KR20230040718A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20230040718A
KR20230040718A KR1020210124168A KR20210124168A KR20230040718A KR 20230040718 A KR20230040718 A KR 20230040718A KR 1020210124168 A KR1020210124168 A KR 1020210124168A KR 20210124168 A KR20210124168 A KR 20210124168A KR 20230040718 A KR20230040718 A KR 20230040718A
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김원경
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이응호
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에스케이온 주식회사
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Abstract

전극리드를 구비하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 전극리드와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바를 구비하는 버스바 조립체;를 포함하며, 상기 버스바 조립체에는 상기 배터리 셀에서 발생한 가스를 상기 셀 적층체의 외측 방향으로 배출하는 가스 배출구가 형성되고, 상기 모듈 하우징은 상기 가스 배출구에서 배출된 가스를 상기 모듈 하우징의 외부로 방출하는 벤팅부재를 구비하는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 복수개의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체를 구비하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀로 제조되어 사용되고 있다. 또한, 다수 개의 배터리 셀은 전기적으로 연결되어 적층된 형태의 셀 적층체를 형성하며, 모듈 하우징 내부에 배치되어 배터리 모듈을 이루게 된다.
한편, 배터리 셀의 수명이 종료시점에 다다르는 경우, 배터리 셀에 스웰링 현상이 발생하는 경우, 배터리 셀에 과충전이 발생하는 경우, 배터리 셀이 열에 노출되는 경우, 못과 같은 날카로운 물체가 배터리 셀의 외장재를 관통하는 경우, 배터리 셀에 외부 충격이 가해지는 경우 등 다양한 이벤트 발생 시 배터리 셀의 외부로 전해액 가스가 누출될 수 있다. 특히, 고용량 파우치형 리튬 이차전지의 경우 상기한 바와 같은 이벤트 발생 시 파우치(외장재)의 실링부위를 통해 다량의 전해액 가스가 노출되는 문제가 발생할 수 있다. 배터리 모듈 내부공간에서 발생한 전해액 가스를 배터리 팩의 외부로 방출하기 위하여 모듈 하우징의 벽면에 벤팅홀(벤팅부, 가스 배기구, 가스 통로구)을 설치하는 기술이 제안된 바 있다.
한편, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 배터리 셀의 형상과, 배터리 셀과 버스바의 연결구조, 모듈 하우징 내부에 수용되는 배터리 셀의 배치 구조 등으로 인하여 다수의 공간이 형성된다. 배터리 셀에서 발화가 이루어지는 경우 고온의 전해액 가스, 화염 및/또는 연소물질 등이 뿜어져 나와 상기한 공간을 채우게 된다.
그러나, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 모듈 하우징 내부에서 발생한 가스(본 명세서에서, '가스'는 전해액 가스, 화염, 연소물질을 포함하는 것으로 정의한다)를 벤팅홀을 통해 모듈 하우징의 외부로 신속하게 배출할 수 있도록 유도하기에 충분한 구조를 갖고 있지 않다. 이로 인해, 배터리 셀의 발화 후 전파되는 고온의 가스 및 열이 인접한 배터리 셀로 전파되어 인접한 배터리 셀의 발화가 순간적으로 발생하는 열 전파(Thermal Propagation) 현상을 방지하는데 한계가 있다.
KR 2020-0143977 A (2020.12.28. 공개) KR 2020-0110081 A (2020.09.23. 공개)
본 발명은 일 측면으로서, 배터리 셀에서 발생한 가스의 외부 배출이 신속하게 이루어지도록 유도하여 열전파 현상을 최소화할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서, 배터리 셀의 전극리드가 배치된 부분에서 배출된 가스가 모듈 하우징의 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 유도하는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 인접한 배터리 셀 사이의 열전파를 최소화할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 전극리드를 구비하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 전극리드와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바를 구비하는 버스바 조립체;를 포함하며, 상기 버스바 조립체에는 상기 배터리 셀에서 발생한 가스를 상기 셀 적층체의 외측 방향으로 배출하는 가스 배출구가 형성되고, 상기 모듈 하우징은 상기 가스 배출구에서 배출된 가스를 상기 모듈 하우징의 외부로 방출하는 벤팅부재를 구비하는 배터리 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 버스바 조립체의 외측면과 상기 모듈 하우징의 내측면 사이에는 상기 가스 배출구에서 배출된 가스가 유동하는 유동공간이 형성되며, 상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 유동공간에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.
또한, 상기 버스바 조립체는 상기 버스바가 설치되는 절연성의 지지 플레이트를 추가로 구비하며, 상기 가스 배출구는 상기 지지 플레이트와 상기 버스바 중 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 가스 배출구는 상기 지지 플레이트에 형성된 절연체 배출구와, 상기 절연체 배출구와 연통하며 상기 버스바에 형성된 버스바 배출구를 포함할 수 있다. 상기 버스바에는 상기 전극리드가 결합되는 결합홀이 형성되고, 상기 버스바 배출구는 상기 결합홀보다 폭이 큰 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 버스바 배출구는 상기 결합홀과 일체로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 지지 플레이트에는 상기 전극리드가 상기 버스바에 결합 가능하도록 상기 전극리드가 통과하는 관통홀이 형성되고, 상기 절연체 배출구는 상기 관통홀과 일체로 형성될 수 있다.
상기 유동공간은 상기 배터리 셀의 길이방향에 수직한 제1 평면 상으로 연장되며, 상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 유동공간의 일측 또는 양측에 구비될 수 있다.
