 9와 같이 실링부재로서 가스켓(300)을 삽입하면 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)의 결합 계면의 밀봉성이 강화될 수 있다.
도 10은 제1 하우징 커버(220) 위에 제2 하우징 커버(230)를 설치하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 11은 하부 하우징(210)과 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)를 결합하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 제2 하우징 커버(230)는, 그 X-Y 평면 형상이 대략 직사각형인 플레이트 형태를 가지며, 가스 아웃렛(H2)을 구비하고, 제1 하우징 커버(220)의 상부로부터 제1 하우징 커버(220)에 결합된다. 가스 아웃렛의 위치는 가스 인렛의 위치와 마찬가지로, 흡기 및 배기 방향에 따라 달라질 수 있는데, 본 실시예에서 제2 하우징 커버(230)의 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 예를 든다. 화염 배기 경로의 길이를 충분히 확보하기 위하여, 가스 아웃렛(H2)은 가스 인렛(H1)과 X-Y 평면 상에서의 거리가 되도록이면 커지게 형성함이 바람직하다. 가스 인렛(H1)이 커버 수용부(221)의 어느 한 코너 영역에 형성한 예를 들고 있으므로, 가스 아웃렛(H2)은 제2 하우징 커버(230)의 다른 한 코너 영역에 형성할 수 있다. 설계에 따라서는 가스 아웃렛 제2 하우징 커버(230)의 가운데 영역에 형성이 될 수도 있다.
제2 하우징 커버(230)에는 일정 간격으로 형성된 복수의 제3 체결 홀(232a)이 구비된다. 제3 체결 홀(232a)은 제1 하우징 커버(220)를 하부 하우징(210) 및 제2 하우징 커버(230)와 결합시키기 위한 볼트(B)가 삽입될 수 있는 공간을 제공한다.
이 때, 하우징 연장부(212)의 제1 체결 홀(212a)과 커버 연장부(222)의 제2 체결 홀(222a)과 제2 하우징 커버(230)의 제3 체결 홀(232a)은 서로 상하 정렬된다. 제1 하우징 커버(220)의 커버 연장부(222)는 하우징 연장부(212) 위에 놓이고 제1 하우징 커버(220)의 커버 연장부(222) 상에 제2 하우징 커버(230)가 맞닿아, 도 11에 도시한 바와 같이, 정렬된 제1 체결 홀(212a), 제2 체결 홀(222a) 및 제3 체결 홀(232a)을 관통하는 볼트(B)에 너트(N) 체결됨으로써 서로 결합될 수 있다.
한편, 제2 하우징 커버(230)는, 앞서 설명한 제1 하우징 커버(220)와 동일한 형상 및 구조를 가져도 된다. 그 때에는, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)가 서로 상하가 반전된 상태로 결합된다. 즉, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)가 상호 결합되었을 때, 제1 하우징 커버(220)의 커버 수용부(221)는 하방으로 오목한 형태를 가지며, 제2 하우징 커버(230)의 수용부(221)는 상방으로 오목한 형태를 갖는다는 것이다. 또한, 제2 하우징 커버(230)의 가스 아웃렛(H2)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축 방향)을 따라 제1 하우징 커버(220)의 가스 인렛(H1)과 서로 반대편에 위치한다. 이처럼, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)는 상호 180도 대칭 관계에 있을 수 있으며, 이에 따라 각각의 커버 수용부(221)가 대면한 상태로 각각의 커버 연장부(222)끼리 맞닿아 결합될 수 있다.
어느 경우이든, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)가 결합되면, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230) 사이에는 하부 하우징(210)으로부터 가스 인렛(H1)을 통해 유입된 가스 및 화염이 수용될 수 있는 공간이 구비된다. 상기 공간 내로 유입된 가스 및 화염은 후술할 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)에 의해 형성된 배기 경로(P)를 통과하게 되며, 이 과정에서 화염은 소멸되고, 가스는 가스 아웃렛(H2)을 통해 배터리 모듈(1)의 외부로 배출되어 배터리 모듈(1)의 내압이 감소될 수 있다.
