KR20220048433A - 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전성이 효율적으로 향상된 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전지 셀; 내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 복수의 전지 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 상기 복수의 전지 셀이 수용된 모듈 케이스의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워지도록 구성된 고분자 부재; 및 상기 고분자 부재의 내부에 적어도 일부가 위치하여, 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나와 상기 모듈 케이스 사이의 공간, 및 상기 복수의 전지 셀 사이의 공간 중 하나 이상의 공간에 개재된 충진재를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 팩, 및 자동차 {Battery Module, Battery Pack, and Vehicle}
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 비용이 절감되고 화재에 대한 안전성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 셀과 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
특히, 최근 전자 디바이스, 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 모듈의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 모듈은 복수의 전지 셀, 이를테면 복수의 원통형 전지 셀을 구비할 수 있다.
그러나, 이러한 배터리 모듈은, 복수의 원통형 전지 셀의 일부에 열폭주나 화재, 폭발 등이 발생될 경우, 고온의 열이나, 전극조립체의 파편, 화염, 및 가스 등이 배출되어 인접한 다른 전지 셀의 온도를 상승시킬 수 있었다. 이에 따라, 인접한 다른 전지 셀로 열폭주나 화재 등이 전파되어, 보다 큰 2차 화재나 폭발이 발생됨으로써, 그 피해가 가중될 수 있는 문제가 있었다.
더욱이, 복수의 원통형 전지 셀 사이 또는 모듈 케이스와 전지 셀 사이의 공간은 매우 좁은 경우가 많은데, 이 경우 복수의 전지 셀 사이에서 열이나 화염이 전파되는 것에 매우 취약하다는 문제가 있다. 또한, 이와 같이 좁은 공간으로 인해, 열이나 화염 전파를 방지하기 위한 별도 부재를 구비하는데 많은 제약이 존재하였다. 뿐만 아니라, 종래 배터리 모듈의 경우, 내부의 열 내지 화염 전파의 방지를 위해 특정 재료를 투입하는 구성도 시도되고 있으나, 이러한 특정 재료의 비용이 고가라는 문제도 있다. 이에 따라, 종래 배터리 모듈은, 열이나 화재 등에 대한 안전성을 효율적으로 확보하는데 많은 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열이나 화재 등에 대한 안전성이 효율적으로 확보될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차 등을 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 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전지 셀; 내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 복수의 전지 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 상기 복수의 전지 셀이 수용된 모듈 케이스의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워지도록 구성된 고분자 부재; 및 상기 고분자 부재의 내부에 적어도 일부가 위치하여, 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나와 상기 모듈 케이스 사이의 공간, 및 상기 복수의 전지 셀 사이의 공간 중 하나 이상의 공간에 개재된 충진재를 포함한다.
상기 고분자 부재는, 실리콘 수지를 구비할 수 있다.
상기 고분자 부재는, 상기 모듈 케이스의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워진 후 경화된 형태를 가질 수 있다.
상기 충진재는, 다수의 입자를 구비하여 상기 고분자 부재의 내부에 분산된 형태로 구성될 수 있다.
상기 충진재는, 플라스틱 소재, 또는 세라믹 소재를 구비할 수 있다.
상기 충진재는, 서로 다른 크기를 갖는 다수의 입자를 구비할 수 있다.
상기 충진재는, 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다.
상기 충진재는, 내부에 소화 물질이 수용될 수 있다.
상기 충진재는, 내부에 난연성 액체가 수용될 수 있다.
상기 충진재는, 상기 고분자 부재의 일부가 삽입되도록 구성될 수 있다.
상기 충진재는, 외층, 및 다공질의 내층을 갖는 입자를 다수 구비할 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 안전성과 경제성이 우수한 배터리 모듈 등이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 고분자 부재와 충진재가 모듈 내부에 포함됨으로써, 열이나 화염 전파 방지 성능, 폭발 방지 성능 등이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
더욱이, 고분자 부재는, 복수의 전지 셀 중, 어느 하나가 발화 및 폭발할 경우, 인접한 다른 전지 셀로 화염이 전달되지 않도록 방어벽 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 복수의 전지 셀이 연쇄 폭발하거나, 화재가 번지는 것을 효과적으로 막아줄 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 비교적 낮은 비용으로 이러한 열/화염 전파 방지 성능 등이 확보되어, 안전성과 함께 경제성이 우수한 배터리 모듈이나 배터리 팩 등이 구현될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 전지 셀의 발화나 폭발 등을 지연시키기 위해, 고분자 부재로서 실리콘 수지(실리콘 고분자)가 팩 내부에 주입된 경우, 충진재를 통해 실리콘 수지의 양을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 비교적 고가인 실리콘 수지의 양을 줄일 수 있으므로, 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 충진재의 밀도가 실리콘 수지보다 낮게 구성된 경우, 배터리 모듈을 경량화하는데 유리할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
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 안 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 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.
또한, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 3의 경우, 도 1의 C-C'선에 대한 단면 구성을 나타낸 도면이라 할 수 있다. 또한, 도 2에서는 도시의 편의를 위해, 고분자 부재, 및 충진재에 대해서는 제외된 형태로 도시되었다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(110), 모듈 케이스(130), 고분자 부재(140), 및 충진재(150)를 포함한다.
