KR20230039123A

KR20230039123A - 열폭주 전이 방지 성능이 향상된 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20230039123A
Application number: KR1020210122041A
Authority: KR
Inventors: 옥승민; 김승현; 오영후; 조상현; 조영범; 홍성곤
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-03-21

Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하되, 상기 셀 어셈블리의 측면부와 이격된 사이드 플레이트를 구비한 모듈 케이스; 및 상기 셀 어셈블리의 측면부와 상기 사이드 플레이트 사이에 배치되고 내화성 재질로 마련된 방화벽 부재;를 포함하며, 상기 방화벽 부재는, 상기 배터리 셀에 발생한 벤팅 가스가 이동할 수 있는 공간이 구비되도록 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 상기 사이드 플레이트 방향으로 소정 거리 이격되고, 상기 셀 어셈블리의 측면부에 대향하는 일면에 돌출된 돌기부를 구비할 수 있다.

Description

열폭주 전이 방지 성능이 향상된 배터리 모듈{Battery module with improved thermal runaway transition prevention performance}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생 내지 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 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 runaway) 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.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배터리 셀의 열폭주 시 발생하는 스파크나 플래어 등으로부터 모듈 케이스를 보호하고, 상기 스파크나 플래어 등의 외부 유출을 차단하여 해당 배터리 모듈과 인접한 다른 배터리 모듈로의 열폭주 전이를 방지할 수 있는 배터리 모듈을 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, 복수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하되, 상기 셀 어셈블리의 측면부와 이격된 사이드 플레이트를 구비한 모듈 케이스; 및 상기 셀 어셈블리의 측면부와 상기 사이드 플레이트 사이에 배치되고 내화성 재질로 마련된 방화벽 부재;를 포함하고, 상기 방화벽 부재는, 상기 배터리 셀에 발생한 벤팅 가스가 이동할 수 있는 공간이 구비되도록 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 상기 사이드 플레이트 방향으로 소정 거리 이격되고, 상기 셀 어셈블리의 측면부에 대향하는 일면에 돌출된 돌기부를 구비하도록 구성될 수 있다.

상기 돌기부는 복수 개이고, 상호 간 소정 간격 떨어져서 상하좌우 방향으로 나열된 블럭 형상으로 마련될 수 있다.

상기 돌기부의 다른 예로서, 상기 돌기부는 복수 개이고, 각각 내부 공간을 구비하는 아크 형상으로 마련되며, 상기 아크 형상은 상기 모듈 케이스의 길이를 양분하는 가상의 중심선을 향하는 방향으로 열린 상태가 되고 상기 모듈 케이스의 전후 양단 방향을 향해서는 닫힌 상태가 되도록 구성될 수 있다.

상기 돌기부의 또 다른 예로서, 상기 돌기부는 내부에 다수의 기공이 보유되도록 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태로 구성될 수 있다.

상기 방화벽 부재는, 상기 셀 어셈블리의 좌측 측면부를 감싸는 제1 차단 격벽;과 상기 셀 어셈블리의 우측 측면부를 감싸는 제2 차단 격벽을 포함할 수 있다.

상기 제1 차단 격벽과 상기 제2 차단 격벽은, 각각 상기 돌기부를 구비하고 상기 셀 어셈블리의 측면부와 대향하는 수직 벽부; 상기 수직 벽부의 상단과 하단에서 연장되고 1회 이상 벤딩된 형태로 마련된 벤딩부를 포함하며, 상기 수직 벽부는 상기 셀 어셈블리의 측면부와 마주하는 방향으로 소정 거리 이격 배치되고, 상기 벤딩부는 상기 셀 어셈블리의 상면부 위와 상기 셀 어셈블리의 하면부에 아래에 구비될 수 있다.

상기 벤딩부는 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 분출된 스파크가 상기 셀 어셈블리의 상부 또는 하부 방향으로 이동시 그 이동 방향이 역으로 전환되게 'U' 또는 'ㄷ' 형으로 마련될 수 있다.

상기 벤딩부는 끝단부가 상기 셀 어셈블리의 상면부 또는 하면부에 접촉하도록 구성될 수 있다.

상기 셀 어셈블리는 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀들을 구비할 수 있다.

상기 모듈 케이스는 전방 및 후방 중 적어도 일측에 개방부를 구비하고, 상기 파우치형 배터리 셀의 전극 리드는 상기 모듈 케이스의 개방부를 향하도록 배치되고, 상기 모듈 케이스의 개방부를 커버하며 상기 전극 리드와 결합되도록 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 어셈블리는 절연성 소재로 형성되고 상기 파우치형 배터리 셀의 전극 리드를 통과시킬 수 있는 슬롯을 구비하며 상기 개방부를 차폐하도록 마련된 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임에 장착되고 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 모듈 버스바를 포함할 수 있다.

