KR20220125086A

KR20220125086A - 화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20220125086A
Application number: KR1020210029058A
Authority: KR
Inventors: 홍성곤; 공병오; 김승현; 신진규; 오영후; 옥승민; 조상현
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-14
Also published as: US20230361422A1; CN116075970A; EP4207465A1; JP2023540724A; AU2022229167A1; WO2022186564A1

Abstract

본 발명은 화재 발생 내지 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하는 모듈 케이스를 포함한다.

Description

화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈{Battery module with improved fire protection performance}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생 내지 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템 등에 관한 것이다.

근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이차 전지는 단독으로 사용되기도 하나, 일반적으로는 다수의 이차 전지가 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 형태로 구성된 경우가 많다. 특히, 다수의 이차 전지는 서로 전기적으로 연결된 상태로 하나의 모듈 케이스 내부에 수납되어, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈은, 단독으로 사용되거나 또는 둘 이상이 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어, 배터리 팩 등과 같은 보다 상위 수준의 장치를 구성할 수 있다.

최근, 전력 부족이나 친환경 에너지 등과 같은 이슈가 부각되면서, 생산된 전력을 저장하기 위한 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이 보다 주목받고 있다. 대표적으로, 이러한 에너지 저장 시스템을 이용하면, 스마트 그리드 시스템(Smart Grid System)과 같은 시스템 구축이 용이하여, 특정 지역이나 도시 등에서 용이하게 전력 수급 조절이 가능할 수 있다.

에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리 팩의 경우, 중소형 배터리 팩에 비해 매우 큰 용량이 필요할 수 있다. 따라서, 배터리 팩에는 통상적으로 많은 수의 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 그리고, 에너지 밀도를 높이기 위해, 다수의 배터리 모듈은 매우 좁은 공간에 밀집된 형태로 구성되는 경우가 많다.

그런데, 이와 같이 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주(thermal propagation) 상황이 발생하여, 적어도 하나의 배터리 셀(이차 전지)로부터 고온의 가스가 배출되는 상황이 발생할 수 있다. 더욱이, 이러한 가스 배출 시 고온의 스파크가 분출될 수 있는데, 스파크에는 배터리 셀 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등이 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 경우에 따라, 일부 배터리 셀에서 플래어(flare) 등이 발생할 수도 있다. 만일, 이러한 스파크나 플래어 등이 배터리 모듈의 외부로 유출되는 경우, 배터리 팩의 화재를 발생시킬 수 있다.

특히, 배터리 모듈 외부에는 산소가 많이 존재할 수 있으므로, 배터리 모듈 외부로 스파크 등이 배출되면, 산소와 접하게 되어 화재가 유발될 가능성이 높다. 만일, 특정 배터리 모듈 등에서 화재가 발생하는 경우, 이는 주변의 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 팩 등으로 확산될 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 좁은 공간에 많은 배터리들이 밀집되어 있기 때문에, 화재가 발생하는 경우, 진압이 용이하지 않다. 더욱이, 에너지 저장 시스템의 규모나 역할을 고려할 때, 배터리 팩 내부의 화재 발생은 매우 심각한 재산 및 인명 상 피해를 발생시킬 우려가 있다. 그러므로, 특정 배터리 셀이나 모듈에서 열폭주 상황 등이 발생하여 스파크나 플래어 등이 생성되더라도, 이를 조기에 진압하고, 배터리 모듈이나 배터리 팩의 화재로까지 나아가지 않도록 하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열폭주 등으로 인해 내부에서 스파크나 플래어 등이 생성되더라도 화재가 효과적으로 억제될 수 있도록 구성된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템 등을 제공하는 것을 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.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하는 모듈 케이스를 포함한다.

여기서, 상기 셀 어셈블리는, 다수의 파우치형 이차 전지가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 셀 어셈블리는, 상기 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 상기 모듈 케이스의 전후 방향에 위치하며, 상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스의 개방부에 위치하며, 상기 전극 리드와 결합되도록 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트에서 적어도 전후 방향 중앙 부분에 형성될 수 있다.

또한, 상기 트랩부는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 트랩부의 적어도 일 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 트랩부는, 적어도 일 단부가 전후 방향으로 오목하게 형성될 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 화재 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내에 포함된 특정 배터리 셀에서 열폭주 현상 등으로 인해 스파크나 플래어 등이 발생하더라도, 스파크 등의 외부 배출이 효과적으로 차단될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 스파크 등의 외부 배출로 인한 화재 발생이 억제될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 외부로 가스는 용이하게 배출시키면서도 스파크 등이 유출되는 것은 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 폭발은 방지하는 한편, 배터리 모듈 외부에서 화재가 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 화재가 발생한다 하더라도, 화염 배출을 저지함으로써 화재가 확산되지 않고 신속하게 진압되도록 할 수 있다.

