KR20220101318A - 안전성이 향상된 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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유재욱
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 길이 방향 일 측 및 타 측이 개방된 형태를 가지며, 상기 셀 적층체를 수용하고, 적어도 하나의 제1 필러 홀을 구비하는 모노 프레임; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 결합되는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 복수의 버스바플 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 상기 모노 프레임의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 필러 홀을 통해 상기 모노 프레임의 내부로 주입되는 내화성 및 절연성을 갖는 필러; 를 포함한다.

Description

안전성이 향상된 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{A battery module having a structure of improved safty, a battery pack and a vehicle comprising the same}
본 발명은, 안전성이 향상된 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 본 발명은, 좀 더 구체적으로는, 배터리 모듈 내부에 이벤트 상황 발생 시에 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염 등에 의한 버스바 및/또는 버스바 프레임의 손상으로 인해 전극 리드들 간의 불필요한 접촉 및/또는 버스바들 간의 불필요한 접촉 등이 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
종래의 배터리 모듈은, 모듈 하우징에 수용되는 셀 적층체의 일 측 및 타 측에 각각 결합되는 버스바 프레임 어셈블리를 통해 복수의 배터리 셀들이 상호 전기적으로 연결되고, 한 쌍의 엔드 플레이트가 모듈 하우징의 양 측 개구부를 커버하는 개구부를 통해 노출되는 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 구조를 갖는다.
이러한 배터리 모듈 구조에 있어서, 엔드 플레이트와 버스바 프레임 어셈블리 사이에는 절연을 위한 절연 플레이트가 추가적으로 적용될 수도 있다. 이처럼, 상기 배터리 모듈에 절연 플레이트가 추가된다고 하더라도, 이러한 절연 플레이트는 단순히 금속 재질의 엔드 플레이트와 버스바 프레임 상의 전기적 연결 부품 간의 접촉을 방지할 수 있을 뿐, 버스바 프레임 상에 배치된 버스바를 단단히 고정시켜주는 역할을 할 수는 없다.
배터리 모듈 내부에서 이벤트가 발생되는 경우, 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염으로 인해 수지 재질의 버스바 프레임이 손상될 수 있고, 이로 인해 버스바 프레임 상에 배치된 버스바가 고정 위치를 이탈할 수 있다. 또한, 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염으로 인해 버스바 및/또는 전극 리드가 손상되어 서로 전기적으로 연결되지 말아야 하는 부품들끼리 접촉하는 문제가 발생할 수도 있다.
이처럼 불필요한 전기적 연결이 발생되는 경우, 단락으로 인한 과전류로 인해 배터리 모듈 내부에 이미 발생된 이벤트가 더욱 크게 확산될 수 있고, 배터리 모듈 내부에 스파크가 발생되어 배터리 모듈 내부의 화재의 규모가 더욱 커질 수 있는 위험성이 존재한다.
따라서, 배터리 모듈의 내부에서 이벤트가 발생되더라도, 버스바 프레임 어셈블리 및/또는 전극 리드가 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염에 의해 파손되는 것을 방지함으로써 배터리 모듈 내부의 이벤트가 확산되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 내부에서 이벤트가 발생되더라도, 버스바 프레임 어셈블리 및/또는 전극 리드가 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염에 의해 파손되는 것을 방지함으로써 배터리 모듈 내부의 이벤트가 확산되는 것을 방지할 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 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 길이 방향 일 측 및 타 측이 개방된 형태를 가지며, 상기 셀 적층체를 수용하고, 적어도 하나의 제1 필러 홀을 구비하는 모노 프레임; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 결합되는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 복수의 버스바플 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 상기 모노 프레임의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 필러 홀을 통해 상기 모노 프레임의 내부로 주입되는 내화성 및 절연성을 갖는 필러; 를 포함한다.
상기 제1 필러 홀은, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 엔드 플레이트 사이와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제1 필러 홀을 통해 주입된 필러는, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 엔드 플레이트 사이에 형성되는 빈 공간을 채울 수 있다.
상기 모노 프레임은, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이와 대응되는 위치에 형성되는 적어도 하나의 제2 필러 홀을 구비할 수 있다.
