KR20220026928A - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체, 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 케이스 및 모듈 케이스와 결합되어 배터리 셀 조립체를 커버하고, 모듈 케이스 내부의 가스를 내보내기 위한 가스 배출홀을 구비하며, 가변적으로 길이를 조절할 수 있는 화염 유출 방지 칸막이를 구비하는 배기 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
배터리 모듈의 경우, 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스 내부의 배터리 셀들에서 화재가 발생할 경우, 안전을 위해 가스를 모듈 케이스 밖으로 화염을 내보내지 않으면서 가스만을 배기해야 하는 것이 필요하다.
그러나, 종래 배터리 모듈의 경우, 일반적으로, 이러한 배터리 셀들의 열 폭주에 따른 화재 상황 발생 시, 화염 유출을 방지하면서 배기 가스만을 배출하는 구조가 마련되어 있지 않은 문제가 있다.
그러므로, 배터리 셀들의 열 폭주에 따른 화재 상황 발생 시, 모듈 케이스 외부로의 화염 유출을 방지함과 아울러 모듈 케이스 밖으로 배기 가스를 배출할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 셀들의 열 폭주에 따른 화재 상황 발생 시, 모듈 케이스 외부로의 화염 유출을 방지함과 아울러 모듈 케이스 밖으로 배기 가스를 배출할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀 조립체; 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스와 결합되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 커버하고, 상기 모듈 케이스 내부의 가스를 내보내기 위한 적어도 하나의 가스 배출홀을 구비하며, 가변적으로 길이를 조절할 수 있는 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이를 구비하는 배기 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는, 사용자 조작에 따라 상기 모듈 케이스의 폭 방향을 따라 길이가 가변 가능할 수 있다.
상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는, 상기 폭 방향을 따라 다단 슬라이딩 가능하게 구비될 수 있다.
상기 배기 하우징은, 상기 모듈 케이스의 상측을 커버하는 하우징 베이스; 상기 하우징 베이스에 고정되는 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이; 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이 상에 고정되며, 상기 모듈 케이스 및 상기 적어도 하나의 가스 배출홀과 연통되는 파이프 유닛; 및 상기 파이프 유닛을 커버하며, 상기 하우징 베이스와 결합되는 하우징 커버;를 포함할 수 있다.
상기 하우징 베이스에는, 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이가 삽입되는 적어도 하나의 칸막이 삽입홈;이 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는, 상기 하우징 베이스의 폭 방향을 따라 가변적으로 다단 슬라이딩 가능하게 구비될 수 있다.
상기 파이프 유닛은, 상기 하우징 커버와 상기 하우징 베이스에 결합되는 복수 개의 파이프 커넥터; 및 상기 복수 개의 파이프 커넥터와 연통되며, 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이 상에 고정되는 복수 개의 파이프 실린더;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 파이프 실린더는, 각각, 상기 복수 개의 파이프 커넥터와 결합되는 소정 길이의 복수 개의 실린더 튜브; 및 상기 복수 개의 실린더 튜브 사이를 연결하는 적어도 하나의 실린더 그리더;을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들의 열 폭주에 따른 화재 상황 발생 시, 모듈 케이스 외부로의 화염 유출을 방지함과 아울러 모듈 케이스 밖으로 배기 가스를 배출할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 배기 하우징의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 배기 하우징의 하우징 베이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 배기 하우징의 화염 유출 방지 칸막이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 화염 유출 방지 칸막이의 슬라이딩 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3의 배기 하우징의 파이프 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 파이프 유닛의 파이프 커넥터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 9의 파이프 커넥터와 파이프 실린더의 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 8의 파이프 유닛의 파이프 실린더를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 파이프 실린더의 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 파이프 실린더의 단면도이다.