이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.

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 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 일부 이차 전지에서 스파크가 발생한 경우, 스파크의 트랩 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 8은, 도 7의 E1 부분에 대한 확대도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 16은, 도 15의 A6 부분에 대한 확대도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100) 및 모듈 케이스(200)를 포함한다.

상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 이차 전지(110)(배터리 셀)를 구비할 수 있다. 이차 전지(110)는, 전극 조립체, 전해액 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어셈블리(100)에 구비된 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지(110)일 수 있다. 다만, 이차 전지(110)의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.

다수의 이차 전지(110)는 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 다수의 이차 전지(110)는 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 각각의 파우치형 이차 전지(110)는, 전극 리드(111)를 구비할 수 있는데, 이러한 전극 리드(111)는, 각 이차 전지(110)의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 전극 리드(111)가 양방향으로 돌출된 이차 전지(110)는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드(111)가 일방향으로 돌출된 이차전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 일례로, 도 1 및 도 2의 실시예에 도시된 이차 전지(110)는, 양방향 셀로서, 전극 리드(111)가 Y축 방향 양단에 위치한다고 할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 이차 전지(110)는 전극 리드(111)가 Y축 방향 일단, 이를테면 +Y축 방향의 단부에만 위치하는 형태를 가질 수도 있다. 본 발명은 이러한 이차 전지(110)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지(110)가 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다. 본 명세서에서는, 이차 전지(110)가 양방향 셀인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.

상기 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간이 형성되어 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 모듈 케이스(200)는, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 플레이트(210), 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)를 구비할 수 있다. 이러한 모듈 케이스(200)는, 적어도 일부 플레이트가 일체화된 형태로 제조되거나, 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 상호 결합된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220)는 서로 일체화된 형태로 제조되어 하부 케이스를 형성할 수 있다.

상기 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)는, 내부 공간을 한정하고, 그러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)가 수용되도록 할 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220)는 U자 형태 또는 박스 형태와 같이 형성되어 하부 케이스를 구성할 수 있다. 그리고, 상부 플레이트(230)는, 이러한 하부 케이스의 상부 개방단에 결합되어, 셀 어셈블리(100)의 상단을 커버하도록 구성될 수 있다. 상부 플레이트(230)는, 도면에 도시된 바와 같이, 좌우 양단이 절곡된 형태로 구성될 수 있으나, 다른 다양한 형태로 형성되어 측부 플레이트(220)와 결합되도록 구성될 수 있다. 또는, 모듈 케이스(200)는, 하부 플레이트(210), 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)가 일체화된 형태로 구성된 모노 프레임 형태로 형성될 수도 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 상기 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220), 특히 측부 플레이트(220)의 내면에 형성될 수 있다. 그리고, 트랩부(221)는, 이러한 측부 플레이트(220)의 내면 중 적어도 일부분에서 외측 방향으로 오목하게 형성된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3을 추가로 참조하여 설명하도록 한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 예를 들어, 도 3은, 도 1 및 도 2의 배터리 모듈에 대하여, 상부 플레이트(230)를 제거한 상태에서 상부에서 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)는, 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)를 구비할 수 있다. 여기서, 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)는, 도면에서 셀 어셈블리(100)를 중심으로 X축 방향의 양단에 위치한다고 할 수 있다. 특히, 이러한 측부 플레이트(220)는, 도 3에서 원으로 표시된 부분과 같이, 내면이 외측 방향으로 오목한 형태로 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 여기서, 외측 방향이란 배터리 셀이 위치하는 방향의 반대 측 방향, 즉 배터리 모듈의 외부 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 좌측 플레이트(220L)는, 일부 내면이 화살표로 표시된 바와 같이, 좌측 방향(+X축 방향)으로 오목하게 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 그리고, 우측 플레이트(220R)는, 일부 내면이 화살표로 표시된 바와 같이, 우측 방향(-X축 방향)으로 오목하게 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 배터리 모듈의 중심을 향하는 방향, 이를테면 셀 어셈블리(100)가 위치하는 방향을 내측 방향으로 나타내고, 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향을 외측 방향으로 나타내도록 한다.

상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 내면을 기준으로 할 때는 오목하게 형성되어 있다고 볼 수 있으며, 이러한 오목한 부분을 형성하기 위해, 외면이 볼록하게 형성될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 측부 플레이트(220)는, 트랩부(221)를 형성하기 위해, 내면은 오목하고 외면은 외부 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 다만, 측부 플레이트(220)는, 두께가 두꺼운 형태로 형성될 경우, 외면이 외측 방향으로 돌출되지 않은 형태로 형성될 수도 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에 형성된 트랩부(221)에 의해, 고온의 스파크(spark)나 플래어(flare) 등이 모듈 케이스(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 일부 이차 전지(110)에서 스파크가 발생한 경우, 스파크의 트랩 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, K로 표시된 바와 같이, 특정 이차 전지(110)에서 스파크가 분출되는 경우, 분출된 스파크는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)에 의해 가둬질 수 있다. 즉, 이차 전지(110)로부터 분출된 스파크는, 모듈 케이스(200)의 내부 공간으로 배출될 수 있는데, 모듈 케이스(200)의 내부 공간에는 트랩부(221)가 존재한다. 그리고, 스파크는 이러한 트랩부(221)의 오목한 부분 내로 유입되어 오목한 형상을 따라 이동하다가, 오목한 부분이 끝나는 부분에서는 그 이동이 저지될 수 있다.