또한, 상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 가스 배출구와 대향하는 면에 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 상기 셀 적층체의 적어도 일부를 덮는 채움부재;를 추가로 포함할 수 있다. 상기 채움부재는, 상기 셀 적층체와 상기 버스바 조립체의 내측면 사이에 형성되는 제1 공간 중 적어도 일부에 수용될 수 있다. 이때, 상기 전극리드는 상기 배터리 셀의 길이방향 양측 단부에 위치하며, 상기 버스바 조립체는 상기 배터리 셀의 길이방향 양측 단부에서 상기 전극리드와 결합되며, 상기 제1 공간은 상기 배터리 셀의 길이방향 양측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 채움부재는, 상기 셀 적층체의 상측과 이에 대향하는 상기 모듈 하우징의 내측면 사이에 형성되는 제2 공간 중 적어도 일부에 수용될 수 있다.
상기 채움부재는 내열온도가 100도 이상인 내열성 재료로 형성될 수 있다. 상기 채움부재는 세라믹, 그라파이트, 알루미나, 내열성 플라스틱 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 셀 적층체는 상기 배터리 셀 사이에 열과 화염 중 적어도 하나의 확산을 차단하는 열확산 차단부재를 구비할 수 있다. 상기 열확산 차단부재는 내화성 및 단열성 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 열확산 차단부재는 운모, 고령토, 에어로겔, 실리콘, 세라믹 중 적어도 일부를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 열확산 차단부재는, 상기 셀 적층체와 상기 버스바 조립체의 내측면 사이에 형성되는 제1 공간을 가로질러 상기 버스바 조립체에 결합될 수 있다.
또한, 상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징에 형성된 벤팅홀을 포함할 수 있다. 상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징에 형성된 벤팅홀과, 상기 벤팅홀에 설치되는 벤팅유닛을 포함할 수도 있으며, 상기 벤팅부재는 가스 배출 시 개방되는 구조를 가질 수 있다.
상기 배터리 셀은 내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부와, 상기 전극수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부와, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 상기 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지로 이루어질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀에서 발생한 가스의 외부 배출이 신속하게 이루어지도록 유도하여 열/화염 전파 현상을 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀의 전극리드가 배치된 부분에서 배출된 가스를 모듈 하우징의 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 유도하는 효과가 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 인접한 배터리 셀 사이의 열전파를 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도.
도 4는 도 2의 II-II'선에 따른 단면도.
도 5는 도 4의 B에서 바라본 버스바 조립체의 개략도.
도 6은 도 2에 도시된 셀 적층체와 버스바의 연결상태를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 버스바의 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셀 적층체와 버스바 조립체의 조립상태를 도시한 사시도.
도 10 및 도 11은 도 2에 도시된 배터리 모듈의 변형예를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 13은 도 12의 III-III'선에 따른 단면도.
도 14는 도 13의 C 부분의 확대도.
도 15는 도 13의 IV-IV'선에 따른 단면도.
도 16은 도 13에 도시된 배터리 모듈의 변형예를 도시한 단면도.
도 17은 도 16의 D 부분의 확대도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 19는 도 18의 V-V'선에 따른 단면도.
도 20은 도 19의 VI-VI'선에 따른 단면도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
먼저, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 모듈 하우징(150)을 구비한다.
모듈 하우징(150)은 내부에 배터리 셀(도 2의 120) 등의 부품을 수용하는 공간이 형성되고 양단이 개방된 하우징 몸체(151)와, 하우징 몸체(151)의 개방된 양단을 덮는 엔드 플레이트(153)를 구비할 수 있다. 도 1에서는 하우징 몸체(151)가 튜브형상을 갖는 일체형 구조를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 하우징 몸체(151)는 2 이상의 플레이트로 분할 제작된 후 일체화되는 것도 가능하며, 다양한 변경이 가능하다.
모듈 하우징(150)의 외부에는 모듈 하우징(150)의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출하는 벤팅부재(venting member)(155)가 구비될 수 있다. 본 명세서에서 '가스'는 전해액 가스, 화염, 연소물질 등을 모두 포함하는 것으로 정의하며, 벤팅부재(155)는 전해액 가스, 화염, 연소물질을 모듈 하우징(150)의 외부로 배출하는 기능을 수행하게 된다. 또한, 모듈 하우징(150)에는 버스바(도 2의 140)와 전기적으로 연결되는 외부 접속단자(TC)가 구비될 수 있다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이며, 도 4는 도 2의 II-II'선에 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은, 모듈 하우징(150) 내부에 셀 적층체(110)와 버스바 조립체(130)가 수용된다.
셀 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(120)이 적층되어 형성된다. 배터리 셀(120)은 외부로 노출된 전극리드(125)를 구비할 수 있다. 일 예로서, 배터리 셀(120)은 실링부(123)를 통하여 전극리드(125)가 외부로 노출되는 파우치형 이차전지로 구성될 수 있다. 전극리드(125)와 실링부(123) 사이에는 절연필름 등 절연물질로 이루어지는 절연부(126)가 배치될 수 있다.
또한, 셀 적층체(110)에는 적어도 하나의 완충패드(112)가 배치될 수 있다. 완충패드(112)는 배터리 셀(120) 사이에 배치될 수 있으며, 배터리 셀(120)과 모듈 하우징(150)의 측벽부 사이에 배치될 수 있다. 이러한 완충패드(112)는 특정 배터리 셀(120)이 스웰링(swelling) 현상에 의해 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있으므로, 셀 적층체(110)의 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 완충패드(112)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 그 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
버스바 조립체(130)는 전극리드(125)와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바(140)와, 버스바(140) 사이의 절연을 위하여 절연물질로 이루어지는 지지 플레이트(131)를 구비할 수 있다.
버스바(140)에는 전극리드(125)가 관통하여 결합하는 결합홀(142)이 형성될 수 있다. 전극리드(125)와 버스바(140)의 결합은 전극리드(125)가 결합홀(142)을 관통한 상태, 즉 전극리드(125)가 결합홀(142)의 외측으로 돌출되도록 한 상태에서 용접에 의해 수행될 수 있다.
