KR20230032353A - 열폭주 시 스파크의 외부 유출 차단을 위한 구조가 적용된 배터리 모듈 - Google Patents

열폭주 시 스파크의 외부 유출 차단을 위한 구조가 적용된 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용할 수 있게 마련되고 적어도 일측에 개방부를 구비한 모듈 케이스; 및 상기 개방부를 커버할 수 있게 마련된 격벽과, 상기 격벽에 구비되는 복수 개의 가스 배출구들을 구비하고 상기 모듈 케이스에 결합되는 스파크 유출 차단커버을 포함하며, 상기 복수 개의 가스 배출구들은 상기 모듈 케이스의 내부 방향으로 입구 폭이 좁아지도록 돌출 형성되게 구성될 수 있다.

Description

열폭주 시 스파크의 외부 유출 차단을 위한 구조가 적용된 배터리 모듈{Battery module having a structure to block external release of sparks in case of thermal propagation}
본 발명은 배터리 모듈에 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, 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용할 수 있게 마련되고 적어도 일측에 개방부를 구비한 모듈 케이스; 및 상기 개방부를 커버할 수 있게 마련된 격벽과, 상기 격벽에 구비되는 복수 개의 가스 배출구들을 구비하고 상기 모듈 케이스에 결합되는 스파크 유출 차단커버을 포함하며, 상기 복수 개의 가스 배출구들은 상기 모듈 케이스의 내부 방향으로 입구 폭이 좁아지도록 돌출 형성될 수 있다.
각 상기 가스 배출구는, 상기 격벽을 관통하도록 형성된 벤트홀; 및 상기 벤트홀이 부분적으로 가려지게 상기 격벽의 표면에서 돌출되고, 상기 모듈 케이스의 내부 방향으로 갈수록 서로의 간격이 좁혀지는 복수 개의 판막들을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 판막은 상기 벤트홀을 기준으로 대칭을 이루는 한 쌍의 판막으로 구성될 수 있다.
각 상기 가스 배출구는, 상기 한 쌍의 판막 안쪽 공간에 위치하고 상기 벤트홀을 부분적으로 가리도록 구성된 적어도 하나의 가림막을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 가림막은, 상기 한 쌍의 판막 중 어느 하나의 판막에서 다른 하나의 판막을 향해 연장 형성된 적어도 하나의 제1 가림막;과 상기 다른 하나의 판막에서 상기 제1 가림막과 간섭되지 않게 상기 어느 하나의 판막을 향해 연장 형성된 적어도 하나의 제2 가림막을 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리는, 복수 개의 파우치형 배터리 셀들이 상호 적층된 형태로 구성될 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측에 상기 개방부를 구비할 수 있다.
상기 격벽의 바깥쪽에 위치하고 상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 방향 중 적어도 일 방향으로 가스가 배출되도록 가스 배출경로를 형성하는 외측 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 외측 커버는, 상기 격벽의 높이에 따른 양단부에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 절곡되어 상기 격벽의 외측 방향으로 오목하게 형성된 스페이스 형성부를 포함할 수 있다.
상기 외측 커버는, 상기 격벽과 상기 스페이스 형성부로 둘러싸인 내부 공간의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳은 외부와 연통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면 상술한 배터리 모듈을 다수 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 다수 포함하는 에너지 저장 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 열폭주 시 화재 발생이 효과적으로 방지 내지 지연될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내에 포함된 특정 배터리 셀에서 열폭주 현상 등으로 인해 스파크나 플래어 등이 생성되더라도, 스파크 등의 외부 배출이 효과적으로 차단될 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 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 모듈 케이스와 스파크 유출 차단커버를 분리한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 스파크 유출 차단커버의 앞쪽과 뒷쪽을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 내부에서 가스와 스파크가 발생한 경우, 스파크의 차단 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 스파크 유출 차단커버의 변형예로서, 주요 변형 부분을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 스파크 차단커버와 U형 외측 커버를 결합도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부에서 가스와 스파크가 발생한 경우, 스파크의 차단 및 가스 배출 방향 등을 도식화하여 나타낸 도면들이다.
도 10은 도 7의 스파크 차단커버와 U형 외측 커버의 상측에 메쉬망을 적용한 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
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 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 모듈 케이스와 스파크 유출 차단커버를 분리한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 스파크 유출 차단커버의 앞쪽과 뒷쪽을 도시한 도면이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 스파크 유출 차단커버(300)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)을 구비할 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 전극 조립체, 전해액 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)는 파우치형 배터리 셀(110)들로 구성될 수 있다. 물론, 셀 어셈블리(100)가 반드시 파우치형 배터리 셀(110)들로 구성되어야 하는 것은 아니다. 이를테면, 셀 어셈블리(100)는 원통형 배터리 셀이나 각형 배터리 셀로 구성될 수도 있다.
