KR20230039124A - 내부 화재시 열 전이 차단 구조를 구비한 배터리 모듈 - Google Patents

내부 화재시 열 전이 차단 구조를 구비한 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 각각 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 2개 이상의 셀 어셈블리들; 상기 2개 이상의 셀 어셈블리들을 수용할 수 있게 마련된 모듈 하우징; 및 내열성 소재로 마련되고 내부에 공기층을 포함하고 상기 셀 어셈블리들 사이에 배치되는 방화벽;을 포함한다.

Description

내부 화재시 열 전이 차단 구조를 구비한 배터리 모듈{Battery module with heat transfer blocking structure in case of internal fire}
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 화재 발생시, 화재 확산을 차단 내지 지연시킬 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 등에 관한 것이다.
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.
한편, 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 일부 배터리 셀에 단락 등과 같은 문제가 생겨 지속적으로 온도가 상승하고 이로 인해 배터리 셀의 온도가 임계 온도를 넘어서는 열 폭주(thermal runaway) 현상이 발생하면, 해당 배터리 셀에서 고온의 가스와 스파크가 분출될 수 있다. (여기서 스파크는 배터리 셀 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등을 의미한다.) 뿐만 아니라, 경우에 따라 일부 배터리 셀에서는 화염이 발생할 수도 있다.
이처럼 배터리 모듈 내의 어떤 배터리 셀이 열 폭주하면, 그와 인접한 배터리 셀들로 고온의 가스와 스파크 등이 쉽게 전파될 수 있고 이로 인해 짧은 시간 내에 화재가 걷잡을 수 없이 커질 수 있다.
더욱이, 대용량 배터리 팩이나 에너지 저장시스템(Energy Storage System)에는 다수의 배터리 모듈들이 밀집된 형태로 존재하기 때문에 어느 하나의 배터리 모듈이라도 화재가 발생하면 매우 심각한 재산 및 인명 상 피해를 발생시킬 우려가 있다. 그러므로 특정 배터리 셀이나 배터리 모듈에서 열 폭주 상황 등이 발생하여 고온의 가스나 스파크 등이 생성되더라도, 이를 조기에 진압하여 더 큰 화재로까지 나아가지 않도록 하는 것이 중요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배터리 모듈의 일부 배터리 셀들에 열폭주(Thermal runaway) 발생시 다른 배터리 셀들로 벤팅 가스나 스파크 등의 전파를 차단 내지 지연시킴으로써 조기에 화재 진압이 용이하도록 한 배터리 모듈 및 이러한 배터리 모듈들을 포함한 배터리 팩, 에너지 저장 시스템을 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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 각각 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 2개 이상의 셀 어셈블리들; 상기 2개 이상의 셀 어셈블리들을 수용할 수 있게 마련된 모듈 하우징; 및 내열성 소재로 마련되고 내부에 공기층을 포함하고 상기 셀 어셈블리들 사이에 배치되는 방화벽;을 포함할 수 있다.
상기 방화벽은, 마이카(Mica)로 마련될 수 있다.
상기 방화벽은, 상호 이격 배치된 제1 격벽, 제2 격벽 및 제3 격벽을 포함하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 제1 공기층을 구비하고, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 제2 공기층을 구비할 수 있다.
상기 제2 격벽은 상기 모듈 하우징에 고정 결합되고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 적어도 하나의 완충부재가 구비될 수 있다.
상기 제2 격벽은, 상단에 수평 방향으로 연장되고 상기 모듈 하우징에 고정 결합되는 상측 플랜지; 및 하단에 수평 방향으로 연장되고 상기 모듈 하우징에 고정 결합되는 하측 플랜지를 포함할 수 있다.
상기 모듈 하우징은, 상기 셀 어셈블리들의 상부 위치하고 하나 이상의 가스 벤팅홀을 구비한 탑 플레이트; 및 소정 온도에서 열 용융 가능한 수지 재질이고, 상기 가스 벤팅홀을 커버하도록 마련된 홀 마개를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀들은 파우치형 배터리 셀들일 수 있다.
