KR20220137583A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20220137583A
KR20220137583A KR1020220122745A KR20220122745A KR20220137583A KR 20220137583 A KR20220137583 A KR 20220137583A KR 1020220122745 A KR1020220122745 A KR 1020220122745A KR 20220122745 A KR20220122745 A KR 20220122745A KR 20220137583 A KR20220137583 A KR 20220137583A
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terrace
secondary battery
sealing
guard unit
battery module
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KR1020220122745A
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English (en)
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김동진
고정운
신슬기
이서로
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈은 전극조립체와 연결되는 전극리드부, 상기 전극조립체가 수용되는 셀바디부재의 가장자리를 형성하는 테라스부 및, 상기 테라스부와 연결되어 형성되는 실링부를 포함하는 복수의 이차전지셀; 상기 전극리드부가 전기적으로 연결되는 버스바 부재; 복수의 상기 이차전지셀을 내부에 수용하는 하우징유닛; 및 적어도 하나의 상기 이차전지 셀의 상기 실링부의 터짐을 지연시키도록 상기 테라스부 중 적어도 일부와 상기 실링부 중 적어도 일부에 대면하여 설치되는 가드유닛;을 포함하며, 상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 간격이 상기 테라스부에 대면하는 내면 사이의 간격보다 작게 형성될 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지셀의 수요가 급격히 증가하고 있다. 상기 이차전지셀은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다.
이러한 상기 이차전지셀은 이차전지의 주요 구성물인 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체 및 이를 보호하는 다층 외장재(laminated film casing)의 셀바디부재를 포함한다.
또한 상기 이차전지셀 복수 개를 장착하여 배터리 모듈로 전기자동차, 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System) 등에 설치되기도 한다.
그런데 상기 전극조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의한 온도 상승은 상기 이차전지셀의 성능을 저하시키게 된다.
또한, 상기 이차전지셀의 온도 상승과 같은 배터리 모듈의 내부적인 요인으로 어느 하나의 이차전지셀에서 가스가 발생하면서 상기 이차전지셀은 내부 압력 상승으로 폭발할 수 있다. 이에 따라 연쇄적으로 배터리 모듈 내의 이차전지셀들에서의 폭발이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
즉, 상기 이차전지셀 내부에서 가스가 발생하면서 상기 이차전지셀의 테라스부가 먼저 부풀어 오르다가, 열융착 부위인 상기 이차전지셀의 실링부(융착부)까지 확장되어 부풀어서 터지게 된다.
그런데, 종래의 배터리 모듈은 이와 같은 실링부의 터짐에 의한 벤팅(venting)이 상기 테라스부가 부풀어 오르기 시작한 이후에 비교적 빠르게 진행되는 문제가 있었다. 즉, 종래의 배터리 모듈은 이차전지셀의 테라스부가 먼저 부풀어 오른 후 부풀어 오른 테라스부로부터 실링부로 가해지는 힘으로 인해 실링부가 급격히 벌어지는(터지는) 문제점이 있다.
종래기술과 같이 벤팅 시점이 빠르면, 상기 이차전지셀 내의 전해액이 증발하고 그에 따라 용량이 급감하여 상기 이차전지셀 및 배터리 모듈 수명이 크게 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 이차전지셀 내부의 가스가 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈은 전극조립체와 연결되는 전극리드부, 상기 전극조립체가 수용되는 셀바디부재의 가장자리를 형성하는 테라스부 및, 상기 테라스부와 연결되어 형성되는 실링부를 포함하는 복수의 이차전지셀; 상기 전극리드부가 전기적으로 연결되는 버스바 부재; 복수의 상기 이차전지셀을 내부에 수용하는 하우징유닛; 및 적어도 하나의 상기 이차전지 셀의 상기 실링부의 터짐을 지연시키도록 상기 테라스부 중 적어도 일부와 상기 실링부 중 적어도 일부에 대면하여 설치되는 가드유닛;을 포함하며, 상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 간격이 상기 테라스부에 대면하는 내면 사이의 간격보다 작게 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 간격이 상기 셀바디부재의 두께보다 작게 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 평균간격이 상기 테라스부에 대면하는 내면 사이의 평균간격보다 작게 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가드유닛은, 상기 셀바디부재의 길이방향을 기준으로, 상기 테라스부와 상기 실링부의 전체 길이 중에서 절반 이상에 대면하는 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가드유닛은, 상기 실링부 전체에 대면하여 설치될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 가드유닛은, 상기 실링부가 삽입되는 슬릿홀이 형성된 제1 블럭부재 및 상기 테라스부 중 적어도 일부에 대면하는 개구가 형성된 제2 블럭부재를 포함하며, 상기 실링부와 상기 슬릿홀의 내면 사이의 간격은 상기 테라스부와 상기 개구의 내면 사이의 간격보다 작게 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 실링부와 상기 슬릿홀의 내면 사이의 간격은, 상기 실링부가 상기 슬릿홀로 삽입된 길이의 적어도 0.5배 이하일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 제2 블럭부재는, 상기 테라스부와 대면하는 부분 중 상기 셀바디부재에 인접한 모서리가 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 제2 블럭부재는, 상기 테라스부의 양측에 각각 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 이차전지셀은, 상기 전극리드부를 덮도록 상기 셀바디부재의 가장자리와 상기 전극리드부 사이에 배치되는 절연부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가드유닛은 상기 실링부 중에서 상기 전극리드부가 배치된 부분에 대면하여 설치될 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈은 이차전지셀의 실링부가 터져 가스가 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있는 이점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈은 가스 벤팅에 의한 상기 이차전지셀의 폭발을 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 실링부가 터지는 시점을 지연시킴에 따라, 상기 이차전지셀 내의 전해액이 증발하는 시점도 지연시켜, 상기 이차전지셀의 용량이 급감하는 문제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 배터리 모듈은 의도적으로 상기 이차전지셀 내에서 발생한 가스를 일정하게 벤팅함으로써, 급격한 가스 벤팅에 의한 폭발을 방지할 수 있는 이점이 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 하나의 이차전지셀과 이에 대응하는 가드유닛만을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가드유닛과 이차전지셀만을 도시한 횡단면도이다.
도 4는 도 3에서 이차전지셀의 테라스부가 부풀어오른 상태를 도시한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가드유닛이 확장가이드부재를 포함하는 경우를 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 5에서 이차전지셀의 테라스부가 부풀어오른 상태를 도시한 횡단면도이다.
도 7은 도 6에서 "A" 부분을 확대하여 도시한 횡단면도이다.
도 8은 도 7에서 바늘부재가 관재 형태인 변형 실시예를 도시한 횡단면도이다.