구체적으로, 상기 전지 셀(110)은, 원통형 전지 캔을 구비한 원통형 전지 셀일 수 있다. 상기 원통형 전지 셀(110)은, 상부 및/또는 하부에 전극 단자(111, 112)가 위치할 수 있다. 예를 들면, 또는 상기 원통형 전지 셀(110)은, 상부에 양극 단자(111)와 음극 단자(112)가 구비될 수 있다. 더욱이, 원통형 전지 셀의 경우, 상단의 캡 조립체가 양극 단자(111)이고, 전지 셀 몸통, 즉 전지 캔(케이스)이 음극 단자(112)일 수 있다. 또한, 상기 양극 단자(111) 및 상기 음극 단자(112)는 서로 이격되어 위치될 수 있다. 상기 양극 단자(111) 및 상기 음극 단자(112)는 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 버스바(120)를 더 포함할 수 있다. 상기 버스바(120)는, 알루미늄, 구리, 니켈 등의 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전지 셀(110)은, 상기 버스바(120)를 통해 전기적으로 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기 버스바(120)는 금속 와이어(121)를 통해 상기 전지 셀(110)의 양극 단자(111) 또는 음극 단자(112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 와이어(121)의 일단부는 상기 전지 셀(110)의 양극 단자와 접촉하고, 타단부는 상기 버스바(120)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 버스바(120)는, 금속 와이어(121) 없이 전극 단자(111, 112)와 직접 접촉할 수도 있다.
이러한 전지 셀(110)의 구성은, 본 발명의 출원 시점에 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 보다 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 전지 셀(110)의 일례를 도시하였으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 특정한 형태의 전지 셀(110)의 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 전지 셀(110)이 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)에 채용될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(130)는, 내부 공간이 형성되어, 이러한 내부 공간에 복수의 전지 셀(110)이 수용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(130)는, 복수의 전지 셀(110)을 수용하도록 내부가 비어 있는 박스 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 모듈 케이스(130)는, 상부 프레임(133) 및 하부 프레임(134)을 구비할 수 있다. 여기서, 상부 프레임(133)은, 상기 복수의 전지 셀(110)의 상부와 측부를 감싸도록 구성될 수 있다. 그리고, 하부 프레임(134)은 상기 복수의 전지 셀(110)의 일부분이 삽입되도록 구성된 복수의 안착 홈(H)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 프레임(134)의 안착 홈(H)은 상기 전지 셀(110)의 중앙을 기준으로 하부가 삽입되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 케이스(130)는, 상부 및/또는 하부에 복수의 노출구(131)가 구비될 수 있다. 상기 복수의 노출구(131) 각각은, 복수의 전지 셀(110)의 상부가 외부로 노출될 수 있도록, 상기 모듈 케이스(130)의 일부분이 천공된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전지 셀(110)의 상부에 구비된 전극 단자들(111, 112)이 외부로 노출될 수 있도록 상기 상부 프레임(133)의 상면에 복수의 노출구(131)가 구비될 수 있다.
상기 고분자 부재(140)는, 상기 모듈 케이스(130)의 내부 공간 중 적어도 일부 공간에 채워지도록 구성될 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스(130)의 내부 공간에는 복수의 전지 셀(110)이 수납되어 있으므로, 전지 셀이 차지하는 공간 이외의 공간 중 적어도 일부에 고분자 부재(140)가 채워질 수 있다. 특히, 상기 고분자 부재(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 전지 셀(110)들 사이의 공간, 및 복수의 전지 셀과 모듈 케이스(130)의 내면 사이의 공간 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.
상기 충진재(150)는, 고분자 부재(140)의 내부에 적어도 일부가 위치할 수 있다. 즉, 충진재(150)는, 전체가 고분자 부재(140)의 내부에 매립되거나, 일부가 고분자 부재(140)의 외부로 노출된 형태로 고분자 부재(140)의 내부에 매립될 수 있다. 그리고, 충진재(150)는, 고분자 부재(140)와 함께, 복수의 전지 셀 중 적어도 하나와 모듈 케이스의 내면 사이의 공간에 개재될 수 있다. 또한, 충진재(150)는, 고분자 부재(140)와 함께, 복수의 전지 셀(110) 사이의 공간에 개재될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈(100)의 내부에 서로 다른 물성 내지 특성을 갖는 고분자 부재(140)와 충진재(150)가 존재함으로써, 다양한 성능이 함께 확보되는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 고분자 부재(140)는 열이나 화재 등에 대한 안전성을 확보할 수 있는 재료로 구성되고, 충진재(150)는 강성이 우수하거나 무게 내지 비용이 낮은 재료로 구성될 수 있다. 이 경우, 열이나 화재 등에 대한 안전성과 함께, 강성, 경량성, 경제성 등이 우수한 배터리 모듈이 구현될 수 있다. 더욱이, 상기 고분자 부재(140)는, 복수의 전지 셀(110) 중, 어느 하나가 발화 및 폭발할 경우, 인접한 다른 전지 셀(110)로 화염이 전달되지 않도록 방어벽 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 복수의 전지 셀(110)이 연쇄 폭발하거나, 화재가 번지는 것을 효과적으로 막아줄 수 있다.