상기 모듈 케이스는 상기 모듈 케이스의 내부에서 전후 방향으로 흐르는 스파크의 흐름이 상기 모듈 케이스의 중심 방향으로 전환되도록 상기 모듈 케이스의 전단부와 후단부에 'U' 형상으로 구성된 전환부를 구비할 수 있다.

상기 전환부 내부에, 다수의 홀이 형성되어 스파크를 필터링하도록 구성된 필터 부재가 삽입될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 에너지 저장시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리 셀의 열폭주 시 발생하는 스파크나 플래어 등으로부터 배터리 모듈의 모듈 케이스를 보호할 수 있다.

또한, 상기 스파크나 플래어 등의 외부 유출을 차단하여 해당 배터리 모듈과 인접한 다른 배터리 모듈로의 열폭주 전이를 방지할 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 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 셀 어셈블리와 방화벽 부재의 결합 사시도이다.
도 4는 도 3의 방화벽 부재를 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 일부 배터리 셀에 스파크가 발생한 경우, 배터리 모듈의 스파크 트랩 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 A1 부분에 대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 6에 대응하는 도면으로, 본 발명의 다른 실시예에 다른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 6에 대응하는 도면으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

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 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 개략적인 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 셀 어셈블리와 방화벽 부재의 결합 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 방화벽 부재(300)를 포함한다.

상기 셀 어셈블리(100)는 예컨대 도 2와 같이, 눕혀진 상태에서 상하 방향(Z축 방향)으로 적층된 다수의 파우치형 배터리 셀(110)들로 구성될 수 있다.

상기 파우치형 배터리 셀(110)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 파우치 케이스의 외측으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(111)를 포함한다. 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출된다.

필요에 따라 상기 파우치형 배터리 셀(110)은 전극 리드(111)가 Y축 방향 일단, 이를테면 +Y축 방향의 단부에만 위치하는 형태를 가질 수도 있다. 한편, 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.

모듈 케이스(200)는, 개방부(201,202)가 길이 방향에 따른 전방과 후방에 구비되어 있는 대략 직육면체 박스 형상으로 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수용할 수 있게 구성될 수 있다. 예컨대 셀 어셈블리(100)는 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111) 쪽이 모듈 케이스(200)의 전방과 후방, 즉 양쪽 개방부(201,202)를 향하도록 모듈 케이스(200) 내부에 수납될 수 있다.

상기 모듈 케이스(200)는, 도면에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(210), 사이드 플레이트(220) 및 탑 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, 베이스 플레이트(210)와 사이드 플레이트(220)는 서로 일체화된 형태로 제조되어 하부 케이스를 형성할 수 있다.

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

한편, 본 발명에 있어서, 셀 어셈블리(100)는 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부가 모듈 케이스(200)의 사이드 플레이트(220)로부터 소정 거리 떨어져 위치하도록 구성된다. 이는 배터리 셀(110)들에서 발생한 벤팅 가스가 모듈 케이스(200)의 개방부(201,202)로 이동시키기 위한 벤팅 경로(V1)를 확보하기 위한 것이다.

여기서 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부는, 도 2와 같이, 적층된 전체 배터리 셀(110)들의 4개 변 중 일측 장변과 타측 장변 영역, 즉 전극 리드(111)가 없는 양쪽 장변 영역을 의미한다. 이러한 파우치형 배터리 셀(110)의 경우 열 폭주시 내부에 가스가 발생하여 부풀어 오르고 이것이 심화하면 실링 처리된 양쪽 측부가 찢어져 벤팅 가스와 고온의 스파크가 분출될 수 있다. (상기 스파크는 배터리 셀(110) 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등을 말한다) 이때, 벤팅 가스를 모듈 케이스(200) 밖으로 배출시켜 배터리 모듈(10)의 내압을 감소시켜야 배터리 모듈(10)의 폭발을 막을 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 셀 어셈블리(100)의 좌측 측면부와 모듈 케이스(200)의 좌측 사이드 플레이트(220L) 그리고 셀 어셈블리(100)의 우측 측면부와 모듈 케이스(200)의 우측 사이드 플레이트(220R)가 이격되어 있고, 이로써 마련된 틈새 공간이 벤팅 경로로 활용된다. 벤팅 가스는 상기 벤팅 경로(V1)를 따라 모듈 케이스(200)의 전후 방향으로 이동하고 개방부(201,202)에 결합된 버스바 어셈블리(500)의 슬롯(511)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.