상기 파우치형 배터리 셀들을 전기적으로 연결할 수 있게 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함하고, 상기 버스바 어셈블리는, 각 상기 셀 어셈블리의 전방부와 후방부 중 적어도 한 부분을 커버하도록 구성된 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임에 고정되게 장착된 다수의 버스바들;을 포함하고, 상기 버스바 프레임과 상기 다수의 버스바들은, 각각 상기 파우치형 배터리 셀들의 전극 리드들을 통과시킬 수 있는 다수의 리드 슬롯들을 구비할 수 있다.
소정 개수의 상기 파우치형 배터리 셀들은 그 전극 리드들이 포개져 하나의 상기 리드 슬롯에 삽입되도록 구성되고, 상기 리드 슬롯은 상기 전극 리드들의 두께에 대응하는 폭으로 마련될 수 있다.
상기 전극 리드들은 대응하는 상기 버스바의 상기 리드 슬롯을 통과한 부분이 벤딩되어 상기 버스바의 표면에 고정되게 접촉되고, 상기 버스바에서 상기 전극 리드가 인출되는 영역에 방화 테이프가 부착되어 상기 리드 슬롯이 차폐되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 하나 또는 일부 배터리 셀들의 열폭주(Thermal runaway) 발생시 벤팅 가스나 스파크 등이 다른 배터리 셀들로 전파되는 것을 차단 내지 현저히 지연시킬 수 있어 짧은 시간 내에 화재가 걷잡을 수 없이 커지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명의 배터리 모듈은 화재 발생시, 조기 화재 진압이 용이하다.
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 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방화벽의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 방화벽이 적용된 부분의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 벤팅홀을 구비한 탑 플레이트와 홀 마개의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 마개가 결합된 탑 플레이트의 부분 단면도이다.
도 7은 도 6에 대응하는 단면도로서, 홀 마개의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 프레임의 정면도이다.
도 9는 도 8의 버스바 프레임에 다수의 버스바들과 전극 리드들을 조립한 상태를 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 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방화벽의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이들 도면들은 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수 개의 배터리 셀(110)들로 구성된 2개 이상의 셀 어셈블리(100), 모듈 하우징(200) 및 방화벽(300)을 포함한다.
각 상기 셀 어셈블리(100)는 일 방향(Y축 방향)으로 적층된 복수 개의 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(X축 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출된다.
본 실시예와 달리, 전극 리드(111)가 X축 방향 일단, 이를테면 +X축 방향의 단부에만 위치하는 형태의 파우치형 배터리 셀(110)이 사용될 수도 있다. 또한, 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 수도 있다.
도 2와 같이, 본 실시예의 배터리 모듈(10)은, 방화벽(300)을 기준으로 좌우로 배치되고, 각각 파우치형 배터리 셀(110)들을 적층하여 구성한 2개의 셀 어셈블리(100)들을 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)의 개수는 본 실시예와 다르게 구성될 수도 있다. 예컨대 3개 또는 4개의 셀 어셈블리(100)가 배터리 모듈(10)에 포함될 수도 있으며, 이 경우 각 셀 어셈블리(100)들 사이마다 방화벽(300)이 배치될 수도 있다. 또한, 상기 셀 어셈블리(100)를 형성하는 배터리 셀(110)의 개수 및 종류도 얼마든지 다르게 구성될 수 있다.
모듈 하우징(200)은 상기 셀 어셈블리(100)들을 수용할 수 있는 내부 공간을 구비하고, 기계적 강성이 우수한 소재로 마련되어 외부 충격 등으로부터 상기 셀 어셈블리(100)들을 보호하기 위한 케이스 역할을 하는 구성이다.
모듈 하우징(200)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탑 플레이트(210), 바틈 플레이트(220) 및 4곳의 측면벽을 형성하는 측부 플레이트(230,240,250,260)를 포함한 직육면 박스 형태로 마련될 수 있다.
상기 모듈 하우징(200)은 적어도 일부 플레이트가 일체화된 형태로 제조되거나, 볼트나 용접 등의 방식으로 상호 결합된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 탑 플레이트(210)와 2개의 측부 플레이트(230,240)는 U 형으로 서로 일체화된 형태로 제조되고, 바틈 플레이트(220)와 나머지 2개의 측부 플레이트(250,260)와 볼트 등으로 결합될 수 있게 구성될 수 있다.