상기 제2 필러 홀을 통해 주입된 필러는, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이에 형성되는 빈 공간을 채울 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 적층체의 상면과 모노 프레임 사이에 개재되며 상기 버스바 프레임 어셈블리와 힌지 결합되는 상부 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 커버는, 상기 제2 필러 홀과 대응되는 위치에 형성되어 상기 제2 필러 홀과 연통되는 제3 필러 홀을 구비할 수 있다.
상기 제3 필러 홀은, 상기 제2 필러 홀보다 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
상기 제2 필러 홀 및 제3 필러 홀을 통해 주입된 필러는, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이에 형성되는 빈 공간을 채울 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 내부에서 이벤트가 발생되더라도, 버스바 프레임 어셈블리 및/또는 전극 리드가 고온의 벤팅 가스 및/또는 화염에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈 내부의 이벤트가 확산되는 것을 방지할 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 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 엔드 플레이트를 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 엔드 플레이트 및 모노 프레임을 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 모노 프레임, 상부 커버 및 엔드 플레이트를 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 모노 프레임, 상부 커버 및 엔드 플레이트를 제거한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 배터리 모듈에 형성된 제1 필러 홀, 제2 필러 홀 및 상부 커버 홀의 배치 형태를 나타내는 부분 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 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.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(100), 버스바 프레임 어셈블리(300), 모듈 단자(400), 상부 커버(450), 모노 프레임(500), 및 엔드 플레이트(600)를 포함한다. 상기 배터리 모듈은, 상술한 바와 같은 구성요소들 이 외에 센싱 라인 어셈블리(200) 및/또는 상부 커버(450)를 더 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 셀 적층체(100)는, 서로 넓은 면끼리 대면하여 적층된 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다. 상기 셀 적층체(100)는, 최 외측 및/또는 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 완충 패드(P)를 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체(100)는 버스바 프레임 어셈블리(300), 모듈 단자(400) 및 상부 커버(450)와 결합된 상태에서 모노 프레임(500)에 삽입될 수 있는데, 이 때 셀 적층체(100)의 부피를 최대로 하면서도 삽입이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위해서 스폰지 등과 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어진 완충 패드(P)가 추가로 적용될 수 있는 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 셀(110)의 구체적인 구조가 도시되어 있다. 상기 배터리 셀(110)로는 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 이러한 파우치 타입의 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(111) 및 셀 케이스(112)를 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일 측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 양극탭으로서 기능한다.
상기 음극판은, 음극 집전체 및 그 일 면 또는 양 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어질 수 있으며, 일 측 단부에는 음극 활물ㅈ리이 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 음극 무지부 영역은 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 각각 양극탭(미도시) 및 음극탬(미도시)과 연결되어 셀 케이스(112)의 외측으로 인출된다. 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향 일 측 및 타 측으로 각각 인출된다. 즉, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은, 양극 리드 및 음극 리드가 서로 반대방향으로 인출되는 양방향 인출형 배터리 셀에 해당하는 것이다.
또한, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향(도 6의 Z축 방향) 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하되, 셀 적층체(100)의 높이 방향(도 5의 Z축 방향)을 따라 하방으로 편향되어 위치할 수 있다.
이처럼, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)가 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하는 경우, 후술할 모듈 단자(400)의 설치를 위한 공간이 확보될 수 있으며, 이러한 구조는 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 상기 전극 리드(111)가 편향되어 설치된 구조로 인한 이러한 에너지 밀도의 증가에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 셀 케이스(112)는 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(111)가 외부로 인출된 상태로 열융착되어 실링됨으로써 셀 케이스(112)를 밀봉시키는 실링부 이렇게 두 영역을 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 셀 케이스(112)는, 수지층/금속층/수지층이 순차적으로 적층된 다층의 파우치 필름으로 이루어진 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 테두리 부분이 맞닿아 열융착됨으로써 밀봉된다.
