KR20220165133A - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체, 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 하우징 및 모듈 하우징과 결합되며, 모듈 하우징 내에서 화염이나 가스 발생 시 화염이나 가스를 분산시켜 소정 방향으로 유도하는 엔드 커버 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 한편, 이러한 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하여 에너지원으로서 전력 저장 장치를 구성한다.
종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀 및 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 포함하여 구성된다. 종래 배터리 모듈의 경우, 모듈 하우징 내에 이상 상황 등에 따라 적어도 하나의 배터리 셀에서 화염이나 가스 발생 시, 화염이나 가스 대부분이 모듈 하우징 내에 머물러 있게 된다. 이에 따라, 모듈 하우징 내의 화염이나 가스에 의해 인접한 배터리 셀들의 온도를 높여 전체 배터리 셀들의 열 폭주, 나아가 배터리 모듈의 폭발 등으로 이어질 수 있는 문제가 있다.
그러므로, 모듈 하우징 내에 화염이나 가스 발생 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 모듈 하우징 내에 화염이나 가스 발생 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징과 결합되며, 상기 모듈 하우징 내에서 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스를 분산시켜 소정 방향으로 유도하는 엔드 커버 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 엔드 커버 유닛은, 상기 모듈 하우징의 양단부에 구비되며, 상기 모듈 하우징 내의 화염이나 가스를 상기 모듈 하우징의 양단부 상측으로 유도할 수 있다.
상기 엔드 커버 유닛은, 상기 모듈 하우징의 양단부에 장착되는 커버 본체;를 포함하며, 상기 커버 본체에는, 상기 화염이나 가스를 내보내기 위해 상기 커버 본체의 상측을 향해 개구되는 배출구;가 구비될 수 있다.
상기 엔드 커버 유닛은, 상기 커버 본체에 구비되며, 상기 화염이나 가스를 일차적으로 분산시키는 제1 분산 가이더; 및 상기 제1 분산 가이더를 마주하게 배치되며, 상기 화염이나 가스를 이차적으로 분산시키는 제2 분산 가이더;를 포함할 수 있다.
상기 제1 분산 가이더는, 상기 배터리 셀 조립체를 마주하게 배치될 수 있다.
상기 제1 분산 가이더는, 메탈 재질의 메쉬부재로 구비될 수 있다.
상기 제2 분산 가이더는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되며, 상기 배출구와 연통될 수 있다.
상기 제2 분산 가이더는, 회오리 형상의 리브 구조로 마련될 수 있다.
상기 엔드 커버 유닛은, 상기 제2 분산 가이더와 마주 하게 배치되며, 상기 화염이나 가스의 배출 방향을 가이드 하는 디렉셔널 가이더;를 포함할 수 있다.
상기 디렉셔널 가이더는, 상기 배출구와 연통되며, 상기 화염이나 가스를 상기 배출구 측으로 유도할 수 있다.
상기 디렉셔널 가이더는, 적어도 하나의 오프셋 핀을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 모듈 하우징 내에 화염이나 가스 발생 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 엔드 커버 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 엔드 커버 유닛의 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 9는 도 1의 배터리 모듈의 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스의 분산 및 유도 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 조립체(100), 모듈 하우징(200) 및 엔드 커버 유닛(300)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(100)는, 복수 개의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 각각, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 연결되는 한 쌍의 전극 리드(115)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 전극 리드(115)는, 후술하는 엔드 커버 유닛(300)을 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 모듈 하우징(200)은, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 하우징(200)에는, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 엔드 커버 유닛(300)은, 상기 모듈 하우징(200)과 결합되며, 상기 모듈 하우징(200) 내에서 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스를 분산시켜 소정 방향으로 유도할 수 있다.
이러한 상기 엔드 커버 유닛(300)은, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 엔드 커버 유닛(300)은, 상기 모듈 하우징(200)의 양단부에 구비되며, 상기 모듈 하우징(200) 내의 화염이나 가스를 상기 모듈 하우징(200)의 양단부 상측으로 유도할 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 엔드 커버 유닛(300)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 엔드 커버 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 엔드 커버 유닛의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 엔드 커버 유닛(300)은, 커버 본체(310), 제1 분산 가이더(330), 제2 분산 가이더(350) 및 디렉셔널 가이더(370)를 포함할 수 있다.