방화벽(300)은 모듈 하우징(200)에 수납된 하나 또는 일부 배터리 셀(110)의 열폭주 시, 다른 배터리 셀(110)들로 고온의 벤팅 가스와 스파크 등이 쉽게 전파되지 않도록 차단하기 위해 모듈 하우징(200)에 상기 셀 어셈블리(100)들과 함께 수납되는 구성품이다.
상기 방화벽(300)은 위와 같은 역할을 할 수 있게 내열성이 우수한 소재로서, 예컨대 마이카(Mica)로 제작될 수 있다. 물론, 방화벽(300)의 소재가 마이카(Mica)로 국한될 필요는 없다. 즉, 마이카(Mica)가 아니라도 내열성, 절연성을 가지며 기계적 강성도가 높은 소재라면 어떠한 것이라 방화벽(300)의 소재로 채용될 수 있다.
또한, 상기 방화벽(300)은 열전이 억제 성능을 높이기 위한 구성적 특징으로 여러 개의 공기층을 구비한 다중 격벽 구조로 마련될 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방화벽(300)은 다중 격벽을 이루도록 상호 이격 배치된 제1 격벽(310), 제2 격벽(320), 제3 격벽(330)을 포함하고, 상기 제1 격벽(310)과 상기 제2 격벽(320) 사이에 제1 공기층(O1)을 구비하고, 상기 제2 격벽(320)과 상기 제3 격벽(330) 사이에 제2 공기층(O2)을 구비한다.
공기층은 예컨대 열전도율이 유리보다 1/40배 낮을 정도로 단열 효과가 우수하다. 이러한 공기층의 단열 효과를, 도 4와 같이, 방화벽(300)에 채용함으로써, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 제1 셀 어셈블리(100A)와 제2 셀 어셈블리(100B) 간의 열전이 억제 효과를 증대한 것이라 할 수 있다. 예컨대, 제1 셀 어셈블리(100A) 쪽에서 벤팅 가스나 화염 등이 발생한 상황을 가정하면, 제1 격벽(310)에 의해 상기 벤팅 가스나 화염의 이동이 차단되고 제1 격벽(310)을 넘어오는 열원은 제1 공기층(O1)에 의해 차단될 수 있다. 이때 상기 제1 공기층(O1)의 단열 효과로 인해 제2 격벽(320)에 전달되는 열원은 현저히 줄어들 수 있다. 더욱이 본 실시예의 경우, 상기 제2 격벽(320)과 상기 제3 격벽(330) 사이에 제2 공기층(O2)이 있어, 제3 격벽(330)에 전달되는 열원은 제2 격벽(320)보다 더 줄어든다.
반대로, 제2 셀 어셈블리(100B) 쪽에서 벤팅 가스나 화염이 등이 발생한 경우에도 위 설명과 같이, 제1 셀 어셈블리(100A) 쪽으로의 열원의 이동이 차단될 수 있다. 따라서 상기 방화벽(300) 구성에 의하면, 화재가 어느 한쪽의 셀 어셈블리(100)에서 시작된 경우, 다른 쪽 셀 어셈블리(100)로 전파되지 않게 막을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 방화벽(300)은 파우치형 배터리 셀(110)들의 스웰링(swelling)시 충격을 흡수하는 작용과 모듈 하우징(200)의 강성 보강재로 작용하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 방화벽(300)은 모듈 하우징(200)에 상기 제2 격벽(320)이 고정 결합되고, 상기 제1 격벽(310)과 상기 제2 격벽(320) 사이와, 상기 제2 격벽(320)과 상기 제3 격벽(330) 사이에 적어도 하나의 완충부재(340)를 구비한다.
그리고 상기 제2 격벽(320)은 상단에 수평 방향으로 연장된 상측 플랜지(321)와, 하단에 수평 방향으로 연장된 하측 플랜지(323)를 구비한 대략 I형 내지 H형 프레임 형태로 마련될 수 있다. 상기 상측 플랜지(321)는 모듈 하우징(200)의 탑 플레이트(210)에 고정 결합되고, 상기 하측 플랜지(323)는 모듈 하우징(200)의 바틈 플레이트(220)에 고정 결합될 수 있다.