전술한 도 2 및 도 8에 도 12 내지 도 17을 더 참조하여, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2 및 도 8에 도시한 바와 같이, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230) 사이에 형성되는 가스 수용 공간 내에 설치되어 가스 수용 공간을 구획함으로써 가스 배기 경로(P)를 정의한다. 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는, 서브 모듈(100)에서 발생되어 가스 인렛(H1)을 통해 상기 가스 수용 공간 내에 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 늘려준다. 화염이 가스 아웃렛(H2)을 통해 외부로 곧장 배출되지 않고 지그재그 모양 또는 소용돌이 모양으로 이동하도록 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 구비하면, 화염이 가스 수용 공간 내에서 소멸되어 외부로 배출되지 않을 수 있다. 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는, 제1 하우징 커버(220)의 길이 방향(X축 방향) 및/또는 폭 방향(Y축 방향)을 따라 커버 수용부(221)를 가로질러 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)가 제1 하우징 커버(220)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 커버 수용부(221)를 가로질러 여러 개 설치된 예를 들고 있다.
경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는, 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)의 폭 방향(Y축 방향)을 따라 일정 간격을 두고 복수개가 설치될 수 있다. 본 실시예에서 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)들은 커버 수용부(221)의 길이보다는 짧고, 그 중 일부는 길이 방향 일 측 단부가 좌측 삽입 홈(221a)에 삽입되어 커버 수용부(221) 내에 고정되고, 다른 일부는 길이 방향 타 측 단부가 우측 삽입 홈(221a)에 삽입되어 커버 수용부(221) 내에 고정된다.
길이 방향 일 측 단부가 좌측 삽입 홈(221a)에 삽입된 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)와 길이 방향 타 측 단부가 우측 삽입 홈(221a)에 삽입된 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)의 폭 방향(Y축 방향)을 따라 일정 간격을 두고 번갈아 설치함으로써, 가스가 지그재그로 이동할 수 있도록, 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230) 사이의 가스 수용 공간을 구획한다.
도 12 내지 도 17을 참조하면, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 하나 이상의 경첩 구조물(410)과 둘 이상의 칸막이 구조물(420)로 구성된다.
도 12에 도시한 바와 같이, 경첩 구조물(410)은 Z축 방향으로 놓일 수 있는 경첩 축(412)과 경첩 축(412) 양단에 끼워져 고정되는 경첩 캡(414)을 포함한다. 이러한 경첩 축(412)을 중심으로 두 개의 칸막이 구조물(420)이 서로 회전 가능하게 결합된다. 힌지 결합이다. 경첩 축(412)을 중심으로 두 개의 칸막이 구조물(420)이 서로 회전 가능하여야 하므로, 경첩 축(412)은 원통형 봉 형상이다.
도 13을 참조하면, 칸막이 구조물(420)은 작은 판 모양의 몸체(422)를 기본으로, 몸체(422)의 일단에는 경첩 축(412)이 상하로 관통하는 홈이 파여있는 제1 손잡이 구조(424)가 있고 타단에는 경첩 축(412)이 상하로 관통하는 두 개의 홈이 파여 있는 제2 손잡이 구조(426)가 있다. 경첩 축(412)이 상하로 관통하는 홈은 원통형 봉 형상 경첩 축(412)의 외경과 비슷한 내경을 가지는 원형이다. 제1 손잡이 구조(424)와 제2 손잡이 구조(426)는 이러한 원형 홈을 정의하는 원형의 테두리를 가지게 된다.
도 14 내지 도 16은 하나의 경첩 구조물과 두 칸막이 구조물을 조립하여 단위 구조를 제조하는 과정을 설명하는 도면들이다.