도 9는 도 6에서 "B" 부분을 확대하여 도시한 횡단면도이다.
도 10은 도 3에 도시된 가드유닛과 이차전지셀이 복수개가 설치된 상태를 도시한 횡단면도이다.
도 11(a) 내지 도 11(c)는 이차전지셀에 가드유닛이 결합된 상태르 도시한 측면도로서, 도 11(a)는 도 2에 도시된 가드유닛과 이차전지셀을 도시하고 있으며, 도 11(b)와 도 11(c)는 도 11(a)에 비해 가드유닛의 높이가 증대된 변형예를 도시하고 있다.
도 12 내지 도 16은 가드유닛의 여러가지 변형예를 도시한 횡단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 분해하여 도시한 사시도로서, 상기 도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈은 복수의 이차전지셀(10), 하우징유닛(20), 가드유닛(30)을 포함할 수 있다.
여기서 상기 복수의 이차전지셀(10)은 전극조립체(미도시)가 수용되는 셀바디부재(10a), 전극조립체와 연결되는 전극리드부(11), 셀바디부재(10a)의 가장자리를 형성하고, 전극조립체를 수용하는 파우치형 부재가 서로 맞닿는 부분인 테라스부(12) 및, 테라스부(12)의 외측과 연결되며 파우치형 부재가 서로 맞닿아 실링 또는 열융착되는 실링부(융착부)(13)를 포함할 수 있다. 실링부(13)는 외부로 노출된 전극리드부(11)와 셀바디부재(10a) 사이에 위치할 수 있다. 상기 하우징유닛(20)은 상기 전극리드부(11)가 결합되는 적어도 하나의 버스바부재(21)를 포함할 수 있다. 버스바부재(21)는 복수의 이차전지셀(10)의 전극리드부(11)가 전기적으로 연결될 수 있다. 하우징유닛(20)의 내부에는 복수의 이차전지셀(10)이 적층된 상태로 수용될 수 있다. 상기 가드유닛(30)은 일 예로서 상기 버스바부재(21)에 구비될 수 있다. 상기 가드유닛(30)은 상기 이차전지셀(10)의 내부에서 가스가 발생하는 경우에, 상기 실링부(13)의 스웰링 또는 터짐을 지연시킬 수 있다. 여기서, 가드유닛(30)은 복수의 이차전지셀(10) 각각에 대응하도록 일체화된 구조를 가질 수 있고, 일체화된 가드유닛(30)은 버스바부재(21)에 설치될 수 있다. 즉, 일체화된 가드유닛(30)은 버스바부재(21)에 내재될 수 있다.
이에 의해서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 이차전지셀(10)의 실링부(13)가 터져 가스가 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있고, 이에 따라 본 발명의 배터리 모듈은 가스 벤팅에 의한 상기 이차전지셀(10)의 폭발을 지연시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 배터리 모듈은 상기 실링부(13)가 터지는 시점을 지연시킴에 따라, 상기 이차전지셀(10) 내의 전해액이 증발하는 시점도 지연시켜, 상기 이차전지셀(10)의 용량이 급감하는 문제를 개선할 수 있게 된다.
일례로, 상기 이차전지셀(10)의 100% 충전된 상태로 온도 60℃인 조건에서, 종래의 배터리 모듈은 약 42일 수명을 유지한 반면에, 상기 가드유닛(30)을 포함하는 본 발명의 배터리 모듈은 약 191일 수명을 유지할 수 있었다. 이를 토대로 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 경우, 수명 연장의 효과가 있음을 알 수 있었다.
여기서, 상기 이차전지셀(10)은 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 셀바디부재(10a)를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체는 실질적으로 전해액을 포함하여 함께 상기 셀바디부재(10a)에 수납되어 사용된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate) 등과 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4 등과 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
그리고, 상기 셀바디부재(10a)는 상기 전극조립체를 보호하며, 상기 전해액을 수용하는 구성이다. 일례로, 상기 셀바디부재(10a)는 파우치형 부재 또는 캔형 부재로 구비될 수 있다. 여기서, 파우치형 부재는 필름형 외장재(film casing)로 전극조립체를 덮은 후 외장재의 가장자리를 3면 또는 4면에서 실링하여 수용하는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 3면 실링구조의 파우치형 부재는 한 장의 외장재에 형성된 수용공간에 전극조립체가 수용된 상태에서 포갠 후 일면(예를 들어, 하면부)을 제외한 상면부 및 양측면부의 3면을 접합하여 실링하게 된다. 그리고, 상기 캔형 부재는 통상적으로 상기 전극조립체를 1면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 상면부의 1면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 실링하게 구성되는 부재이다.
다만, 이러한 파우치형 이차전지셀(10), 캔형 이차전지셀(10)은 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(10)의 일례일 뿐이고, 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(10)이 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 이차전지셀(10)은 전극조립체를 감싸는 셀바디부재(10a)의 가장자리를 형성하는 테라스부(12)를 포함할 수 있다. 셀바디부재(10a)의 가장자리는 외장재가 포개지는 부분이다. 그리고 상기 이차전지셀(10)에는 외장재가 포개지는 부분을 실링 또는 열융착하는 실링부(13)가 구비될 수 있다.
상세한 설명 및 청구범위에서 테라스부(12)는 상기 셀바디부재(10a)의 가장자리 중에서 상기 실링부(13)를 제외한 부분을 의미하는 것으로 정의한다. 즉, 셀바디부재(10a)의 가장자리(외장재가 포개지는 부분)는 테라스부(12)와, 이에 연결되어 형성되는 실링부(13)로 구성될 수 있다.
상기 전극리드부(11)는 테라스부(12)와 실링부(13)를 통해 외장재의 외부로 노출된다.
상기 실링부(13)는 상기 테라스부(12)의 외측에 실링(융착)되어 셀바디부재(10a)의 가장자리를 밀봉할 수 있다. 또한, 전극리드부(11)가 위치한 부분에서 실링부(13)는 셀바디부재(10a)의 가장자리와 함께 전극리드부(11)를 밀봉할 수 있다.
여기서 실링(융착)된다는 것은 열 등에 의해서 융해된 후 가압된 상태에서 응고되어 결합되는 것을 의미한다. 또한, 상기 실링부(13)는 실런트 등의 접착소재로 밀봉을 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 이차전지셀(10)은 상기 셀바디부재(10a)의 가장자리(외장재가 맞닿아 포개지는 부분)와 전극리드부(11) 사이에 배치되는 절연부재(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 절연부재는 전극리드부(11)를 덮는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 셀바디부재(10a)의 가장자리는 상기 전극리드부(11)와 전기적으로 분리되어 절연될 수 있다.