지지 플레이트(131)는 버스바(140)와 배터리 셀(120) 사이에 배치되어 버스바(140)를 지지하며 지지 플레이트(131)에는 전극리드(125)가 관통하도록 관통홀(133)이 형성될 수 있다. 지지 플레이트(131)는 인접하는 버스바(140)를 전기적으로 분리하기 위하여 구획돌기(137)를 구비할 수 있다.
버스바 조립체(130)의 외측면과 모듈 하우징(150)의 내측면 사이에는 배터리 셀(120)에서 배출된 가스가 유동하는 유동공간(SF)이 형성될 수 있다.
또한, 벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150) 중에서 유동공간(SF)에 대응하는 위치에 구비되며, 배터리 셀(120)에서 배출된 가스는 유동공간(SF)을 통하여 흐른 후 벤팅부재(155)를 통해 모듈 하우징(150)의 외부로 배출될 수 있다.
일 예로서, 유동공간(SF)은 배터리 셀(120)의 길이방향(X1)에 수직한 제1 평면(X2-X3 평면) 상으로 연장될 수 있다. 또한, 배터리 셀(120)은 길이방향 (X1) 양단에 각각 전극리드(125)를 구비할 수 있으며, 유동공간(SF)은 각각의 전극리드(125)에 대응하도록 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양단에 배치될 수 있다.
벤팅부재(155)는 유동공간(SF)을 흐르는 가스를 모듈 하우징(150)의 외부로 배출할 수 있도록 모듈 하우징(150) 중에서 유동공간(SF)에 대응하는 위치에 구비될 수 있다. 벤팅부재(155)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유동공간(SF)의 양측 단부에 모두 구비될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 유동공간(SF)의 일측 단부에만 구비되는 것도 가능하다(도 10 참조). 또한, 유동공간(SF)이 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양단에 각각 배치될 수 있으며, 이 경우 각각의 유동공간(SF)에는 적어도 하나의 벤팅부재(155)가 설치될 수 있다.
벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150)의 벽면에 형성된 벤팅홀(156)로 이루어질 수 있다. 벤팅홀(156)은 개방된 구조를 가질 수 있다. 이와는 달리, 벤팅부재(155)는 벽면에 형성된 벤팅홀(156)과, 벤팅홀(156)에 설치되는 벤팅유닛(157)을 구비할 수 있다. 벤팅유닛(157)은 벤팅홀(156)에 고정되는 구조를 가질 수 있지만, 착탈 가능하게 결합되는 구조를 가질 수도 있다. 벤팅유닛(157)은 가스의 외부 배출을 용이하게 유도할 수 있도록 배출방향으로 일정한 길이를 가질 수 있으며, 이를 위하여 모듈 하우징(150)의 외측방향으로 연장된 구조를 가질 수 있다. 또한, 벤팅유닛(157)은 항상 개방된 구조를 가질 수 있다. 그러나, 벤팅유닛(157)은 외부 공기가 모듈 하우징(150)의 내부로 쉽게 유입되지 않도록 평상 시 폐쇄된 상태를 갖고, 가스 배출이 이루어질 때, 즉 모듈 하우징(150)의 내부 압력이 상승할 때 개방되는 구조를 가질 수 있다. 가스 배출 시 개방되는 벤팅유닛(157)의 구조는 플랩(flap), 밸브 구조 등 다양한 형태로 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2에서는 벤팅부재(155)가 엔드 플레이트(153)에 구비되는 것으로 도시되어 있지만, 벤팅부재(155)와 유동공간(SF)의 연통이 가능하다면 벤팅부재(155)의 설치위치는 전술한 구성에 한정되는 것은 아니며 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150)의 전면과 후면, 상면과 하면, 양 측면 중 적어도 일부에 구비될 수 있다. 즉, 벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150) 중에서 유동공간(SF)에 대응하는 위치에 설치될 수 있다. 또한, 벤팅부재(155)의 설치 개수도 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 셀 적층체(110)의 적어도 일부를 덮는 채움부재(filler)(160)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 채움부재(160)는 배터리 셀(120)에서 발생한 가스가 모듈 하우징(150) 내부의 임의의 공간으로 유동하거나 인접한 배터리 셀(120)로 전파되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 채움부재(160)는 발화 등 이벤트가 발생한 배터리 셀(120)에서 배출된 전해액 가스, 화염 및 연소물질이 셀 적층체(110) 주변의 공간에 머물러 이웃하는 배터리 셀(120)에 영향을 미치는 것을 최소화하고, 셀 적층체(110) 외부 공간으로 용이하게 배출될 수 있도록 안내하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 채움부재(160)는 실링부(123)가 벌어지는 현상을 최소화하거나 지연시키는 역할을 수행할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 버스바 조립체(130)의 내측면과 셀 적층체(110) 사이에는 제1 공간(S1)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 전극리드(125)는 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양측 단부에 위치하고, 버스바 조립체(130)는 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양측 단부에서 전극리드(125)와 결합되므로, 제1 공간(S1)은 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양측에 위치할 수 있다.
배터리 셀(120)은 실링부(123)의 두께가 전극조립체(도 7의 127)가 수용되는 전극수용부(도 7의 122)의 두께보다 얇으므로 실링부(123) 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 제1 공간(S1)은 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에 형성되는 공간에 해당하게 된다. 또한, 배터리 셀(120)에서 실링부(123)의 접착력은 전극리드(125) 부분이 가장 취약하므로 배터리 셀(120)의 가스 배출은 주로 전극리드(125)가 설치된 실링부(123)에서 이루어지게 된다.