먼저 도 14에서와 같이 어느 한 칸막이 구조물(420)의 제2 손잡이 구조(426)에 다른 칸막이 구조물(420)의 제1 손잡이 구조(424)가 오도록 해 서로 끼운다. 이로써 경첩 축(412)이 관통하는 홈들이 서로 상하 정렬되면서 조립된다. 그런 다음, 상기 홈들에 경첩 축(412)을 끼워 칸막이 구조물(420)들과 조립한다. 이후 경첩 축(412)의 양단에 경첩 캡(414)을 끼워 고정하면, 경첩 축(412)이 관통하는 홈들에서 이탈하지 않고 안정된 단위 구조가 완성된다. 경첩 축(412)을 중심으로 두 개의 칸막이 구조물(420)은 서로 회전 가능하면서도 경첩 캡(414)이 있기 때문에 경첩 축(412)으로부터 이탈하지 않는다.
이와 같이 배기 경로를 정의하는 단위 구조는 3가지 부품(하나의 경첩 구조물(410)과 두 칸막이 구조물(420))만 가지고 구성할 수 있어서, 조립이 매우 용이하고, 표준화 및 단순화되어 있다.
이러한 단위 구조는 앞의 작업들을 동일하게 원하는 만큼 반복하여 필요한 개수만큼 얼마든지 더 연결할 수 있다. 예를 들어 도 17에 도시한 정도로 커버 수용부(221)의 길이보다는 조금 짧게, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)가 마련될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 이용하는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)는 경첩 구조물(410)과 칸막이 구조물(420)을 규격화하여 원하는 개수만큼 조립이 가능하다. 경첩 구조물(410)과 칸막이 구조물(420) 개수 증감에 따라 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400) 길이 조절이 가능하다. 또한 경첩 축(412)을 중심으로 좌우로 회전이 가능하기 때문에 가로나 세로 원하는 방향으로 칸막이 구조물(420)을 배열하는 것이 가능하다. 이에 따라 배터리 모듈 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있게 되며, 이로써 적용되는 배터리 셀의 전압 및 용량이 달라지더라도 모듈 하우징을 교체할 필요 없이 간단한 작업만으로도 가스 및 화염의 배출 경로의 길이를 손쉽게 조절할 수 있게 된다. 배터리 모듈 종류에 대응하는 확장 가능성이 크며 대량생산이 용이하다.
도 18은 배터리 모듈(1)에 있어서, 가스의 이동 경로(P)를 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 제1 하우징 커버(220)에 형성된 삽입 홈(212a)에는 칸막이 구조물(420)의 제1 손잡이 구조(424)나 제2 손잡이 구조(426)가 삽입되어 고정된다. 삽입 홈(212a)은 제1 손잡이 구조(424)나 제2 손잡이 구조(426)의 테두리 모양대로 동그란 형태의 원형 홈을 기본으로 하면서 칸막이 구조물(420)의 몸체(422)는 측면으로 나와 커버 수용부(221)를 향하게 할 수 있는 형태를 가진다. 삽입 홈(212a)의 상방에서 하방으로(즉, Z축 방향으로) 칸막이 구조물(420)의 제1 손잡이 구조(424)나 제2 손잡이 구조(426)를 끼워 넣으면 삽입홈(212a) 측면으로 칸막이 구조물(420)의 제1 손잡이 구조(424)나 제2 손잡이 구조(426)는 빠져나올 수 없어 고정이 된다.