예를 들어, 트랩부(221) 내에서 스파크는, 도 4에서 화살표로 표시된 바와 같이 이동하다가, A1 및 A1'으로 표시된 바와 같은 트랩부(221)의 수평 방향 단부에서, 그 이동이 저지되거나 이동 방향이 전환될 수 있다. 따라서, 트랩부(221)는 모듈 케이스(200) 내부에서 발생된 스파크 등이 내부의 오목한 공간에 가둬지도록 할 수 있다. 그러므로, 스파크 등은 모듈 케이스(200) 외부로 배출되지 않을 수 있다. 이러한 실시 효과에 의하면, 스파크 등이 모듈 케이스(200) 외부에 존재하는 산소와의 접촉을 방지하여, 화재 발생 위험을 낮출 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 모듈 외부에 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 모듈 등으로 스파크 등이 이동하여, 해당 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 파우치형 이차 전지(110)가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리(100)를 분리하여 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지(110)로서, 눕혀진 상태로 배치될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지(110)는, 대략 2개의 표면이 넓게 형성될 수 있는데, 이러한 2개의 넓은 표면이 상부 및 하부 방향을 향하도록 눕혀진 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 X-Y 평면은 모듈 케이스(200)의 하부 플레이트(210)와 동일한 평면을 형성할 수 있는데, 이러한 X-Y 평면 상에, 가장 하부에 적층된 이차 전지(110)의 일 표면이 안착될 수 있다. 그리고, 이와 같이 눕혀진 형태의 이차 전지(110)들은, 상부면과 하부면이 서로 대면되도록, 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층되어 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모든 이차 전지(110)의 실링부가 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)를 향하도록 구성될 수 있다. 따라서, 어떠한 이차 전지(110)로부터 스파크 등이 배출되더라도, 배출된 스파크는 트랩부(221)에 의해 가둬지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성에서, 상하 방향으로 적층된 이차 전지(110) 중 어떠한 이차 전지(110)에서 스파크가 형성되어, 화살표 A2 및 A2'로 표시된 바와 같은 방향으로 배출되더라도, 배출된 스파크는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)로 향할 수 있다. 따라서, 적층된 모든 이차 전지(110)에 대하여, 스파크 분출 시 트랩부(221)의 대응이 가능해질 수 있다.

특히, 상기 셀 어셈블리(100)는, 파우치형 이차 전지(110)의 전극 리드(111)가 모듈 케이스(200)의 전후 방향에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바를 참조하면, 상기 셀 어셈블리(100)에 구비된 각각의 파우치형 이차 전지(110)들은, 전극 리드(111)가 전방(+Y축 방향) 또는 후방(-Y축 방향)을 향하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스(200)는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성을 참조하면, 모듈 케이스(200)는, 전방 플레이트(240) 및 후방 플레이트(250)를 구비할 수 있다. 이때, 전방 플레이트(240)는, O1으로 표시된 부분과 같이, 일부분이 개방되도록 구성될 수 있다. 또한, 후방 플레이트(250)는, O2로 표시된 부분과 같이, 일부분이 개방되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 가스와 함께 스파크가 분출된 경우, 가스는 모듈 케이스(200) 외부로 원활하게 배출되도록 하면서도, 스파크는 모듈 케이스(200) 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 구성을 참조하면, A2 및 A2' 방향으로 가스와 스파크가 배출되는 경우, 가스는 기체로서 트랩부(221)에 의해 그 흐름을 크게 구애받지 않고, 전방 개방부(O1)나 후방의 개방부(O2)로 배출될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)로부터 가스가 발생하더라도, 모듈 케이스(200)의 내부 압력이 일정 수준 이상 증가하는 것을 방지하여, 배터리 모듈의 폭발이 억제될 수 있다. 반면, 스파크 등은 고체나 액체, 겔(gel) 또는 졸(sol) 상태 등의 입자나 물질 등을 함유할 수 있는데, 이러한 상태의 스파크 등은 도 4에 설명된 바와 같이, 트랩부(221)에 의해 그 이동이 방해받을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 폭발과 스파크 등의 외부 유출을 모두 방지하는 효과가 달성될 수 있다.