채움부재(160)는 제1 공간(S1)의 적어도 일부를 채움으로써 배터리 셀(120)에서 배출된 가스가 제1 공간(S1)에 머무르지 않도록 기능할 수 있다. 예를 들어, 채움부재(160)는 배터리 셀(120)의 실링부(123; 도 7의 123a) 사이 및 버스바 조립체(130)의 내측면과 셀 적층체(110) 사이의 제1 공간(S1)에 채워져 배터리 셀(120)에서 배출되는 가스가 제1 공간(S1)에 머무르지 않고 유동공간(SF)으로 배출될 수 있도록 기능한다. 또한, 채움부재(160)는 실링부(123) 사이에 채워지므로 실링부(123)의 변형이 이루어지는 경우 압력을 가할 수 있으므로 실링부(123)가 벌어지는 현상을 방지하는 기능도 수행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 셀 적층체(110)의 상측과 이에 대향하는 모듈 하우징(150)의 내측면(151a) 사이에는 제2 공간(S2)이 형성된다. 채움부재(160)는 제2 공간(S2)의 적어도 일부를 채움으로써 배터리 셀(120)에서 배출된 가스가 제2 공간(S2)으로 이동하지 않도록 기능할 수 있다. 한편, 파우치형 배터리 셀(120)은 상측에도 실링부(123)가 형성되어 배터리 셀(120) 내부의 압력이 상승하는 경우 상측의 실링부(123; 도 7의 123b)가 벌어지는 현상이 발생할 수 있다. 이때, 채움부재(160)가 제2 공간(S2) 중 적어도 일부에 채워지는 경우 상측 실링부(123)의 변형에 대한 저항으로 작용하므로 상측의 실링부(123)를 통한 가스 배출을 최소화할 수 있다.
채움부재(160)는 배터리 셀(120)의 발화 등의 이벤트 상황에 대응하기 위하여 충분한 내열성 및/또는 내화성을 가질 수 있다. 예를 들어 채움부재(160)는 고온에서도 녹거나 연소하지 않도록 섭씨 100도 이상의 내열온도를 가질 수 있다. 또한, 채움부재(160)는 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 채움부재(160)는 세라믹, 그라파이트, 알루미나, 내열성 플라스틱 중 적어도 일부를 포함할 수 있으나, 그 재질은 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 채움부재(160)를 셀 적층체(110) 주변에 설치하는 방법은 사출 성형을 이용하여 제1 공간(S1) 및/또는 제2 공간(S2)의 적어도 일부에 대응하는 형상으로 채움부재(160)를 제작한 후 제1 공간(S1) 및/또는 제2 공간(S2)에 설치하거나 겔(gel) 타입의 원소재를 제1 공간(S1) 및/또는 제2 공간(S2)의 적어도 일부에 도포하는 방법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 셀 적층체(110)의 주변에 해당하는 제1 공간(S1) 및/또는 제2 공간(S2)에 채움부재(160)를 설치함으로써 배터리 셀(120)에서 배출되는 가스가 제1 공간(S1) 및/또는 제2 공간(S2)에 머무르지 않고 후술하는 가스 배출구(HG)를 통해 유동공간(SF) 측으로 용이하게 배출되도록 안내할 수 있다.
도 4를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 버스바 조립체(130)에는 배터리 셀(120)에서 발생한 가스를 셀 적층체(110)의 외측 방향, 즉 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 바깥쪽으로 배출하는 가스 배출구(HG)가 형성될 수 있다. 배터리 셀(120)에서 발생한 가스는 주로 전극리드(125)가 배치된 실링부(123)를 통해 배출되는데, 버스바 조립체(130)에 실링부(123)/전극리드(125)의 연장 방향, 즉 가스배출 방향에 대응하여 가스 배출구(HG)가 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 실링부(123)를 통해 배출되는 가스는 버스바 조립체(130)에 형성된 가스 배출구(HG)를 통해 유동공간(SF)으로 용이하게 배출될 수 있다. 또한, 채움부재(160)가 제1 공간(S1)의 적어도 일부를 채우도록 구성될 수 있으므로, 배터리 셀(120)에서 배출되는 가스는 제1 공간(S1)에 머무르지 않고 가스 배출구(HG)를 통해 유동공간(SF)으로 쉽게 배출될 수 있다.
배터리 셀(120)에서 가스 배출구(HG)를 통해 유동공간(SF)으로 이동한 가스는 유동공간(SF)에 연통하여 구비되는 벤팅부재(155)를 통해 모듈 하우징(150)의 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 버스바 조립체(130)에 가스 배출구(HG)가 직접 형성되므로 배터리 셀(120)의 가스 배출이 용이하게 이루어지도록 안내할 수 있다.
가스 배출구(HG)는 지지 플레이트(131)와 버스바(140) 중 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 가스 배출구(HG)는 지지 플레이트(131)와 버스바(140) 모두에 구비될 수 있지만, 어느 하나에만 구비되는 것도 가능하다. 예를 들어, 버스바(140)보다 지지 플레이트(131)의 면적이 크므로 지지 플레이트(131)에만 가스 배출구(HG)가 형성되는 것도 가능하다. 또한, 가스 배출구(HG)는 지지 플레이트(131) 및/또는 버스바(140)를 관통하는 홀 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 홈 형상으로 이루어지는 것도 가능하다.
가스 배출구(HG)는 지지 플레이트(131)에 형성된 절연체 배출구(135)와, 절연체 배출구(135)와 연통하며 상기 버스바(140)에 형성된 버스바 배출구(145)를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 B에서 바라본 버스바 조립체(130)의 개략도이다. 도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 버스바(140)에는 전극리드(125)가 결합되는 결합홀(142)이 형성되는데, 버스바 배출구(145)는 결합홀(142)과 일체로 형성되어 결합홀(142)과 연통되는 구조를 가질 수도 있다. 버스바 배출구(145)는 가스 배출이 용이하게 이루어질 수 있도록 버스바 배출구(145)의 폭(W2)이 결합홀(142)의 폭(W1)보다 큰 형상을 가질 수 있다. 즉, 버스바 배출구(145)는 결합홀(142)보다 폭방향으로 확장된 형상을 가질 수 있다. 다만, 버스바 배출구(145)와 결합홀(142)은 일체로 연결되지 않고 서로 분리된 구조를 갖는 것도 가능하다.