도 15는 도 3의 배기 하우징의 하우징 커버를 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 18은 도 1의 배터리 모듈의 화재 상황에 따른 발화 시 가스 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배기 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 조립체(100), 모듈 케이스(200), 체결부재(300) 및 배기 하우징(400)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(100)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀 조립체(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(150)을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀 조립체(100)가 복수 개의 배터리 셀(150)을 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(150)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)를 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)에는 후술하는 배기 하우징(400)과의 상호 결합을 위한 복수 개의 체결홀(250)이 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 체결홀(250)은, 상기 모듈 케이스(200)의 테두리를 따라 상호 소정 거리 이격 배치되게 마련될 수 있다.
상기 체결부재(300)는, 상기 모듈 케이스(200)와 후술하는 배기 하우징(400)을 상호 결합시킬 수 있다. 이러한 상기 체결부재(300)는 복수 개로 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 체결부재(300)는, 복수 개의 체결볼트(302) 및 복수 개의 체결 너트(304)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 체결볼트(302)는, 각각, 후술하는 배기 하우징(400) 및 상기 모듈 케이스(200)의 상기 체결홀(250)을 관통한 후 각각의 체결너트(304)와 상호 체결될 수 있다.
상기 배기 하우징(400)은, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 화재 상황 발생 시, 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 화재로 인한 화염 배출을 방지함과 아울러 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 가스를 배출할 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 경우, 이러한 상기 배기 하우징(400)을 통해, 상기 화재 상황 발생 시 화염 배출을 억제하면서 가스 만을 외부로 배출할 수 있어, 상기 화재 상황에 따른 더 큰 피해 발생을 사전에 예방할 수 있다.
이하에서는, 이러한 배기 하우징(400)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 배기 하우징의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 배기 하우징(400)은, 상기 모듈 케이스(200, 도 2 참조)와 결합되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100, 도 2 참조)를 커버하고, 상기 모듈 케이스(200) 내부의 가스를 내보내기 위한 적어도 하나의 가스 배출홀(416)을 구비하며, 가변적으로 길이를 조절할 수 있는 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이(430)를 구비할 수 있다.
이하, 이러한 배기 하우징(400)의 구조에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 4는 도 3의 배기 하우징의 하우징 베이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 하우징 베이스(410)는, 상기 모듈 케이스(200, 도 2 참조)의 상측을 커버할 수 있다. 이러한 상기 하우징 베이스(410)는, 케이스 체결홀(412), 칸막이 삽입홈(414), 상기 가스 배출홀(416) 및 실링부재 삽입홈(418)을 포함할 수 있다.
상기 케이스 체결홀(412)은, 복수 개로 마련되며, 상기 하우징 베이스(410)의 테두리를 따라 상호 소정 이격 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 케이스 체결홀(412)에는 상기 체결부재(300)의 상기 체결볼트(302)가 관통될 수 있다.
상기 칸막이 삽입홈(414)은, 상기 하우징 베이스(410)의 저면 상측에 구비되며, 상기 하우징(410)의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 칸막이 삽입홈(414)에는 후술하는 화염 유출 방지 칸막이(430)가 삽입될 수 있다.
이러한 상기 칸막이 삽입홈(414)은, 복수 개로 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 칸막이 삽입홈(414)은, 상기 하우징 베이스(410)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 가스 배출홀(416)은, 상기 하우징 베이스(410)의 저면에 구비될 수 있다. 이러한 상기 가스 배출홀(416)은, 상기 모듈 케이스(200, 도 2 참조) 내부와 연통되게 마련될 수 있다.
상기 가스 배출홀(416)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 가스 배출홀(416)은, 상기 하우징 베이스(410)의 저면 양측 테두리 부근에 구비될 수 있다.
상기 실링부재 삽입홈(418)은, 상기 하우징 베이스(410)에 상면 테두리에 구비될 수 있다. 이러한 상기 실링부재 삽입홈(418)는, 상기 복수 개의 케이스 체결홀(412)과 상기 칸막이 삽입홈(414) 사이에 구비될 수 있다.