제1 하우징 커버(220)의 커버 수용부(221)에는 칸막이 구조물(420)을 수납하는 홈(221b)이 가로 세로 격자 모양으로 구비되어 있고, 격자 모양의 교차 부위에는 경첩 구조물(410)을 수납하는 홈(221c)이 구비되어 있다. 경첩 구조물(410)을 수납하는 홈(221c)은 경첩 구조물(410)의 경첩 캡(414)의 X-Y 평면 투영 모양대로 동그란 형태의 홈이다. 칸막이 구조물(420)을 수납하는 홈(221b)은 칸막이 구조물(420)의 몸체(422) X-Y 평면 투영 모양대로 직사각형 형태의 홈이다. X-Y 평면 투영 모양이 다른 경첩 캡(414)과 칸막이 구조물(420)의 몸체(422)를 이용하게 된다면 칸막이 구조물(420)을 수납하는 홈(221b)과 경첩 구조물(410)을 수납하는 홈(221c)의 모양도 그에 맞게 변형할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 커버 수용부(221)의 내측벽 둘레에는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 삽입/고정을 위한 복수의 삽입 홈(221a)이 구비되어 있다. 커버 수용부(221)에는 경첩을 활용한 칸막이 구조(400)를 끼울 수 있는 홈(221b, 221c)도 구비되어 있다. 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c)은 복수개이고 이 중에 일부만이 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 삽입/고정에 이용될 수 있다. 설계자는 복수의 삽입 홈(221a)과 홈(221b, 221c) 중에서 일부를 선택하여 다양한 화염 배기 경로를 구성하기 위해 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 구현할 수 있다.
칸막이 구조물(420)을 수납하는 홈(221b)의 일부에 칸막이 구조물(420)이 끼워지고 나머지에는 칸막이 구조물(420)이 끼워지지 않는다. 화염은 칸막이 구조물(420)에 의해 차단되고 칸막이 구조물(420)이 끼워지지 않은 부분을 통과하게 된다.
이처럼, 일부 홈(221b)에 칸막이 구조물(420)이 끼워지지 않고 개방이 되는 경우, 이를 통해 가스와 화염이 이동하는 배기 경로(P)가 형성된다. 본 실시예에서는 서브 모듈(100)에서 발생되어 제1 하우징 커버(220)의 가스 인렛(H1)을 통해 가스 수용 공간 내에 유입되는 가스와 함께 유입되는 화염이 제2 하우징 커버(230)의 가스 아웃렛(H2)을 통해 외부로 곧장 배출되지 않고, 가스 수용 공간 내에서 지그재그 모양으로 먼 거리 이동하도록, 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 간헐 배치한 예를 도시하고 설명하였다. 가스와 함께 유입되는 화염은 배기 경로(P) 안에 가두어 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다. 가스만이 가스 아웃렛(H2)을 통해 외부로 배출될 수 있어 안전하다.
한편, 도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 필요에 따라 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 적용 개수와 배열을 달리 함으로써 서브 모듈(100)에서 발생된 가스를 외부로 원활히 배출시키면서 화염의 외부 배출 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
칸막이 구조물(420) 자체가 비드로써 강성 구조 역할도 겸하기에 강성 억제력 및 소재 비용의 트레이드 오프 관계에서 적당한 개수를 선택할 수도 있다. 예를 들어 도 18의 경우는 폭발력이 높아 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400) 개수를 많게 한 것으로(일 예로 7개), 소재 비용이 높더라도 강성을 높일 수 있다.
도 18과 비교시 도 19는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400) 개수가 적다(일 예로 3개). 폭발력이 낮으면 필요한 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400) 개수를 적게 할 수 있고, 이에 따라 소재 비용을 낮출 수 있다. 따라서, 도 19와 같이 소수의 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 사용하여 비용을 절감하는 예가 가능하다. 폭발력이 중간인 경우라면 도 18과 도 19의 중간 정도 개수의 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)를 사용하여 적절한 소재 비용과 강성을 달성할 수 있다.