이와 같이, 버스바 배출구(145)가 결합홀(142)에 인접하여 설치되므로 전극리드(125) 주변의 실링부(123)에서 배출되는 가스는 전극리드(125)의 연장방향에 위치하는 버스바 배출구(145)를 통해 유동공간(SF)으로 쉽게 배출될 수 있게 된다.
또한, 지지 플레이트(131)에는 전극리드(125)가 버스바(140)에 결합 가능하도록 전극리드(125)가 통과하는 관통홀(133)이 형성될 수 있다. 절연체 배출구(135)는 관통홀(133)과 일체로 형성되어 관통홀(133)과 연통되는 구조를 가질 수 있다. 다만, 절연체 배출구(135)와 관통홀(133)은 서로 분리된 구조를 갖는 것도 가능하다. 관통홀(133)은 전극리드(125)의 통과를 위하여 결합홀(142)보다 큰 폭을 가질 수 있으며, 이에 따라 절연체 배출구(135)는 관통홀(133)과 동일하거나 유사한 폭을 가질 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 셀 적층체(110)와 버스바(140)의 연결상태를 도시한 사시도로서, 버스바(140)의 구조를 명확히 도시하기 위하여 버스바 조립체(130)의 지지 플레이트(131)를 제외한 상태를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀(120)은 적층되어 셀 적층체(110)를 이루며, 셀 적층체(110)에는 완충패드(112)가 구비될 수 있다. 버스바(140)는 복수의 배터리 셀(120)을 전기적으로 연결하는 제1 버스바(140a)와, 배터리 셀(120)과 외부 접속단자(도 1의 TC)를 연결하는 제2 버스바(140b)를 구비할 수 있으며, 버스바(140)에는 배터리 셀(120)의 전극리드(125)가 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀(120)의 사시도이다. 본 발명의 실시예에서, 배터리 셀(120)은 파우치형(pouched type) 이차전지로 구성될 수 있으며, 전극리드(125)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀(120)은 외장재를 형성하는 파우치(121) 내에 전극조립체(127)가 수용된 형태를 가지며, 파우치(121)의 외부로 전극리드(125)의 일부가 노출되는 구조를 가질 수 있다.
파우치(121)는 전극수용부(122)와 실링부(123)로 구분될 수 있다. 전극수용부(122)는 용기 형태로 형성되어 내부에 전극조립체(127) 및 전해액이 수용되는 공간을 제공한다. 전극조립체(127)는 다수의 전극판(미도시) 및 전극탭(미도시)을 구비하며 파우치(121) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극조립체(127)는 양극판과 음극판의 넓은 면이 서로 마주보도록 한 상태에서 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 두께 방향(X2)으로적층된 형태로 구성될 수 있다. 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극탭이 구비되며, 전극탭은 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 극성의 전극리드(125)에 연결될 수 있다. 즉, 전극리드(125)는 전극탭을 통하여 전극조립체(127)의 전극판에 전기적으로 연결될 수 있다.
실링부(123)는 파우치(121)의 일부가 접합되어 수용부(122)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(123)는 용기 형태로 형성되는 수용부(122)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 수용부(122)의 외곽을 따라 배치된다. 실링부(123) 형성을 위한 파우치(121)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 실시예에서 실링부(123)는 전극리드(125)가 배치되는 제1 실링부(123a)와, 전극리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)로 구분될 수 있다. 이때, 전극리드(125)가 인출되는 위치에서 제1 실링부(123a)의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있도록 전극리드(125)는 절연부(126)에 의해 덮인 상태를 가질 수 있다.
본 실시예에서 파우치(121)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 한 장의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부들이 하나의 공간{즉 수용부(122)}을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(121)를 완성할 수 있다.
본 실시예에서 수용부(122)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 수용부(122)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(123)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(123)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(123)는 수용부(122)의 외곽에 형성되되, 수용부(122)의 세 면에만 구비되며, 수용부(122)의 외곽 중 어느 한 면(도 7에서 하부면)에는 실링부(123)가 배치되지 않을 수 있다.
본 실시예에서 전극리드(125)는 배터리 셀(120)의 길이방향(X1) 양측에 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 배터리 셀(120)의 길이방향 일측에는 제1 극성(예를 들어, 양극)의 전극리드(125)가 배치되고, 길이방향 타측에는 제2 극성(예를 들어, 음극)의 전극리드(125)가 배치된다. 2개의 전극리드(125)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(123)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(123)는 전극리드(125)가 배치되는 2개의 제1 실링부(123a), 그리고 전극리드(125)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(123b)로 구성된다. 도 7에서는 제2 실링부(123b)가 파우치(121)의 상면에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 제2 실링부(123b)는 파우치(121)의 하면에 형성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 사용되는 파우치(121)는 도 7에 도시된 바와 같이 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(123)가 형성되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 외장재를 겹쳐 수용부(122)를 형성하고, 수용부(122) 둘레의 4면 모두에 실링부(123)가 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 실링부(123)는 전극리드(125)가 배치되는 2개의 제1 실링부(123a), 그리고 전극리드(125)가 배치되지 않는 2개의 제2 실링부(123b)로 구성될 수 있다. 이때, 제2 실링부(123b)는 배터리 셀(120)의 상면과 하면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 배터리 셀(120)은 실링부(123)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(123)의 부피/면적을 최소화하기 위해, 실링부(123)는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(123) 중 전극리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)는 2회 접힌 후 접착 부재(124)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 제2 실링부(123b)는 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 다시 도 3에 도시된 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다. 이때, 제2 실링부(123b)의 내부에는 접착 부재(124)가 충진될 수 있으며, 제2 실링부(123b)는 접착 부재(124)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(124)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(124)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(120)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.