도 5는 도 3의 배기 하우징의 화염 유출 방지 칸막이를 설명하기 위한 도면이며, 도 6 및 도 7은 도 5의 화염 유출 방지 칸막이의 슬라이딩 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 화염 유출 방지 칸막이(430)는 비드(bead) 역할을 하면서 소정의 강성을 확보하여 화재 상황 발생 시 폭발력을 억제할 수 있는 강성을 확보할 수 있다.
아울러, 상기 복수 개의 화염 유출 방지 칸막이(430)는 소정 높이를 가지며, 화재 상황 발생 시 상기 비드 역할을 하면서 주변 영역으로의 화염 전파를 최소화시킬 수 있다.
이러한 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 사용자 조작에 따라 상기 모듈 케이스(200, 도 2 참조)의 폭 방향을 따라 길이가 가변 가능하게 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 화염 유출 칸막이(430)는, 상기 폭 방향을 따라 다단 슬라이딩 가능하게 구비될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 상기 하우징 베이스(410)의 폭 방향을 따라 가변적으로 다단 슬라이딩 가능하게 구비될 수 있다.
이러한 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 상기 하우징 베이스(410)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 상기 하우징 베이스(410)의 상기 칸막이 삽입홈(414)에 삽입 장착될 수 있다.
상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 상기 다단 슬라이딩을 위해 복수 개의 칸막이들(431, 433, 435, 437)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 칸막이들(431, 433, 435, 437)은, 제1 칸막이(431), 제2 칸막이(433), 제3 칸막이(435) 및 제4 칸막이(437)를 포함할 수 있다.
상기 제1 칸막이(431)는, 상기 하우징 베이스(410)에 장착 시, 상기 하우징 베이스(410)의 폭 방향 일단부에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제1 칸막이(431) 상측에는 복수 개의 파이프 수납함(432)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 파이프 수납함(432)에는 후술하는 파이프 유닛(450)의 파이프 실린더(455)가 고정될 수 있다.
상기 제1 칸막이(431)에는, 후술하는 제2 칸막이(433)의 슬라이딩을 가이드하기 위한 슬라이딩 홈(4312)이 구비될 수 있다. 상기 슬라이딩 홈(4312)는 상기 상기 제1 칸막이(431)의 내면 양측에 구비되며, 후술하는 제2 칸막이(433)의 상기 하우징 베이스(410)의 폭 방향에 따른 가변적인 슬라이딩을 가이드할 수 있다.
상기 제2 칸막이(433)는, 상기 제1 칸막이(431)로부터 슬라이딩 가능하게 상기 제1 칸막이(431)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 제2 칸막이(433) 상측에는 복수 개의 파이프 수납함(434)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 파이프 수납함(434)에는 후술하는 파이프 유닛(450)의 파이프 실린더(455)가 고정될 수 있다.
상기 제2 칸막이(433)에는, 슬라이딩 홈(4332) 및 슬라이딩 돌기(4335)가 구비될 수 있다.
상기 슬라이딩 홈(4332)은, 후술하는 제3 칸막이(435)의 슬라이딩을 가이드할 수 있다. 상기 슬라이딩 홈(4332)는 상기 상기 제2 칸막이(433)의 내면 양측에 구비되며, 후술하는 제3 칸막이(435)의 상기 하우징 베이스(410)의 폭 방향에 따른 가변적인 슬라이딩을 가이드할 수 있다.
상기 슬라이딩 돌기(4335)는, 상기 제2 칸막이(433)의 외면 양측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제2 칸막이(433)의 상기 슬라이딩 돌기(4335)는 상기 제1 칸막이(431)의 상기 슬라이딩 홈(4312)에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다.
상기 제3 칸막이(435)는, 상기 제2 칸막이(433)로부터 슬라이딩 가능하게 상기 제2 칸막이(433)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 제3 칸막이(435) 상측에는 복수 개의 파이프 수납함(436)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 파이프 수납함(436)에는 후술하는 파이프 유닛(450)의 파이프 실린더(455)가 고정될 수 있다.
