KR20210129514A - 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 ess - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 서브 모듈; 상기 서브 모듈을 수용하는 하부 하우징; 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 인렛을 구비하며, 상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되는 제1 하우징 커버; 및 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 아웃렛을 구비하며, 상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되는 제2 하우징 커버; 상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버 사이에 형성되는 가스 수용 공간 내에 설치되고, 상기 가스 인렛 및 상기 가스 아웃렛과 연결되며, 상기 가스 인렛을 통해 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 여러 갈래로 분기시켜 상기 화염이 상기 가스 아웃렛을 통해 외부로 유출되지 않고 소멸되도록 하는 배기 파이프 어셈블리; 를 포함한다.

Description

화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 ESS{A battery module having a flame discharge prevention structure, and a battery pack and Energy storagy system including the battery module}
본 발명은, 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 ESS(Energy storage system)에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 모듈 하우징 내에 수용된 배터리 셀들 중 적어도 일부에서 이상에 발생되어 가스 및 화염이 발생된 경우에 있어서 가스는 외부로 원활하게 배출시키되 화염은 외부로 배출되지 않도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 ESS에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(ESS: Energy storage system)로 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 에너지 저장 장치용 배터리 팩 또는 자동차의 전기 에너지 공급원으로 이용되는 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈 및 배터리 모듈과 전기적으로 연결되는 BMS를 결합시킨 형태를 가질 수 있다.
에너지 저장 장치용 배터리 팩 또는 자동차의 전기 에너지 공급원으로 이용되는 배터리 팩은 충분한 용량 및 출력을 확보하기 위하여 다수의 배터리 셀을 포함하고 있으므로, 사용 중에 이상이 발생하는 경우에 있어서 사용자의 안전이 확보될 수 있도록 설계될 필요가 있다.
예를 들어, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 내에서 배터리 셀의 벤팅에 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 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 발생되어 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, 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 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 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; 상기 서브 모듈을 수용하는 하부 하우징; 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 인렛을 구비하며, 상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되는 제1 하우징 커버; 및 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 아웃렛을 구비하며, 상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되는 제2 하우징 커버; 상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버 사이에 형성되는 가스 수용 공간 내에 설치되고, 상기 가스 인렛 및 상기 가스 아웃렛과 연결되며, 상기 가스 인렛을 통해 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 여러 갈래로 분기시켜 상기 화염이 상기 가스 아웃렛을 통해 외부로 유출되지 않고 소멸되도록 하는 배기 파이프 어셈블리; 를 포함한다.
상기 제1 하우징 커버와 제2 하우징 커버는 상기 가스 인렛과 가스 아웃렛의 형성 위치를 제외하고는 서로 동일한 구조를 가지며, 상호 상하 반전된 형태로 결합될 수 있다.
상기 제1 하우징 커버 및 제2 하우징 커버 각각은, 상방 또는 하방으로 오목하게 형성된 커버 수용부; 및 상기 커버 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버는, 각각의 커버 수용부가 대면한 상태로 각각의 커버 연장부끼리 맞닿아 결합될 수 있다.
상기 배기 파이프 어셈블리는, 파이프 홀을 구비하는 복수의 단위 파이프를 포함하며, 길이 조절이 가능한 제1 조절식 배기 파이프 및 제2 조절식 배기 파이프; 및 길이 방향 양 측 단부가 상기 파이프 홀에 삽입되며, 한 쌍의 조절식 배기 파이프 사이를 연결하는 복수의 분기 파이프; 를 포함할 수 있다.
상기 복수의 단위 파이프는 동일한 길이를 가지며, 또한 상이한 내경 및 외경을 가지며, 서로 인접한 한 쌍의 단위 파이프는, 상대적으로 작은 단위 파이프가 상대적으로 큰 단위 파이프 내에 슬라이딩 방식으로 삽입될 수 있도록 상대적으로 작은 단위 파이프의 외경이 상대적으로 큰 단위 파이프의 내경과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
상기 복수의 단위 파이프 각각은, 외주면 상에 형성된 파이프 홀을 구비하며, 상기 분기 파이프는, 상기 파이프 홀에 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 가스 인렛과 가스 아웃렛은, 상기 가스 수용 공간을 대각선으로 가로질러 서로 반대 편에 위치할 수 있다.