특히, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에서 스파크를 저지하는 트랩부(221)는 측부 플레이트(220)에 구비되고, 가스가 배출되는 개방부(O1, O2)는 모듈 케이스(200)의 전방 및/또는 후방에 위치할 수 있다. 여기서, 트랩부(221)는, 이차 전지(110)의 실링부 중 전극 리드(111)가 위치하지 않는 측면에 대면하여 위치할 수 있다. 그리고, 개방부(O1, O2)는, 이차 전지(110)의 실링부 중 전극 리드(111)가 위치하는 측면에 대면하여 위치할 수 있다. 파우치형 이차 전지(110)에서, 열폭주 등으로 인해 내압이 증가하는 경우, 폭발하여 가스가 배출되는 부위는 주로, 전극 리드(111)가 위치하지 않는 부분일 가능성이 매우 높다. 즉, 도 4의 구성에서, 이차 전지(110)가 폭발하는 경우, 폭발 부위는 ±X축 방향 양단(좌우측 양단)의 실링부일 가능성이 높고, ±Y축 방향 양단(전후측 양단)의 실링부에서는 폭발이 쉽게 일어나지 않을 수 있다.

보다 구체적으로, 파우치형 이차 전지(110)는, 눕혀진 상태에서 상부에서 바라본 경우, 대략 사각 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지(110)는, 수납부의 주변을 4개의 실링부가 둘러싸고 있는 형태로 구성될 수 있는데, 전극 리드(111)가 위치하지 않는 좌우 측 실링부(윙부)가 전극 리드(111)가 위치하는 전후 측 실링부(테라스부)보다 길게 형성되는 경우가 많다.

그러므로, 폭발로 인한 가스와 스파크는 도 5의 A2 및 A2'과 같은 방향, 즉 좌우 측 실링부(윙부) 측에서 분출될 가능성이 높다. 그런데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 가스와 스파크 분출 부위에 트랩부(221)가 존재할 수 있다. 특히, 스파크는 개방부(O1, O2)를 향하기 전에, 이러한 트랩부(221)를 필연적으로 경유해야 할 수 있다. 그러므로, 스파크는, 도 4에 도시된 바와 같이, 트랩부(221)에 의해 그 이동이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 트랩부(221)의 스파크 배출 차단 효과가 보다 향상될 수 있다.

한편, 도 5 등 앞선 실시예에서는, 셀 어셈블리(100)의 각 파우치형 이차 전지(110)의 좌우측 실링부가 상부 방향으로 폴딩된 형태로 도시되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 부피를 줄일 수 있다. 다만, 이는 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되지는 않는다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(300)를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(300)는, 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)에 위치할 수 있다. 특히, 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)에는 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)가 위치할 수 있다. 따라서, 버스바 어셈블리(300)는, 이러한 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 결합되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 2의 구성을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는 Y축 방향 양단에 전극 리드(111)가 위치하고, 이에 대응하여 모듈 케이스(200)는 Y축 방향 양단이 개방되도록 구성될 수 있다(O1, O2). 그리고, 이러한 개방 부분(O1, O2)에는 버스바 어셈블리(300)가 결합될 수 있다. 만일, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)가 배터리 모듈의 일측, 이를테면 +Y축 방향으로만 돌출되도록 위치한다면, 모듈 케이스(200)는 +Y축 방향으로만 개방되도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 케이스(200)는, 버스바 어셈블리(300)가 결합되는 개방 부분을 제외하고는 밀폐되도록 구성될 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(200) 내부에서 가스가 발생하는 경우, 발생된 가스는 버스바 어셈블리(300)가 위치하는 측으로만 배출될 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(300)는, 앞서 설명한 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 적어도 일 측, 이를테면 모듈 케이스(200)의 전방 및 후방 양단(도 2의 Y축 방향 양단)에 위치하도록 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 어셈블리(300)는, 모듈 버스바(310) 및 버스바 하우징(320)을 구비할 수 있다.

여기서, 모듈 버스바(310)는, 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 모듈 버스바(310)는, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 버스바(310)는, 전극 리드(111)와 직접 접촉하여 용접되거나 볼팅 체결될 수 있다. 그리고, 이러한 모듈 버스바(310)는, 전극 리드(111) 사이를 전기적으로 연결시키거나, 전극 리드(111)로부터 센싱된 전압 정보를 외부의 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)로 전송할 수 있다.