상기 고분자 부재(140)는, 실리콘 수지(silicone resin)를 구비할 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)에 대하여 열이나 화재 등에 대한 안전성 확보에 유리할 수 있다. 예를 들어, 전지 셀(110)과 모듈 케이스(130) 사이에 이러한 실리콘 수지가 위치하는 경우, 전지 셀(110)의 열이나 화재 등이 모듈 케이스(130) 외부로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 전지 셀(110)의 폭발 방지에 유리할 뿐 아니라, 폭발이 일어나더라도 폭발에 의한 파편이 배터리 모듈(100) 외부로 비산하는 것을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 전지 셀(110) 사이에 실리콘 수지가 위치하는 경우, 전지 셀(110) 사이에서 열이나 화재 등이 상호 전파되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 모듈 내부에서 열폭주 전파 등이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 실리콘 고분자 수지는 실록산 결합에 의한 주요 골격을 가진 인공 고분자 화합물일 수 있다. 그러나, 본 발명의 고분자 부재(140)에 사용되는 수지는 어느 하나로 특정되지 않고, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 수지가 본 발명의 고분자 부재(140)로 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 부재(140)는, 에폭시 수지(epoxy resin)를 구비할 수 있다.
상기 고분자 부재(140)는, 모듈 케이스(130)의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워진 후 경화된 형태를 가질 수 있다. 특히, 상기 고분자 부재(140)는, 모듈 케이스(130)의 내부에 전지 셀(110)이 수납된 상태에서, 액체, 겔 또는 졸 등의 유동성이 있는 유체 상태로 모듈 케이스(130)의 내부에 주입된 후 경화된 형태를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 고분자 부재(140)는, 액체 실리콘 수지 형태로 상기 모듈 케이스(130)의 내부 공간에 주입되어 전지 셀(110) 사이의 공간 및/또는 전지 셀(110)과 모듈 케이스(130) 사이의 공간으로 유입되도록 할 수 있다, 그리고, 고분자 부재(140)는, 일정 시간 경과되거나 냉각 등을 통해 경화된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 고분자 부재(140)는, 상온에서 고체 상태를 가질 수 있다.
상기 충진재(150)는, 다수의 입자를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 충진재(150)의 다수의 입자는, 고분자 부재(140)의 내부에 분산된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 충진재(150)에 구비된 다수의 입자 각각은, 펠릿 형태로 구성될 수 있다. 이러한 펠릿은, 사출 성형이나 분말 압착 등 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 하나의 펠릿이 하나의 입자라고 볼 수 있다. 따라서, 충진재(150)는, 다수의 펠릿(151)을 구비한다고 할 수 있다. 이러한 다수의 입자, 즉 펠릿(151)은, 유체 상태의 고분자 부재(140)와 혼합된 후 모듈 케이스(130) 내부로 주입될 수 있다. 그리고, 유체 상태의 고분자 부재(140)가 모듈 케이스(130) 내부에서 경화됨에 따라 위치가 고정된 형태를 가지도록 구성될 수 있다.
특히, 다수의 펠릿(151)은, 모듈 케이스(130)의 내부 공간에 복수의 전지 셀(110)이 수용된 상태에서 주입될 수 있다. 이때, 충진재(150)로서 다수의 펠릿(151)이 모듈 케이스(130)의 내부 공간에 주입된 이후, 유체 상태의 고분자 부재(140)가 모듈 케이스(130)의 내부 공간에 주입될 수도 있다. 또는, 충진재(150)로서 다수의 펠릿(151)은 유체 상태의 고분자 부재(140)와 미리 혼합되어 혼합물을 형성한 후, 이러한 펠릿(151)과 고분자 부재(140)의 혼합물이 모듈 케이스(130)의 내부 공간에 주입되는 형태로 형성될 수도 있다.
상기 충진재(150) 입자, 이를테면 펠릿(151)은, 유체 상태의 고분자 부재(140)가 모듈 케이스(130)의 내부 공간으로 주입되는 과정에서, 모듈 케이스(130)와 전지 셀(110) 사이, 및/또는 복수의 전지 셀들(110) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 충진재(150) 입자, 즉 펠릿(151)은, 모듈 케이스(130)와 전지 셀(110) 사이 및/또는 복수의 전지 셀(110) 사이의 공간에 삽입될 수 있는 크기 내지 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 펠릿(151)과 같은 충진재(150)를 통해, 고분자 부재(140)와는 다른 특성이 배터리 모듈(100) 내부에서 용이하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 충진재(150)에 의해, 배터리 모듈(100)의 기계적 강성을 높이는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)에 외부 충격이 가해질 경우, 고분자 부재(140)의 내부에 고분자 부재(140)보다 기계적 강성이 더 높은 다수의 펠릿(151)이 추가되어 있으므로, 배터리 모듈(100)의 강성이 향상될 수 있다. 따라서, 이 경우, 복수의 전지 셀(110)을 외부 충격으로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 실시 구성에 의하면, 충진재(150)인 다수의 펠릿(151)에 의해 전지 셀(110) 사이의 충격 전달이 감소될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 제조 비용을 낮추는데 유리할 수 있다. 특히, 열이나 화재 등에 대한 안전성 확보를 위해, 고분자 부재(140)로서 실리콘 수지가 사용되는 경우, 실리콘 수지의 가격이 높다는 단점을 가질 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성에 의하면, 실리콘 수지와 같은 고가의 재료에 대한 양을 줄일 수 있으므로, 배터리 모듈(100)의 제조 비용을 낮출 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 경량화에도 유리할 수 있다. 예를 들어, 충진재(150)에 대하여 고분자 부재(140)보다 무게가 작은 물질로 구성할 경우, 배터리 모듈(100)의 무게를 줄일 수 있다.