상기 파우치형 배터리 셀(110)은 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이, 다수의 파우치형 배터리 셀(110)들이 상하 방향(Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 각각의 파우치형 배터리 셀(110)은 전극 리드를 구비하며, 이러한 전극 리드는 각 배터리 셀(110)의 양단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다.
도 2에 도시된 배터리 셀(110)은, 양방향 셀로서, 전극 리드가 배터리 셀(110)의 길이 방향(X축 방향) 양단에 위치한다고 할 수 있다. 그러나 상기 파우치형 배터리 셀(110)은 전극 리드가 X축 방향 일단, 이를테면 +X축 방향의 단부에만 위치하는 형태를 가질 수도 있다. 본 발명은 이러한 배터리 셀(110)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(110)이 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는 배터리 셀(110)들의 전극 리드 쪽이 모듈 케이스(200)의 전방과 후방, 즉 양쪽 개방부(210)를 향하도록 모듈 케이스(200) 내부에 수납되고, 도면의 편의상 미도시 하였으나, 배터리 셀(110)들의 전기적 연결을 위한 수단으로서 버스바 조립체(미도시)가 셀 어셈블리(100)의 길이 방향에 따른 양단부에 조립될 수 있다. 여기서 버스바 조립체는 전극 리드가 통과할 수 있는 슬롯들이 형성되어 있는 절연판과, 상기 절연판의 일면에 부착되고 구리 등과 같은 금속 소재의 막대 형태로 제공되는 버스바들로 구성될 수 있다. 예컨대 하나 이상의 배터리 셀(110)들의 전극 리드들을 슬롯을 통해 절연판 앞쪽으로 빼내어 특정 버스바의 일면에 용접하고, 또 다른 하나 이상의 배터리 셀(110)들의 전극 리드들을 다른 슬롯을 통해 절연판 앞쪽으로 빼내고 상기 특정 버스바에 용접하는 방식으로 배터리 셀(110)들을 직렬 및/병렬 연결할 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간을 구비하고 셀 어셈블리(100)를 수용할 수 있게 구성될 수 있다. 또한, 상기 모듈 케이스(200)는 (X축 방향을 따라) 소정 길이로 형성되며, 개방부(210)가 길이 방향에 따른 전방과 후방에 구비되어 있는 대략 직육면체 형상으로 구성될 수 있다.
이하 설명의 편의상, 모듈 케이스(200)에 있어서 상기 셀 어셈블리(100)의 상부와 하부를 각각 커버하는 부분을 상부 플레이트와 하부 플레이트라고 지칭하고 상기 셀 어셈블리(100)의 양쪽 측면부를 커버하는 부분들을 측부 플레이트들(좌측 플레이트와 우측 플레이트)라고 지칭하기로 한다.
예컨대, 상기 상부 플레이트와 상기 측부 플레이트들은 일체화되어 단면이 U자 형태의 프레임으로 형성되고, 상기 하부 플레이트는 상기 U형 프레임에 볼팅 또는 용접 등의 방식으로 결합시킬 수 있게 양쪽 가장자리 라인이 상부 방향으로 절곡되어 있는 판 형태로 제공될 수 있다. 대안 예로써, 모듈 케이스(200)는 사각 관형으로 상부 플레이트, 하부 플레이트, 측부 플레이트들이 모두 일체화된 모노 프레임 형태로 제공될 수도 있다.
이러한 모듈 케이스(200)는 개방부(210)를 제외한 4면이 밀폐된 구조로 이루어져 있어, 셀 어셈블리(100)에서 가스나 스파크 등이 발생한 때, 모듈 케이스(200)의 개방부(210) 쪽으로 가스나 스파크가 이동할 수 있다.
상기 스파크 유출 차단커버(300)는 배터리 셀(110)들의 열 폭주 등으로 인해 모듈 케이스(200)의 내부에 가스, 스파크 또는 플래어(flare) 등이 발생한 경우, 가스를 모듈 케이스(200) 외부로 내보냄으로써 모듈 케이스(200)의 내압 상승을 막고, 스파크나 플래어 등은 모듈 케이스(200) 외부로 유출되지 않도록 막아 외부 발화 위험을 최소화하기 위해 적용한 구성이다.