이러한 배터리 셀(120)은 모듈 하우징(150)의 내부공간에 배치되며, 복수 개의 배터리 셀(120)이 모듈 하우징(150)의 내부공간에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치되어 셀 적층체(도 6의 110)를 이루게 된다. 다만, 본 발명의 실시예에서 배터리 셀(120)은 전술한 파우치형 이차전지로 한정되는 것은 아니며, 버스바 조립체(130)에 전극리드가 연결되는 각형 또는 원통형 이차전지로 구성되는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 버스바(140)의 사시도이다. 버스바(140)는 버스바 몸체(141)에 결합홀(142)과 버스바 배출구(145)가 형성되는 구성을 갖는다. 버스바 배출구(145)를 통한 가스 배출이 용이하게 이루어질 수 있도록 버스바 배출구(145)는 결합홀(142)보다 폭방향으로 확장된 형상을 가질 수 있다. 즉, 버스바 배출구(145)의 폭(W2)은 결합홀(142)의 폭(W1)보다 큰 형상을 가질 수 있다. 또한, 버스바 배출구(145)는 결합홀(142)의 하부에 결합홀(142)과 일체로 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셀 적층체(110)와 버스바 조립체(130)의 조립상태를 도시한 사시도이다. 셀 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(120)이 폭방향(X2)으로 적층되며, 셀 적층체(110)의 길이방향(X1)으로 버스바 조립체(130)가 연결된다. 버스바 조립체(130)는 절연성의 지지 플레이트(131)와 배터리 셀(120)의 전극리드(125)가 전기적으로 연결되는 버스바(140)를 구비할 수 있다. 버스바(140)는 제1 버스바(140a)와 제2 버스바(140b)를 구비할 수 있다. 버스바(140)는 전극리드(125)가 결합되는 부분에 인접하여 배터리 셀(120)에서 배출되는 가스를 셀 적층체(110)의 외측방향으로 배출하는 버스바 배출구(145)를 구비할 수 있다.
도 10 및 도 11은 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 10에 도시된 변형예는 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)의 실시예에 비해 셀 적층체(110)에 열확산 차단부재(thermal propagation blocking member)(115)가 설치된다는 점과, 벤팅부재(155)가 유동공간(SF)의 일측에만 배치되어 있다는 점에서만 차이가 있다. 또한, 도 11에 도시된 변형예는 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)의 실시예에 비해 셀 적층체(110)에 열확산 차단부재(115)가 설치된다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 도 10 및 도 11에 도시된 변형예는 전술한 차이점을 제외하고는 도 1 내지 도 9를 통하여 설명한 배터리 모듈(100)의 구성이 적용될 수 있다.
그러므로, 불필요한 중복을 피하기 위하여 도 10 및 도 11에 도시된 변형예에 대한 구체적인 설명은 생략하고 도 1 내지 도 9를 통하여 설명한 기재로 갈음하기로 한다. 또한, 도 10 및 도 11에 도시된 변형예에 대하여 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11의 변형예는 열확산 차단부재(115)가 배터리 셀(120) 사이에 배치되는 구성을 갖는다. 열확산 차단부재(115)는 배터리 셀(120) 사이에 배치되어 어느 하나의 배터리 셀(120)에서 발생한 열과 화염 중 적어도 하나가 다른 배터리 셀(120)로 전파되는 것을 차단하게 된다. 열확산 차단부재(115)는 면상 구조물로 이루어질 수 있다. 이러한 열확산 차단부재(115)는 도 11에 도시된 바와 같이 각각의 배터리 셀(120) 사이에 배치되는 것도 가능하지만, 도 10에 도시된 바와 같이 그룹화된 복수의 배터리 셀(120) 사이에 설치되는 것도 가능하다. 예를 들어, 열확산 차단부재(115)는 2개의 배터리 셀(120)을 하나의 그룹으로 각각의 그룹 사이에 배치될 수 있다. 이때, 열확산 차단부재(115)에 의해 구획되는 배터리 셀(120)의 개수는 2개 이상 복수로 이루어질 수 있다. 열확산 차단부재(115)에 의해 구획되는 배터리 셀(120)의 개수는 배터리 셀(120)의 발열량이나 열확산 차단부재(115)의 성능, 두께 등을 고려하여 설정될 수 있다.
열확산 차단부재(115)는 인접한 배터리 셀(120), 또는 배터리 셀(120)의 그룹 사이의 열/화염 전파 차단을 위하여 내화성 및 단열성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 섭씨 1000도 이상의 고온에서 발화되지 않고 견딜 수 있는 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 열확산 차단부재(115)는 운모(mica), 고령토(kaoline), 에어로겔, 실리콘, 세라믹 중 적어도 일부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이외에도 각종 광물섬유, 유리섬유 등 공지의 열확안 차단물질을 포함할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 변형예의 경우 벤팅부재(155)가 유동공간(SF)의 일측에만 설치되므로, 배터리 셀(120)에서 배출되어 유동공간(SF)으로 이동한 가스는 유동공간(SF) 일측의 벤팅부재(155)를 통해 모듈 하우징(150)의 외부로 배출될 수 있다.
다음으로, 도 12 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈(100)에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈(100)의 사시도이고, 도 13은 도 12의 III-III'선에 따른 단면도이고, 도 14는 도 13의 C 부분의 확대도이며, 도 15는 도 13의 IV-IV'선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 배터리 모듈(100)과 대비할 때, 도 12 내지 도 15에 도시된 배터리 모듈(100)은 벤팅부재(155)가 모듈 하우징(150) 중에서 가스 배출구(HG)와 대향하는 면에 구비된다는 점에서 차이가 있다.
따라서, 도 12 내지 도 15에 도시된 실시예는 전술한 차이점을 제외하고는 도 1 내지 도 9를 통하여 설명한 배터리 모듈(100)의 구성이 적용될 수 있다.
