KR20230049496A - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀, 복수의 배터리 셀을 수용하는 수용 공간을 갖고 적어도 일 단부가 개방된 모듈 케이스, 모듈 케이스의 일 단부를 커버하는 엔드 플레이트, 엔드 플레이트의 적어도 일부에 구비된 개구를 관통해 적어도 일 부분이 엔드 플레이트의 외부로 돌출되며, 수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 터미널 버스바 및 적어도 하나의 터미널 버스바가 관통되는 개구에 구비되며, 엔드 플레이트 외부로의 가스나 화염의 토출을 방지하기 위한 기밀 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 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 장점 또한 갖기 때문에 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 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 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.
이와 같이, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩 및/또는 배터리 랙에 있어서는, 일부 배터리 셀에서 문제가 생겨 이상 발열 또는 그로 인한 화재가 발생되는 경우 이러한 발열 및/또는 화재는 인접한 배터리 셀로 전파될 수 있고, 이로 인해 큰 규모의 화재 및/또는 폭발 등의 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 이러한 배터리 셀들의 과열 등에 따른 위험 상황 발생 시 안전성을 확보하는 것이 중요하다. 즉, 배터리 모듈 내에 구비된 배터리 셀의 이상 과열 등에 따른 화재 상황 발생 시 배터리 모듈 외부로의 화염이나 열 전달을 보다 신속하고 확실히 차단하는 것이 중요하다.
그러므로, 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 및 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내의 일부 배터리 셀의 이상 발열 등으로 인해 발생된 고온 가스 및/또는 스파크 및/또는 화염이 배터리 모듈 외부로 토출되는 것을 효과적으로 억제하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 수용 공간을 갖고 적어도 일 단부가 개방된 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스의 일 단부를 커버하는 엔드 플레이트; 상기 엔드 플레이트의 적어도 일부에 구비된 개구를 관통해 적어도 일 부분이 상기 엔드 플레이트의 외부로 돌출되며, 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 터미널 버스바; 및 상기 적어도 하나의 터미널 버스바가 관통되는 상기 개구에 구비되며, 상기 엔드 플레이트 외부로의 가스나 화염의 토출을 방지하기 위한 기밀 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
이 때, 상기 기밀 유닛은, 상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 1 가스켓; 상기 제 1 가스켓과 결합되며, 상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 1 커버; 를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기밀 유닛은, 상기 제 1 커버를 기준으로 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향에 배치되고 상기 제 1 커버와 맞닿으며, 상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 2 가스켓; 및 상기 제 2 가스켓의 적어도 일부를 감싸며, 상기 제 1 커버 및 상기 엔드 플레이트의 상기 개구와 결합하는 제 2 커버; 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 터미널 버스바는, 상기 돌출되는 방향을 따라 복수의 단을 구비할 수 있다.
이 때, 상기 터미널 버스바는, 상기 제 1 가스켓과 접촉하는 영역에서 제 1 단을 구비하며, 상기 제 1 커버와 접촉하는 영역에서 제 2 단을 구비할 수 있다.
한편, 상기 제 1 가스켓은, 상기 배터리 모듈의 내부에서 외부를 향하는 방향을 따라, 상기 터미널 버스바의 삽입을 가이드하기 위한 경사가 형성된, 가이드 리브를 구비할 수 있다.
한편, 상기 제 1 커버는, 상기 터미널 버스바의 둘레를 따라 형성되고 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 제 1 가스켓의 돌출부를 수용하도록, 중심부가 내측으로 만입되어 있을 수 있다.
한편, 상기 제 1 커버는, 상기 제 1 가스켓과 맞닿는 커버 플레이트; 및 상기 커버 플레이트로부터 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 원통 형상의 커버 돌기; 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 커버의 상기 커버 돌기의 외측면에는, 나사산이 구비되어 있을 수 있다.
이 때, 상기 제 2 커버는, 원통 형상의 제 1 원통부; 및 상기 제 1 원통부로부터 연장되며, 상기 제 1 원통부의 내경보다 큰 내경을 갖는 제 2 원통부; 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 커버의 상기 제 2 원통부의 내측면에는, 나사산이 구비되어 있을 수 있다.
이 때, 상기 제 1 커버의 상기 커버 돌기의 외측면과, 상기 제 2 커버의 상기 제 2 원통부의 내측면은, 서로 나사 결합될 수 있다.