상기 하우징유닛(20)은, 상기 복수의 이차전지셀(10)이 수용되는 배터리 모듈의 바디 역할을 하게 된다.
즉, 상기 하우징유닛(20)은 복수의 이차전지셀(10)이 설치되는 구성으로 상기 이차전지셀(10)을 보호하면서도 상기 이차전지셀(10)에서 발생한 전기 에너지를 외부로 전달하거나, 외부에서 전기 에너지를 상기 이차전지셀(10)로 전달하는 역할을 하게 된다.
이를 위해서, 상기 하우징유닛(20)은 상기 이차전지셀(10)의 전극리드부(11)와 연결되어 상기 이차전지셀(10)을 외부와 전기적으로 연결하는 버스바부재(21) 등을 포함할 수 있다.
또한 상기 하우징유닛(20)은 상기 복수의 이차전지셀(10)을 수용하는 바닥부재(22)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 바닥부재(22)는 상기 버스바부재(21)와 결합되는 전단부 및 후단부에 절연부재가 도포되거나, 시트 형태로 부착될 수도 있다. 이는 버스바부재(21)의 절연성을 확보하기 위한 것이다.
또한 상기 바닥부재(22)는 상기 이차전지셀(10)이 접촉하는 부분에 열전달물질이 도포되어, 상기 이차전지셀(10)과의 사이에 열전달이 더욱 효과적으로 일어나도록 구성될 수 있다. 다만 이는 일례일 뿐이고, 본 발명의 상기 바닥부재(22)와 상기 이차전지셀(10) 사이에는 열전달물질 등이 구비되지 않고 이차전지셀(10)이 바닥부재(22)와 직접 접촉될 수도 있다.
또한 상기 하우징유닛(20)은 상기 이차전지셀(10)을 감싸는 형태로 수용하기 위해서, 측벽부재(24), 전방부재(25), 후방부재(26), 커버부재(23) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바닥부재(22)는 상기 이차전지셀(10)의 하단부에 배치될 수 있다. 상기 측벽부재(24)는 상기 바닥부재(22)의 모서리에 구비될 수 있다. 상기 전방부재(25)는 상기 하우징유닛(20)의 전방에 구비되고, 상기 이차전지셀(10)의 일측 전극리드부(11)와 결합되는 전방의 버스바부재(21)와 연계될 수 있다. 상기 후방부재(26)는 상기 하우징유닛(20)의 후방에 구비되고, 상기 이차전지셀(10)의 타측 전극리드부(11)와 결합되는 후방의 버스바부재(21)와 연계될 수 있다. 상기 커버부재(23)는 상기 측벽부재(24), 전방부재(25), 후방부재(26)의 상단에 구비되며, 상기 이차전지셀(10)의 상단부를 보호하게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 바닥부재(22)는 상기 이차전지셀(10)에서 발생한 열을 외부의 히트싱크로 전달하여 냉각시키게 구성될 수도 있다. 상기 측벽부재(24)도 상기 이차전지셀(10)에서 발생한 열을 외부로 배출할 수도 있다.
또한 상기 하우징유닛(20)은 상기 이차전지셀(10)들 사이 또는 상기 이차전지셀(10)과 측벽부재(24) 사이에 완충패드부재가 구비되어, 상기 이차전지셀(10)의 스웰링(swelling)을 완충하게 구성될 수도 있다.
상기 가드유닛(30)은 상기 이차전지셀(10)의 상기 실링부(13)의 스웰링 또는 터짐을 지연시키는 역할을 하게 된다. 가드유닛(30)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 하나의 이차전지셀(10)과 이에 대응하는 가드유닛(30)만을 분리하여 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가드유닛(30)과 이차전지셀(10)만을 도시한 횡단면도이고, 도 4는 도 3에서 이차전지셀(10)의 테라스부(12)가 부풀어오른 상태를 도시한 횡단면도이다. 도시의 편의 및 명확성을 위하여 도 3 및 도 4에서 이차전지셀(10)은 외관을 도시하였다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 가드유닛(30)은 상기 테라스부(12)의 팽창은 제한된 범위 이내에서 가능하되, 상기 실링부(13)의 팽창은 최대한 줄일 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가드유닛(30)은 상기 실링부(13)와의 간격(G1)이 상기 테라스부(12)와의 간격(G2)보다 작게 구비됨으로써, 상기 테라스부(12)의 팽창을 위한 공간은 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 범위에서 제공하면서도 상기 실링부(13)의 팽창을 위한 공간은 비교적 작게 제공하게 구성된 것이다.
이러한 경우에는, 상기 이차전지셀(10)의 내부에서 발생한 가스가 상기 테라스부(12)의 팽창에 따라 확보되는 공간에 수용되면서도, 상기 실링부(13)의 밀봉은 유지할 수 있게 된다. 이에 따라 이차전지셀(10)의 가스 벤팅에 의한 폭발을 방지할 수 있게 된다.본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 가드유닛(30)은 제1 블럭부재(31), 제2 블럭부재(32)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 블럭부재(31)에는 상기 실링부(13)가 삽입되는 슬릿홀(31a)이 형성될 수 있다. 상기 제2 블럭부재(32)는 상기 제1 블럭부재(31)와 일체로 구비되고, 상기 테라스부(12)에 대면할 수 있다. 제2 블럭부재(32)에는 실링부(13)와 테라스부(12)가 인입되는 개구(32a)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 실링부(13)와 상기 슬릿홀(31a)의 내면 사이의 간격(G1)은 상기 테라스부(12)와 상기 제2 블럭부재(32)의 내면 사이의 간격(G2)보다 작게 구비될 수 있다.
즉, 상기 제1 블럭부재(31)와 상기 실링부(13) 사이의 간격(G1)은 비교적 작기 때문에, 상기 실링부(13)의 팽창은 억제하면서도, 상기 제2 블럭부재(32)와 상기 테라스부(12) 사이의 간격(G2)은 비교적 크기 때문에, 상기 테라스부(12)의 팽창은 제1 블럭부재(32)의 내면 사이의 공간 내에서 가능하게 구성된 것이다.
이에 따라 상기 이차전지셀(10)의 내부에서 발생한 가스가 상기 테라스부(12)의 팽창에 따라 확보되는 공간에 수용되면서도, 상기 실링부(13)의 밀봉은 유지할 수 있게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 실링부(13)와 상기 슬릿홀(31a)의 내면 사이의 간격(G1)은, 상기 실링부(13)가 상기 슬릿홀(31a)로 삽입된 길이(L)의 적어도 0.5배 이하일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈에서는 상기 실링부(13)와 상기 제1 블럭부재(31)의 상기 슬릿홀(31a) 사이에도 간격(G1)이 있을 수 있고, 이러한 간격(G1)을 상기와 같이 한정한 것이다.