상기 커버 본체(310)는, 상기 모듈 하우징(200)의 양단부에 각각 장착되며, 상기 모듈 하우징(200)의 양단부를 각각 커버할 수 있는 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 상기 커버 본체(310)에는, 상기 화염이나 가스를 내보내기 위해 상기 커버 본체의 상측을 향해 개구되는 배출구(315)가 구비될 수 있다.
상기 제1 분산 가이더(330)는, 상기 커버 본체(310)에 구비되며, 상기 화염이나 가스를 일차적으로 분산시킬 수 있다. 이러한 상기 제1 분산 가이더(330)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 마주 하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 분산 가이더(330)는, 상기 배터리 셀들(110)의 상기 전극 리드들(115)을 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 제1 분산 가이더(330)는, 메탈 재질의 메쉬 부재로 구비될 수 있으며, 상기 커버 본체(310)의 상기 배터리 셀 조립체(100)를 마주 하는 일면에 구비될 수 있다.
상기 제2 분산 가이더(350)는, 상기 커버 본체(310)에 구비되며, 상기 제1 분산 가이더(350)를 마주하게 배치되며, 상기 화염이나 가스를 이차적으로 분산시킬 수 있다.
이러한 상기 제2 분산 가이더(350)는, 상기 커버 본체(310)에 일체로 형성되고, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되며, 상기 배출구(315)와 연통될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 제2 분산 가이더(350)가 한 쌍으로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 한 쌍의 제2 분산 가이더(350)는, 회오리 형상의 리브 구조로 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 제2 분산 가이더(350)는, 상기 화염이나 가스를 유도 및 분산할 수 있게 회전시켜 화염 길이를 흡수할 수 있다.
상기 디렉셔널 가이더(370)는, 상기 제2 분산 가이더(350)와 마주 하게 배치되며, 상기 화염이나 가스의 배출 방향을 가이드 할 수 있다. 이러한 상기 디렉셔널 가이더(370)는, 상기 커버 본체(310) 내에 삽입되고, 상기 배출구(315)와 연통되며, 상기 화염이나 가스를 상기 배출구(315) 측으로 유도할 수 있다.
상기 디렉셔널 가이더(370)는, 적어도 하나의 오프셋 핀을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 디렉셔널 가이더(370)는, 루버 형상의 핀 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 디렉셔널 가이더(370)는, 상기 커버 본체(310)의 폭 방향을 따라 요철 구조를 형성할 수 있다.
이러한 상기 디렉셔널 가이더(370)는, 상기 제2 분산 가이더(350)를 통과한 화염이나 가스를 상기 배출구(315) 측으로 유동하며, 차압에 의해 가스압을 감소함과 아울러 화염이나 가스를 보다 더 분산시키며, 화염이나 가스의 온도를 보다 더 낮출 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스의 분산 및 유도 매커니짐을 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 5 내지 도 9는 도 1의 배터리 모듈의 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스의 분산 및 유도 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상기 배터리 셀들(110) 중 적어도 하나의 배터리 셀(110)의 이상 상황에 따른 과열 등에 따라, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)에서 화염이나 가스가 발생할 수 있다.
여기서, 만약, 이러한 상기 화염이나 가스가 상기 모듈 하우징(200) 내에 지속적으로 머물러 있을 경우, 인접한 배터리 셀들(110)의 온도를 높혀 열 폭주, 나아가 배터리 모듈(10)의 폭발 등을 야기할 수 있는 문제가 있다.
도 6을 참조하면, 이러한 이상 상황 발생 시, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)에서 화염이나 가스(G)는, 우선적으로, 상기 엔드 커버 유닛(300)의 상기 제1 분산 가이더(330)를 통과할 수 있다. 상기 제1 분산 가이더(330)는, 이러한 상기 화염이나 가스(G)를 1차적으로 분산시키며, 상기 제2 분산 가이더(350) 측으로 유도할 수 있다.