상기 충진재(150)는, 플라스틱 소재를 구비할 수 있다. 여기서, 충진재(150)로 사용되는 플라스틱 소재는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 재료에서 채용될 수 있다. 특히, 상기 충진재(150)는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있다. 이러한 PTFE의 경우, 표면 에너지(surface energy)가 낮으므로, 보다 유리할 수 있다. 또한, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌도 표면 에너지가 낮은 소재로서, 상기 충진재(150)의 재료로 이용될 수 있다.
이와 같이 상대적으로 표면 에너지(표면 장력)가 낮은 플라스틱으로 이루어진 충진재(150)를 사용할 경우, 유체 상태의 고분자 부재(140)와 혼합할 때, 고분자 부재(140)의 점성의 영향력을 줄일 수 있다. 따라서, 유체 상태의 고분자 부재(140) 중에서 충진재(150)가 보다 용이하게 분산될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 고분자 부재(140) 내부에서 충진재(150)의 고른 분산으로 인해, 제조 효율성을 높이고, 충진재(150)에 의한 효과, 이를테면 기계적 강성 확보에 보다 유리할 수 있다.
이 밖에도, 상기 충진재(150)는, 다른 다양한 플라스틱 소재, 예를 들면, 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 구비할 수도 있다.
더욱이, 상기와 같은 플라스틱 소재의 경우, 무게가 가볍고 비용이 저렴하며, 성형이 용이하다는 장점을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 배터리 모듈(100)의 경량화 및 비용 절감 측면에서 유리할 수 있다. 또한, 플라스틱 소재의 경우, 단열성 확보에 유리할 수 있다. 따라서, 전지 셀(110) 사이, 또는 전지 셀(110)과 모듈 케이스(130) 사이에서 열 전달이 보다 효과적으로 차단될 수 있다.
또한, 상기 충진재(150)는, 세라믹 소재를 구비할 수 있다. 세라믹 소재는, 모래, 유리, 시멘트, 점토, 내화물, 연마재, 및 파인 세라믹 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 모래는, 석영, 석회암, 철광석, 자철석, 현무암, 흑요석, 감람석 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
세라믹 소재의 경우, 열이나 화염에 강한 특성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 이 경우, 충진재(150)에 의한 열이나 화염 차단 효과가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 전지 셀(110)을 냉각하기 위한 냉각 부재(160)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 부재(160)는 상기 하부 프레임(134)의 하부에 위치될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각 부재(160)는 외부의 냉매가 내부로 주입되고, 전지 셀(110)로부터 열을 흡수하여 승온된 냉매가 밖으로 배출되도록 구성될 수 있다. 일례로, 상기 냉각 부재(160)는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 재료를 구비할 수 있다.
한편, 상기 충진재(150)의 입자, 이를테면 펠릿(151)은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 펠릿(151)은, 외형이 구형으로 형성될 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 펠릿(151)의 형상이 구형으로 이루어져, 전지 셀(110)과의 마찰력이 최소화될 수 있다. 또한, 이와 같이, 펠릿(151)이 구형을 가짐으로써, 복수의 전지 셀(110) 사이의 빈 공간에 높은 밀도로 고르게 채워지는데 유리할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 외부 충격이 배터리 모듈(100)에 가해진 경우, 전지 셀(110)에 펠릿(151)이 충돌할 때, 충돌에 따른 전지 셀(110)의 손상을 최소화할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예를 비롯한 이하의 다른 여러 실시예들에 대해서는, 앞선 실시예들에서 설명한 내용이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 충진재(150)의 입자는, 분말형으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 충진재(150)는, 다수의 분말형 입자(152)를 구비한다고 할 수 있다. 앞선 실시예에서 펠릿(151)은 플라스틱 소재나 세라믹 소재 등에 대하여 특정 형상으로 가공 내지 성형된 것이라고 하면, 본 실시예에서 분말형 입자(152)는 플라스틱 소재나 세라믹 소재에 대하여 분쇄된 형태라고 할 수 있다. 여기서, 분말형 입자(152)는 펠릿(151)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 분말형 입자(152)의 크기(평균 입경)는 1 um 내지 1 mm 일 수 있다.