이에 따라 상기 실링부(13)도 상기 이차전지셀(10) 내에서 발생한 가스에 의해서 팽창할 수 있다. 다만, 상기 실링부(13)와 상기 슬릿홀(31a) 사이의 간격(G1)인 상기 실링부(13)가 팽창할 수 있는 거리(G1)는 상기 실링부(13)의 삽입 길이(L) 대비 0.5배 이하가 된다. 또한 상기 실링부(13)가 가스 유입으로 갈라지는 경우에는, 상기 테라스부(12)와 결합되는 상기 실링부(13)의 일단부부터 외측에 인접한 상기 실링부(13)의 타단부로 점진적으로 갈라지게 된다.
그리고 상기 실링부(13)의 일단부가 갈리지면서 상기 실링부(13)의 일단부가 원래 위치에서부터 이격될 수 있는 최대 거리는 상기 실링부(13)와 상기 슬릿홀(31a) 사이의 간격(G1)이 된다. 또한 이러한 간격(G1)은 상기 실링부(13)의 삽입 길이(L)의 1/2보다 작게 된다.
따라서, 상기 실링부(13)의 일단부가 최대로 갈라지더라도 상기 실링부(13)의 타단부는 갈라지지 않게 되므로, 상기 실링부(13)의 타단부에서 밀봉이 유지될 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 가드유닛(30)은 테라스부(12)에 대응하는 제1 영역(A1)과, 실링부(13)에 대면하는 제2 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 즉, 가드유닛(30)은 테라스부(12) 중 적어도 일부와 실링부(13) 중 적어도 일부에 대면하여 설치될 수 있다. 이때, 제1 영역(A1)에서의 내면 사이의 거리인 제1 간격(T1)은 테라스부(12)가 팽창할 수 있는 공간에 대응하고, 제2 영역(A2)에서의 내면 사이의 거리인 제2 간격(T2)은 실링부(13)가 팽창할 수 있는 공간에 대응하게 된다. 가드유닛(30)은 개구(32a)를 형성하는 제2 블럭부재(32)를 구비하므로, 제2 블럭부재(32)의 두께로 인하여 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 간격(T1)은 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작게 된다. 따라서, 테라스부(12)의 팽창두께는 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 간격(T1)으로 제한될 수 있다.
종래기술에 의한 배터리 모듈은 이차전지셀의 테라스부가 먼저 부풀어 오른 후 부풀어 오른 테라스부로부터 실링부로 가해지는 힘으로 인해 실링부가 급격히 벌어지는(터지는) 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 테라스부(12)의 팽창두께가 일정범위(즉, T1) 이내에 제한되므로 테라스부(12)의 과도한 팽창으로 인해 실링부(13)가 급격히 벌어지는 현상을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 가스 벤팅을 지연시킬 수 있게 된다.
또한, 제1 블럭부재(31)의 두께로 인하여 가드유닛(30)은 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서 내면 사이의 간격(T2)이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 실링부(13)가 팽창할 수 있는 범위를 제한할 수 있다.
그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가드유닛(30)은, 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서의 내면 사이의 간격(T2)이 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 간격(T1)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 테라스부(12)가 가드유닛(30)의 개구(32a)에 인입될 수 있도록 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 간격(T1)은 테라스부(12)의 두께보다 큰 값을 가질 수 있다.
한편, 가드유닛(30)은 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 간격(T1) 및/또는 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서의 내면 사이의 간격(T2)이 변화하는 구조를 가질 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 이와 같이, 가드부재(30)의 내면 사이의 간격(T1, T2)이 변화하는 경우, 각각의 평균간격을 고려할 수 있다. 즉, 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서의 내면 사이의 평균간격은 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 평균간격보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 평균간격(평균값)은 가드부재(30)의 내면 사이의 간격(T1, T2)을 적분한 후, 적분하여 얻어진 값을 각각의 영역의 길이로 나눈 값으로 정의될 수 있다.
또한, 가드유닛(30)은, 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)과 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서 테라스부(12)와 실링부(13)의 팽창을 일정범위 이내로 제한하게 된다. 이때, 가드유닛(30)의 테라스부(12)와 실링부(13)의 팽창 제한 길이(LC)는 셀바디부재(10a)의 길이방향(X1 방향)을 기준으로, 테라스부(12)와 실링부(13)에 대응하는 길이의 합에 대응하게 된다.
이 경우, 테라스부(12)의 팽창범위를 제한하기 위하여, 가드유닛(30)은 테라스부(12)와 실링부(13)의 전체 길이(LA) 중에서 절반 이상에 대면하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 가드유닛(30)의 팽창 제한 길이(LC)는 테라스부(12)와 실링부(13)의 전체 길이(LA)의 50%(절반) 이상의 값을 가질 수 있다. 또한, 가드유닛(30)의 팽창 제한 길이(LC)는 테라스부(12)와 실링부(13)의 전체 길이(LA)의 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상의 값을 가질 수도 있다. 팽창 제한 길이(LC)가 짧아지는 경우 셀바디부재(10a)의 측면과 가드유닛(30) 사이의 거리(LD)가 멀어지게 되며, 이에 따라 팽창두께가 제한되지 않는 테라스부(12)의 영역이 증가하게 된다.
또한, 가드유닛(30)은 실링부(13) 전체에 대면하여 설치되어 실링부(13)의 전체의 팽창을 제한할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 제2 블럭부재(32)는, 상기 테라스부(12)와 대면하는 부분 중 셀바디부재(10a)에 인접한 모서리가 오목한 곡면 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 상기 제2 블럭부재(32)가 셀바디부재(10a)에 인접한 모서리 측에 오목한 곡면의 형태를 포함함으로써, 상기 테라스부(12)의 팽창 공간을 더 확보할 수 있게 된다.
더하여, 상기 제2 블럭부재(32)가 셀바디부재(10a)에 인접한 모서리 측에 오목한 곡면의 형태를 포함함으로써, 상기 테라스부(12)의 팽창시에 모서리 부분 등에 상기 테라스부(12)가 밀착되어 터지는 문제를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 제2 블럭부재(32)는, 상기 테라스부(12)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 따라서, 제2 블럭부재(32)의 두께에 의하여 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 간격(T1)은 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 값을 갖게 된다.