특히, 본 발명의 배터리 모듈(10)은 이벤트 발생시 모듈 케이스(200)로 열이 전도되는 것을 막기 위한 방화벽 부재(300)를 더 포함한다.

상기 방화벽 부재(300)는 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부와 상기 사이드 플레이트(220) 사이에 위치하며, 이벤트 발생시 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부에서 분출한 벤팅 가스, 스파크, 화염 등이 모듈 케이스(200)의 사이드 플레이트(220)에 직접 접촉하지 않도록, 도 3과 같이, 셀 어셈블리(100)의 측면부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 방화벽 부재(300)는 벤팅, 가스의 배출로 즉 벤팅 경로 확보를 위해, 상기 배터리 셀(110)에 발생한 벤팅 가스가 이동할 수 있는 공간이 상기 셀 어셈블리의 측면부와 상기 방화벽 부재(300) 사이에 구비되도록 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 상기 사이드 플레이트(220) 방향(X축 방향)으로 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.

또한, 상기 방화벽 부재(300)는 내화성이 우수한 소재로서, 예컨대 미카(mica)와 같은 소재로 구성되거나, 미카 테이프 등과 같은 내화성 테이프로 코팅 처리된 강판으로 구성될 수 있다.

예컨대 모듈 케이스(200)는 배터리 셀(110)들을 외부의 물리적, 화학적 위험 요소로부터 보호하기 위해 기계적 강성이 높은 금속 소재로 마련될 수 있는데, 본 발명은 상기와 같이 내화성 소재로 이루어진 방화벽 부재(300)를 셀 어셈블리(100)의 측면부와 모듈 케이스(200)의 사이드 플레이트(220) 사이에 적용함으로써, 이벤트 발생시 배터리 셀(110)들에서 분출한 고온의 벤팅 가스, 스파크, 화염 등으로부터 모듈 케이스(200)를 열적으로 보호할 수 있다.

일반적으로 배터리 팩을 구성할 때, 팩 케이스 내부에 다수의 배터리 모듈(10)들을 상호 간 매우 근접하게 배치해 놓기 때문에 특정 배터리 모듈(10)의 발화시 그 주변의 배터리 모듈(10)들로 열이 빠르게 전도될 수 있다. 그러나 본 발명의 상기 구성에 의하면, 이벤트 발생시 모듈 케이스(200)의 온도 상승이 상기 방화벽 부재(300)에 의해 저지될 수 있어 배터리 모듈(10)들 간의 열 전이가 현저히 지연되는 효과가 있다.

한편, 상기 방화벽 부재(300)는 특히 스파크가 배터리 모듈(10)의 외부로 쉽게 유출되지 않도록 상기 스파크를 모듈 케이스(200) 내부에 가두도록 구성될 수 있다.

예컨대 도 3과 같이, 방화벽 부재(300)는 상단부와 하단부 중 적어도 한 곳이 벤딩된 형태로 구성될 수 있다. 상기 구성에 의하면, 이벤트 발생시, 스파크의 흐름이 상기 셀 어셈블리의 상부 또는 하부에서 역방향으로 전환되어 셀 어셈블리의 측면부와 방화벽 부재(300) 사이 공간에 트랩될 수 있다.

다시 말하면, 배터리 셀(110)에서 스파크가 분출될 경우, 스파크가 방화벽 부재(300)의 벽면에 부딪혀 상하 방향(±Z축 방향) 또는 전후 방향(±Y축 방향)으로 이동할 수 있는데, 이때 상하 방향으로 이동하는 스파크는 벤딩되어 있는 방화벽 부재(300)의 상단부와 하단부에 막혀 상부 또는 하부 방향으로의 이동이 제한될 수 있다. 그리고 전후 방향으로 이동하는 스파크는 후술할 모듈 케이스(200)의 전환부(240)에 의해 이동이 제한될 수 있다. 이하에서는 먼저 상기 방화벽 부재(300)에 대해 보다 구체적으로 설명하고 상기 모듈 케이스(200)의 전환부(240)에 대해 이어서 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 방화벽 부재(300)는 상기 셀 어셈블리(100)의 좌측 측면부를 감싸는 제1 차단 격벽(300L)과 상기 셀 어셈블리(100)의 우측 측면부를 감싸는 제2 차단 격벽(300R)을 포함한다.

상기 제1 차단 격벽(300L)과 상기 제2 차단 격벽(300R)은 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제1 차단 격벽(300L)과 상기 제2 차단 격벽(300R)은, 도면에 도시한 바와 같이, 수직 벽부(310)와 상기 수직 벽부(310)의 상단과 하단에서 연장되고 1회 이상 벤딩된 형태로 마련된 벤딩부(320)를 포함한다.