그러므로, 불필요한 중복을 피하기 위하여 도 12 내지 도 15에 도시된 실시예에 대한 구체적인 설명은 생략하고 도 1 내지 도 9를 통하여 설명한 기재로 갈음하기로 한다. 또한, 도 12 내지 도 15에 도시된 실시예에 대하여 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, 벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150)의 전면과 후면에 대응하는 엔드 플레이트(153)에 구비될 수 있다.
이에 따라, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 벤팅부재(155)는 모듈 하우징(150) 중에서 가스 배출구(HG)와 대향하는 면에 구비될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 전극리드(125)에 인접한 실링부(123)를 통하여 배출된 가스는 전극리드(125)의 연장방향으로 설치된 가스 배출구(HG)를 통하여 유동공간(SF)으로 배출되며, 유동공간(SF)으로 배출된 가스는 가스 배출구(HG)와 대향하는 면에 구비되는 벤팅부재(155)를 통해 모듈 하우징(150)의 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 유동공간(SF)으로 배출되는 가스가 가스 배출구(HG)와 인접한 벤팅부재(155)를 통해 배출될 수 있으므로 신속한 가스 배출이 가능하게 된다. 벤팅부재(155)는 원활할 가스 배출을 위하여 가스 배출구(HG)의 높이에 대응하는 높이에 구비될 수 있다. 또한, 모듈 하우징(150)에 구비되는 벤팅부재(155)의 개수 및/또는 간격은 가스의 배출압력 등을 고려하여 설정될 수 있다.
다음으로, 도 16 및 17을 참조하여, 도 12 내지 도 15에 도시된 배터리 모듈(100)의 변형예에 대해 설명한다. 도 16은 도 13에 도시된 배터리 모듈(100)의 변형예를 도시한 단면도이고, 도 17은 도 16의 D 부분의 확대도이다.
도 16 및 도 17에 도시된 변형예는 도 13에 도시된 배터리 모듈(100)의 실시예에 비해 셀 적층체(110)에 열확산 차단부재(115)가 설치된다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 도 16 및 도 17에 도시된 변형예는 전술한 차이점을 제외하고는 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한 배터리 모듈(100)의 구성이 적용될 수 있다.
그러므로, 불필요한 중복을 피하기 위하여 도 16 및 도 17에 도시된 변형예에 대한 구체적인 설명은 생략하고 도 12 내지 도 15를 통하여 설명한 기재로 갈음하기로 한다. 또한, 도 16 및 도 17에 도시된 실시예에 변형예에 대하여 도 12 내지 내지 도 15에 도시된 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 16 및 도 17의 변형예는 열확산 차단부재(115)가 배터리 셀(120) 사이에 배치되는 구성을 갖는다. 열확산 차단부재(115)는 배터리 셀(120) 사이에 배치되어 어느 하나의 배터리 셀(120)에서 발생한 열과 화염 중 적어도 하나가 다른 배터리 셀(120)로 전파되는 것을 차단하게 된다. 열확산 차단부재(115)는 면상 구조물로 이루어질 수 있다. 이러한 열확산 차단부재(115)는 각각의 배터리 셀(120) 사이에 배치되는 것도 가능하지만, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 그룹화된 복수의 배터리 셀(120) 사이에 설치되는 것도 가능하다. 예를 들어, 열확산 차단부재(115)는 2개의 배터리 셀(120)을 하나의 그룹으로 각각의 그룹 사이에 배치될 수 있다. 이때, 열확산 차단부재(115)에 의해 구획되는 배터리 셀(120)의 개수는 2개 이상 복수로 이루어질 수 있다.
또한, 열확산 차단부재(115)는 셀 적층체(110)와 버스바 조립체(130)의 내측면 사이에 형성되는 제1 공간(S1)을 가로질러 버스바 조립체(130)에 결합될 수 있다. 즉, 열확산 차단부재(115)는 배터리 셀(120) 사이의 접촉면을 넘어서서 지지 플레이트(131)까지 연장되는 구조를 가질 수 있다. 지지 플레이트(131)에는 열확산 차단부재(115)가 결합되는 결합홈(139)이 형성될 수 있다. 이와 같이 열확산 차단부재(115)가 제1 공간(S1)을 가로질러 지지 플레이트(131)에 결합되는 경우 인접하는 배터리 셀(120), 또는 배터리 셀(120)의 그룹 사이의 공간을 차단할 수 있으므로, 제1 공간(S1)을 통한 열/화염 전파를 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 도 16 및 도 17의 변형예는 제1 공간(S1)에 채움부재(160)가 설치되는지 여부와 관계없이 제1 공간(S1)을 통한 열/화염 전파를 차단할 수 있게 된다.
열확산 차단부재(115)는 인접한 배터리 셀(120), 또는 배터리 셀(120)의 그룹 사이의 열/화염 전파 차단을 위하여 내화성 및 단열성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 섭씨 1000도 이상의 고온에서 발화되지 않고 견딜 수 있는 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 열확산 차단부재(115)는 운모(mica), 고령토(kaoline), 에어로겔, 실리콘, 세라믹 중 적어도 일부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이외에도 각종 광물섬유, 유리섬유 등을 포함할 수 있다.
마지막으로, 도 18 내지 도 20을 참조하여, 배터리 모듈(100)의 또 다른 실시예에 대해 설명한다. 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 배터리 모듈(100)의 사시도이고, 도 19는 도 18의 V-V'선에 따른 단면도이며, 도 20은 도 19의 VI-VI'선에 따른 단면도이다.
도 18 내지 도 20에 도시된 배터리 모듈(100)은 도 1 및 도 12에 도시된 배터리 모듈(100)과는 달리 벤팅부재(155)가 모듈 하우징(150)의 상면에 구비된다. 따라서, 배터리 셀(120)에서 배출되어 유동공간(SF)을 흐르는 가스는 모듈 하우징(150) 상면의 벤팅부재(155)를 통해 배출될 수 있다. 다만, 벤팅부재(155)의 설치위치는 모듈 하우징(150)의 상면으로 한정되는 것은 아니며, 모듈 하우징(150)의 측면(도 1 참조)이나 전면과 후면(도 12 참조) 중 적어도 일부에 추가로 구비되는 것도 가능하다.