이에 따라 상기 제2 블럭부재(32)는 상기 테라스부(12)의 양측면의 팽창 공간을 일부 확보하면서도 상기 테라스부(12)의 팽창 형태를 유도할 수 있게 된다. 즉, 상기 제2 블럭부재(32)는 상기 테라스부(12)의 일측면이 비대칭적으로 팽창하지 않고 상기 테라스부(12)의 양측면이 균일하게 팽창하도록 유도할 수 있는 것이다. 이에 따라 상기 테라스부(12)의 스웰링 또는 터짐을 방지하면서도 최대로 팽창 공간을 확보할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가드유닛(30)이 확장가이드부재(33)를 포함하는 경우를 도시한 횡단면도이며, 도 6은 도 5에서 이차전지셀(10)의 테라스부(12)가 부풀어오른 상태를 도시한 횡단면도이다. 도시의 편의 및 명확성을 위하여 도 5 및 도 6에서 이차전지셀(10)은 외관을 도시하였다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 가드유닛(30)은 확장가이드부재(33)를 추가로 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 가드유닛(30)은 확장가이드부재(33)를 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 2 내지 도 4를 통하여 설명한 가드유닛(30)과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 불필요한 중복을 피하기 위하여 동일 내지 유사한 구성에 대한 설명은 생략하고 도 2 내지 도 4의 설명으로 갈음하기로 한다.
확장가이드부재(33)는 상기 제1 블럭부재(31)에 일단부가 결합되며, 타단부가 상기 제2 블럭부재(32)로 연장된 형태로 형성되되, 상기 테라스부(12)의 팽창에 따라 타단부가 상기 제2 블럭부재(32) 방향으로 탄성적으로 이동될 수 있다. 즉, 확장가이드부재(33)는 셀바디부재(10a)의 두께 방향(X2)으로 탄성적으로 이동될 수 있다.
이와 같이, 상기 확장가이드부재(33)에 의해서, 상기 테라스부(12)는 확장시에 팽창이 가이드될 수 있다. 즉, 상기 테라스부(12)의 확장 형태 및 확장 압력이 상기 확장가이드부재(33)에 의해서 조정될 수 있는 것이다.
이에 의하면 상기 테라스부(12)의 급격한 확장으로 인한 충격으로 상기 테라스부(12)가 터지는 문제를 방지할 수 있게 된다. 즉, 상기 테라스부(12)가 서서히 확장되도록 유도함으로써, 상기 테라스부(12)의 스웰링 또는 터짐을 방지할 수 있게 되는 것이다.
또한, 확장가이드부재(36)는 테라스부(12)의 팽창두께를 제한하도록 셀바디부재(10a)의 두께보다 작은 범위로 이동이 제한될 수 있다. 즉, 제2 블럭부재(32)의 두께 및 확장가이드부재(36)의 두께로 인하여 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 간격(T1a, T1b)은 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 크게 된다. 따라서, 테라스부(12)의 팽창두께는 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 간격(T1a, T1b)보다 작은 범위로 제한될 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 가드유닛(30)은 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 간격(T1a, T1b)이 변화하는 형상을 갖는다. 이 경우, 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 평균간격은 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서의 내면 사이의 평균간격보다 큰 값을 가질 수 있다.
그리고, 가드유닛(30)은, 실링부(13)에 대면하는 영역(A2)에서의 내면 사이의 간격(T2)이 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서의 내면 사이의 간격(T1a, T1b)보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 확장가이드부재(33)는, 상기 테라스부(12)와 대면하는 중앙부가 오목한 곡면을 포함하는 형태로 형성될 수 있다.
즉, 상기 확장가이드부재(33)가 셀바디부재(10a)에 인접한 모서리 측에 오목한 곡면의 형태를 포함함으로써, 상기 테라스부(12)의 팽창 공간을 더 확보할 수 있게 된다.
더하여, 상기 확장가이드부재(33)가 셀바디부재(10a)에 인접한 모서리 측에 오목한 곡면의 형태를 포함함으로써, 상기 테라스부(12)의 팽창시에 모서리 부분 등에 상기 테라스부(12)가 밀착되어 터지는 문제를 방지할 수 있게 된다.
도 7은 도 6에서 "A" 부분을 확대하여 도시한 횡단면도이고, 도 8은 도 7에서 바늘부재(34)가 관재 형태인 변형 실시예를 도시한 횡단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 가드유닛(30)은 바늘부재(34)를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바늘부재(34)는 상기 제2 블럭부재(32)에 결합되며, 상기 테라스부(12) 방향으로 돌출되되, 팽창되는 상기 테라스부(12)를 개공시키도록, 상기 확장가이드부재(33)에 형성된 관통홀(33a)을 통과하게 배치될 수 있다.
이와 같이 상기 바늘부재(34)는 팽창된 상기 테라스부(12)의 일부를 개공하여, 상기 테라스부(12) 내부의 가스를 외부로 배출시키는 역할을 하게 된다.
이러한 상기 바늘부재(34)는, 본 발명의 배터리 모듈에서 의도적으로 상기 이차전지셀(10) 내에서 발생한 가스를 일정하게 벤팅시키기 위한 구성이다. 즉, 상기 바늘부재(34)는 갑작스러운 가스 벤팅에 의한 폭발을 방지할 수 있도록 상기 테라스부(12)를 개공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 바늘부재(34)는, 내부 중공이 형성된 관재 형태로 구비되되, 전방의 첨단부에 개구된 유입홀(34a)이 형성되고, 중간 부분에 내부 중공과 외부를 연통시키는 배출홀(34b)이 형성될 수 있다.
이와 같은 상기 바늘부재(34)는 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 중공이 없는 일반적인 기둥형태로 구비될 수도 있으나, 도 8에 도시된 바와 같이 내부 중공이 형성된 관재 형태로 구비될 수도 있다.
상기 바늘부재(34)가 관재 형태로 구비되고, 상기 유입홀(34a), 상기 배출홀(34b)이 형성된 경우에는, 상기 테라스부(12) 내부의 가스가 상기 유입홀(34a)을 통하여 상기 배출홀(34b)로 배출될 수 있게 된다. 즉, 상기 바늘부재(34)가 상기 테라스부(12)를 관통한 후에 이탈되지 않아도 상기 테라스부(12) 내부의 가스를 배출할 수 있는 것이다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 가드유닛(30)은 보강패드부재(35)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보강패드부재(35)는 상기 테라스부(12)와 대면하는 상기 확장가이드부재(33)의 일면에 구비되고, 팽창하는 상기 테라스부(12)를 접착시키는 접착물질이 도포될 수 있다.
이와 같이 상기 보강패드부재(35)는 상기 테라스부(12)가 팽창할 때 상기 테라스부(12)에 접착되게 된다. 그리고 상기 바늘부재(34)에 의해서 상기 테라스부(12)가 개공된 상태에서도 상기 테라스부(12)에 접착되어 있기 때문에, 상기 테라스부(12)의 개공된 부분을 시발점으로 하여 상기 테라스부(12)가 찢어지면서 터지는 문제를 방지할 수 있게 된다.