상기 수직 벽부(310)는 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부와 마주하는 방향으로 소정 거리 이격 배치되고, 상기 벤딩부(320)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상면부 위와 상기 셀 어셈블리(100)의 하면부에 아래에 구비될 수 있다.

또한, 상기 벤딩부(320)는 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부에서 분출된 스파크가 상기 셀 어셈블리(100)의 상부 또는 하부 방향으로 이동시 그 이동 방향이 역으로 전환되게 'U' 또는 'ㄷ' 형으로 마련될 수 있다.

특히, 벤딩부(320)는 스파크가 셀 어셈블리(100)의 상부와 하부 측으로 새어 나가지 못도록 벤딩부(320)의 끝단부(321)가 셀 어셈블리(100)의 상면부 또는 하면부에 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다.

셀 어셈블리(100)의 최상단과 최하단에는 배터리 셀(110)과 모듈 케이스(200)의 절연성과 조립 공차 흡수를 위한 절연 부재(120)가 더 구비될 수 있다. 상기 절연 부재(120)로는 고무(rubber), 폼(foam) 소재 또는 수지 사출물이 채용될 수 있다.

예를 들어, 특정 배터리 셀(110)에서 고온의 입자 형태의 스파크가 분출한 때, 상기 스파크는, 도 5에 화살표로 표시한 것과 같이, 수직 벽부(310)에 가로막혀 상하 방향(±Z축 방향)으로 이동하더라도 셀 어셈블리의 상단부 또는 하단부에서 상기 벤딩부(320)에 의해 상하 방향으로의 이동이 제한될 수 있다. 특히, 본 실시예는 벤딩부(320)가 U' 또는 'ㄷ' 형으로 이루어져 있어, 스파크가 벤딩부(320)의 내면을 따라 돌아 나오게 되어 상기 셀 어셈블리(100)의 측면부와 수직 벽부(310) 사이 공간에 트랩될 수 있다.

또한, 상기 방화벽 부재(300)의 수직 벽부(310)는 돌기부(311)를 더 포함한다. 상기 돌기부(311)는 셀 어셈블리의 측면부에 대향하는 수직 벽부(310)의 일면에 돌출 형성된 것으로 스파크의 전후 방향 이동을 지연 내지 방해하는 작용을 하는 구성요소이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 돌기부(311)는 복수 개이고, 상호 간 소정 간격 떨어져서 상기 수직 벽부(310)의 일면에 상하좌우 방향으로 나열된 블럭(311a) 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어 스파크가 상기 수직 벽부(310)에 가로막혀 전후 방향(±Y축 방향)으로 이동하게 될 때, 도 6과 같이, 상기 돌기부(311)들과 충돌하여 이동 속도가 현저히 떨어지고 이 때문에 스파크의 흐름이 정체될 수 있다. 이에 따라 모듈 케이스(200)의 전단과 후단의 개방부(201,202)까지 도달하는 스파크의 양이 감소하게 된다. 그러므로 스파크가 모듈 케이스(200)의 개방부(201,202)를 통해 배터리 모듈(10)의 외부로 유출될 가능성이 낮아져 상기 스파크 유출로 인한 화재 확산을 억제할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에서, 상기 모듈 케이스(200)는, 전환부(240)를 구비할 수 있다. 상기 전환부(240)는 상기 모듈 케이스(200)의 내부에서 전후 방향으로 흐르는 스파크의 흐름이 상기 모듈 케이스(200)의 중심 방향으로 전환되도록 상기 모듈 케이스(200)의 전단과 후단 가장자리에 'U' 형상으로 구성될 수 있다.

이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

상기 모듈 케이스(200)는, 벤팅 경로(V1) 상에 전환부(240)가 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 케이스(200)에서, 벤팅 경로(V1)가 측부 플레이트(220)의 내면으로부터 개방부(201,202)까지 연장되는 형태로 형성된 경우, 전환부(240)가 이러한 벤팅 경로(V1) 상에 위치하도록 구성될 수 있다.

특히, 전환부(240)는, 모듈 케이스(200)의 내부에서 전단부 및/또는 후단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 개방부(201,202)가 배터리 모듈(10)의 전후 방향(Y축 방향) 양단에 각각 형성되고, 벤팅 경로(V1)가 셀 어셈블리의 좌우 방향(X축 방향) 외측에 각각 형성된 경우, 전환부(240)는, A1 및 A2로 표시된 부분과 같이 전단 부분 좌우측, 그리고 A3 및 A4로 표시된 부분과 같이 후단 부분 좌우측에 각각 형성될 수 있다.