상기 실링부 중 전극 리드(111)가 인출되는 방향에 위치하는 영역에 해당하는 테라스부(112a)는 양 측부가 절개되어 전극 리드(111)의 인출 방향을 따라 점점 그 폭이 좁아지도록 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 테라스부(112a)의 형태는, 전극 리드(111)가 편향된 구조와 함께 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은 폭(W) 대비 길이(L)의 비가 대략 3 이상 5 이하인 롱셀(Long cell) 형태를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 이와 같은 롱셀 타입의 배터리 셀(110)을 채용하는 것은, 배터리의 용량을 향상시키면서도 배터리 모듈의 높이가 증가되는 것을 최소화 함으로써 자동차의 시트 하부나 트렁크 하부 등의 위치에 배터리 모듈을 설치하기 용이하도록 하기 위함이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 센싱 라인 어셈블리(200)는 센싱 라인(Flexible printed circuit board)(210) 및 커넥터(220)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 센싱 라인(210)은, 배터리 모듈의 길이 방향(도 4의 Y축 방향)을 따라 연장되어 셀 적층체(100)의 상면의 적어도 일부를 커버하며, 양 측 단부는 절곡되어 버스바 프레임 어셈블리(300) 상에 위치한다. 상기 센싱 라인(210)은, 예를 들어 FPC(Flexible printed circuit) 형태로 제공될 수 있다. 절곡된 상기 센싱 라인(210)의 양 측 단부에는 센싱 단자(211)가 구비된다. 상기 센싱 단자(211)는 후술할 버스바(320) 및 모듈 단자(400)와 연결되어 센싱 라인(210)이 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되도록 한다.
상기 커넥터(220)는, 상부 커버(450) 및 모노 프레임(500)의 외측으로 노출되어 버스바 프레임 어셈블리(300)를 향해 절곡된 센싱 라인(210) 상에 실장된다. 상기 커넥터(220)는, 상술한 바와 같은 전극 리드(111)의 편향에 따라 전극 리드(111)의 상부에 형성되는 공간에 배치될 수 있다. 이러한 커넥터(220)의 배치 위치는, 커넥터(220)의 설치로 인한 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 하며, 이로써 배터리 모듈의 에너지 밀도 증가를 실현할 수 있게 된다.
상기 커넥터(220)는 센싱 라인(210)을 통해 배터리 셀(110)들과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 커넥터(220)에는 BMS(Battery management system) 등의 컨트롤러(미도시)가 연결되며, 이러한 컨트롤러는 배터리 셀(110)의 전압에 관한 정보 등을 수신하고, 이를 참조하여 배터리 모듈에 대한 충방전을 제어한다.
한편, 상기 센싱 라인 어셈블리(200)는, 센싱 라인(210) 상에 실장되는 적어도 하나의 온도 센서(T)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서(T)는 셀 적층체(100)의 길이 방향(도 4의 Y축에 나란한 방향) 양 측 단부와 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 또한, 상기 온도 센서(T)는 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 4의 X축에 나란한 방향) 중심부에 위치할 수 있다.
상기 온도 센서(T)의 이러한 설치 위치는, 셀 적층체(100)에 있어서 가장 온도가 높은 곳의 온도를 센싱할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 셀 적층체(100)의 길이 방향(도 4의 Y축에 나란한 방향)으로는 전극 리드(111)에 가장 인접한 길이 방향 양 측 단부가 최적의 위치가 되는 것이고, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 4의 X축에 나란한 방향)으로는 열 방출이 가장 어려운 중심부가 최적의 위치가 되는 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 셀 적층체(100)의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임(310) 및 버스바 프레임 상에 고정되어 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(320)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 버스바 프레임(310)은, 예를 들어 수지와 같은 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 돌출 형성된 버스바 안착부(311)를 구비한다. 상기 버스바 안착부(311)는, 전극 리드(111)와 마찬가지로 셀 적층체(100)의 높이 방향(2의 Z축 방향) 중심부로부터 하방으로 편향된 위치에 형성된다. 이와 같은 버스바 안착부(311)의 편향된 구조는 전극 리드(111)의 편향된 구조와 마찬가지로 커넥터(220)나 모듈 단자(400)와 같은 부품을 설치하기 위한 공간이 확보될 수 있도록 하며, 이에 따라 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 버스바 안착부(311)는 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 형성되는 복수의 리드 슬릿(S)을 구비한다. 이러한 리드 슬릿(S)을 통해 전극 리드(111)들이 버스바 프레임 어셈블리(300)의 외측으로 인출되며, 인출된 전극 리드(111)들은 절곡되어 버스바(320) 상에 용접 등에 의해 고정된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 모듈 단자(400)는, 한 쌍이 구비되며, 도 각각의 모듈 단자(400)는 리드 접속부(410) 및 헤드부(420)를 포함한다.