상기 제1 조절식 배기 파이프 및 제2 조절식 배기 파이프는, 상기 가스 수용 공간의 길이 방향 일 측 및 타 측에 각각 배치되고, 상기 제1 조절식 배기 파이프의 단위 파이프들과 제2 조절식 배기 파이프의 단위 파이프들은 상기 분기 파이프에 의해 서로 1대1로 연결되며, 상기 제1 조절식 배기 파이프와 제2 조절식 배기 파이프는, 상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프가 제2 조절식 배기 파이프의 가장 작은 단위 파이프와 마주보고, 상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 작은 단위 파이프가 제2 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프와 마주보도록 서로 역방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프는 상기 가스 인렛과 연결되고, 상기 제2 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프는 상기 가스 아웃렛과 연결될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내에서 발생된 가스 및 화염의 이동 경로를 자유롭게 조절할 수 있게되며, 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 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 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하부 하우징을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 하부 하우징과 제1 하우징 커버가 결합된 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 있어서, 제2 하우징 커버가 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 배기 파이프 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 조절식 파이프가 완전히 접힌 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 조절식 파이프가 완전히 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 조절식 파이프가 부분적으로 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 분기 파이프를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 조절식 파이프에 분기 파이프가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 배기 파이프 어셈블리를 통해 가스 및 화염이 이동하는 방향을 나타내는 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 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 개략적인 구조를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 서브 모듈(100), 모듈 하우징(200) 및 복수의 배기 파이프 어셈블리(400)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 모듈(1)은, 모듈 하우징(200)의 기밀성 유지를 위한 가스켓(300)을 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 서브 모듈(100)은 모듈 하우징(200)의 내부 수용 공간에 수용되며, 서로 대면하여 적층되는 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다. 또한, 상기 서브 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)이 적층되어 형성된 셀 적층체 외에 셀 적층체의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 양 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임(120)을 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
상기 배터리 셀(110)로는, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 한 쌍의 전극 리드(111)를 구비한다. 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 양 측으로 각각 인출된다.
상기 버스바 프레임(120)은, 셀 적층체에 결합되어 복수의 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결시킨다. 즉, 상기 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 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 모듈 하우징(200)은, 중심부에 형성된 수용 공간 내에 서브 모듈(100)을 수용한다. 상기 모듈 하우징(200)은 하부 하우징(210), 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)를 포함한다.
상기 하부 하우징(210)은 중심부에 하방(Z축과 나란한 방향)으로 오목하게 형성된 서브 모듈 수용부(211) 및 서브 모듈 수용부(211)의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 하우징 연장부(212)를 포함한다. 상기 서브 모듈 수용부(211) 내에는 서브 모듈(100)이 수용된다. 상기 하우징 연장부(212) 상에는 일정 간격으로 형성된 복수의 제1 체결 홀(212a)이 구비된다. 상기 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.
상기 제1 하우징 커버(220)는, 그 평면 형상이 대략 직사각형인 플레이트 형태를 가지며, 네 개의 코너 영역 중 한 곳에 관통 형성되는 가스 인렛(H1)을 구비한다. 상기 제1 하우징 커버(220)는, 하방(Z축과 나란한 방향)으로 오목하게 형성된 커버 수용부(221) 및 커버 수용부(221)의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부(222)를 포함한다. 상기 가스 인렛(H1)은, 커버 수용부(221)의 코너 영역에 형성된다. 상기 연장부(222) 상에는 일정 간격으로 형성된 복수의 제2 체결 홀(222a)이 구비된다. 상기 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.
상기 제1 하우징 커버(220)는, 하부 하우징(210)의 개구부를 커버하며 하부 하우징(210)에 결합된다. 구체적으로, 상기 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 상기 제1 하우징 커버(220)가 하부 하우징(210)에 체결되었을 때, 제1 체결 홀(212a)과 제2 체결 홀(222a)은 서로 1대 1로 대응되는 위치에 정렬되며, 가스 인렛(H1)은 하부 하우징(210)의 서브 모듈 수용부(211)와 연통된다. 이로써, 상기 하부 하우징(210) 내에서 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.