그리고 상기 전환부(240)는, 스파크의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 모듈 케이스(200)의 전환부(240)에서, 스파크의 흐름 방향은, 화살표로 표시된 바와 같이, +Y축 방향으로부터 -Y축 방향으로 대략 180도 전환되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에 형성된 전환부(240)에 의해, 스파크의 흐름이 전환되도록 함으로써, 스파크의 이동을 저지 내지 지연시킬 수 있다. 그러므로 이러한 실시예에 의하면, 스파크의 외부 유출이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.

더욱이, 전환부(240)는, 모듈 케이스(200)의 전방 또는 후방으로 오목한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서, A1 및 A2로 표시된 부분과 같은 전단부에 위치한 전환부(240)의 경우, 전방으로 오목하게 형성된 홈 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 6에서, A3 및 A4로 표시된 부분과 같은 후단부에 위치한 전환부(240)의 경우, 후방으로 오목하게 형성된 홈 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 오목하게 형성된 전환부(240)의 구성에 의해, 스파크나 플래어 등을 가두는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 6의 전단부에 위치한 전환부(240)의 경우, 전방으로 오목하게 형성된 홈과 같은 형태의 전환부(240)는, 전방을 향하여 이동하는 스파크나 플래어 등이 더 이상 전방으로 이동하지 못하도록 저지할 수 있다. 그리고 이와 같이 저지된 스파크나 플래어는, 도 7에 표시된 바와 같이, 전환부(240)의 전단 내면(I0)을 따라 좌우 방향(±X축 방향)으로 이동할 수 있다. 하지만, 전환부(240)의 전단 내면(I0) 좌우 방향에는 I1 및 I2로 표시된 바와 같은, 측면이 존재한다. 그러므로 스파크나 플래어 등은 전환부(240)의 내부 공간에 갇히는 효과가 달성될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서, 전환부(240) 내에 필터 부재(400)가 삽입되도록 구성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 필터 부재(400)는, 메쉬 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 메쉬 형태는, 판상의 부재에 다수의 홀이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 필터 부재(400)는, 테두리부(401) 및 필터부(402)를 구비할 수 있다.

상기 테두리부(401)는, 필터 부재(400)가 설치된 부분의 형태에 대응되는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 필터 부재(400)는 벤팅 경로(V1) 상에 배치되므로, 테두리부(401)는 이러한 벤팅 경로(V1)에서 가스가 통과하는 단면적의 전체를 커버하도록 구성될 수 있다.

상기 필터부(402)는, 사각 링 형태인 테두리부(401)의 내부 공간에서, 대략 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 상기 필터부(402)는, 활물질과 같은 고체나 액체, 겔, 졸과 같은 상태의 입자를 포함한 스파크는 필터링하되, 기체 상태인 벤팅 가스는 통과될 수 있도록 홀이 형성될 수 있다. 여기서, 필터부(402)의 홀은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 필터부(402)는, 서로 다른 와이어가 그물망과 같이 짜여진 형태로 구성될 수도 있다.

이러한 필터 부재(400)는 오목하게 형성된 전환부(240)의 내부 공간에 삽입될 수 있으며, 전환부(240)의 내부 공간 전체를 커버하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 필터 부재(400)는, 양단이 전환부(240)의 내면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 필터 부재(400)의 좌측 단부는 전환부(240)의 좌측 내면(I1)에 접촉되고, 필터 부재(400)의 우측 단부는 전환부(240)의 우측 내면(I2)에 접촉된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 필터 부재(400)와 전환부(240)에 의한 스파크 등의 차단 및 트래핑(trapping) 효과가 안정적으로 확보될 수 있다.