이러한 다수의 분말형 입자(152)는, 유체 상태의 고분자 부재(140)와 혼합된 상태에서 모듈 케이스(130) 내부로 주입될 수 있다. 그리고, 고분자 부재(140)가 경화되면, 다수의 분말형 입자(152)는, 고분자 부재(140) 내에 분산되어 위치될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 고분자 부재(140) 및/또는 충진재(150)의 주입 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 즉, 유체 형태의 고분자 부재(140)와 다수의 분말형 입자(152)의 혼합물을 모듈 케이스(130) 내부로 주입할 경우, 분말형 입자(152)의 입자 크기에 의해 주입될 혼합물의 점성이 용이하게 조절될 수 있다. 따라서, 작업자가 혼합물의 점성을 적절히 조절하여 모듈 케이스(130) 내부에 주입하는 시간을 단축시키는 등, 주입 공정의 효율이 보다 향상될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 충진재(150)는, 서로 다른 크기를 갖는 다수의 입자를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 5에서와 같이, 충진재 입자로서 다수의 펠릿(151)이 고분자 부재(140)의 내부에 포함된 경우, 다수의 펠릿(151)의 일부는 상대적으로 크기(입경)가 크고, 다른 일부는 상대적으로 작은 크기(입경)를 가질 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 일부 펠릿(151)들은, 대략 1 mm의 입경을 갖고, 다른 펠릿(151)들은 대략 0.5 mm의 크기를 가질 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 서로 다른 크기를 가진 다수의 입자, 즉 펠릿(151)은, 서로 다른 전지 셀(110) 사이의 이격 공간에 위치할 수 있다. 예를 들면, 다수의 펠릿(151) 중, 상대적으로 더 작은 크기를 가진 펠릿(151)은, 도 5에서 G1으로 표시된 부분과 같이, 전지 셀(110) 사이의 좁은 공간에 위치될 수 있다. 반면, 상대적으로 더 큰 크기를 가진 펠릿(151)은, 도 5에서 G2로 표시된 부분과 같이, 서로 다른 전지 셀(110) 사이의 공간 중 상대적으로 더 넓은 이격 공간, 또는 전지 셀(110)과 모듈 케이스(130)의 내면 사이 공간에 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 충진재(150)로서, 서로 다른 크기를 가진 다수의 입자를 구비함으로써, 다양한 크기의 공간에 보다 많은 충진재(150)가 유입되도록 할 수 있다. 특히, 모듈 케이스(130)의 내부 공간에는 다양한 크기의 공간이 존재할 수 있다. 이때, 좁은 공간에는 작은 크기의 입자가 투입되도록 함으로써 고분자 부재(140)와 충진재(150)가 적절한 비율로 존재하여 각자의 기능이 충분히 달성되도록 할 수 있다. 또한, 넓은 공간에는 큰 크기의 입자가 투입되도록 함으로써 고분자 부재(140)의 투입량을 줄이고 충진재(150)로 인한 고분자 부재(140)의 점성이 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이 경우, 고분자 부재(140) 내에서 펠릿(151) 등의 입자가 어느 한 곳으로 편중되지 않고, 고르게 분산될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 충진재(150)로 적어도 둘 이상의 크기를 갖는 다수의 입자를 구비할 경우, 다수의 입자들이 특정 부분에 편중되지 않고, 고분자 부재(140) 내에서 고르게 퍼진 상태로 존재하는데 유리할 수 있다. 따라서, 고분자 부재(140)와 다수의 입자, 이를테면 다수의 펠릿(151)의 혼합체에 의한 기계적 강성 확보 효과가 더욱 향상될 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈(100)에 외부 충격이 발생될 경우, 향상된 기계적 강성으로 인해, 전지 셀(110)에 대한 외부 충격 보호 효과가 보다 개선될 수 있다.
또한, 상기 충진재(150)는, 서로 다른 무게(밀도)를 갖는 다수의 입자를 구비할 수 있다. 즉, 상기 충진재(150)는, 무게가 서로 다른 다수의 입자군을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 충진재(150)는, 3개의 서로 다른 무게를 갖는 다수의 입자를 구비할 수 있다. 이때, 무게에 따라 다수의 입자는 3개의 입자군으로 구분될 수 있는데, 각각 제1 입자군, 제2 입자군 및 제3 입자군이라 할 수 있다. 여기서, 제1 입자군에 속한 입자들은 가장 큰 무게를 갖고, 제2 입자군에 속한 입자들은 제1 입자군의 입자들보다 낮은 무게를 가질 수 있다. 그리고, 제3 입자군에 속한 입자들은 제2 입자군의 입자들보다 낮은 무게를 가질 수 있다.
이와 같이, 충진재(150)로서 서로 다른 무게를 갖는 다수의 입자들이 포함된 경우, 모듈 케이스(130) 내부에서 충진재(150)가 보다 고르게 분산되는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예와 같이 무게가 서로 다른 3개의 입자군이 포함된 경우, 유체 상태의 고분자 부재(140)에 이러한 입자들이 혼합된 상태에서, 모듈 케이스(130) 내부로 주입된 이후, 무게에 따라 3개의 입자군은 상하 방향으로 분산될 수 있다. 즉, 유체 상태의 고분자 부재(140)가 경화되기 전 유동성을 가진 상태에서, 다수의 입자들은 무게에 따라 모듈 케이스(130) 내부에서 상하 방향으로 분산될 수 있다. 즉, 무게가 가장 무거운 제1 입자군은 전지 셀(110)의 하단부 주변에 위치하고, 무게가 가장 가벼운 제3 입자군은 전지 셀(110)의 상단부 주변에 위치할 수 있다. 그리고, 중간 무게를 갖는 제2 입자군은 전지 셀(110)의 중앙부 주변에 위치할 수 있다.