상기 스파크 유출 차단커버(300)는 모듈 케이스(200)의 전방 및/또는 후방 즉, 모듈 케이스(200)의 양쪽 개방부(210)에 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 스파크 유출 차단커버(300)는 개방부(210) 전체를 커버하며, 모듈 케이스(200)의 양단부에 결합되게 구성될 수 있다. 스파크 유출 차단커버(300)와 모듈 케이스(200)의 결합시 용접, 볼팅, 후크 체결, 접착 방식 등 다양한 방식이 채용될 수 있고, 기밀성 확보를 위해 오링(O-ring) 등과 같은 실링재가 추가될 수 있다.
이러한 스파크 유출 차단커버(300)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 개방부(210)를 커버할 수 있게 형성된 격벽(310)과, 상기 격벽(310)에 구비되는 복수 개의 가스 배출구(320)들을 포함한다. 특히, 상기 복수 개의 가스 배출구(320)들은 상기 모듈 케이스(200)의 내부 방향으로 입구 폭이 좁아지도록 테이퍼진 형태로 돌출되게 구성될 수 있다.
상기 스파크 유출 차단커버(300)의 가스 배출구(320)들은 격벽(310)의 높이 방향을 따라 다단으로 복수 개가 마련될 수 있다. 각 가스 배출구(320)는 격벽(310)을 관통하도록 형성된 벤트홀(321)과 상기 벤트홀(321)이 부분적으로 가려지게 상기 격벽(310)의 표면에서 돌출되고, 상기 모듈 케이스(200)의 내부 방향으로 갈수록 서로의 간격이 좁혀지는 복수 개의 판막들(323a, 323b)을 포함할 수 있다.
이를테면, 도 3에 도시한 바와 같이, 스파크 유출 차단커버(300)는 모듈 케이스(200)의 외측에서 바라본 앞쪽(도 3의 (a))과 모듈 케이스(200)의 내측에서 바라본 뒷쪽(도 3의 (b))이 상이하다.
상기 스파크 유출 차단커버(300)의 뒷쪽, 다시 말하면 격벽의 뒷면(310R)에 상기 복수 개의 판막들(323a, 323b)이 구비되고 격벽의 앞면(310F)은 벤트홀(321)이 그대로 노출되게 구성된다. 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 판막들(323a, 323b)은 한 쌍으로 마련된다. 상기 한 쌍의 판막(323a,323b)은 벤트홀(321)의 상측에서 하부 방향으로 비스듬히 소정 길이만큼 연장되는 제1 판막(323a)과, 상기 벤트홀(321)의 하측에서 상기 제1 판막(323a)과 만나지 않는 각도로 상부 방향으로 비스듬히 소정 길이만큼 연장되는 제2 판막(323b)을 포함한다.
상기 제1 판막(323a)과 상기 제2 판막(323b)은 벤트홀(321)을 기준으로 상하로 대칭을 이루도록 구성될 수 있다. 상기 제1 판막(323a)의 끝단과 상기 제2 판막(323b)의 끝단의 상하 방향에 따른 갭(gap)은 가스는 통과할 수 있으나 통상의 스파크 입자는 통과할 수 없는 범위 이내로 형성될 수 있다.
본 실시예의 벤트홀(321)은 가로가 긴 직사각 구멍 형태이고 상기 한 쌍의 판막(323a,323b)은 벤트홀(321)의 가로변을 따라 구비되어 있다. 그러나 본 실시예와 달리, 상기 벤트홀(321)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태로 구성될 수 있고, 판막은 벤트홀(321)의 둘레를 따라 상기 벤트홀(321) 전체를 에워싸며 격벽(310)의 뒷쪽으로 돌출되게 구성될 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 판막(323a)의 끝단과 상기 제2 판막(323b)의 끝단 사이의 갭, 즉 가스 배출구(320)의 입구로 소정의 크기 이상의 입자들이 유입될 수 없어 고온의 스파크(spark) 등이 모듈 케이스(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. (여기서 스파크는 배터리 셀(110)의 열폭주 시 배터리 셀(110) 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등을 의미한다.) 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10) 내부에서 가스와 스파크가 발생한 경우, 스파크의 차단 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
하나 이상의 배터리 셀(110)의 열 폭주 상황에서 도 4의 F와 G로 표시한 바와 같이, 해당 배터리 셀(110)로부터 가스와 스파크 등이 분출된 경우, 분출된 가스와 스파크 등은 모듈 케이스(200)의 개방부(210)로 이동할 수 있다. 이때 상기 개방부(210)가 스파크 유출 차단커버(300)에 의해 막혀 있지만 G로 표시한 가스의 경우 제1 판막(323a)과 제2 판막(323b) 사이의 틈새로 들어와 벤트홀(321)을 통과한다. 그러나 F로 표시한 스파크의 경우, 상기 제1 판막(323a)과 제2 판막(323b) 사이 틈새를 통과할 수 없는 입자 형태가 대부분이여서 상기 제1 판막(323a)과 제2 판막(323b) 그리고 격벽(310)에 가로막혀 모듈 케이스(200)의 외부로 배출되지 못한다.