더욱이, 상기 실시 구성에서, 필터 부재(400)는, 전환부(240)의 오목한 부분 내측으로 일정 거리 이상 삽입된 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 7에서 C1으로 표시된 부분과 같이, 필터 부재(400)는 전환부(240)의 홈 입구로부터 일정 거리 이상 전방(+Y축 방향)으로 이격된 위치에 구비될 수 있다. 즉, 필터 부재(400)의 우측 단부(-X축 방향 단부)는, 전환부(240)의 우측 내면(I2)에 일단이 결합하되, 전환부(240)의 우측 내면(I2) 후단부가 아닌 전방(+Y축 방향)으로 일정 거리 전진한 위치에 구비될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 필터 부재(400)에 의해 필터링된 활물질 입자 등이 개방부(201,202) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 필터 부재(400)에 의해 활물질 등이 필터링된 경우, C1으로 표시된 부분과 같은 내면이 존재하므로, 필터링된 활물질이 개방부(201,202) 측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서, 필터 부재(400)는, 전환부(240)의 전후방 내면으로부터 소정 거리 이격된 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 6에서, 모듈 케이스(200)의 좌측 전단에 위치한 전환부(240)(201)에서, 필터 부재(400)는 전환부(240)의 전방 내면(I0)으로부터 후방(-Y축 방향)으로, C2만큼 소정 거리 이격된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전환부(240)의 단부 내면(I0)과 필터 부재(400) 사이에 소정 공간이 존재할 수 있다. 그리고 이러한 전환부(240)의 내면(I0)과 필터 부재(400) 사이의 빈 공간에 활물질이나 알루미늄 입자 등이 가둬짐으로써, 활물질이나 알루미늄 입자 등의 외부 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서, 벤팅 가스와 함께 전방(+Y축 방향)으로 이동하던 활물질 등의 일부가, 필터 부재(400)에 의해 1차로 필터링되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 하지만 상기 실시 구성에 의하면, 필터 부재(400)를 통과한 활물질 등이 전환부(240)의 내면(I0)에 부딪혀 그 반대 방향(-Y축 방향)으로 이동하고자 할 때 필터 부재(400)에 의해 다시 2차로 필터링될 수 있다. 이때, 필터링된 활물질은 전환부(240)의 내면(I0)과 필터 부재(400)의 사이 공간(C2)에 가둬질 수 있다. 그러므로 이 경우, 활물질 등의 필터링 효과가 보다 향상될 수 있다.

본 발명의 배터리 모듈(10)은 (도 1 및 도 2 참조) 버스바 어셈블리(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(500)는 상기 모듈 케이스(200)의 개방부(201,202)를 커버하며 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)와 결합되도록 구성될 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(500)는 버스바 프레임(510)과 모듈 버스바(520)를 포함한다.

상기 모듈 버스바(520)는 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고 모듈 버스바(520)는 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 예컨대 모듈 버스바(520)는, 전극 리드(111)와 직접 접촉하여 용접되거나 볼팅 체결될 수 있다. 배터리 셀(110)들은 이러한 모듈 버스바(520)를 매개로 상호 간에 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다.

그리고 버스바 프레임(510)은, 모듈 버스바(520)가 안착 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(510)은, 모듈 버스바(520)의 표면에 대응되는 형태, 이를테면 평면 형상 부분을 안착부로서 구비하여 모듈 버스바(520)가 안착되도록 할 수 있다. 그리고 버스바 프레임(510)은, 안착된 모듈 버스바(520)가 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록, 모듈 버스바(520)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(510)은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등의 다양한 체결 방식을 이용하여 모듈 버스바(520)가 결합 고정되도록 할 수 있다. 버스바 프레임(510)은, 모듈 버스바(520)와 전기적으로 도통되지 않도록, 플라스틱(폴리머)과 같은 전기 절연성 재질로 구성될 수 있다. 그리고 버스바 프레임(510)은, 모듈 케이스(200), 이를테면 사이드 플레이트(220)의 전단 및 후단에 결합 고정될 수 있다. 이때, 버스바 프레임(510)과 모듈 케이스(200)의 결합 방식은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 버스바 프레임(510)은, 전극 리드(111)가 관통되도록 슬롯(511)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(510) 및/또는 모듈 버스바(520)에 슬롯(511)이 형성되고, 이러한 슬롯(511)에 전극 리드(111)가 삽입될 수 있다. 일반적으로, 결합의 안정성을 위해, 모듈 버스바(520)는 버스바 프레임(510)의 외측 표면에 안착되고, 전극 리드(111)는 버스바 프레임(510)의 내측에서 버스바 프레임(510)의 슬롯(511)을 관통한 후 외측에 위치한 모듈 버스바(520)의 외면에 접촉될 수 있다.

슬롯(511)은, 전극 리드(111)가 용이하게 관통될 수 있도록, 전극 리드(111)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(511)은, 도면에 도시된 바와 같이, 좌우 방향(도면의 X축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 이러한 슬롯(511)은 버스바 프레임(510)에 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 파우치형 배터리 셀(110)은 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층된 경우, 전극 리드(111)는, 상하 방향으로 다수 존재할 수 있다. 따라서, 슬롯(511) 역시, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 소정 거리 이격된 형태로 다수 배치될 수 있다.