도 7을 참조하면, 이후, 상기 화염이나 가스(G)는, 2차적으로, 상기 회오리 형상의 제2 분산 가이더(350)를 통해 회전 운동하면서 유도 및 분산될 수 있다. 이때, 상기 제2 분산 가이더(350)는, 상기 화염이나 가스(G)의 화염 길이를 흡수할 수 있다. 또한, 상기 제2 분산 가이더(350)는, 상기 화염이나 가스(G)의 화염 온도나 가스 온도를 낮출 수 있다.
도 8을 참조하면, 이후, 상기 화염이나 가스(G)는, 3차적으로, 상기 디렉셔널 가이더(370)를 통과할 수 있다. 상기 화염이나 가스(G)의 상기 디렉셔널 가이더(370) 통과에 따라, 차압에 의해 가스 압이 감소할 수 있으며, 상기 화염이나 가스(G)의 화염 온도나 가스 온도가 보다 더 낮아질 수 있다. 또한, 상기 디렉셔널 가이더(370)는, 상기 화염이나 가스(G)를 상기 배출구(315) 측으로 유도할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 화염이나 가스는, 최종적으로 상기 엔드 커버 유닛(300)의 상기 배출구(315)를 통해 상기 배터리 모듈(10) 밖으로 배출될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는, 상기 엔드 커버 유닛(300)을 통해, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상기 배터리 셀들(110) 중 적어도 하나의 배터리 셀(110)에서 이상 상황에 따른 화염이나 가스 발생 시, 상기 화염이나 가스를 3단계에 걸쳐 분산 및 유도하여 상기 배터리 모듈(10) 밖으로 내보낼 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는, 상기 화염이나 가스(G)로 인해 인접한 배터리 셀들(110) 측의 온도를 높여 야기될 수 있는 열 폭주 등의 위험 상황을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차(V)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10) 을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 모듈 하우징(200) 내에 화염이나 가스 발생 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
V: 자동차
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
50: 팩 케이스
100: 배터리 셀 조립체
110: 배터리 셀
115: 전극 리드
200: 모듈 하우징
300: 엔드 커버 유닛
310: 커버 본체
315: 배출구
330: 제1 분산 가이더
350: 제2 분산 가이더
370: 디렉셔널 가이더

Claims (13)

  1. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체를 수용하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징과 결합되며, 상기 모듈 하우징 내에서 화염이나 가스 발생 시 상기 화염이나 가스를 분산시켜 소정 방향으로 유도하는 엔드 커버 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 커버 유닛은,
    상기 모듈 하우징의 양단부에 구비되며, 상기 모듈 하우징 내의 화염이나 가스를 상기 모듈 하우징의 양단부 상측으로 유도하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔드 커버 유닛은,
    상기 모듈 하우징의 양단부에 장착되는 커버 본체;를 포함하며,
    상기 커버 본체에는,
    상기 화염이나 가스를 내보내기 위해 상기 커버 본체의 상측을 향해 개구되는 배출구;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엔드 커버 유닛은,
    상기 커버 본체에 구비되며, 상기 화염이나 가스를 일차적으로 분산시키는 제1 분산 가이더; 및
    상기 제1 분산 가이더를 마주하게 배치되며, 상기 화염이나 가스를 이차적으로 분산시키는 제2 분산 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 분산 가이더는,
    상기 배터리 셀 조립체를 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 분산 가이더는,
    메탈 재질의 메쉬부재로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 분산 가이더는,
    적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되며, 상기 배출구와 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 분산 가이더는,
    회오리 형상의 리브 구조로 마련되는 것을 특징으로 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 엔드 커버 유닛은,
    상기 제2 분산 가이더와 마주 하게 배치되며, 상기 화염이나 가스의 배출 방향을 가이드 하는 디렉셔널 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디렉셔널 가이더는,
    상기 배출구와 연통되며, 상기 화염이나 가스를 상기 배출구 측으로 유도하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 디렉셔널 가이더는,
    적어도 하나의 오프셋 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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