그리고, 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)가 안착 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)의 표면에 대응되는 형태, 이를테면 평면 형상 부분을 안착부로서 구비하여 모듈 버스바(310)가 안착되도록 할 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(320)은, 안착된 모듈 버스바(310)가 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록, 모듈 버스바(310)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(320)은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등의 다양한 체결 방식을 이용하여 모듈 버스바(310)가 결합 고정되도록 할 수 있다. 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)와 전기적으로 도통되지 않도록, 플라스틱(폴리머)과 같은 전기 절연성 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(320)은, 모듈 케이스(200), 특히 전방 플레이트(240)나 후방 플레이트(250)에 결합 고정될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(320)과 모듈 케이스(200)의 결합 방식은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 버스바 하우징(320)은, 전극 리드(111)가 관통되도록 슬롯(321)이 형성될 수 있다. 일반적으로, 결합의 안정성을 위해, 모듈 버스바(310)는 버스바 하우징(320)의 외측 표면에 안착되고, 전극 리드(111)는 버스바 하우징(320)의 내측에서 슬롯(321)을 관통한 후 외측에 위치한 모듈 버스바(310)의 외면에 접촉될 수 있다.

슬롯(321)은, 전극 리드(111)가 용이하게 관통될 수 있도록, 전극 리드(111)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(321)은, 도면에 도시된 바와 같이, 좌우 방향(도면의 X축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 이러한 슬롯(321)은 버스바 하우징(320)에 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 파우치형 이차 전지(110)가 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층된 경우, 전극 리드(111)는, 상하 방향으로 다수 존재할 수 있다. 따라서, 슬롯(321) 역시, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 소정 거리 이격된 형태로 다수 배치될 수 있다.

상기 슬롯(321)은, 전극 리드(111)를 관통시키고 전극 리드(111)를 지지하는 역할을 할 수 있는데, 추가로 벤트 가스를 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 슬롯(321)은, 전극 리드(111)가 통과된 상태에서, 전극 리드(111) 주변으로 빈 틈이 존재할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(200)의 다른 부분은 거의 밀폐된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지(110) 중 적어도 하나에서 열 폭주 상황 등이 발생하여 벤트 가스가 발생하는 경우, 이러한 가스는 배터리 모듈 내부의 압력을 증가시킬 수 있다. 그런데, 상기 슬롯(321)에서는 전극 리드(111)가 통과한 주변으로 빈 틈이 형성되어 있으므로, 이러한 슬롯(321)을 통해 배터리 모듈 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다. 다만, 가스 이외의 스파크나 플래어 등은 트랩부(221)에 의해 외부 배출이 저지될 수 있으며, 이에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.

상기 설명된 실시예와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 모듈 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 케이스(200)에서 가스가 외부로 배출되는 부분은 버스바 어셈블리의 슬롯(321)일 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성에서, 트랩부(221)는, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에 형성될 수 있다. 즉, 트랩부(221)는, 모듈 케이스(200)의 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)에 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 가스 및 스파크 등이 모듈 케이스(200) 외부로 유출되기 전에 트랩부(221)를 거치도록 할 수 있다. 따라서, 기체 상태의 가스는 모듈 케이스(200) 외부로 원활하게 배출되도록 하는 반면, 기체 이외 상태의 스파크는 트랩부(221)에 의해 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 저지될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)에서 적어도 전후 방향 중앙 부분에 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.

도 6의 구성에서, 측부 플레이트(220)의 전후 방향은 ±Y축 방향이라 할 수 있다. 그리고, 측부 플레이트(220)에 대하여 전후 방향 중심선은 A3-A3'선이라 할 수 있다. 이때, 트랩부(221)는, 적어도 A3-A3'선에는 형성되도록 구성될 수 있다.

더욱이, 트랩부(221)는, A3-A3'선을 중심으로 전후 방향으로 연장된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도 6의 구성에서, 트랩부(221)는, 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 기준으로, +Y축 방향 및 -Y축 방향으로 연장된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 트랩부(221)는, 다수의 파우치형 이차 전지(110) 각각의 측부 실링부, 즉 윙(wing)부의 중앙 부분에 대면되는 형태로 위치할 수 있다.

파우치형 이차 전지(110)에서 내압 증가로 인해 폭발이 발생하는 경우, 폭발 지점은 실링부 중 길이가 상대적으로 긴 윙부의 중앙 부분일 가능성이 높다. 따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 스파크나 플래어 등이 분출되는 경우, 분출된 스파크나 플래어 등이 트랩부(221)로 곧바로 유입되게 할 수 있다.

더욱이, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 중앙 부분으로부터 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 연장된 형태로, 테라스부(S2)가 위치하는 부분까지 연장 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 파우치형 이차 전지(110)는, 전극 조립체가 수납되는 수납부(R)와 상부 파우치 및 하부 파우치가 융착되는 실링부(S)로 구분될 수 있다. 특히, 실링부(S)는, 윙부(S1)와 테라스부(S2)를 구비하여, 수납부(R)를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.