상기 제2 하우징 커버(230)는, 코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 아웃렛(H2)을 구비하며, 제1 하우징 커버(220)의 상부로부터 제1 하우징 커버(220)에 결합된다. 상기 제2 하우징 커버(230)는, 앞서 설명한 제1 하우징 커버(220)와 동일한 형상 및 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 하우징 커버(230) 역시 제1 하우징 커버(220)와 마찬가지로, 커버 수용부(221) 및 커버 연장부(222)를 구비한다. 또한, 상기 제2 하우징 커버(230)의 가스 아웃렛(H2)은 제1 하우징 커버(220)의 가스 인렛(H1)과 동일한 구성요소에 해당하는 것이다.
상기 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)는 서로 상하가 반전된 상태로 결합된다. 즉, 상기 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 갖는다. 또한, 상기 제1 하우징 커버(220)의 가스 인렛(H1)과 제2 하우징 커버(230)의 가스 아웃렛(H2)은 가스 수용 공간을 대각선으로 가로질러 서로 반대편에 위치한다. 즉, 상기 가스 인렛(H1)과 가스 아웃렛(H2)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 반대편에 위치하고, 또한 배터리 모듈(1)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 반대편에 위치한다.
이처럼, 상기 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)는, 가스 인렛(H1) 및 가스 아웃렛(H2)의 형성 위치를 제외하고는, 상호 180도 대칭 관계에 있으며, 이에 따라 각각의 커버 수용부(221)가 대면한 상태로 각각의 커버 연장부(222)끼리 맞닿아 결합된다. 상기 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)는 각각의 커버 연장부(222)에 형성된 제2 체결 홀(222a)을 통해 하부 하우징(210)과 볼팅 체결된다.
상기 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)가 상호 180도 대칭 관계를 이루며 결합된 경우, 제1 하우징 커버(220)의 커버 수용부(221)와 제2 하우징 커버(230)의 커버 수용부(221) 사이에는 하부 하우징(210)으로부터 가스 인렛(H1)을 통해 유입된 가스 및 화염이 수용될 수 있는 공간이 형성된다. 상기 공간 내로 유입된 가스 및 화염은 후술할 배기 파이프 어셈블리(400)에 의해 형성된 가스 유로(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.
한편, 상기 제1 하우징 커버(220) 및 제2 하우징 커버(230)는, 커버 연장부(222)에 형성된 가스켓 홈(222b)을 구비할 수 있으며, 이 경우 가스켓 홈(222b) 내에 가스켓(300)이 삽입되어 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230)의 결합 계면의 밀봉성이 강화될 수 있다.
다음은, 도 1 및 도 3 내지 도 13을 참조하여, 상기 배기 파이프 어셈블리(400)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 및 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 배기 파이프 어셈블리(400)는, 제1 하우징 커버(220)와 제2 하우징 커버(230) 사이에 형성되는 가스 수용 공간 내에 설치되고 가스 인렛(H1) 및 가스 아웃렛(H2)과 연결된다. 따라서, 상기 서브 모듈(100)에서 발생되어 가스 인렛(H1)을 통해 가스 수용 공간 내에 가스와 함께 유입되는 가스 및 화염은 배기 파이프 어셈블리(400)를 통과하며, 이 과정에서 화염은 소멸되고 가스만이 가스 아웃렛(H2)을 통해 배터리 모듈(1)의 외부로 배출된다. 즉, 상기 배기 파이프 어셈블리(400)는, 가스 인렛(H1)을 통해 가스와 함께 가스 수용 공간 내로 유입되는 화염의 이동 경로를 여러 갈래로 분산시켜 화염이 가스 아웃렛(H2)에 이르기 전에 소멸되도록 함으로써 화염이 배터리 모듈(1)의 외부로 유출되지 않도록 한다.