상기 제3 칸막이(435)에는, 슬라이딩 홈(4352) 및 슬라이딩 돌기(4355)가 구비될 수 있다.
상기 슬라이딩 홈(4352)은, 후술하는 제4 칸막이(437)의 슬라이딩을 가이드할 수 있다. 상기 슬라이딩 홈(4352)는 상기 상기 제3 칸막이(435)의 내면 양측에 구비되며, 후술하는 제4 칸막이(437)의 상기 하우징 베이스(410)의 폭 방향에 따른 가변적인 슬라이딩을 가이드할 수 있다.
상기 슬라이딩 돌기(4355)는, 상기 제3 칸막이(435)의 외면 양측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제3 칸막이(435)의 상기 슬라이딩 돌기(4355)는 상기 제2 칸막이(433)의 상기 슬라이딩 홈(4332)에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다.
상기 제4 칸막이(437)는, 상기 제3 칸막이(435)로부터 슬라이딩 가능하게 상기 제3 칸막이(435)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 제4 칸막이(437) 상측에는 적어도 하나의 파이프 수납함(438)이 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 파이프 수납함(438)에는 후술하는 파이프 유닛(450)의 파이프 실린더(455)가 고정될 수 있다.
상기 제4 칸막이(437)에는, 슬라이딩 돌기(4375)가 구비될 수 있다.
상기 슬라이딩 돌기(4375)는, 상기 제4 칸막이(437)의 외면 양측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제4 칸막이(437)의 상기 슬라이딩 돌기(4375)는 상기 제3 칸막이(435)의 상기 슬라이딩 홈(4352)에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다.
이러한 상기 제1 칸막이(431) 내지 제4 칸막이(437)의 슬라이딩 동작을 설명하면 다음과 같다. 예로써, 상기 제4 칸막이(437)는, 사용자 조작 등을 통해, 상기 제3 칸막이(435) 측으로 슬라이딩하여 상기 제3 칸막이(435) 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 칸막이(431) 내지 제3 칸막이(435)의 3단 칸막이 구조가 형성될 수 있다.
또한, 예로써, 상기 제3 칸막이(435)는, 사용자 조작 등을 통해, 상기 제2 칸막이(433) 측으로 슬라이딩하여 상기 제2 칸막이(433) 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 칸막이(431) 및 제2 칸막이(433)의 2단 칸막이 구조가 형성될 수 있다.
아울러, 예로써, 상기 제2 칸막이(433)는, 사용자 조작 등을 통해, 상기 제1 칸막이(431) 측으로 슬라이딩하여 상기 제1 칸막이(431) 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 칸막이(431) 내부에 상기 제2 내지 제4 칸막이(433 내지 437)이 수용된 1단 칸막이 구조가 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)는, 다단 슬리이딩 구조를 통해, 1단 내지 4단의 총 4단계의 칸막이 구조를 형성할 수 있어, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)의 길이를 가변적으로 조절할 수 있다. 이러한 가변적인 화염 유출 방지 칸막이 구조를 통해, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 모듈 폭에 따라, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)를 맞춤 형태로 설치 가능하므로, 상기 배기 하우징(400)의 모듈 호환성을 높일 수 있다.
도 8은 도 3의 배기 하우징의 파이프 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 8의 파이프 유닛의 파이프 커넥터를 설명하기 위한 도면이며, 도 10 및 도 11은 도 9의 파이프 커넥터와 파이프 실린더의 연결을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 8의 파이프 유닛의 파이프 실린더를 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 도 12의 파이프 실린더의 분해 사시도이며, 도 14는 도 13의 파이프 실린더의 실린더 그리더의 단면도이다.
도 8 내지 도 14를 참조하면, 상기 파이프 유닛(450)은, 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이(430) 상에 고정되며, 상기 모듈 케이스(200) 및 상기 적어도 하나의 가스 배출홀(416)과 연통될 수 있다.