한편, 상기 제 1 가스켓 및 상기 제 2 가스켓은, 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 가스켓은, 적어도 일부가 상기 제 1 커버의 내측으로 삽입되는 가스켓 돌기를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 가스켓의 상기 가스켓 돌기는, 상기 터미널 버스바의 상기 제 2 단과 접할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내의 일부 배터리 셀의 이상 발열 등으로 인해 발생된 고온 가스 및/또는 스파크 및/또는 화염이 배터리 모듈 외부로 토출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
이에 따라, 인접한 배터리 모듈 또는 배터리 팩으로의 발열 및/또는 화재 전파를 방지할 수 있다. 따라서 벤팅 가스의 누출에 의한 연쇄 발화가 방지될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 안전성이 향상된 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에서 배터리 모듈의 단부에 구비된 구성요소들을 확대한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 측단면도이다.
도 5는 도 4에서 배터리 모듈의 단부에 구비된 구성요소들을 확대한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 엔드 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈의 단부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 엔드 플레이트(300), 터미널 버스바(400) 및 기밀 유닛(500)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지일 수 있고, 예를 들어 파우치형 배터리 셀(100)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(100)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 원통형 셀이나 각형 셀 등과 같은 다른 형태의 배터리 셀(100)도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.
이하, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 셀인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 수용부, 수용부의 둘레에 형성되는 실링부 및 전극 조립체와 연결되며 실링부의 외부로 인출되는 한 쌍의 전극 리드를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드는, 전극 조립체에 구비된 전극 탭과 결합되며, 실링부를 통해 실링부의 외측으로 인출될 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드는, 배터리 셀(100)의 길이 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드는 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 인출될 수 있다.
한편, 상기 배터리 셀(100)은, 벤팅부를 포함할 수 있다. 파우치 타입의 배터리 셀(100)은, 이상 발열 및 그에 따른 내압 증가 시에, 배터리 셀(100)의 측부에서 벤팅이 발생되는 것이 일반적이다. 즉, 상기 배터리 셀(100)은, 내압 증가 시에 전극 리드가 인출되는 방향에 형성되는 실링부보다, 배터리 셀(100)의 폭방향 양 측부에 형성되는 실링부가 먼저 파단되는 경우가 많다. 따라서, 상기 벤팅부는, 상기 배터리 셀(100)의 폭방향 측부에 형성되는 실링부 측에 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 모듈 케이스(200)는 상기 복수의 배터리 셀(100)을 수용하는 수용 공간을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 케이스(200)는, 적어도 일 단부가 개방된 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 상기 모듈 케이스(200)는 X축 방향 일 단부가 개방된 형태일 수 있다. 상기 모듈 케이스(200)의 개방된 단부를 통해 복수의 배터리 셀(100)의 전극 리드들 및 터미널 버스바(400) 등이 노출될 수 있다. 따라서 상기 모듈 케이스(200)의 개방된 단부를 통해 상기 복수의 배터리 셀(100) 및 상기 터미널 버스바(400) 등이 삽입 및/또는 인출될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 엔드 플레이트(300)는 상기 모듈 케이스(200)의 일 단부를 커버할 수 있다. 상기 엔드 플레이트(300)는 상기 모듈 케이스(200)의 일 단부를 커버하면서 일 단부측에 결합될 수 있다. 상기 엔드 플레이트(300)는 상기 모듈 케이스(200)에 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 결합되어 형성될 수 있으나, 결합 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 엔드 플레이트(300)에는 상기 터미널 버스바(400)가 관통할 수 있는 적어도 하나의 개구가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2 를 참조하여 설명하면, 상기 엔드 플레이트(300)에는 터미널 버스바(400)가 배터리 모듈(10) 외부로 관통할 수 있도록 하기 위한 개구가 2개 구비되어 있다. 상기 개구를 통해 상기 터미널 버스바(400)가 배터리 모듈(10) 외부로 돌출됨에 따라, 상기 배터리 모듈(10)은 상기 배터리 모듈(10) 외부의 타 구성요소와 전기적으로 결합될 수 있다. 한편 상기 개구에는 상기 터미널 버스바(400)와 함께 상기 기밀 유닛(500)이 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)은, 적어도 하나의 터미널 버스바(400)를 포함할 수 있다.
상기 터미널 버스바(400)는, 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 상기 터미널 버스바(400)는, 상기 복수의 배터리 셀(100)의 전극 리드와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 특히, 터미널 버스바(400)는, 전극 리드와 직접 접촉하여 용접되거나 볼팅 체결될 수 있다. 이러한 터미널 버스바(400)는, 전극 리드 사이를 전기적으로 연결시키거나, 전극 리드로부터 센싱된 전압 정보를 외부의 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)로 전송할 수 있다.