도 6을 참조하면, 이러한 기능의 수행을 위한 상기 배기 파이프 어셈블리(400)는 서로 이격되어 나란히 배치되는 한 쌍의 조절식 배기 파이프(410) 및 한 쌍의 조절식 배기 파이프(410) 사이를 연결하는 복수의 분기 파이프(420)를 포함한다.
이하, 설명의 편의를 위해 상기 한 쌍의 조절식 배기 파이프(410) 각각을 제1 조절식 배기 파이프(410) 및 제2 조절식 배기 파이프(410)로 칭하기로 한다. 상기 제1 조절식 배기 파이프(410)와 제2 조절식 배기 파이프(410)는 동일한 구조를 갖는다.
도 7 내지 도 12를 참조하면, 상기 제1 조절식 배기 파이프(410)는, 복수의 단위 파이프(411~417)을 포함하며, 각각의 단위 파이프(411~417)는 외주면을 관통하여 형성된 파이프 홀(411a~417a)을 구비한다. 상기 복수의 단위 파이프(411~417) 각각은 동일한 길이를 가지며, 또한 상이한 내경 및 외경을 갖는다.
이하, 설명의 편의를 위해 복수의 단위 파이프(411~417)를 크기가 큰것부터 작은 것 순으로 제1 단위 파이프(411), 제2 단위 파이프(412), 제3 단위 파이프(413), 제4 단위 파이프(414), 제5 단위 파이프(415), 제6 단위 파이프(416) 및 제7 단위 파이프(417)라 칭하기로 한다. 상기 복수의 단위 파이프(411~417)들 중 서로 인접한 한 쌍의 단위 파이프(예를 들어, 도면 참조부호 제1 단위 파이프(411) 및 제2 단위 파이프(412))는 상대적으로 작은 단위 파이프(412)가 상대적으로 큰 단위 파이프(411) 내에 슬라이딩 방식으로 삽입될 수 있도록 상대적으로 작은 단위 파이프(412)의 외경이 상대적으로 큰 단위 파이프(411)의 내경과 대응되는 크기를 갖는다. 또한, 각각의 단위 파이프(411~417)에 형성된 파이프 홀(411a~417a)는 서로 대응되는 위치에 형성되며, 이로써 인접한 단위 파이프가 서로 겹쳐져 결합되었을 때 복수의 파이프 홀들이 서로 연통되어 하나의 관통 홀(H)을 형성할 수 있다.
상기 제1 조절식 배기 파이프(410) 및 제2 조절식 배기 파이프(410)는, 가스 수용 공간의 길이 방향 일 측 및 타 측에 각각 배치된다. 상기 제1 조절식 배기 파이프(410)의 단위 파이프(411~417)들과 제2 조절식 배기 파이프(410)의 단위 파이프들(411~417)들은 복수의 분기 파이프(420)에 의해 서로 1대1로 연결된다.
상기 제1 조절식 배기 파이프(410)와 제2 조절식 배기 파이프(410)는, 제1 조절식 배기 파이프(410)의 가장 큰 단위 파이프(411)가 제2 조절식 배기 파이프(410)의 가장 작은 단위 파이프(417)와 마주보고, 제1 조절식 배기 파이프(410)의 가장 작은 단위 파이프(417)가 제2 조절식 배기 파이프(410)의 가장 큰 단위 파이프(411)와 마주보도록 서로 역방향으로 배치된다.
이에 따라, 상기 제1 조절식 배기 파이프(410)의 제1 단위 파이프(411)에 형성된 파이프 홀(411a)에 분기 파이프(420)의 길이 방향 일 측 단부가 삽입/결합 되고, 제2 조절식 배기 파이프(410)의 제7 단위 파이프(417)에 형성된 파이프 홀(417a)에 분기 파이프(420)의 길이 방향 타 측 단부가 삽입/결합 된다. 마찬가지로, 상기 제1 조절식 배기 파이프(410)의 제7 단위 파이프(417)에 형성된 파이프 홀(417a)에 분기 파이프(420)의 길이 방향 일 측 단부가 삽입/결합 되고, 제2 조절식 배기 파이프(410)의 제1 단위 파이프(411)에 형성된 파이프 홀(411a)에 분기 파이프(420)의 길이 방향 타 측 단부가 삽입/결합 된다. 이와 마찬가지 방식으로, 제1 조절식 배기 파이프(410)의 제2 단위 파이프(412), 제3 단위 파이프(413), 제4 단위 파이프(414), 제5 단위 파이프(415), 제6 단위 파이프(416)는 각각 제2 조절식 배기 파이프(410)의 제6 단위 파이프(416), 제5 단위 파이프(415), 제4 단위 파이프(414), 제3 단위 파이프(413), 제2 단위 파이프(412)와 1대1로 연결된다.