상기 슬롯(511)은, 전극 리드(111)를 관통시키고 전극 리드(111)를 지지하는 역할을 할 수 있는데, 추가로 벤팅 가스를 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 슬롯(511)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. 벤팅 가스의 경우 상기 슬롯(511)에서는 전극 리드(111)가 통과한 주변으로 빈 틈이 형성되어 있으므로, 이러한 슬롯(511)을 통해 배터리 모듈(10) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다. 즉, 슬롯(511)이 본 발명에 따른 모듈 케이스(200)의 배출구로서 역할을 할 수 있다. 반면, 기체 이외 상태의 스파크 등은 전술한 바와 같이 모듈 케이스(200) 내부에 트랩될 수 있고, 더욱이 스파크 등은 슬롯(511)을 쉽게 통과하지 못하도록 되어 있어 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 억제될 수 있다.

이어서, 도 9 및 도 10를 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)에 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 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)은, 전술한 실시예와 비교할 때, 방화벽 부재(300)의 돌기부(311) 구성에 차이가 있다.

즉, 도 9에 도시한 구성에 따른 방화벽 부재(300)의 돌기부(311)는 복수 개이고, 상기 각각의 돌기부(311)는 내부 공간을 구비하는 아크 형상(311b)으로 마련될 수 있다. 여기서 상기 아크 형상(311b)은 모듈 케이스(200)의 길이를 양분하는 가상의 중심선(CL-CL')을 향하는 방향으로 열린 상태가 되고 상기 모듈 케이스(200)의 전후 양단 방향을 향해서는 닫힌 상태가 되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 예를 들어, 도 9에 도시된 바를 참조하면, 화살표로 표시된 바와 같이, 방화벽 부재(300)의 내면을 따라 전방 또는 후방으로 이동하는 스파크나 플래어 등은, 돌기부(311)의 내부 공간으로 유입되면서 그 이동이 저지되고 방향이 전환될 수 있다. 그러므로 이 경우, 스파크나 플래어 등의 이동 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.

이어서, 도 10에 도시한 구성에 따른 방화벽 부재(300)의 돌기부(311)는 내부에 다수의 기공이 보유되도록 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태(311c)로 구성될 수 있다. 여기서 상기 돌기부(311)의 내부 기공들은 외부와 연통되도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 돌기부(311)에 보유된 기공들은 기체만 채워진 빈 공간이라 할 수 있는데, 이러한 기공들은 밀폐된 형태가 아닌, 외부와 연통 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기부(311)는, 다수의 와이어, 특히 금속이나 폴리머 등의 재질로 이루어진 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태(311c)로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 스파크나 플래어가 상기 돌기부(311)에 형성된 기공에 의해, 외부로 이동하는 것을 더욱 효과적으로 저지할 수 있다. 특히, 스파크나 플래어 등에 포함된 활물질 입자 등의 경우, 이러한 돌기부(311)의 내부 기공에 포집됨으로써, 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 다수 포함할 수 있다.

예컨대, 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 모듈(10)들과 상기 복수의 배터리 모듈(10)들의 일 측 또는 양측에 결합된 덕트(30)와 BMS 어셈블리(20)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 복수의 배터리 모듈(10)들은 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 인접하여 배치되고, 이러한 복수의 배터리 모듈(10)들의 길이 방향 끝에 BMS 어셈블리(20)가 배치될 수 있다. 상기 BMS 어셈블리(20)는, 복수의 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하는 적어도 하나의 BMS(Battery management system)를 포함한다. 상기 BMS 어셈블리(20)는, BMS에 결합되는 BMS 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 BMS 프레임은, 모듈 결합체 및/또는 덕트(30)에 체결될 수 있다.

상기 덕트(30)는, 배터리 모듈(10)의 외부로 배출된 벤팅 가스를 배터리 팩 외부로 배출하기 위한 유로를 형성하는 구성으로 배터리 모듈(10)들의 배치 방향(X축에 나란한 방향)과 나란한 방향을 따라 연장된다. 이러한 덕트(30)는, 모듈 결합체의 길이와 대응되는 길이를 가질 수 있다. 상기 덕트(30)는, 예를 들어 볼트(B)와 같은 체결 부재에 의해 모듈 케이스(200)에 체결될 수 있다.

상기 덕트(30)는, 그 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 또는 양 측에 형성된 덕트 개방부를 구비한다. 상기 덕트 개방부는, 유로와 연통된다. 따라서, 상기 배터리 모듈(10)의 외부로 배출된 벤팅 가스는 유로를 따라 덕트(30)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 또는 양 측으로 이동하여 덕트 개방부를 통해 배터리 팩(1)의 외부로 배출된다.