한편, 도 18와 도 19는 제2 하우징 커버의 코너 영역 중 한 곳으로, 즉 한쪽 끝부분으로 화염 배기를 흘려 보내는 배기 경로(P)에 해당하는데, 도 20과 같이 제2 하우징 커버의 가운데 부분으로 화염 배기를 흘려 보내는 배기 경로(P')도 가능하다. 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 개수는 1개이지만 코너 영역마다 좌측 반시계 방향으로 90도씩 꺾이도록 칸막이 구조물(420)의 방향 전환을 한 것이다. 이 때에는 제2 하우징 커버(2300의 가운데 부분에 가스 아웃렛이 구비되어 있어야 한다. 이와 같이 본 발명에 따른 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조(400)의 경우, 경첩 축(412)을 중심으로 칸막이 구조물(420)의 방향 전환이 가능하여, 화염 배기를 원하는 방향으로 흘려 보내기에 매우 유용하다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(500)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 21을 참조하면, 배터리 팩(500)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(1) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(1)을 패키징하는 팩 케이스(510)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(500)은, 이러한 배터리 모듈(1)과 팩 케이스(510) 이외에 배터리 모듈(1)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 이러한 배터리 팩(500)은 배터리 모듈(1)을 포함하므로, 전술한 배터리 모듈(1)의 특징 및 효과를 그대로 가진 배터리 팩으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 및/또는 ESS는, 상술한 바와 같은 본 발명의 배터리 팩을 하나 이상 포함한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에에 따른 배터리 팩(500)을 포함하는 자동차(600)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 22를 참조하면, 자동차(600)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(500), ECU(Electronic Control Unit, 610), 인버터(620) 및 모터(630)를 포함하여 구성될 수 있다. 바람직하게, 자동차(600)는 전기 자동차일 수 있다.
배터리 팩(500)은 모터(630)에 구동력을 제공하여 자동차(600)를 구동시키는 전기 에너지원으로 사용될 수 있다. 배터리 팩(500)은 모터(630) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(620)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리 팩(500)은 브레이크(break)와 결합된 회생충전 장치에 의해 충전될 수 있다. 배터리 팩(500)은 인버터(620)를 통해 자동차(600)의 모터(630)에 전기적으로 연결될 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 배터리 팩(500)에는 BMS도 포함되어 있다. BMS는 배터리 팩(500) 내의 셀들의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(500)을 관리한다. 예컨대, 배터리 팩(500)의 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리 팩(500) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(500)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리 팩(500)의 교체 시기 추정도 가능하다.
ECU(610)는 자동차(600)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 가속기(accelerator), 브레이크, 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정보를 결정하고, 모터(630)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한, ECU(610)는 BMS에 의해 전달받은 배터리 팩(500)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리 팩(500)이 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(620)에 제어 신호를 보낸다. 인버터(620)는 ECU(610)의 제어 신호에 기초하여 배터리 팩(500)이 충전 또는 방전되도록 한다. 모터(630)는 배터리 팩(500)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(610)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 자동차(600)를 구동한다.
이러한 자동차(600)는 배터리 팩(500)을 포함하는데, 배터리 팩(500)은 앞서 설명한 바와 같이 배터리 모듈(1)을 포함함으로써 화염 이동 경로를 길게 할 수 있다. 따라서, 자동차(600) 주행시 배터리 팩(500)에 문제가 생기더라도 안정성이 유지된다. 또한, 이러한 배터리 팩(500)은 안정성이 뛰어나고 장시간 사용할 수 있으므로, 이를 포함하는 자동차(600)는 안전하고 운용이 쉽다.
ESS는 잘 알려진 바와 같이 원하는 시간에 전력을 생산하기 어려운 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 미리 저장했다가 필요한 시간대에 사용할 수 있도록 한다. 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 구성하기 위하여, 이러한 ESS에서 전력 저장을 하는 데에 본 발명에 따른 배터리 팩이 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함함으로써 화염 이동 경로를 길게 할 수 있다. 따라서, 일부 배터리 팩에 문제가 생기더라도 ESS 안정성이 유지되고 화재 확산을 방지할 수 있다.