예컨대, 이러한 상측 플랜지(321)와 하측 플랜지(323)는 모듈 하우징(200)과의 접촉 계면이 넓기 때문에 모듈 하우징(200)과 결합할 때, 볼팅, 접착, 용접 등을 할 수 있는 영역 확보가 용이하고 또한, 모듈 하우징(200)의 상/하단을 넓은 범위에 걸쳐 안정적으로 지지한다. 따라서 상기와 같은 제2 격벽(320)은 모듈 하우징(200)의 내충격성 향상에 유리하게 작용할 수 있다.
또한, 상기 제1 격벽(310)과 상기 제3 격벽(330)은, 외력이 작용하면 상기 제2 격벽(320)에 대해 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에서 제2 격벽(320)의 본체와 상측 플랜지(321), 하측 플랜지(323)로 둘러싸인 2개의 분리된 내측 공간, 즉 제1 공기층(O1)과 제2 공기층(O2)에 상기 제1 격벽(310)과 상기 제3 격벽(330)이 인입될 수 있게 마련되고, 스프링들이 상기 제1 격벽(310) 면과 상기 제2 격벽(320)의 본체 일면, 그리고 상기 제3 격벽(330) 면과 상기 제2 격벽(320)의 본체 타면에 연결되게 구성될 수 있다.
상기 구성에 의하면, 제1 셀 어셈블리(100A)의 배터리 셀(110)들의 스웰링 시 제1 격벽(310)이 상기 제1 공기층(O1) 안으로 슬라이드 이동할 수 있고, 제2 셀 어셈블리(100B)의 배터리 셀(110)들의 스웰링시 제3 격벽(330)이 상기 제2 공기층(O2) 안으로 슬라이드 이동할 수 있다. 이때, 스프링이 압축되면서 배터리 셀(110)들의 팽창압력을 흡수할 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(110)들의 스웰링시 모듈 하우징(200)에 작용하게 되는 하중 부담이 줄어들게 됨으로 모듈 하우징(200)의 변형이 저지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)들 간의 열전이 차단을 위해 상기와 같은 방화벽(300)뿐만 아니라 벤팅 가스 등을 외부로 배출하기 위해 탑 플레이트(210)에 가스 벤팅홀(211)이 마련되어 있다. 상기 가스 벤팅홀(211)은 벤팅 가스 배출을 위한 수단이므로 평상시에는 막혀 있다가 화재시에 오픈될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅홀(211)을 소정 온도에서 열 용융 가능한 수지 재질의 홀 마개(213)로 커버하여, 평상시 이물질 등이 유입되지 않게 가스 벤팅홀(211)을 막고 화재시 상기 홀 마개(213)가 녹아서 없어지도록 하여 벤팅 가스가 탑 플레이트(210) 위로 배출되도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 가스 벤팅홀(211)은 모듈 하우징(200)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 탑 플레이트(210)에서 방화벽(300)을 기준으로 제1 셀 어셈블리(100A)의 상부를 커버하는 구역을 제1 구역이라 하고 제2 셀 어셈블리(100B)의 상부를 커버하는 구역을 제2 구역이라 하면, 상기 복수 개의 가스 벤팅홀(211)들은 상기 제1 구역과 상기 제2 구역에 동일한 개수와 패턴으로 마련될 수 있다.
예컨대, 제1 셀 어셈블리(100A) 쪽의 배터리 셀(110)이 열 폭주하여 벤팅 가스가 발생하면, 제1 구역의 가스 벤팅홀(211)들을 막고 있던 홀 마개(213)들이 녹아서 가스 벤팅홀(211)들이 개방될 수 있고, 개방된 가스 벤팅홀(211)들을 통해 벤팅 가스가 배출될 수 있다. 이 경우, 모듈 하우징(200)의 내력이 상승하지 않게 되어 폭발 위험이 감소하고, 벤팅 가스가 제1 셀 어셈블리(100A) 쪽에서 제2 셀 어셈블리(100B) 쪽으로 넘어가지 않고 외부 배출됨으로써 배터리 모듈(10) 내부에서의 열 전이가 억제되는 효과가 있다.