상기 덕트(30)는 덕트(30)의 길이 방향 일 측 또는 양 측에 형성된 덕트 개방부를 커버하는 덕트 커버(40)를 포함한다. 상기 덕트 커버(40)는 메쉬 구조를 갖는 필터를 구비하여, 벤팅 가스의 신속한 배출은 가능하나 스파크에 포함되는 전극 활물질 입자 및 알루미늄 등의 금속 입자는 걸러낼 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 구성 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, 팩 케이스, 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
111: 전극 리드
120: 절연 부재
200: 모듈 케이스
210: 베이스 플레이트
220: 사이드 플레이트
220L: 좌측 사이드 플레이트, 220R: 우측 사이드 플레이트
230: 탑 플레이트
240: 전환부
300: 방화벽 부재
300L: 제1 차단 격벽, 300R: 제2 차단 격벽
310: 수직 벽부
311: 돌기부
320: 벤딩부
400: 필터 부재
500: 버스바 어셈블리
510: 버스바 프레임
520: 모듈 버스바
511: 슬롯

Claims

복수의 배터리 셀들을 구비하는 셀 어셈블리;
상기 셀 어셈블리를 수용하되, 상기 셀 어셈블리의 측면부와 이격된 사이드 플레이트를 구비한 모듈 케이스; 및
상기 셀 어셈블리의 측면부와 상기 사이드 플레이트 사이에 배치되고 내화성 소재로 마련된 방화벽 부재;를 포함하고,
상기 방화벽 부재는,
상기 배터리 셀에 발생한 벤팅 가스가 이동할 수 있는 공간이 구비되도록 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 상기 사이드 플레이트 방향으로 소정 거리 이격되고, 상기 셀 어셈블리의 측면부에 대향하는 일면에 돌출된 돌기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는 복수 개이고, 상호 간 소정 간격 떨어져서 상하좌우 방향으로 나열된 블럭 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는 복수 개이고, 각각 내부 공간을 구비하는 아크 형상으로 마련되며,
상기 아크 형상은 상기 모듈 케이스의 길이를 양분하는 가상의 중심선을 향하는 방향으로 열린 상태가 되고 상기 모듈 케이스의 전후 양단 방향을 향해서는 닫힌 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 내부에 다수의 기공이 보유되도록 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 방화벽 부재는,
상기 셀 어셈블리의 좌측 측면부를 감싸는 제1 차단 격벽;과 상기 셀 어셈블리의 우측 측면부를 감싸는 제2 차단 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제5항에 있어서,
상기 제1 차단 격벽과 상기 제2 차단 격벽은, 각각
상기 돌기부를 구비하고 상기 셀 어셈블리의 측면부와 대향하는 수직 벽부;
상기 수직 벽부의 상단과 하단에서 연장되고 1회 이상 벤딩된 형태로 마련된 벤딩부를 포함하며,
상기 수직 벽부는 상기 셀 어셈블리의 측면부와 마주하는 방향으로 소정 거리 이격 배치되고, 상기 벤딩부는 상기 셀 어셈블리의 상면부 위와 상기 셀 어셈블리의 하면부에 아래에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 벤딩부는 상기 셀 어셈블리의 측면부에서 분출된 스파크가 상기 셀 어셈블리의 상부 또는 하부 방향으로 이동시 그 이동 방향이 역으로 전환되게 'U' 또는 'ㄷ' 형으로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 벤딩부는 끝단부가 상기 셀 어셈블리의 상면부 또는 하면부에 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 셀 어셈블리는 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제9항에 있어서,
상기 모듈 케이스는 전방 및 후방 중 적어도 일측에 개방부를 구비하고, 상기 파우치형 배터리 셀의 전극 리드는 상기 모듈 케이스의 개방부를 향하도록 배치되고,
상기 모듈 케이스의 개방부를 커버하며 상기 전극 리드와 결합되도록 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제10항에 있어서,
상기 버스바 어셈블리는 절연성 소재로 형성되고 상기 파우치형 배터리 셀의 전극 리드를 통과시킬 수 있는 슬롯을 구비하며 상기 개방부를 차폐하도록 마련된 버스바 프레임; 및
상기 버스바 프레임에 장착되고 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 모듈 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 모듈 케이스는 상기 모듈 케이스의 내부에서 전후 방향으로 흐르는 스파크의 흐름이 상기 모듈 케이스의 중심 방향으로 전환되도록 상기 모듈 케이스의 전단부와 후단부에 'U' 형상으로 구성된 전환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제12항에 있어서,
상기 전환부 내부에, 다수의 홀이 형성되어 스파크를 필터링하도록 구성된 필터 부재가 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 에너지 저장 시스템.