도 19에 도시된 배터리 모듈(100)은 도 16 및 도 17에 도시된 실시예와 마찬가지로 배터리 셀(120) 사이에 열확산 차단부재(115)가 설치될 수 있다. 도 19에 도시된 배터리 모듈(100)의 구조는 벤팅부재(155)의 위치를 제외하고는 도 16과 도 17에 도시된 배터리 모듈(100)의 구조와 동일하다. 따라서, 불필요한 중복을 피하기 위하여 열확산 차단부재(115)의 구성 및 그 설치구조에 대한 상세한 설명은 전술한 기재로 갈음하고 생략하기로 한다.
도 20을 참조하면, 배터리 셀(120)에서 배출된 가스는 유동공간(SF)으로 이동한 후 유동공간(SF) 상부에 위치하는 벤팅부재(155)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 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 실시예 및 변형예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
100... 배터리 모듈 110... 셀 적층체
112... 완충패드 115... 열확산 차단부재
120... 배터리 셀 123... 실링부
125... 전극리드 130... 버스바 조립체
131... 지지 플레이트 133... 관통홀
135... 절연체 배출구 137... 구획돌기
139... 결합홈 140... 버스바
141... 버스바 몸체 142... 결합홀
145... 버스바 배출구 150... 모듈 하우징
151... 하우징 몸체 153... 엔드 플레이트
155... 벤팅부재 156... 벤팅홀
157... 벤팅유닛 160... 채움부재
HG... 가스 배출구 SF... 유동공간
S1... 제1 공간 S2... 제2 공간
TC... 외부 접속단자 X1... 길이방향
X2... 폭방향 X3... 높이방향
W1... 결합홀의 폭 W2... 버스바 배출구의 폭

Claims (22)

  1. 전극리드를 구비하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및
    상기 전극리드와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바를 구비하는 버스바 조립체;
    를 포함하며,
    상기 버스바 조립체에는 상기 배터리 셀에서 발생한 가스를 상기 셀 적층체의 외측 방향으로 배출하는 가스 배출구가 형성되고,
    상기 모듈 하우징은 상기 가스 배출구에서 배출된 가스를 상기 모듈 하우징의 외부로 방출하는 벤팅부재를 구비하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 조립체의 외측면과 상기 모듈 하우징의 내측면 사이에는 상기 가스 배출구에서 배출된 가스가 유동하는 유동공간이 형성되며,
    상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 유동공간에 대응하는 위치에 구비되는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 조립체는 상기 버스바가 설치되는 절연성의 지지 플레이트를 추가로 구비하며,
    상기 가스 배출구는 상기 지지 플레이트와 상기 버스바 중 적어도 일부를 관통하여 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 상기 지지 플레이트에 형성된 절연체 배출구와, 상기 절연체 배출구와 연통하며 상기 버스바에 형성된 버스바 배출구를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스바에는 상기 전극리드가 결합되는 결합홀이 형성되고,
    상기 버스바 배출구는 상기 결합홀보다 폭이 큰 형상을 갖는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 배출구는 상기 결합홀과 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지지 플레이트에는 상기 전극리드가 상기 버스바에 결합 가능하도록 상기 전극리드가 통과하는 관통홀이 형성되고,
    상기 절연체 배출구는 상기 관통홀과 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 유동공간은 상기 배터리 셀의 길이방향에 수직한 제1 평면 상으로 연장되며,
    상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 유동공간의 일측 또는 양측에 구비되는 배터리 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징 중에서 상기 가스 배출구와 대향하는 면에 구비되는 배터리 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 셀 적층체의 적어도 일부를 덮는 채움부재;
    를 추가로 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채움부재는, 상기 셀 적층체와 상기 버스바 조립체의 내측면 사이에 형성되는 제1 공간 중 적어도 일부에 수용되는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전극리드는 상기 배터리 셀의 길이방향 양측 단부에 위치하며,
    상기 버스바 조립체는 상기 배터리 셀의 길이방향 양측 단부에서 상기 전극리드와 결합되며,
    상기 제1 공간은 상기 배터리 셀의 길이방향 양측에 위치하는 배터리 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 채움부재는, 상기 셀 적층체의 상측과 이에 대향하는 상기 모듈 하우징의 내측면 사이에 형성되는 제2 공간 중 적어도 일부에 수용되는 배터리 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 채움부재는 내열온도가 100도 이상인 재료로 형성되는 배터리 모듈.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 채움부재는 세라믹, 그라파이트, 알루미나, 내열성 플라스틱 중 적어도 일부를 포함하는 배터리 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 상기 배터리 셀 사이에 열과 화염 중 적어도 하나의 확산을 차단하는 열확산 차단부재를 구비하는 배터리 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 열확산 차단부재는 내화성 및 단열성 소재로 이루어지는 배터리 모듈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 열확산 차단부재는 운모, 고령토, 에어로겔, 실리콘, 세라믹 중 적어도 일부를 포함하여 구성되는 배터리 모듈.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 열확산 차단부재는, 상기 셀 적층체와 상기 버스바 조립체의 내측면 사이에 형성되는 제1 공간을 가로질러 상기 버스바 조립체에 결합되는 배터리 모듈.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징에 형성된 벤팅홀을 포함하는 배터리 모듈.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅부재는 상기 모듈 하우징에 형성된 벤팅홀과, 상기 벤팅홀에 설치되는 벤팅유닛을 포함하며,
    상기 벤팅부재는 가스 배출 시 개방되는 구조를 갖는 배터리 모듈.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부와, 상기 전극수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부와, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 상기 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지로 이루어지는 배터리 모듈.
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