이상에서 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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 배터리 모듈 100: 서브 모듈
110: 배터리 셀 111: 전극 리드
120: 버스바 프레임 200: 모듈 하우징
210: 하부 하우징 211: 서브 모듈 수용부
212: 하우징 연장부 O: 개구부
212a: 제1 체결 홀 220: 제1 하우징 커버
221: 커버 수용부 221a: 삽입 홈
222: 커버 연장부 222a: 제2 체결 홀
222b: 실링 부재 홈 H1: 가스 인렛
P, P': 배기 경로 230: 제2 하우징 커버
232a: 제3 체결 홀 H2: 가스 아웃렛
300: 가스켓 400: 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조
410: 경첩 구조물 412: 경첩 축
414: 경첩 캡 420: 칸막이 구조물
422: 몸체 424: 제1 손잡이 구조
426: 제2 손잡이 구조
B: 볼트 N: 너트
500: 배터리 팩 600: 자동차

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 서브 모듈;
    내부에 상기 서브 모듈이 수납되며 개구부를 가진 하부 하우징;
    상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되고 가스 인렛을 구비하는 제1 하우징 커버;
    상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되어 상기 제1 하우징 커버와의 사이에 가스 수용 공간을 형성하고 가스 아웃렛을 구비하는 제2 하우징 커버; 및
    상기 가스 수용 공간 내에 설치되어 상기 가스 수용 공간을 구획해 가스 배기 경로를 정의함으로써 상기 서브 모듈에서 발생되어 상기 가스 인렛을 통해 상기 가스 수용 공간 내에 유입되는 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 늘려주는 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경첩을 활용한 가변형 칸막이 구조는 하나 이상의 경첩 구조물과 둘 이상의 칸막이 구조물로 구성되어 있으며,
    상기 경첩 구조물은 경첩 축과 상기 경첩 축의 양단에 끼워져 고정되는 경첩 캡을 포함하고,
    상기 경첩 축을 중심으로 두 개의 칸막이 구조물이 서로 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 칸막이 구조물의 일단에는 상기 경첩 축이 관통하는 홈이 파여있는 제1 손잡이 구조가 있고 타단에는 상기 경첩 축이 관통하는 두 개의 홈이 파여 있는 제2 손잡이 구조가 있으며,
    어느 한 칸막이 구조물의 제2 손잡이 구조에 다른 칸막이 구조물의 제1 손잡이 구조가 상기 홈들이 상하 정렬되도록 서로 조립되고,
    상기 홈들에 상기 경첩 축이 끼워져 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 하우징 커버는 하방으로 오목하게 형성된 커버 수용부; 및
    상기 커버 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부 하우징은 상기 서브 모듈을 수용하는 서브 모듈 수용부와 상기 서브 모듈 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 하우징 연장부를 상기 개구부의 둘레에 포함하며, 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부는 상기 하우징 연장부 상에 놓이고 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부 상에 상기 제2 하우징 커버가 맞닿아 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 하우징의 하우징 연장부와 상기 제1 하우징 커버의 커버 연장부와 제2 하우징 커버에는 서로 상하 정렬되는 체결 홀들이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버 사이에 실링 부재를 개재하여 상기 체결 홀들을 관통하는 볼트에 너트 체결한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 하우징 커버는,
    상기 커버 수용부의 내측벽 둘레에 형성되며 상기 칸막이 구조물의 제1 손잡이 구조나 제2 손잡이 구조를 고정하는 복수의 삽입 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제1 하우징 커버는,
    상기 커버 수용부에 상기 칸막이 구조물을 수납하는 홈이 가로 세로 격자 모양으로 구비되어 있고 상기 격자 모양의 교차 부위에 상기 경첩 구조물을 수납하는 홈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 칸막이 구조물을 수납하는 홈의 일부에는 상기 칸막이 구조물이 끼워지고 나머지에는 상기 칸막이 구조물이 끼워지지 않아 상기 화염은 상기 칸막이 구조물에 의해 차단되고 상기 칸막이 구조물이 끼워지지 않은 부분을 통과하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 화염이 지그재그 모양 또는 소용돌이 모양으로 이동하도록 상기 칸막이 구조가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 인렛과 상기 가스 아웃렛은, 상기 배터리 모듈의 폭 방향을 따라 서로 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩을 하나 이상 포함하는 자동차.
  15. 제13항에 따른 배터리 팩을 하나 이상 포함하는 전력 저장 시스템(Energy Storage System; ESS).
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