상기 터미널 버스바(400)는 상기 모듈 케이스(200)의 일 단부를 향해 돌출된 구조일 수 있다. 상기 터미널 버스바(400)는 상기 엔드 플레이트(300)의 적어도 일부에 구비된 개구를 관통해 적어도 일 부분이 상기 엔드 플레이트(300)의 외부로 돌출될 수 있다. 또한 상기 터미널 버스바(400)는 상기 기밀 유닛(500)을 관통할 수 있다. 즉, 상기 터미널 버스바(400)는 상기 엔드 플레이트(300) 및 상기 기밀 유닛(500)을 동시에 관통할 수 있다.
한편, 상기 터미널 버스바(400)는, 상기 돌출되는 방향을 따라 복수의 단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 상기 터미널 버스바(400)는, 제 1 단(410) 및 제 2 단(420)을 구비할 수 있다. 제 1 단(410)은 후술할 기밀 유닛(500)의 제 1 가스켓(510)과 접촉할 수 있다. 또한 제 2 단(420)은 후술할 기밀 유닛(500)의 제 1 커버(520) 및 제 2 가스켓(530)과 접촉할 수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
도 3은 도 2에서 배터리 모듈의 단부에 구비된 구성요소들을 확대한 도면이다.
한편, 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 측단면도이고, 도 5는 도 4에서 배터리 모듈의 단부에 구비된 구성요소들을 확대한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 기밀 유닛(500)은 상기 배터리 모듈(10)의 일 단부에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기밀 유닛(500)은 배터리 모듈(10)의 일 단부에서 상기 엔드 플레이트(300)의 개구에 구비될 수 있다. 상기 기밀 유닛(500)은 터미널 버스바(400)에 의해 관통될 수 있다.
예를 들어 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 기밀 유닛(500)은 상기 적어도 하나의 터미널 버스바(400)가 관통되는 상기 엔드 플레이트(300)의 개구에 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 기밀 유닛(500)은, 배터리 모듈(10) 내에서 발생한 고온의 가스 또는 화염이, 상기 엔드 플레이트(300) 외부로로 토출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 벤팅 가스의 누출에 의한 연쇄 발화가 방지될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 기밀 유닛(500)은, 제 1 가스켓(510), 제 1 커버(520)를 포함할 수 있다. 상기 기밀 유닛(500)은 제 2 가스켓(530), 제 2 커버(540)를 더 포함할 수 있다.
상기 기밀 유닛(500)은 상기 터미널 버스바(400)가 상기 엔드 플레이트(300)를 관통하는 부분에서 사출 및/또는 조립 오차에 의해 발생될 수 있는 미세 틈새를 확실하게 밀봉할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1 가스켓(510)은 가이드 리브(511) 및 돌출부(512)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제 1 가스켓(510)은 중심부에 슬릿(510S)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 가스켓(510)은 상기 터미널 버스바(400)가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿(510S)을 구비할 수 있다. 상기 슬릿(510S)을 통해 상기 터미널 버스바(400)가 상기 제 1 가스켓(510)을 관통할 수 있다. 따라서 상기 슬릿(510S)의 형상과 상기 터미널 버스바(400)의 단면 형상은 실질적으로 거의 동일한 형상일 수 있다.
상기 제 1 가스켓(510)은 상기 터미널 버스바(400)의 제 1 단(410)과 접촉할 수 있다. 예를 들어 도 5를 참조하면, 상기 제 1 단(410)은 제 1 가스켓(510)의 슬릿(510S)의 내부면과 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 슬릿(510S)의 내부면은 상기 제 1 단(410)의 형상과 상보적인 형상이 되도록 단차지게 구성될 수 있다. 이와 같이 제 1 단(410)이 제 1 가스켓(510)과 접촉함과 동시에 단차를 형성함으로써, 배터리 모듈(10)의 내부에서 발생된 고온의 가스 또는 화염은, 상기 제 1 단(410)에 의해 외부로의 경로 진행에 방해를 받을 수 있다. 따라서, 고온의 가스 또는 화염이 배터리 모듈(10) 외부로 토출되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서 벤팅 가스의 누출에 의한 연쇄 발화가 방지될 수 있다.