이 같은 본 발명의 배터리 모듈의 구성과 작용에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 가스가 발생하더라도, 모듈 케이스(200)의 내부 압력이 일정 수준 이상 증가하지 않게 되어 있어 배터리 모듈(10)의 폭발이 억제될 수 있다. 또한, 스파크 등이 모듈 케이스(200)의 외부에 존재하는 산소와의 접촉을 방지하여, 화재 발생 위험을 낮출 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10) 외부에 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 모듈(10) 등으로 스파크 등이 이동하여, 다른 배터리 모듈(10)에 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5는 가스 배출구(320)의 변형예를 도시한 도면이다. 변형예에 따른 가스 배출구(320)는 스파크 등의 유입 차단 효과를 증대하기 위한 것으로서, 전술한 가스 배출구(320)의 제1 판막(323a)과 제2 판막(323b)의 안쪽 공간에 위치하고 벤트홀(321)을 부분적으로 가리도록 구성된 적어도 하나의 가림막을 더 포함한다.
상기 적어도 하나의 가림막은 제1 판막(323a)에서 제2 판막(323b)을 향해 연장 형성된 제1 가림막(335a)과 상기 제2 판막(323b)에서 상기 제1 가림막(335a)과 간섭되지 않게 상기 제1 판막(323a)을 향해 연장 형성된 제2 가림막(335b)을 포함할 수 있다. 이러한 본 변형예에 따른 가스 배출구(320)는 입구가 더 좁고 경로가 더 복잡하게 이루어져 있어 스파크 등과 같은 입자 또는 물질이 상기 가스 배출구(320)를 통과하기 더욱 어렵다 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 개략적인 사시도이고, 도 7은 도 6의 스파크 유출 차단커버(300)와 U형 외측 커버(400)를 결합도이다.
이어서, 상기 도면들은 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 전술한 실시예의 구성에서 외측 커버(400)를 더 포함한다.
상기 외측 커버(400)는 스파크 유출 차단커버(300)의 격벽(310) 바깥쪽에 위치하여 스파크 유출 차단커버(300)를 통과한 가스가 모듈 케이스(200)의 상부 및 하부 방향 중 적어도 일 방향으로 배출되도록 가스 배출경로를 형성하는 구성이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 외측 커버(400)는 스파크 유출 차단커버(300)의 격벽(310) 바깥쪽에 용접, 볼팅, 접착 등의 다양한 형태로 결합될 수 있다. 예컨대 외측 커버(400)는 대략 U자 형상의 플레이트로 구비될 수 있으며, 상기 격벽(310)의 높이에 따른 양단부에 결합되는 결합부(410)와, 상기 결합부(410)로부터 절곡되어 상기 격벽(310)의 외측 방향으로 오목하게 형성된 스페이스 형성부(420)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외측 커버(400)는 상기 격벽(310)과 상기 스페이스 형성부(420)로 둘러싸인 내부 공간(430)의 상부와 하부가 (배터리 모듈의) 외부와 연통하도록 구성된다.
위와 같이, 스파크 유출 차단커버(300)의 격벽(310)과 벤트홀(321)로부터 소정 간격 이격된 위치에 스페이스 형성부(420)를 구성함으로써, 스파크 유출 차단커버(300)의 벤트홀(321)에서 나온 가스들이 상기 스페이스 형성부(420)에 가로막혀 그 이동 방향이 상부 또는 하부 방향으로 전환될 수 있다.
이에 대해 도 8과 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10) 내부에서 가스와 스파크가 발생한 경우, 스파크의 차단 및 가스 배출 방향 등을 도식화하여 나타낸 도면들이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 일부 배터리 셀(110)에서 G로 표시한 가스와 F로 표시한 스파크가 발생한 경우, 전술한 바 있듯이 가스는 스파크 유출 차단커버(300)를 통과하고 스파크는 스파크 유출 차단커버(300)에 가로막혀 대부분 모듈 케이스(200) 외부로 유출되지 않을 수 있다. 이때, 스파크 유출 차단커버(300)의 벤트홀(321)을 빠져나온 가스는 외측 커버(400)에 가로막혀, 도 9에 도시한 바와 같이, 상부 방향(또는 하부 방향)으로 이동 방향이 전환될 수 있다. 예컨대, 열 폭주시 발생한 가스가 배터리 모듈(10)의 전방 또는 후방으로 분출될 경우 배터리 모듈(10)의 외부에서 넓게 퍼져 나가게 되고 다른 배터리 모듈(10)이나 주변의 기타 장치나 부품에 열적 데미지를 크게 입힐 우려가 크다. 그러나 본 발명의 구성에 의하면 가스의 이동 방향이 배터리 모듈의 상부 또는 하부 방향으로 유도됨으로써 고온의 가스 분출로 인한 외부 발화 위험을 낮출 수 있다.