한편, 이러한 무게의 차이는 비중 내지 밀도의 차이로 나타날 수 있다. 예를 들어, 제1 입자군은 유체 상태의 고분자 부재(140)보다 비중이 높은 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 제3 입자군은 유체 상태의 고분자 부재(140)보다 비중이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 제2 입자군은 유체 상태의 고분자 부재(140)와 비중이 유사한 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 충진재(150)는, 서로 다른 형상(외형)을 갖는 다수의 입자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 충진재(150)는, 사각 기둥 형상의 입자들, 삼각 기둥 형상의 입자들, 구 형상의 입자들 및 적어도 하나의 표면이 곡면 형상으로 형성된 입자들 중 적어도 둘 이상의 입자들을 포함할 수 있다.
모듈 케이스(130)의 내부 공간에는 다양한 모양의 공간이 존재할 수 있으므로, 상기 실시 구성에 의하면, 각 공간의 모양에 적합한 형상을 갖는 입자가 투입될 수 있다. 따라서, 이 경우, 모듈 케이스(130) 내부에서 입자의 고른 분산에 유리할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 충진재(150)로 포함된 입자, 이를테면 펠릿(151)은, 내부에 빈 공간(S)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 펠릿(151)은, 빈 공간(S)을 둘러싸는 외벽(W)을 가질 수 있다. 그리고, 이러한 펠릿(151)의 빈 공간(S)에는 공기가 채워질 수 있다. 이때, 펠릿(151)이 전지 셀(110)의 스웰링이나 이동 등에 의해 가압될 경우, 탄력적으로 상기 전지 셀(110)을 지지할 수 있다. 더욱이, 상기 펠릿(151)은, 상기 복수의 전지 셀(110)에 의해 압착될 경우, 부피가 줄어들거나 외형이 변화되는 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 내부에 공기와 같은 기체만 포함되어 빈 공간(S)을 갖는 형태로 구성된 입자를 통해, 배터리 모듈(100)이 외부 충돌이나 전지 셀(110)의 스웰링 등으로 인해, 전지 셀(110)에 가해지는 압력 내지 충격을 완충시킬 수 있다.
특히, 펠릿(151)과 같은 입자의 외벽(W)이 탄성을 갖는 플라스틱 재질로 구성된 경우, 이러한 펠릿(151)의 완충 효과는 보다 용이하게 확보될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 충진재(150)로서 펠릿(151)은, 내부에 소화 물질이 수용된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 충진재(150)는, 소화 물질이 수용된 다수의 펠릿(151)을 구비할 수 있다. 여기서, 펠릿(151)은 수용 공간이 형성될 수 있으며, 이러한 수용 공간에는 소화 물질(151a)이 구비될 수 있다. 특히, 펠릿(151)은 내부에 소화 물질(151a)이 충진된 캡슐 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 소화 물질(151a)은, 예를 들면, 탄산칼륨과 같은 무기염의 농후(濃厚)용액, 화학포, 공기포, 이산화탄소, 또는 물일 수 있다. 이 밖에도, 펠릿(151)과 같은 충진재(150)의 입자에 포함된 소화 물질로는 본 발명의 출원 시점에 공지된 고체, 액체 또는 기체 상태의 다양한 소화제가 채용될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에서 펠릿(151)은, 소정 온도에서 용융되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 펠릿(151)은, 섭씨 300도 이상에서 용융되어, 내부 수용 공간에 수용된 소화 물질(151a)을 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 소화 물질(151a)이 수용된 펠릿(151)에 의해, 배터리 모듈(100)의 안전성이 보다 향상될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)에 수용된 복수의 전지 셀(110) 중, 일부에서 화재 및 폭발이 발생될 경우, 상기 펠릿(151)의 외벽이 녹아, 내부에 수용된 소화 물질(151a)이 외부로 배출됨으로써, 전지 셀(110)의 화재가 조기에 억제되고 전파가 효과적으로 차단될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화재 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 충진재(150)로 포함된 펠릿(151)은, 난연성 액체가 수용된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 충진재(150)는, 난연성 액체가 수용된 다수의 펠릿(151)을 구비할 수 있다. 이때, 펠릿(151)은 내부에 수용 공간이 형성되고, 그러한 수용 공간에 난연성 액체(151b)가 구비될 수 있다. 더욱이, 상기 펠릿(151)은, 난연성 액체(151b)가 수용된 캡슐 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 난연성 액체(151b)는, 예를 들면, 난연성 첨가제가 혼합된 고분자 수지일 수 있다. 이러한 난연성 첨가제는, 알루미나삼수화물, 취소계 난연제, 삼산화안티몬, 인계 난연제 등일 수 있다. 그리고, 고분자 수지는, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 또는 폴리카보네이트 수지 등일 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 난연성 액체(151b)가 수용된 펠릿(151)을 통해, 배터리 모듈(100)의 안전성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(110) 중, 일부에서 화재 및 폭발이 발생될 경우, 상기 펠릿(151)의 외벽이 녹아, 내부에 수용된 난연성 액체(151b)는 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 이 경우, 화재가 발생된 전지 셀(110)의 내부 또는 외부로 난연성 액체(151b)가 공급되거나, 전지 캔의 파열된 부분을 밀폐시킬 수 있다. 이러한 측면에서, 화재 안전성은 크게 향상될 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 충진재(150)로 포함된 다수의 펠릿(151)은, 고분자 부재(140)의 일부가 삽입되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 충진재(150) 입자인 펠릿(151)은, 적어도 하나 이상의 유통구(151c)가 형성될 수 있다. 