이때, 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 중앙 부분(A3-A3'선)으로부터 전후 방향으로 연장되어, 파우치형 이차 전지(110)의 테라스부(S2)가 위치하는 부분까지, 또는 그 이상으로 연장될 수 있다. 즉, 트랩부(221)는, 도 6에서 A4-A4'선 및 A5-A5'선으로 표시된 부분과 같이, 적어도 파우치형 이차 전지(110)의 수납부(R)가 끝나는 부분까지 연장되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 파우치형 이차 전지(110)의 윙부(S1) 전체에 트랩부(221)가 대면하여 위치하도록 할 수 있다. 즉, 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)가 셀 어셈블리(100)에 구비된 파우치형 이차 전지(110)의 윙부(S1) 전체를 커버하도록 할 수 있다. 따라서, 어떠한 파우치형 이차 전지(110)의 윙부(S1)에서 스파크나 플래어 등이 분출되더라도, 트랩부(221)에 의한 이동 저지 효과가 확실하게 보장될 수 있다.

상기 트랩부(221)는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 또한, 도 8은 도 7의 E1 부분에 대한 확대도이다. 본 실시예에 대해서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하며, 앞선 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 7을 참조하면, 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 기준으로, 전방 측(도 7의 우측)에 위치한 부분이, 전방(+Y축 방향)을 향할수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 구성될 수 있다. 또한, 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 기준으로, 후방 측(도 7의 좌측)에 위치한 부분이, 후방(-Y축 방향)을 향할수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 구성될 수 있다.

특히, 이와 같은 구성에서, 트랩부(221)의 내면에는 경사면이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 D2 및 D2'으로 표시된 부분과 같이, 트랩부(221)에서 전방 측에 위치한 부분에서는, 전방(+Y축 방향)을 향할수록 그 깊이가 더 깊어지는 형태로 경사면이 형성될 수 있다. 또한, 도면에서 D1 및 D1'으로 표시된 부분과 같이, 트랩부(221)에서 후방 측에 위치한 부분에서는, 후방(-Y축 방향)을 향할수록 그 깊이가 더 깊어지는 형태로 경사면이 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)에 의한 스파크나 플래어 등의 저지 효과가 보다 향상될 수 있다. 특히, 이차 전지(110)의 윙부로부터 분출된 스파크 등은 트랩부(221)의 경사면(D1, D1', D2, D2')을 따라 전후 방향(±Y축 방향)으로 이동할 수 있다. 그러다가, 트랩부(221)의 전후 방향 단부에 이르게 되면, E1, E1', E2 및 E2'으로 표시된 부분에서 더 이상 이동하지 못하고, 이동 방향이 바뀔 수 있다. 이때, 이동 방향은 90°보다 큰 각으로 절곡될 수 있다.

이와 관련하여 보다 구체적으로 도 8을 참조하면, 트랩부(221)의 전후 방향 단부(E1, E1', E2 및 E2') 모서리 부근의 각도 자체는 예각을 이룬다고 할 수 있다. 그러나, 스파크 등의 이동 방향 관점에서 본다면 이는 90°보다 큰 각도라 할 수 있다. 즉, 도 8의 (a)를 살펴보면, 트랩부(221) 내에서 스파크 등은 먼저 화살표 F1 방향으로 이동하다가, 트랩부(221)의 단부에 부딪히게 되어 그 방향이 전환되고, 화살표 F2와 같은 방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 화살표 F1과 F2의 중심점을 동일하게 하면, 도 8의 (b)로 표시된 바와 같다. 이때, 화살표 F1과 F2가 이루는 각도(θ)는 90°보다 큰 둔각이라 할 수 있다.

따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 스파크 등의 이동 방향이 90°보다 크게 둔각으로 전환되므로, 트랩부(221)가 스파크 등의 외측 방향으로 이동하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

한편, 도 7에서는, 측부 플레이트(220)에 대하여, 외면이 내면의 경사 형태와 대응되게 경사진 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 측부 플레이트(220)의 내면은 경사지게 형성되면서도 외면은 평평하게 구성될 수도 있다. 다만, 도 7에 도시된 바와 같이, 외면이 경사지게 형성되는 경우, 측부 플레이트(220)를 외부에서 바라볼 때 중앙 부분이 내측 방향으로 오목하게 들어간 형태로 볼 수 있다. 이때, 다수의 배터리 모듈을 수평 방향으로 적층시키는 경우, 측부 플레이트(220)의 외측 오목한 부분은, 배터리 모듈 사이의 공간으로서 냉각 공기 등을 유통시키는 유로로 활용될 수도 있다.

상기 트랩부(221)는, 내면에 요철이 형성되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 9에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 9를 참조하면, 트랩부(221)는, G로 표시된 바와 같이, 내측 표면에 외측 방향으로 오목한 형태의 홈이 다수 형성되어 요철을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 기준으로, 전방 측에 다수의 홈이 형성되고, 후방 측에도 다수의 홈이 형성되는 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 내면에 형성된 요철, 즉 다수의 홈(G)에 의해 스파크 등의 이동이 방해받을 수 있다. 그러므로, 스파크 등이 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)를 거쳐 외부로 배출되는 것이 더욱 억제될 수 있다.