상기 분기 파이프(420)의 길이 방향 양 측 단부에는 파이프 홀(411a~417a)과 분기 파이프(420)의 결합 부위에서의 기밀 유지를 위한 오링(O-ring)(R)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 조절식 배기 파이프(410)는, 필요에 따라 하나 또는 2 이상의 단위 파이프가 인접한 단위 파이프 내측으로 슬라이딩 결합되어 감추어질 수 있으며, 이에 따라 사용되는 분기 파이프(420)의 개수 역시 조절식 배기 파이프(410)가 완전히 펼쳐진 경우보다 적게 적용될 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 것과 같이, 제1 조절식 배기 파이프(410) 및 제2 조절식 배기 파이프(410) 각각은, 제1 단위 파이프(411) 내측으로 일부 단위 파이프들이 슬라이딩 결합되어 감추어진 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 3개의 분기 파이프(420)만으로 제1 조절식 배기 파이프(410)와 제2 조절식 배기 파이프(410) 사이가 연결될 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 것과 같이, 제1 단위 파이프(411) 내에 나머지 모든 단위 파이프(412~417)들이 슬라이딩 삽입될 수도 있으며, 이 경우 조절식 배기 파이프(410)의 길이를 최소화 할 수 있어 부품의 보관이 용이하다.
상기 조절식 배기 파이프(410)는, 길이 방향 일 측 단부에 구비되는 연결 파이프(P)를 포함한다. 상기 연결 파이프(P)는 가장 큰 단위 파이프(411)의 길이 방향 일 측 단부에 구비된다. 도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제1 조절식 배기 파이프(410)에 구비된 연결 파이프(P)는 가스 인렛(H1)과 연결되고, 제2 조절식 배기 파이프(410)에 구비된 연결 파이프(P)는 가스 아웃렛(H2)과 연결된다.
이에 따라, 배터리 모듈(1) 내부에서 발생된 가스 및 화염은, 도 14의 화살표 방향을 따라 분기되어 이동하게 되며, 이 과정에서 화염은 소멸되어 배터리 모듈(1)의 외부로 유출되지 않고, 가스만이 배터리 모듈(1)의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 조절식 배기 파이프(410)는, 길이 방향 타 측 단부에 구비되는 홀더(G)를 포함한다. 상기 홀더(G)는 가장 큰 작은 단위 파이프(417)의 길이 방향 타 측 단부에 돌출된 형태로 구비된다. 상기 홀더(G)는 조절식 배기 파이프(410)의 길이 조절을 위해 단위 파이프를 슬라이딩 이동 시키는 것을 용이하게 한다.