여기서, 유통구(151c)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 펠릿(151)의 일단에서 타단까지 관통하는 형태로 구성될 수 있다. 또는, 유통구(151c)는, 펠릿(151)의 일단에서 중앙 부분의 소정 지점까지 파여진 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 고분자 부재(140)가 유동성이 있을 때 상기 유통구(151c)의 내부로 침투할 수 있다. 그리고, 이후에 고분자 부재(140)가 경화되면, 고분자 부재(140)의 일부가 펠릿(151)의 유통구(151c)에 삽입된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 충진재(150)인 펠릿(151)의 고른 분산에 보다 유리할 수 있다. 특히, 펠릿(151)의 내부를 완전히 관통하는 형태로 유통구(151c)가 형성된 경우, 펠릿(151)과 고분자 부재(140)의 비중(무게) 차이를 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 펠릿(151)이 고분자 부재(140)보다 비중이 낮은 물질로 이루어진다 하더라도, 유통구(151c)의 내부로 고분자 부재(140)가 유입되어, 유체 상태의 고분자 부재(140) 중에서 펠릿(151)이 상부로만 뜨지 않고 하부 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 이 경우, 펠릿(151)이 모듈 케이스(130)에서 상부에만 존재하지 않고 하부에도 존재하도록 할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 충진재(150)인 펠릿(151)의 내부에 고분자 부재(140)가 존재할 수 있다. 따라서, 펠릿(151)이 많이 뭉친 부분이 존재한다 하더라도, 고분자 부재(140)의 특성이 일정 수준 이상 발현되도록 할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 충진재(150)로 포함된 각각의 펠릿(151)은, 다수의 분말(151d)이 압착되어 서로 기계적으로 결합된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 상호 압착된 다수의 분말(151d) 사이에는 결합제 등이 추가로 구비될 수 있다. 여기서, 분말(151d)은, 플라스틱 소재의 분말 또는 세라믹 소재의 분말일 수 있다. 이러한 실시 구성에서, 상기 펠릿(151)은, 외부 충격에 의해 분해되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 펠릿(151)은, 다수의 분말이 기계적으로 결합된 상태이므로, 상기 배터리 모듈에 큰 충격이 가해질 경우, 분말이나 여러 파편 형태로 분해(분리)될 수 있는 결합력을 가질 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 펠릿(151)이 분말 등의 형태로 분해되는 과정에서 충격을 완화시킬 수 있다. 또한, 펠릿의 분해로 생성된 분말이나 파편에 의해 전지 셀(110)이 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 충진재의 입자 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 충진재(150)로서 포함된 다수의 입자, 이를테면 펠릿(151)은, 외층(151e) 및 내층(151f)을 구비할 수 있다. 여기서, 내층(151f)은, 다공질 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 내층(151f)에는 공기가 채워질 수 있다. 그리고, 외층(151e)은, 밀폐된 형태로 구성되어, 내부에 다공질의 내층(151f)이 수용되도록 할 수 있다. 즉, 상기 펠릿(151)은, 외부 물질이 내부로 침투되지 않도록 밀폐된 형태의 외층(151e)을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 펠릿(151)의 내층(151f)은, 발포 수지에 의해 다공질 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 내층(151f)을 형성하는 발포 수지는 발포성 폴리스틸렌 수지일 수 있다. 그리고, 펠릿(151)의 외층(151e)은, 다공질 내층의 외부를 고분자 수지에 의해 코팅한 형태로 구성될 수 있다. 일례로, 외층(151e)을 형성하는 고분자 수지는, 폴리염화비닐일 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 펠릿(151)에 구비된 다공질 내층(151f)에 의해, 충격 완화 효과가 확보될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성의 경우, 외층(151e)이 밀폐된 형태로 구성되어, 다공질 내층(151f)으로 유체 상태의 고분자 부재(140)가 침투하는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 이 경우 고분자 부재(140)의 사용량을 보다 줄일 수 있다. 또한, 이 경우, 충진재(150)의 무게를 낮추는데 보다 유리할 수 있다.
또한, 상기 충진재(150)는, 서로 다른 형태로 구성된 다수의 입자를 구비할 수 있다. 특히, 앞선 여러 실시예들에서 설명된 다양한 형태의 입자들이 본 발명의 충진재(150)로 함께 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 충진재(150)는, 도 6에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 펠릿(151)군과 도 7에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 펠릿(151)군을 함께 구비할 수 있다. 또는, 상기 충진재(150)는, 도 8에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 펠릿(151)군과 도 9에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 펠릿(151)군을 함께 구비할 수 있다. 또는, 상기 충진재(150)는, 도 6 내지 도 11에 도시된 바와 같은 형태로 구성된 펠릿(151) 중 3종류 이상의 펠릿(151)을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(130)의 내부 공간에서, 충진재(150)를 구성하는 입자가 보다 균일하게 분산 배치되도록 할 수 있다. 예를 들어, 내부에 공기가 수용된 도 6의 펠릿(151)과 내부에 소화 물질(151a)이 수용된 도 7의 펠릿(151)이 함께 충진재(150)로 포함된 경우, 도 6의 펠릿(151)이 도 7의 펠릿(151)보다 가벼울 수 있다. 따라서, 도 6의 펠릿(151)은 모듈 케이스(130)의 내부 공간에서 상부에 위치하고, 도 7의 펠릿(151)은 모듈 케이스(130)의 내부 공간에서 하부에 위치할 수 있다.