상기 홀 마개(213)는 예컨대 인서트 사출 성형으로 도 6과 같이 탑 플레이트(210)와 일체로 제작하거나, 따로 사출 성형 제작해, 가스 벤팅홀(211)에 억지 끼움 내지 접착제 등에 의해 결합될 수 있다.
도 7은 도 6의 홀 마개(213)의 변형예를 나타낸 것이다. 도 7의 J1 표시 영역과 같이, 가스 벤팅홀(211)의 개방단의 위/아래를 감싸는 형태로 홀 마개(213)의 외주연을 구성하여 평상시 가스 벤팅홀(211)에서 홀 마개(213)가 쉽게 분리되지 않도록 할 수도 있다. 이러한 구성외에도 홀 마개(213)의 적용 구성은 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 8, 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 버스바 어셈블리(400)를 더 포함한다. 각 셀 어셈블리(100)의 파우치형 배터리 셀(110)들을 전기적으로 연결하기 위한 구성품이다.
상기 버스바 어셈블리(400)는 버스바 프레임(410)과 다수의 버스바(420)로 구성될 수 있다.
상기 버스바 프레임(410)은 각 셀 어셈블리(100)의 (+X축 방향의) 전방부와 (-X축 방향의) 후방부를 커버할 수 있는 사이즈의 판상체 형태이고, 파우치형 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)를 +X축 또는 -X축 방향으로 통과시킬 수 있는 다수의 리드 슬롯(K)들을 구비한다. 상기 다수의 리드 슬롯(K)들은, 도 8과 같이, 배터리 셀(110)들의 적층 방향(Y축 방향)을 따라 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(110)들의 적층 방향을 따라 일정 간격을 두고 단락 방지막(411)들이 구비될 수 있다. 상기 단락 방지막(411)은 버스바 프레임(410)의 표면으로부터 +X축 방향으로 돌출된 형태로 마련될 수 있다. 버스바(420)는 인접한 2개의 단락 방지막(411) 사이의 버스바 프레임(410)의 표면에 고정되게 장착될 수 있다. 이렇게 부착된 버스바(420)들은 도 9와 같이 단락 방지막(411)들에 의해 서로 간에 접촉이 방지될 수 있다.
상기 다수의 버스바(420)들은, 전기 전도성 재질 이를테면 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 재질이고, 버스바 프레임(410)과 같이 전극 리드(111)를 통과시킬 수 있는 다수의 리드 슬롯(K)들을 구비한 판상체 형태로 마련될 수 있다.
파우치형 배터리 셀(110)들은 동일 극성의 전극 리드(111)들끼리 포개져 상기 하나의 리드 슬롯(K)에 삽입되고, 삽입된 부분은 벤딩되어 상기 버스바(420)의 표면에 고정되게 용접될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 버스바 어셈블리(400)에서 상기 리드 슬롯(K)은 전극 리드(111)들의 형상에 대응하는 형태로 형성될 수 있으며, 특히 상기 전극 리드(111)들을 리드 슬롯(K)에 끼워넣었을 때, 리드 슬롯(K)에 잉여 공간이 거의 생기지 않도록 리드 슬롯(K)의 폭이 상기 전극 리드(111)들의 두께와 실질적으로 동일하게 마련될 수 있다. 상기 구성에 의하면, 이벤트 발생시 상기 버스바 어셈블리(400) 쪽으로 빠져나가는 벤팅 가스의 양을 크게 줄일 수 있어, 벤팅 가스가 상술한 탑 플레이트(210)의 가스 벤팅홀(211)을 통해 외부로 더 잘 배출되는 효과가 있다.