또한, 소량의 스파크나 플래어가 상기 스파크 유출 차단커버(300)의 벤트홀(321)을 통과하여 모듈 케이스(200) 외부로 나올 수도 있는데, 상기 외측 커버(400)가 벤트홀(321)을 빠져나온 스파크나 플래어를 블로킹함으로써 화재 발생 위험을 낮출 수 있다.
도 10은 도 7의 스파크 유출 차단커버(300)와 U 자형 외측 커버(400)의 상측에 메쉬망(440)을 적용한 상태를 도시한 사시도이다.
도 10과 같이, 상술한 U 자형 외측 커버(400)는 메쉬망(440)을 더 포함할 수 있다. 이러한 U자형 외측 커버(400)는 상기 메쉬망(440)을 통해 스파크나 플래어의 통과를 최대한 억제하면서 가스를 통과시킬 수 있다.
이에 따라, U 자형 외측 커버(400)는, 스파크나 플래어의 외부 노출을 보다 확실하게 차단하거나 억제할 수 있고, 보다 안전한 방향으로 가스가 배출되도록 유도할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 다수 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 팩 케이스(20), 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(1)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)이 서로 전기적으로 연결된 형태로 다수 포함되도록 할 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 다수가 하나의 배터리 팩(1)을 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.
10 : 배터리 모듈
100 : 셀 어셈블리
110 : 배터리 셀
200 : 모듈 케이스
210 : 개방부
300 : 스파크 유출 차단커버
310 : 격벽
320 : 가스 배출구
321 : 벤트홀
323a: 제1 판막
323b: 제2 판막
335a: 제1 가림막
335b: 제2 가림막
400 : 외측 커버
410 : 결합부
420 : 스페이스 형성부
440 : 메쉬망

Claims (12)

  1. 복수 개의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 수용할 수 있게 마련되고 적어도 일측에 개방부를 구비한 모듈 케이스; 및
    상기 개방부를 커버할 수 있게 마련된 격벽과, 상기 격벽에 구비되는 복수 개의 가스 배출구들을 구비하고 상기 모듈 케이스에 결합되는 스파크 유출 차단커버을 포함하며,
    상기 복수 개의 가스 배출구들은 상기 모듈 케이스의 내부 방향으로 입구 폭이 좁아지도록 돌출 형성된 것을 특징으로 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    각 상기 가스 배출구는,
    상기 격벽을 관통하도록 형성된 벤트홀; 및
    상기 벤트홀이 부분적으로 가려지게 상기 격벽의 표면에서 돌출되고, 상기 모듈 케이스의 내부 방향으로 갈수록 서로의 간격이 좁혀지는 복수 개의 판막들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 판막은 상기 벤트홀을 기준으로 대칭을 이루는 한 쌍의 판막으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    각 상기 가스 배출구는,
    상기 한 쌍의 판막 안쪽 공간에 위치하고 상기 벤트홀을 부분적으로 가리도록 구성된 적어도 하나의 가림막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가림막은,
    상기 한 쌍의 판막 중 어느 하나의 판막에서 다른 하나의 판막을 향해 연장 형성된 적어도 하나의 제1 가림막;과 상기 다른 하나의 판막에서 상기 제1 가림막과 간섭되지 않게 상기 어느 하나의 판막을 향해 연장 형성된 적어도 하나의 제2 가림막을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는, 복수 개의 파우치형 배터리 셀들이 상호 적층된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측에 상기 개방부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽의 바깥쪽에 위치하고 상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 방향 중 적어도 일 방향으로 가스가 배출되도록 가스 배출경로를 형성하는 외측 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외측 커버는,
    상기 격벽의 높이에 따른 양단부에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 절곡되어 상기 격벽의 외측 방향으로 오목하게 형성된 스페이스 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외측 커버는, 상기 격벽과 상기 스페이스 형성부로 둘러싸인 내부 공간의 상부 및 하부 중 적어도 한 곳은 외부와 연통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 다수 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템.
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