상기 리드 접속부(410)는, 버스바 프레임(310)의 버스바 안착부(311) 상에 고정되며, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 2의 X축에 나란한 방향)을 따라 양 측 최 외각에 위치하는 전극 리드(111)와 연결된다. 상기 헤드부(420)는 리드 접속부(410)와 연결되며 리드 접속부(410)의 상방으로 연장된다.
상기 모듈 단자(400)의 헤드부(420)는, 전극 리드(111)의 편향으로 인해 전극 리드(111) 및 버스바 안착부(311)의 상부(도 2의 Z축과 나란한 방향을 따라 윗방향)에 형성되는 공간에 위치한다. 이러한 헤드부(420)의 형성 위치는, 전극 리드(111)의 편향 설치로 인해 형성되는 공간을 활용함으로써 모듈 단자(400)의 설치에 따른 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 하기 위함이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 상부 커버(450)는, 셀 적층체(100)의 상면(도 3의 X-Y 평면과 나란한 면)을 커버하는 부품에 해당한다. 이러한 상부 커버(450)는, 한 쌍의 버스바 프레임(310)과 각각 힌지 결합된다. 따라서, 한 쌍의 상기 버스바 프레임(310)은, 힌지 결합된 부위를 중심으로 하여 상부 커버(450)에 대한 상대적인 회동이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 센싱 라인 어셈블리(200) 및 상부 커버(450)를 구비하는 경우, 상부 커버(450)는 셀 적층체(100)의 상면을 가로 질러 배치된 센싱 라인(210)을 커버한다.
도 1 내지 4를 참조하면, 상기 모노 프레임(500)은, 길이 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측이 개방된 형태를 가지며, 셀 적층체(100)를 수용한다. 상기 모노 프레임(500)은, 강성 확보를 위해 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 모노 프레임(500)은, 적어도 하나의 제1 필러 홀(500a)을 구비한다. 상기 제1 필러 홀(500a)을 통해서 주입되는 필러(filler)는, 내화성 및 절연성을 갖는 필러로서, 예를 들어 실리콘 재질 또는 주입된 이 후 부풀어 오르는 폼 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 필러 홀(500a)은, 버스바 프레임 어셈블리(300)와 엔드 플레이트(600) 사이와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제1 필러 홀(500a)을 통해 모노 프레임(500)의 내부로 주입된 필러는, 버스바 프레임 어셈블리(300)와 엔드 플레이트(600) 사이에 형성되는 빈 공간을 채운다.
상기 제1 필러 홀(500a)을 통해 주입된 필러는, 버스바 프레임(310) 상에 위치하는 전기적 연결을 위한 부품들을 완전하게 커버함으로써 이러한 부품들이 상호 간에 불필요하게 접촉하거나 또는 금속 재질의 엔드 플레이트(600)와 접촉하는 것을 방지함으로서 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 필러는, 버스바(320)가 버스바 프레임(310) 상에 더욱 단단히 밀착 고정되도록 하고, 또한 전극 리드(111)가 버스바(320) 상에 더욱 단단히 밀착 고정되도록 한다. 따라서, 배터리 모듈 내에서 발생된 이벤트로 인해 고온의 가스 및/또는 화염이 생성되더라도, 버스바 프레임(310) 및/또는 버스바(320) 및/또는 전극 리드(111)의 형태 변형에 따른 단락 발생을 방지할 수 있다.
상기 제1 필러 홀(500a)이 복수 개 구비되는 경우, 복수의 제1 필러 홀(500a)은 모노 프레임(500)의 폭 방향(도 1의 X축에 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 형성될 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 상기 모노 프레임(500)은, 제1 필러 홀(500a) 외에 추가적으로 적어도 하나의 제2 필러 홀(500b)을 더 포함할 수도 있다.
상기 제2 필러 홀(500b)은, 버스바 프레임 어셈블리(300)와 셀 적층체(100) 사이와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제2 필러 홀(500b)을 통해 모노 프레임(500)이 내부로 주입된 필러는, 버스바 프레임 어셈블리(300)와 셀 적층체(100) 사이에 형성되는 빈 공간(E)(도 4 참조)을 채운다.
상기 제2 필러 홀(500b)을 통해 주입된 필러는, 전극 리드(111) 중 버스바 프레임(310)의 슬릿(S)에 삽입되지 않은 부분들 사이의 빈 공간들을 모두 채움으로써 전극 리드(111)들이 내부 이벤트에 따른 고온의 가스 및/또는 화염으로 인한 형태 변형으로 인해 상호 간에 불필요하게 접촉하는 것을 방지함으써 단락을 방지할 수 있다.