본 발명의 도면에서는, 상기 조절식 배기 파이프(410)가 7개의 단위 파이프(411~417)를 구비하는 경우에 대해서만 도시하고 있으나, 이러한 단위 파이프의 개수는 예시적인 것이며, 2개~6개 또는 8개 이상일 수도 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 길이 조절이 가능하여 분기되는 경로의 수를 조절할 수 있는 조절식 배기 파이프(410) 및 분기 파이프(420)를 포함하는 배기 파이프 어셈블리(400)를 이용함으로써 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염의 이동 경로를 증가시킬 수 있으며, 이로써 배터리 모듈(1)의 외부로 화염이 유출되지 않고 가스만이 배출되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다. 상기 배터리 팩은, 그 밖에 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 BMS(battery management system)을 추가적으로 더 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 및/또는 ESS(energy storage system)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
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 특허청구범위의 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
212a: 제1 체결 홀
220: 제1 하우징 커버
221: 커버 수용부
222: 커버 연장부
222a: 제2 체결 홀
222b: 가스켓 홈
H1: 가스 인렛
230: 제2 하우징 커버
H2: 가스 아웃렛
300: 가스켓
400: 배기 파이프 어셈블리
410: 조절식 배기 파이프
411~417: 단위 파이프
411a~417a: 파이프 홀
G: 홀더
P: 연결 파이프
420: 분기 파이프
R: 오링(O-ring)

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 서브 모듈;
    상기 서브 모듈을 수용하는 하부 하우징;
    코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 인렛을 구비하며, 상기 하부 하우징의 개구부를 커버하며 상기 하부 하우징에 결합되는 제1 하우징 커버; 및
    코너 영역 중 한 곳에 형성되는 가스 아웃렛을 구비하며, 상기 제1 하우징 커버의 상부로부터 상기 제1 하우징 커버에 결합되는 제2 하우징 커버;
    상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버 사이에 형성되는 가스 수용 공간 내에 설치되고, 상기 가스 인렛 및 상기 가스 아웃렛과 연결되며, 상기 가스 인렛을 통해 가스와 함께 유입되는 화염의 이동 경로를 여러 갈래로 분기시켜 상기 화염이 상기 가스 아웃렛을 통해 외부로 유출되지 않고 소멸되도록 하는 배기 파이프 어셈블리;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하우징 커버와 제2 하우징 커버는 상기 가스 인렛과 가스 아웃렛의 형성 위치를 제외하고는 서로 동일한 구조를 가지며, 상호 상하 반전된 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하우징 커버 및 제2 하우징 커버 각각은,
    상방 또는 하방으로 오목하게 형성된 커버 수용부; 및
    상기 커버 수용부의 상단 둘레로부터 외측으로 연장된 커버 연장부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버는, 각각의 커버 수용부가 대면한 상태로 각각의 커버 연장부끼리 맞닿아 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기 파이프 어셈블리는,
    파이프 홀을 구비하는 복수의 단위 파이프를 포함하며, 길이 조절이 가능한 제1 조절식 배기 파이프 및 제2 조절식 배기 파이프; 및
    길이 방향 양 측 단부가 상기 파이프 홀에 삽입되며, 상기 제1 조절식 배기 파이프 및 제2 조절식 배기 파이프 사이를 연결하는 복수의 분기 파이프;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 단위 파이프는 동일한 길이를 가지며, 또한 상이한 내경 및 외경을 가지며,
    서로 인접한 한 쌍의 단위 파이프는, 상대적으로 작은 단위 파이프가 상대적으로 큰 단위 파이프 내에 슬라이딩 방식으로 삽입될 수 있도록 상대적으로 작은 단위 파이프의 외경이 상대적으로 큰 단위 파이프의 내경과 대응되는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 단위 파이프 각각은, 외주면 상에 형성된 파이프 홀을 구비하며,
    상기 분기 파이프는, 상기 파이프 홀에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가스 인렛과 가스 아웃렛은,
    상기 가스 수용 공간을 대각선으로 가로질러 서로 반대 편에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 조절식 배기 파이프 및 제2 조절식 배기 파이프는, 상기 가스 수용 공간의 길이 방향 일 측 및 타 측에 각각 배치되고,
    상기 제1 조절식 배기 파이프의 단위 파이프들과 제2 조절식 배기 파이프의 단위 파이프들은 상기 분기 파이프에 의해 서로 1대1로 연결되며,
    상기 제1 조절식 배기 파이프와 제2 조절식 배기 파이프는, 상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프가 제2 조절식 배기 파이프의 가장 작은 단위 파이프와 마주보고, 상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 작은 단위 파이프가 제2 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프와 마주보도록 서로 역방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프는 상기 가스 인렛과 연결되고, 상기 제2 조절식 배기 파이프의 가장 큰 단위 파이프는 상기 가스 아웃렛과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 자동차.
  13. 제11항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 ESS.
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