이러한 상기 파이프 유닛(450)은, 복수 개의 파이프 커넥터(451) 및 복수 개의 파이프 실린더(455)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 파이프 커넥터(451)는, 후술하는 하우징 커버(490)와 상기 하우징 베이스(410)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451)는, 상기 하우징 베이스(410)의 상기 복수 개의 가스 배출홀(416) 상측에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 파이프 커넥터(451)에는, 각각, 가스 배출홀 연결부(452), 배기홀 연결부(453) 및 실린더 연결부(454)가 구비될 수 있다.
상기 가스 배출홀 연결부(452)은, 상기 파이프 커넥터(451)의 하측에 구비되며, 상기 하우징 베이스(410)의 상기 복수 개의 가스 배출홀(416)에 연통되게 장착될 수 있다.
상기 가스 배출홀 연결부(452)는 상기 모듈 케이스(200) 내부의 가스를 상기 파이프 커넥터(451) 내부로 안내할 수 있다. 여기서, 상기 가스의 기 설정된 흡기 및 배기 방향에 따라, 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451) 중에서 적어도 하나의 가스 배출홀 연결부(452) 이외의 나머지 다른 가스 배출홀 연결부(452)는 패킹부재(P)를 통해 밀봉될 수 있다.
상기 패킹부재(P)는 러버 재질 등으로 마련될 수 있으며, 상기 가스 배출홀 연결부(452)을 삽입되어 상기 가스 배출홀 연결부(452)의 구멍 등을 밀폐시킬 수 있다.
상기 배기홀 연결부(453)는, 상기 파이프 커넥터(451)의 상측에 구비되며, 상기 가스 배출홀 연결부(452)의 맞은 편에 마련될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451) 중에서 적어도 하나의 배기홀 연결부(453)는 후술하는 하우징 커버(490)의 배기홀(495)에 연통되게 장착될 수 있다.
여기서, 상기 가스의 기 설정된 흡기 및 배기 방향에 따라, 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451) 중에서 적어도 하나의 배기홀 연결부(453) 이외의 나머지 다른 배기홀 연결부(453)는 상기 패킹부재(P)를 통해 밀봉될 수 있다.
상기 실린더 연결부(454)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 실린더 연결부(454)는, 상기 가스의 기 설정된 흡기 및 배기 방향에 따라, 후술하는 파이프 실린더(455)의 적어도 하나 또는 두 개의 실린더 튜브(457)와 연통되게 연결될 수 있다. 상기 가스의 기 설정된 흡기 및 배기 방향에 따라, 후술하는 실린더 튜브(457)와 연결되지 않는 실린더 연결부(454)는 상기 패킹부재(P)를 통해 밀봉될 수 있다.
상기 복수 개의 파이프 실린더(455)는, 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451)와 연통되며, 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이(430) 상에 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 파이프 실린더(455)는, 상기 실린더 연결부(454)에 연통되게 연결될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 파이프 실린더(455)는, 복수 개의 실린더 튜브(457) 및 적어도 하나의 실린더 그리드(459)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 실린더 튜브(457)는, 소정 길이로 형성되며, 상기 복수 개의 파이프 커넥터(451)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 실린더 튜브(457)는, 상기 실린더 연결부(454)에 연통되게 연결될 수 있다.
상기 적어도 하나의 실린더 그리드(459)는, 상기 복수 개의 실린더 튜브(457) 사이를 연결하기 위한 것으로서, 마주 하는 두 개의 실린더 튜브(457) 사이에 장착될 수 있다.
상기 적어도 하나의 실린더 그리드(459)는 격자 형상의 단면 구조를 포함하며, 두 개의 실린더 튜브(457)를 상호 연결할 수 있다. 아울러, 상기 적어도 하나의 실린더 그리드(459)는, 화염 유출을 방지하는 가이더로서 기능할 수 있다.