상기 제2 필러 홀(500b)이 복수 개 구비되는 경우, 복수의 제2 필러 홀(500b)은 모노 프레임(500)의 폭 방향(도 1의 X축에 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 형성될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 상기 배터리 모듈이 상부 커버(450)를 포함하는 경우라면, 상부 커버(450)에는 적어도 하나의 제3 필러 홀(450b)이 구비된다. 상기 모노 프레임(500)과 셀 적층체(100) 사이에는 상부 커버(450)가 위치하고 있으므로, 상기 제2 필러 홀(500b)을 통해 주입된 필러가 전극 리드(111)가 배치된 위치까지 도달하기 위해서는 상부 커버(450)에도 필러를 위한 통로가 형성될 필요가 있는 것이다.
상기 제3 필러 홀(450b)은, 제2 필러 홀(500b)과 대응되는 위치에 대응되는 개수로 형성되어 제2 필러 홀(500b)과 연통된다. 상기 제2 필러 홀(500b)을 통해 주입된 필러가 셀 적층체(100)쪽으로 원활하게 유입될 수 있도록 하기 위해, 상기 제3 필러 홀(450b)은 제2 필러 홀(500b)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제2 필러 홀(500b) 및 제3 필러 홀(450b)의 설계 공차로 인해 제2 필러 홀(500b)을 통해 주입된 필러가 상부 커버(450)를 통과하지 못하고 모노 프레임(500)과 상부 커버(450) 사이에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
도 1을 함께 참조하면, 상기 엔드 플레이트(600)는, 모노 프레임(500)의 길이 방향 일 측 및 타 측에 각각 형성된 개구부를 마감하며, 버스바 프레임(310)을 커버한다. 상기 엔드 플레이트(600)는, 모듈 단자(400)의 헤드부(420)가 외측으로 노출되도록 형성된 헤드부 노출부를 구비할 수 있다. 상기 엔드 플레이트(600)는, 강성 확보를 위해 금속 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 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.
100: 셀 적층체
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
112: 셀 케이스
112a: 테라스부
P: 완충 패드
200: 센싱 라인 어셈블리
210: 센싱 라인
211: 센싱 단자
220: 커넥터
T: 온도 센서
300: 버스바 프레임 어셈블리
310: 버스바 프레임
311: 버스바 안착부
S: 리드 슬릿
320: 버스바
400: 모듈 단자
410: 리드 접속부
420: 헤드부
450: 상부 커버
450a: 제3 필러 홀
500: 모노 프레임
500a: 제1 필러 홀
500b: 제2 필러 홀
600: 엔드 플레이트

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    길이 방향 일 측 및 타 측이 개방된 형태를 가지며, 상기 셀 적층체를 수용하고, 적어도 하나의 제1 필러 홀을 구비하는 모노 프레임;
    상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 결합되는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 복수의 버스바플 포함하는 버스바 프레임 어셈블리;
    상기 모노 프레임의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 엔드 플레이트; 및
    상기 필러 홀을 통해 상기 모노 프레임의 내부로 주입되는 내화성 및 절연성을 갖는 필러;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필러 홀은,
    상기 버스바 프레임 어셈블리와 엔드 플레이트 사이와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 필러 홀을 통해 주입된 필러는,
    상기 버스바 프레임 어셈블리와 엔드 플레이트 사이에 형성되는 빈 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모노 프레임은,
    상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이와 대응되는 위치에 형성되는 적어도 하나의 제2 필러 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 필러 홀을 통해 주입된 필러는,
    상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이에 형성되는 빈 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 셀 적층체의 상면과 모노 프레임 사이에 개재되며 상기 버스바 프레임 어셈블리와 힌지 결합되는 상부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 커버는,
    상기 제2 필러 홀과 대응되는 위치에 형성되어 상기 제2 필러 홀과 연통되는 제3 필러 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 필러 홀은,
    상기 제2 필러 홀보다 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 필러 홀 및 제3 필러 홀을 통해 주입된 필러는, 상기 버스바 프레임 어셈블리와 셀 적층체 사이에 형성되는 빈 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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