도 9는 도 6에서 "B" 부분을 확대하여 도시한 횡단면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 가드유닛(30)은 홀딩부재(36)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 홀딩부재(36)는 상기 제2 블럭부재(32)에 구비되며, 상기 제2 블럭부재(32) 방향으로 이동된 상기 확장가이드부재(33)의 타단부가 걸려서 고정될 수 있다.
즉, 상기 홀딩부재(36)는 상기 확장가이드부재(33)를 고정시키도록 구비됨으로서, 상기 테라스부(12)가 확장 후에 상기 확장가이드부재(33)가 상기 테라스부(12)를 가압하지 않게 된다.
이에 따라 의도적인 벤팅 발생 이후, 부푼 상태의 테라스부(12)의 모양이 유지됨으로써, 개공된 부분이 외기에 노출되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 홀딩부재(36)가 구비되지 않으면, 상기 확장가이드부재(33)에 의해서 눌러지는 상기 테라스부(12)는 원래 형태로 돌아가면서 상기 바늘부재(34)에 의해서 개공된 개공 부분이 그대로 노출된다. 이에 따라 상기 이차전지셀(10) 내부와 외기와의 순환으로 산소가 상기 이차전지셀(10) 내부로 유입되거나, 상기 이차전지셀(10) 내부의 전해액이 외부로 누출되는 문제가 더욱 가중시키게 된다.
따라서 본 발명의 배터리 모듈은 상기 홀딩부재(36)를 포함함으로서, 이러한 문제를 개선할 수 있게 된다.
이를 위해서 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 상기 홀딩부재(36)는 지지탭부(36a) 및 갈고리부(36b)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지지탭부(36a)는 상기 제2 블럭부재(32)에 결합될 수 있다. 상기 갈고리부(36b)는 일단부는 상기 지지탭부(36a)에 힌지결합되고, 타단부는 상기 확장가이드부에 형성된 고정홀(33b)에 끼워지도록 쐐기 형태로 형성되며, 상기 지지탭부(36a)에 구비된 탄성부재(36c)에 의해서 상기 제2 블럭부재(32) 방향으로 가압될 수 있다.
이에 따라 상기 테라스부(12)가 확장되어 상기 확장가이드부재(33)가 상기 제2 블럭부재(32)로 접근함에 따라, 상기 확장가이드부재(33)의 타단부는 상기 갈고리부(36b)의 타단부와 상기 제2 블럭부재(32)의 외면 사이로 이동되게 된다. 또한 상기 확장가이드부재(33)의 타단부가 완전히 상기 제2 블럭부재(32)에 밀착되면, 쐐기 형태의 상기 갈고리부(36b)의 타단부가 상기 확장가이드부재(33)의 타단부에 형성된 고정홀(33b)에 걸려지게 끼워지게 된다.
도 10은 도 3에 도시된 가드유닛(30)과 이차전지셀(10)이 복수개가 설치된 상태를 도시한 횡단면도이다. 도 3에서는 하나의 이차전지셀(10)의 테라스부(12)의 양측에 가드유닛(30)이 배치된 상태를 도시하고 있는데 비해, 도 10의 경우에는 도 3에 도시된 가드유닛(30)의 단위유닛이 복수개 연결된 상태를 도시하고 있다. 도 10에 도시된 가드유닛(30)의 실시예는 복수의 단위유닛이 일체화된 형상을 갖는다는 점을 제외하고는 도 3에 도시된 가드유닛(30)의 실시예와 동일하므로, 동일 내지 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 전술한 기재로 갈음하기로 하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 가드유닛(30)은 인접한 이차전지셀(10)의 테라스부(12) 사이에 배치된 복수의 단위유닛을 포함하며, 복수의 단위유닛은 일체화된 가드유닛(30)을 형성할 수 있다. 일체화된 가드유닛(30)을 사용하는 경우 가드유닛(30)의 설치가 용이하다는 이점을 얻을 수 있다. 또한, 일체화된 가드유닛(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 버스바부재(21)와 일체화되어 버스바부재(21)에 내재될 수 있다.
한편, 가드유닛(30)은 도 10에 도시된 바와 같이, 전극리드부(11)가 결합되는 버스바부재(도 1의 21)와 분리된 상태로 테라스부(12) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 가드유닛(30)과 버스바부재(21)는 별개로 구성될 수 있다. 이와는 달리, 가드유닛(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 버스바부재(21)와 결합된 상태(즉, 일체화된 상태)로 테라스부(12) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
도 11(a) 내지 도 11(c)는 이차전지셀(10)에 가드유닛(30)이 결합된 상태르 도시한 측면도로서, 도 11(a)는 도 2에 도시된 가드유닛(30)과 이차전지셀(10)을 도시하고 있으며, 도 11(b)와 도 11(c)는 도 11(a)에 비해 가드유닛(30)의 높이가 증대된 변형예를 도시하고 있다.
도 11(a)에 도시된 바와 같이, 가드유닛(30)은 테라스부(12)와 실링부(13) 중에서 전극리드부(11)가 배치된 부분에 대면하여 설치될 수 있다. 가드유닛(30)이 전극리드부(11)가 배치된 부분에 전체적으로 대응하도록 하기 위하여, 가드유닛(30)의 높이(H1)는 전극리드부(11)의 높이(HL)보다 큰 값을 가질 수 있다. 실링부(13) 중에서 전극리드부(11)가 외부로 노출되는 부분은 실링부(13)의 다른 부분에 비해 상대적으로 접합력이 약할 수 있다. 본 발명의 실시예는 가드유닛(30)을 통해 테라스부(12)의 팽창을 제한함으로써 전극리드부(11)가 외부로 노출된 부분에서 실링부(13)의 스웰링 또는 터짐 현상을 지연시킬 수 있게 된다.
가드유닛(30)의 높이(H1)는 도 11(b)에 도시된 바와 같이 셀바디부재(10a)의 높이(H3)의 절반 이상의 값을 가질 수 있으며, 도 11(c)에 도시된 바와 같이 셀바디부재(10a)의 높이(H3)와 유사하거나 동일한 높이를 갖도록 설치되는 것도 가능하다. 이와 같이, 가드유닛(30)의 높이가 커지는 경우 넓은 면적에서 테라스부(12)의 팽창을 억제하여 실링부(12)의 스웰링 또는 터짐 현상을 지연시킬 수 있게 된다.