특히, 각각의 홈(G)은 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 기준으로 전후 방향으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다. 즉, 트랩부(221)에 형성된 다수의 홈(G)은, 도 9에서 D3로 표시된 바와 같이, 각각 경사면이 형성되는데, 이러한 경사면(D3)들은 가스의 흐름 방향인 전후 방향으로 갈수록 깊이가 더 깊어지는 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각각의 홈마다 스파크 등의 이동 방향이 직각보다 큰 각도(둔각)로 전환될 수 있다. 따라서, 트랩부(221)에 의한 스파크 등의 이동 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다.

한편, 도 9의 실시예에서는, 트랩부(221)의 내측 표면이 전후 방향(Y축 방향)으로 평행한 상태에서 다수의 요철이 형성된 구성이 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9에서 설명된 다수의 홈(G)들은, 도 7에 도시된 바와 같은, 각 경사면(D1, D1', D2, D2')에 형성될 수도 있다. 이 경우, 트랩부(221) 자체의 경사면에 의한 스파크 저지 효과와, 요철에 의한 스파크 저지 효과가 합산되어, 그 효과가 더욱 증대될 수 있다.

또한, 상기 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)의 적어도 일 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 10에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 10을 참조하면, 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)의 전방 측 단부 및/또는 후방 측 단부에 돌출부(222)를 더 구비할 수 있다. 상기 돌출부(222)는, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에서, 트랩부(221)의 내측 방향을 향하여 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 트랩부(221)의 후방 측 단부를 확대한 도면을 참조하면, 돌출부(222)가 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 돌출되게 구성되어, 트랩부(221)의 후단부를 일부 커버하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 단부 측에서 스파크 등의 이동을 차단하거나 방향을 추가로 전환시킴으로써, 스파크 등의 외부 배출을 보다 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 트랩부(221)의 내부로 유입된 스파크 등은, 도 10의 확대도에서 화살표로 표시된 바와 같이, 트랩부(221)의 단부 측에서 반대 방향으로 전환될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크 등이 트랩부(221) 내에 더 머물도록 할 수 있으며, 이로 인해, 트랩부(221)에 의한 스파크 등의 트랩(trap) 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 트랩부(221)는, 적어도 일 단부가 전후 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 11 및 도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예들에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에 트랩부(221)가 형성되되, 트랩부(221)의 전후 방향(Y축 방향) 측 단부는 전후 방향으로 더 오목하게 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 11에서, 트랩부(221)의 전단부는 H1'으로 표시된 부분과 같이, 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 전방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 또한, 도 11에서, 트랩부(221)의 후단부는 H1으로 표시된 바와 같이, 후방 측 방향(-Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 후방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 특히, 도 11의 구성에서는, 트랩부(221)의 전후방 단부에서 홈(오목부)을 마련하기 위해, 트랩부(221)의 전후방 단부 측에 경사면이 형성될 수 있다.

다른 예로, 도 12에서, 트랩부(221)의 전단부는 H2'으로 표시된 부분과 같이, 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 전방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 또한, 도 12에서, 트랩부(221)의 후단부는 H2로 표시된 바와 같이, 후방 측 방향(-Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 후방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 특히, 도 12의 구성에서는, 트랩부(221)의 전후방 단부에서 홈(오목부)을 마련하기 위해, 트랩부(221)의 전후방 단부 측에 전후 방향으로 더 오목하게 파여진 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)에 의한 스파크나 플래어 등의 저지 효과가 더욱 안정적으로 확보될 수 있다. 특히, 트랩부(221)의 내부 공간으로 스파크나 플래어 등이 유입되는 경우, 스파크나 플래어는 전후 방향으로 이동하다가, 전후방 단부 측에 위치한 오목부에 의해 트랩부(221) 내부 공간에서 유출되기 어려울 수 있다. 더욱이, 트랩부의 전후방 단부 측에 마련된 홈에 스파크 입자 등이 삽입될 수도 있다. 그러므로, 이 경우, 트랩부(221)에 의한 스파크 및 플래어 등의 배출 저지 효과가 더욱 개선될 수 있다.

도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 메쉬 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 메쉬 부재(400)는, 다수의 홀이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 메쉬 부재(400)는, 판상의 부재에 다수의 홀이 마련된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 상기 메쉬 부재(400)는, 서로 다른 와이어가 직교하는 그물망과 같은 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 메쉬 부재(400)의 제조가 용이할 수 있으며, 홀의 크기를 작게 하면서도 많은 개수의 홀이 형성되도록 할 수 있다. 메쉬 부재(400)는, 트랩부(221)의 내부 공간에 인입된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 메쉬 부재(400)는, 전후 방향으로 홀이 형성되도록 배치될 수 있다. 그리고, 메쉬 부재(400)는, 트랩부(221)의 전후 방향 양단에 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 메쉬 부재(400)에 의해 스파크나 플래어 등의 이동이 더욱 차단될 수 있다. 즉, 가스와 함께 스파크나 플래어가 트랩부(221)의 내부 공간에서 전후 방향을 따라 이동하다가 메쉬 부재(400)에 이르게 되면, 기체 상태인 가스는 메쉬를 쉽게 통과할 수 있지만, 스파크나 플래어에 포함된 입자 등은 메쉬 부재(400)에 의해 필터링될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크나 플래어 등의 외부 배출 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.