위와 같은 효과를 극대화하기 위해, 도 9에 도시한 것과 같이, 버스바(420)에서 상기 전극 리드(111)들이 인출되는 영역에 방화 테이프(430)가 부착될 수 있다. 이를테면, 전극 리드(111)들을 인출하여 버스바(420)의 표면에 용접한 다음, 상기 방화 테이프(430)를 사용하여 각 리드 슬롯(K) 부분을 막음으로써, 이벤트 발생시 벤팅 가스의 흐름이 셀 어셈블리(100)의 상부 방향으로 더 잘 이동하게 유도하여 벤팅 가스가 더 효과적으로 탑 플레이트(210)의 가스 벤팅홀(211)을 통해 외부로 배출되도록 할 수 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에 따르면, 하나 또는 일부 배터리 셀(110)들의 열폭주(Thermal runaway) 발생시 벤팅 가스나 스파크 등이 다른 셀 어셈블리(100)로 전파되는 것을 차단 내지 현저히 지연시킬 수 있다. 따라서 배터리 모듈(10) 내부에 화재 발생시, 화재가 짧은 시간 내에 걷잡을 수 없이 커지는 것을 방지하여 조기 화재 진압 성공률을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(미도시)은 상기 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 이상 포함한다. 그리고 상기 배터리 팩은 상기 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(미도시)은, 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 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.
10: 배터리 모듈
100: 셀 어셈블리, 100(A): 제1 셀 어셈블리, 100(B): 제2 셀 어셈블리
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
200: 모듈 하우징
210: 탑 플레이트
211: 가스 벤팅홀
213: 홀 마개
220: 바틈 플레이트
230,240,250,260 : 측부 플레이트
300: 방화벽
310: 제1 격벽
320: 제2 격벽
321: 상측 플랜지, 323: 하측 플랜지
330: 제3 격벽
340: 완충부재
400: 버스바 어셈블리, 410: 버스바 프레임, 420: 버스바, 430: 방화 테이프
O1: 제1 공기층, O2: 제2 공기층, K: 리드 슬롯

Claims (12)

  1. 각각 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 2개 이상의 셀 어셈블리들;
    상기 2개 이상의 셀 어셈블리들을 수용할 수 있게 마련된 모듈 하우징; 및
    내열성 소재로 마련되고 내부에 공기층을 포함하고 상기 셀 어셈블리들 사이에 배치되는 방화벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방화벽은, 마이카(Mica)로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방화벽은, 상호 이격 배치된 제1 격벽, 제2 격벽 및 제3 격벽을 포함하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 제1 공기층이 구비되고, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 제2 공기층이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 격벽은 상기 모듈 하우징에 고정 결합되고,
    상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 적어도 하나의 완충부재가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 격벽은,
    상단에 수평 방향으로 연장되고 상기 모듈 하우징에 고정 결합되는 상측 플랜지; 및 하단에 수평 방향으로 연장되고 상기 모듈 하우징에 고정 결합되는 하측 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은,
    상기 셀 어셈블리들의 상부 위치하고 하나 이상의 가스 벤팅홀을 구비한 탑 플레이트; 및
    소정 온도에서 열 용융 가능한 수지 재질이고, 상기 가스 벤팅홀을 커버하도록 마련된 홀 마개를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 파우치형 배터리 셀들인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파우치형 배터리 셀들을 전기적으로 연결할 수 있게 구성된 버스바 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 버스바 어셈블리는,
    각 상기 셀 어셈블리의 전방부와 후방부 중 적어도 한 부분을 커버하도록 구성된 버스바 프레임; 및 상기 버스바 프레임에 고정되게 장착된 다수의 버스바들;을 포함하고,
    상기 버스바 프레임과 상기 다수의 버스바들은, 각각 상기 파우치형 배터리 셀들의 전극 리드들을 통과시킬 수 있는 다수의 리드 슬롯들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    소정 개수의 상기 파우치형 배터리 셀들은 그 전극 리드들이 포개져 하나의 상기 리드 슬롯에 삽입되도록 구성되고,
    상기 리드 슬롯은 상기 전극 리드들의 두께에 대응하는 폭으로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극 리드들은 대응하는 상기 버스바의 상기 리드 슬롯을 통과한 부분이 벤딩되어 상기 버스바의 표면에 고정되게 접촉되고,
    상기 버스바에서 상기 전극 리드가 인출되는 영역에 방화 테이프가 부착되어 상기 리드 슬롯이 차폐되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템.


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