다른 예로, 내부에 난연성 액체(151b)가 수용된 도 8의 펠릿(151)과 유통구(151c)가 형성된 도 9의 펠릿(151)이 함께 충진재(150)로 포함된 경우, 도 9의 펠릿(151)은 도 8의 펠릿(151)보다 하부에 배치될 수 있다.
또 다른 예로, 도 10의 펠릿(151)과 도 11의 펠릿(151)이 함께 충진재(150)로 포함된 경우, 도 11의 펠릿(151)은 다공질 내층(151f)으로 인해 도 10의 펠릿(151)보다 상부에 배치될 수 있다.
그러므로, 이와 같은 실시 구성들에 의하면, 충진재(150)가 모듈 케이스(130)의 내부 공간에서 상하 방향으로 원활하게 분산 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 여러 형태의 펠릿(151)에 의해, 충진재(150)에 다양한 특성이 포함되도록 할 수 있다. 특히, 각 펠릿(151)의 다양한 특성은, 해당 특성이 필요한 부분에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 7 또는 도 8의 펠릿(151)은, 전지 셀(110)의 양극 단자(111)가 위치하는 부분(도 3에서 상부)에 배치될 수 있다. 이 경우, 양극 단자 측으로 고온의 가스나 화재가 배출된 경우, 펠릿(151)의 내부에 수용된 소화 물질(151a)이나 난연성 액체(151b)가 신속하게 배출될 수 있다. 그러므로, 발화나 화재 등의 억제 또는 확산 방지에 유리할 수 있다.
그리고, 이러한 펠릿(151) 이외에 다른 펠릿(151)으로서, 도 6, 도 10 또는 도 11의 펠릿(151)이 전지 셀(110)의 몸통 중앙 부분(도 3에서 Z축 방향 중앙부)에 위치할 수 있다. 이 경우, 전지 셀(110)의 스웰링이나 외부 충격 등 발생 시, 전지 셀(110) 사이에서, 또는 모듈 케이스(130)로부터 전지 셀(110)로, 충격이 전달되는 것을 완화시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 부분 별 특성에 따라 적절한 형태로 구성된 다양한 펠릿(151)이 충진재(150)로 포함되어, 본 발명에 따른 효과, 이를테면 배터리 모듈(100)의 안전성 등이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(100) 이외에 배터리 팩에 통상적으로 구비되는 다양한 구성요소, 이를테면 배터리 모듈(100)과 전기적으로 연결되는 BMS(battery Management System) 등을 포함할 수 있다. 특히, 이러한 BMS는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 전지 셀(110)의 충방전 등을 제어하기 위해 각종 회로나 소자 등을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 자동차는, 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 휠체어, 또는 전기 바이크 등과 같이 전기에 의해 구동되는 탑승 장치일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 배터리 모듈(100) 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소들, 이를테면 차체나 모터, 인버터 등을 더 포함할 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.
100: 배터리 모듈
110: 전지 셀, 111: 전극 단자
120: 버스바, 121: 금속 와이어
130: 모듈 케이스,
131: 노출구, 133: 상부 프레임, 134: 하부 프레임, H: 안착 홈
140: 고분자 부재
150: 충진재
151: 펠릿, 152: 분말형 입자
S: 빈 공간, 151a: 소화 물질, 151b: 난연성 액체, 151c: 유통구
151d: 분말, 151e: 외층, 151f: 내층
160: 냉각 부재

Claims (13)

  1. 복수의 전지 셀;
    내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 복수의 전지 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스;
    상기 복수의 전지 셀이 수용된 모듈 케이스의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워지도록 구성된 고분자 부재; 및
    상기 고분자 부재의 내부에 적어도 일부가 위치하여, 상기 복수의 전지 셀 중 적어도 하나와 상기 모듈 케이스 사이의 공간, 및 상기 복수의 전지 셀 사이의 공간 중 하나 이상의 공간에 개재된 충진재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 부재는, 실리콘 수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 부재는, 상기 모듈 케이스의 내부 공간 중 적어도 일부에 채워진 후 경화된 형태를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 다수의 입자를 구비하여 상기 고분자 부재의 내부에 분산된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 플라스틱 소재 또는 세라믹 소재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 서로 다른 크기를 갖는 다수의 입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 내부에 빈 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 내부에 소화 물질이 수용된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 내부에 난연성 액체가 수용된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 상기 고분자 부재의 일부가 삽입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 충진재는, 외층, 및 다공질의 내층을 갖는 입자를 다수 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한 것을 특징으로 하는 자동차.
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