상기 실링부재(470, 도 3 참조)는, 상기 배기 하우징(400) 내부의 실링을 위한 것으로서, 상기 하우징 베이스(410)의 상기 실링부재 삽입홈(418) 내에 삽입 장착될 수 있다.
도 15는 도 3의 배기 하우징의 하우징 커버를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 상기 하우징 커버(490)는, 상기 파이프 유닛(450)을 커버하며, 상기 하우징 베이스(410)와 결합될 수 있다.
이러한 상기 하우징 커버(490)는, 케이스 체결홀(492) 및 배기홀(495)을 포함할 수 있다.
상기 케이스 체결홀(492)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 케이스 체결홀(492)는, 상기 하우징 커버(490)의 테두리를 따라 형성되며, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 케이스 체결홀(492)에는 상기 체결부재(300)의 상기 체결볼트(302)가 관통될 수 있다.
상기 배기홀(495)은, 상기 하우징 커버(410)의 상측에 형성되며, 상기 파이프 유닛(450)의 상기 파이프 커넥터(451, 도 9 참조)의 상기 배기홀 연결부(453, 도 9 참조)에 연통되게 연결될 수 있다. 상기 파이프 유닛(450)을 따라 유동하는 가스는 상기 배기홀(495)을 통해 상기 배기 하우징(400) 밖으로 빠져나갈 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 화재 상황에 따른 발화 시 가스 배출에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 16 내지 도 18은 도 1의 배터리 모듈의 화재 상황에 따른 발화 시 가스 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 배터리 셀 조립체(10)의 상기 배터리 셀들(150) 중 적어도 하나에서 열폭주와 같은 이상 상황 발생 시, 적어도 하나의 배터리 셀(150)에서 화재가 발생할 수 있다. 이러한 화재 발생 시, 보다 더 큰 2차 피해 발생을 방지하기 위해, 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 화염 등의 유출을 방지하면서 가스만을 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보내는 것이 필요하다.
본 실시예의 경우, 상기 화재 상황 발생 시, 상기 배기 하우징(400)을 통해 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 발생한 화염 유출을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 발생한 가스(G)의 경우, 상기 배기 하우징(400)의 상기 파이프 유닛(450)의 배기 경로(도 17에서 점선으로 표시)를 따라 유동한 후 상기 하우징 커버(490)의 상기 배기홀(495, 도 18 참조)을 통해 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 신속히 빠져나갈 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배기 하우징(400)을 통해 상기 화재 상황 발생 시, 상기 화염의 배출을 억제하면서 상기 가스(G)를 보다 신속히 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 배출할 수 있기에, 상기 화재에 따라 발생할 수 있는 2차 피해를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배기 하우징에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배기 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 배터리 모듈(20)에서, 폭발력이 작은 경우, 예로써, 배터리 셀들의 용량이 상대적으로 작은 경우, 낮은 강성으로도 폭발을 억제할 수 있으므로, 제조자 등은 배기 하우징(500)에서 화염 유출 방지 칸막이(530)의 개수를 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)은, 상기 화염 유출 방지 칸막이(430)의 줄어든 개수만큼 비용을 절감하여 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 20을 참조하면, 배터리 모듈(30)에서, 폭발력이 클 경우, 예로써, 배터리 셀들의 용량이 상대적으로 클 경우, 높은 강성을 요구하므로, 상기 제조자 등은 배기 하우징(600)에서 화염 유출 방지 칸막이(630)의 개수를 더 늘릴 수도 있다.