또한, 테라스부(12)의 팽창범위를 제한하기 위하여, 가드유닛(30)은 테라스부(12)와 실링부(13)의 전체 길이(LA) 중에서 50%(절반) 이상에 대면하는 형상을 가질 수 있다. 가드유닛(30)은 상기한 전체 길이(LA) 중에서 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상 또는 90% 이상에 대면하는 형상을 가질 수 있다. 가드유닛(30)이 테라스부(12)를 덮는 면적이 감소하는 경우 셀바디부재(10a)의 측면과 가드유닛(30) 사이의 거리(LD)가 멀어지게 되며, 이에 따라 팽창두께가 제한되지 않는 테라스부(12)의 영역이 증가하게 된다.
도 12는 가드유닛(30)의 변형예를 도시한 횡단면도이다. 도 12에 도시된 가드유닛(30)은 도 10에 도시된 가드유닛(30)과 대비할 때 테라스부(12)와 실링부(13)의 위치가 상이한 구조를 갖는다는 점에서만 차이가 있다. 불필요한 중복을 피하기 위하여 동일 내지 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 도 3 및 도 10을 통해 설명한 내용으로 갈음하기로 한다.
도 12에 도시된 가드유닛(30)은 테라스부(12) 중 적어도 일부에 대면하는 제1 영역(A1)과, 실링부(13)에 대면하여 설치되는 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(A1)의 내면 사이의 거리인 제1 간격(T1a, T1b)이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 형상을 가지므로 테라스부(12)의 팽창두께를 제한함으로써 이차전지셀(10) 내부의 가스가 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있다. 또한, 제2 영역(A2)의 내면 사이의 거리인 제2 간격(T2)도 이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 값을 가지므로 실링부의 팽창두께를 제한할 수 있다.
제1 간격(T1a, T1b)은 제1 영역(A1) 내에서 변화할 수 있다. 즉, 제1 영역(A1) 중 셀 바디부재(10a)에 가까운 일측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T1a)와 제1 영역(A1) 타측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T1b)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 이때, 제1 간격의 최소값(T1b)은 제2 간격(T2)과 같은 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 영역(A1) 중 전극리드부(11)에 가까운 타측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T1b)는 제2 간격(T2)과 동일할 수 있다. 또한, 제1 간격의 평균값은 제2 간격(T2)보다 큰 값을 가질 수 있다. 제1 간격의 평균값은 가드부재(30)의 내면 사이의 간격을 적분한 후, 적분하여 얻어진 값을 제1 영역(A1)의 길이로 나눈 값으로부터 구할 수 있다.
가드유닛(30)은 실링부(13)가 삽입되는 슬릿홀(31a)이 형성된 제1 블럭부재(31)와, 테라스부(12) 중 적어도 일부에 대면하는 개구(32a)가 형성된 제2 블럭부재(32)를 포함하는데, 제1 영역(A1)은 개구(32a) 및 슬릿홀(31a)에 걸쳐 형성될 수 있다.
도 12에 도시된 가드유닛(30)은 테라스부(12)의 팽창두께는 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 제1 간격(T1a, T1b)으로 제한될 수 있다. 따라서, 테라스부(12)의 과도한 팽창으로 인해 실링부(13)가 급격히 벌어지는 현상을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 이차전지셀(10)의 가스 벤팅을 지연시킬 수 있게 된다.
도 13은 가드유닛(30)의 다른 변형예를 도시한 횡단면도이다. 도 13에 도시된 가드유닛(30)은 도 12에 도시된 가드유닛(30)과 대비할 때 제1 및 제2 영역(A1, A2)의 내면 사이의 간격 배치가 다르다. 불필요한 중복을 피하기 위하여 동일 내지 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 도 3, 도 10 및 도 12를 통해 설명한 내용으로 갈음하기로 한다.
도 13에 도시된 가드유닛(30)은 테라스부(12) 중 적어도 일부에 대면하는 제1 영역(A1)과, 실링부(13)에 대면하여 설치되는 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(A1)의 내면 사이의 거리인 제1 간격(T1a, T1b)이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 형상을 가지므로 테라스부(12)의 팽창두께를 제한함으로써 이차전지셀(10) 내부의 가스가 벤팅되는 것을 지연시킬 수 있다. 또한, 제2 영역(A2)의 내면 사이의 거리인 제2 간격(T2a, T2b)도 이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 값을 가지므로 실링부의 팽창두께를 제한할 수 있다.
여기서, 제2 간격(T2a, T2b)은 제1 간격(T1a, T1b)과 같거나 큰 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 간격의 최소값(T1a)은 제2 간격(T2a, T2b)보다 작은 값을 가질 수 있다.
또한, 제1 간격(T1a, T1b)과 제2 간격(T2a, T2b) 중 적어도 하나는 각각의 영역(A1, A2) 내에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(A1) 중 셀 바디부재(10a)에 가까운 일측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T1a)와 제1 영역(A1) 타측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T1b)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제2 영역(A1) 중 셀 바디부재(10a)에 가까운 일측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T2a)와 제2 영역(A2) 타측에서의 가드부재(30) 내면 사이의 거리(T2b)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 이때, 제1 간격의 평균값은 제2 간격의 평균값과 같거나 큰 값을 가질 수 있다. 제1 및 제2 간격의 평균값은 가드부재(30)의 내면 사이의 간격을 적분한 후, 적분하여 얻어진 값을 각각의 영역(A1, A2)의 길이로 나눈 값으로부터 구할 수 있다.
가드유닛(30)은 실링부(13)가 삽입되는 슬릿홀(31a)이 형성된 제1 블럭부재(31)와, 테라스부(12) 중 적어도 일부에 대면하는 개구(32a)가 형성된 제2 블럭부재(32)와, 제1 블럭부재(31)와 제2 블럭부재(32) 사이에 위치하는 중간 블럭부재(31')를 포함할 수 있다. 중간 블럭부재(31')에는 실링부(13)와 테라스부(12)를 함께 수용하는 연결개구(31'a)가 형성될 수 있다. 이 경우, 연결개구(31'a)에는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)가 모두 위치할 수 있다. 도 13에서는 연결개구(31'a)에 경사면이 형성되는 구성을 도시하고 있지만, 연결개구(31'a)는 개구(32a)와 슬릿홀(31a) 사이에서 단차 구조를 갖는 것도 가능하다. 또한, 가드유닛(30)은 도 13에 도시된 중간 블럭부재(31')를 구비하지 않고 제1 블럭부재(31)와 제2 블럭부재(32)만 구비하는 것도 가능하다.