도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 14를 참조하면, 본 발명에 다른 배터리 모듈은, 기공 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 기공 부재(500)는, 내부에 다수의 기공이 보유된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 내부 기공들은 외부와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 기공 부재(500)에 보유된 기공들은 기체만 채워진 빈 공간이라 할 수 있는데, 이러한 기공들은 밀폐된 형태가 아닌, 외부와 연통 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기공 부재(500)는, 다수의 와이어, 특히 금속이나 폴리머 등의 재질로 이루어진 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태로 구성될 수 있다. 특히, 기공 부재(500)는, 트랩부(221)의 내부 공간에 삽입된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)로 유입된 스파크나 플래어가, 기공 부재(500)에 형성된 기공에 의해, 외부로 이동하는 것을 더욱 효과적으로 저지할 수 있다. 특히, 스파크나 플래어 등에 포함된 활물질 입자 등의 경우, 이러한 기공 부재(500)의 기공에 포집됨으로써, 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다.

도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 또한, 도 16은, 도 15의 A6 부분에 대한 확대도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

먼저, 도 15를 참조하면, 트랩부(221)의 내면에 다수의 차단 돌기(P)가 형성될 수 있다. 이러한 차단 돌기(P)는, 측부 플레이트(220)의 내면에서 셀 어셈블리(100)를 향하는 방향(X축 방향)으로 돌출된 형태로 형성되어 있다. 또한, 차단 돌기(P)는, 내부에 빈 공간을 구비하되, 이러한 빈 공간은 전후 방향, 특히 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 향하는 방향으로 열린 상태가 되도록 구성될 수 있다. 그리고, 차단 돌기(P)의 내부 공간은, 측부 플레이트(220)의 전후 양단 방향을 향해서는 닫힌 상태가 되도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 16의 구성을 참조하면, 도면에서 차단 돌기(P)의 우측 부분은 전후 방향 중심선(A3-A3'선)을 향하는 방향(+Y축 방향)이라 할 수 있다. 그리고, 차단 돌기(P)의 좌측 부분은 후단을 향하는 방향(-Y축 방향)이라 할 수 있다. 이때, 차단 돌기(P)의 우측 부분은 개방되고, 차단 돌기(P)의 좌측 부분은 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 내면에 형성된 다수의 차단 돌기(P)에 의해, 스파크나 플래어 등의 외부 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바를 참조하면, 화살표로 표시된 바와 같이, 트랩부(221)의 내면을 따라 전방 또는 후방으로 이동하는 스파크나 플래어 등은, 차단 돌기(P)의 내부 공간으로 유입되면서 그 이동이 저지되고 방향이 전환될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크나 플래어 등의 이동 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 다수 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 서로 전기적으로 연결된 형태로 다수 포함되도록 할 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 다수가 하나의 배터리 팩을 구성하고, 이러한 배터리 팩이 다수 포함된 형태로 에너지 저장 시스템이 구성될 수 있다. 이 밖에도, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 에너지 저장 시스템의 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 에너지 저장 시스템은, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 장소나 장치에 사용될 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

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: 셀 어셈블리
110: 이차 전지
111: 전극 리드
200: 모듈 케이스
210: 하부 플레이트
220: 측부 플레이트
220L: 좌측 플레이트, 220R: 우측 플레이트
221: 트랩부
222: 돌출부
230: 상부 플레이트
240: 전방 플레이트
250: 후방 플레이트
300: 버스바 어셈블리
310: 모듈 버스바, 320: 버스바 하우징
321: 슬롯
400: 메쉬 부재
500: 기공 부재
P: 차단 돌기

Claims

상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및
상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하는 모듈 케이스
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 셀 어셈블리는, 다수의 파우치형 이차 전지가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제2항에 있어서,
상기 셀 어셈블리는, 상기 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 상기 모듈 케이스의 전후 방향에 위치하며,
상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제3항에 있어서,
상기 모듈 케이스의 개방부에 위치하며, 상기 전극 리드와 결합되도록 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트에서 적어도 전후 방향 중앙 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 트랩부는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 모듈 케이스는, 상기 트랩부의 적어도 일 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 트랩부는, 적어도 일 단부가 전후 방향으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 다수 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템.