도 21을 참조하면, 배터리 모듈(40)에서, 상기 배터리 모듈(40)의 폭이 좁을 경우, 상기 제조자 등은 배기 하우징(700)의 화염 유출 방지 칸막이(730)의 길이를 줄일 수 있다. 즉, 상기 화염 유출 방지 칸막이(730)를 3단 칸막이 형태로 변경할 수 있다. 이는 예시것일 뿐 상기 화염 유출 방지 칸막이(730)를 2단이나 1단 칸막이 형태로 변경하는 것도 가능하며, 설계 등에 따른 칸막이 개수를 5단 이상으로 늘리는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예의 경우, 상기 배기 하우징(400, 500, 600, 700)은, 배터리 모듈(10, 20, 30, 40)의 폭 크기나 강성 등에 따른 상기 배기 하우징(400, 500, 600, 700)의 상기 화염 유출 방지 칸막이(430, 530, 630, 730)의 개수를 줄이거나 길이를 다양하게 가변할 수 있다. 이에 따라, 높은 확장성 및 호환성을 갖는 배기 하우징 구조를 구현할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 배터리 모듈(10) 이외에도 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈들(20 내지 40) 또한 포함될 수 있음은 물론이다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차(V)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10 내지 40)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10 내지 40)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차(V) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들(100)의 열 폭주에 따른 화재 상황 발생 시, 모듈 케이스(200) 외부로의 화염 유출을 방지함과 아울러 모듈 케이스(200) 밖으로 배기 가스(G)를 배출할 수 있는 배터리 모듈(10, 20, 30, 40), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
V: 자동차
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
50: 팩 케이스
100: 배터리 셀 조립체
150: 배터리 셀
200: 모듈 케이스
250: 체결홀
300: 체결부재
400: 배기 하우징
410: 하우징 베이스
412: 케이스 체결홀
414: 칸막이 삽입홈
416: 가스 배출홀
418: 실링부재 삽입홈
430: 화염 유출 방지 칸막이
431: 제1 칸막이
432: 파이프 수납홈
433: 제2 칸막이
434: 파이프 수납홈
435: 제3 칸막이
436: 파이프 수납홈
437: 제4 칸막이
438: 파이프 수납홈
450: 파이프 유닛
451: 파이프 커넥터
452: 가스 배출홀 연결부
453: 배기홀 연결부
454: 실린더 연결부
455: 파이프 실린더
467: 실린더 튜브
459: 실린더 그리더
470: 실링부재
490: 하우징 커버
492: 케이스 체결홀
495: 배기홀

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀 조립체;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스와 결합되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 커버하고, 상기 모듈 케이스 내부의 가스를 내보내기 위한 적어도 하나의 가스 배출홀을 구비하며, 가변적으로 길이를 조절할 수 있는 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이를 구비하는 배기 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는,
    사용자 조작에 따라 상기 모듈 케이스의 폭 방향을 따라 길이가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는,
    상기 폭 방향을 따라 다단 슬라이딩 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기 하우징은,
    상기 모듈 케이스의 상측을 커버하는 하우징 베이스;
    상기 하우징 베이스에 고정되는 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이;
    상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이 상에 고정되며, 상기 모듈 케이스 및 상기 적어도 하나의 가스 배출홀과 연통되는 파이프 유닛; 및
    상기 파이프 유닛을 커버하며, 상기 하우징 베이스와 결합되는 하우징 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징 베이스에는,
    상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이가 삽입되는 적어도 하나의 칸막이 삽입홈;이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이는,
    상기 하우징 베이스의 폭 방향을 따라 가변적으로 다단 슬라이딩 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파이프 유닛은,
    상기 하우징 커버와 상기 하우징 베이스에 결합되는 복수 개의 파이프 커넥터; 및
    상기 복수 개의 파이프 커넥터와 연통되며, 상기 적어도 하나의 화염 유출 방지 칸막이 상에 고정되는 복수 개의 파이프 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 파이프 실린더는, 각각,
    상기 복수 개의 파이프 커넥터와 결합되는 소정 길이의 복수 개의 실린더 튜브; 및
    상기 복수 개의 실린더 튜브 사이를 연결하는 적어도 하나의 실린더 그리더;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
KR1020200108075A 2020-08-26 2020-08-26 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 KR20220026928A (ko)

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