도 13에 도시된 가드유닛(30)은 테라스부(12)의 팽창두께는 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 제1 간격(T1a, T1b)으로 제한될 수 있다. 따라서, 테라스부(12)의 과도한 팽창으로 인해 실링부(13)가 급격히 벌어지는 현상을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 이차전지셀(10)의 가스 벤팅을 지연시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 전술한 가드유닛(30)의 변형예에 대해 설명한다.
도 14 내지 도 16에 도시된 가드유닛(40)은 실링부(13)의 스웰링 또는 터짐을 지연시키도록 테라스부(12) 중 적어도 일부에 대면하는 제1 영역(A1)을 포함하는 구성을 갖는다. 다만, 도 14 내지 도 16에 도시된 가드유닛(40)은 도 3 내지 도 6, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시된 실시예와는 달리 실링부(13)에 대면하는 영역을 구비하지 않는다는 점에서 차이가 있다.
가드유닛(40)은 제1 영역(A1)의 내면 사이의 거리인 제1 간격(T1)이 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 형상을 가지며, 이를 통해 테라스부(12)의 팽창두께를 제한할 수 있다. 즉, 도 14 내지 도 16에 도시된 가드유닛(40)의 경우에도 테라스부(12)의 과도한 팽창으로 인해 실링부(13)가 급격히 벌어지는 현상을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 이차전지셀(10)의 가스 벤팅을 지연시킬 수 있게 된다
도 14에 도시된 바와 같이, 가드유닛(40)의 제1 간격(T1)은 제1 영역(A1) 내에서 일정한 값을 가질 수 있다. 즉, 가드유닛(40)은 일측(41)과 타측(42)에서 동일한 간격(T1)을 가질 수 있다. 이때, 직사각 단면의 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 가드유닛(40)의 제1 간격(T1a, T1b)은 제1 영역(A1) 내에서 변화하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 영역(A1) 중 일측(41)에 인접한 부분에서의 가드부재(40) 내면 사이의 거리(T1a)와, 타측(42)에 인접한 부분에서의 가드부재(40) 내면 사이의 거리(T1b)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 가드유닛(40)의 제1 간격(T1a, T1b)은 셀바디부재(10a)에서 먼 타측(42)에 인접한 부분에서 큰 값을 가질 수 있다. 이와는 달리, 도 16에 도시된 바와 같이, 가드유닛(40)의 제1 간격(T1a, T1b)은 셀바디부재(10a)에서 가까운 일측(41)에 인접한 부분에서 큰 값을 가질 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 일측(41)과 타측(42)의 중앙부의 제1 간격이 가장 큰 값을 갖는 것도 가능하다.
가드유닛(40)의 제1 간격(T1a, T1b)이 변화하는 경우, 테라스부(12)의 팽창두께를 제한할 수 있도록 제1 간격의 평균값은 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 값을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제1 간격의 최대값도 셀바디부재(10a)의 두께(T3)보다 작은 값을 가질 수 있다.
한편, 테라스부(12)가 가드유닛(40)의 개구(43)에 인입될 수 있도록 테라스부(12)에 대면하는 영역(A1)에서 내면 사이의 제1 간격(T1, T1a, T1b)은 테라스부(12)의 두께보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 가드유닛은 바(bar) 형상을 가지며, 버스바부재(도 1의 21)와 분리된 상태로 테라스부(12) 사이에 배치될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예에 대하여 '배터리 모듈'을 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 의한 '배터리 모듈'은 배터리 팩에 수용되는 통상적인 배터리 모듈로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 의한 '배터리 모듈'은 하우징유닛 내부에 복수의 이차전지셀(10)와 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)을 구비하는 배터리 팩을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 '배터리 모듈'은 팩 하우징(하우징 유닛) 내부에 복수의 이차전지셀(10)이 직접 설치되는, 셀-투-팩(cell-to-pack) 구조를 포함할 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 특허청구범위에서 본 발명에 따른 '배터리 모듈'은 통상적인 의미의 배터리 모듈과 통상적인 의미의 배터리 팩을 모두 포함하는 것으로 정의한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
10: 이차전지셀 11: 전극리드부
12: 테라스부 13: 실링부
20: 하우징유닛 21: 버스바부재
22: 바닥부재 23: 커버부재
24: 측벽부재 25: 전방부재
26: 후방부재 30, 40: 가드유닛
31: 제1 블럭부재 32: 제2 블럭부재
33: 확장가이드부재 34: 바늘부재
35: 보강패드부재 36: 홀딩부재

Claims (11)

  1. 전극조립체와 연결되는 전극리드부, 상기 전극조립체가 수용되는 셀바디부재의 가장자리를 형성하는 테라스부 및, 상기 테라스부와 연결되어 형성되는 실링부를 포함하는 복수의 이차전지셀;
    상기 전극리드부가 전기적으로 연결되는 버스바 부재;
    복수의 상기 이차전지셀을 내부에 수용하는 하우징유닛; 및
    적어도 하나의 상기 이차전지 셀의 상기 실링부의 터짐을 지연시키도록 상기 테라스부 중 적어도 일부와 상기 실링부 중 적어도 일부에 대면하여 설치되는 가드유닛;
    을 포함하며,
    상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 간격이 상기 테라스부에 대면하는 내면 사이의 간격보다 작게 형성되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 간격이 상기 셀바디부재의 두께보다 작게 형성되는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은, 상기 실링부에 대면하는 내면 사이의 평균간격이 상기 테라스부에 대면하는 내면 사이의 평균간격보다 작게 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은, 상기 셀바디부재의 길이방향을 기준으로, 상기 테라스부와 상기 실링부의 전체 길이 중에서 절반 이상에 대면하는 형상을 갖는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은, 상기 실링부 전체에 대면하여 설치되는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은,
    상기 실링부가 삽입되는 슬릿홀이 형성된 제1 블럭부재; 및
    상기 테라스부 중 적어도 일부에 대면하는 개구가 형성된 제2 블럭부재;
    를 포함하며,
    상기 실링부와 상기 슬릿홀의 내면 사이의 간격은 상기 테라스부와 상기 개구의 내면 사이의 간격보다 작게 구비되는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실링부와 상기 슬릿홀의 내면 사이의 간격은, 상기 실링부가 상기 슬릿홀로 삽입된 길이의 적어도 0.5배 이하인 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 블럭부재는, 상기 테라스부와 대면하는 부분 중 상기 셀바디부재에 인접한 모서리가 오목하게 형성된 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 블럭부재는, 상기 테라스부의 양측에 각각 구비되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지셀은,
    상기 전극리드부를 덮도록 상기 셀바디부재의 가장자리와 상기 전극리드부 사이에 배치되는 절연부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가드유닛은 상기 실링부 중에서 상기 전극리드부가 배치된 부분에 대면하여 설치되는 배터리 모듈.
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