한편, 상기 제 1 가스켓(510)은 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 특히, 상기 제 1 가스켓(510)이 탄성을 갖는 재질을 포함할 경우, 본래의 제 1 가스켓(510)의 두께보다 더 짧아지도록 압축될 수 있다. 이에 따라, 상기 기밀 유닛(500)의 기밀성이 극대화될 수 있다. 한편, 상기 제 1 가스켓(510)은, 열 전이 방지 기능을 수행하기 위해 열에 대한 내성이 강한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 가스켓(510)은 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 가이드 리브(511)는, 상기 배터리 모듈(10)의 내부에서 외부를 향하는 방향을 따라, 상기 터미널 버스바(400)의 삽입을 가이드하기 위해 경사가 형성된 구조일 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드 리브(511)는 챔퍼 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 도 5를 참조하면, 터미널 버스바(400)의 삽입을 가이드하기 위해 제 1 가스켓(510)의 중심의 슬릿(510S)을 향해 경사진 구조일 수 있다. 이와 같은 구조에 의해, 터미널 버스바(400)의 삽입이 용이해질 수 있다.
상기 돌출부(512)는 상기 제 1 가스켓(510)의 슬릿(510S)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 상기 돌출부(512)는 상기 터미널 버스바(400)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 상기 돌출부(512)는 상기 배터리 모듈(10)의 외부를 향하는 방향(+X 방향)으로 돌출된 구조일 수 있다. 상기 돌출부(512)는 후술할 제 1 커버(520)의 내측으로 삽입되어 견고하게 고정될 수 있다. 즉, 상기 제 1 커버(520)는, 상기 터미널 버스바(400)의 둘레를 따라 형성되고 상기 배터리 모듈(10)의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 제 1 가스켓(510)의 돌출부(512)를 수용하도록, 중심부가 내측으로 만입되어 있는 구조일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 제 1 커버(520)는 커버 돌기(521) 및 커버 플레이트(522)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 커버(520)는 중심부에 슬릿(520S)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 커버(520)는 상기 터미널 버스바(400)가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿(520S)을 구비할 수 있다. 상기 슬릿(520S)을 통해 상기 터미널 버스바(400)가 상기 제 1 커버(520)를 관통할 수 있다. 따라서 상기 슬릿(520S)의 형상과 상기 터미널 버스바(400)의 단면 형상은 실질적으로 거의 동일한 형상일 수 있다.
한편 상기 커버 플레이트(522)는 대략 평판 형상일 수 있다. 상기 커버 플레이트(522)는 상기 제 1 가스켓(510)의 외측면과 서로 맞닿도록 배치될 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 커버 플레이트(522)의 배터리 모듈(10) 내부를 향하는 면에는, 배터리 모듈(10)의 외부를 향하는 방향으로 내입된 적어도 하나의 홈이 구비될 수 있다. 예를 들어 상기 홈은 상기 슬릿(520S)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 상기 홈에는, 상기 제 1 가스켓(510)의 돌출부(512)가 삽입될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 가스켓(510)과 상기 제 1 커버(520)는 정 위치에서 서로 결합될 수 있다.
상기 제 1 커버(520)는 상기 제 1 가스켓(510)과 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 커버(520)는 추가적으로 상기 제 1 가스켓(510)과 볼팅 결합에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 상기 커버 플레이트(522) 및 상기 제 1 가스켓(510)에는 복수의 홀(hole)이 구비될 수 있고, 상기 복수의 홀을 관통하는 복수의 볼트에 의해서, 상기 제 1 커버(520) 및 상기 제 1 가스켓(510)은 서로 견고하게 결합될 수 있다. 그러나, 이는 결합 방식의 한 예시일 뿐이며, 다른 결합 방식이 채용될 수 있음은 물론이다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1 커버(520)는, 상기 커버 플레이트(522)로부터 상기 배터리 모듈(10)의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 원통 형상의 커버 돌기(521)를 구비할 수 있다. 상기 제 1 커버(520)의 상기 커버 돌기(521)의 외측면에는, 나사산이 구비되어 있을 수 있다. 상기 나사산은 후술할 제 2 커버(540)의 내측면에 구비된 나사산과 서로 결합되어 기밀 유닛(500)의 기밀성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6은 도 1의 배터리 모듈(10)의 엔드 플레이트(300)를 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 6은 상기 엔드 플레이트(300)를 상기 배터리 모듈(10)의 내측에서 외측을 향하는 방향(+X축 방향)으로 바라본 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 1 가스켓(510)이 제 1 커버(520)와 볼트에 의해 결합되어 엔드 플레이트(300)에 고정되어 있는 것을 확인할 수 있다. 제 1 가스켓(510)에 구비된 슬릿(510S)을 통해 터미널 버스바(400)가 삽입될 수 있다. 이 때, 상기 터미널 버스바(400)는 챔퍼 구조를 갖는 가이드 리브(511)에 의해 상기 슬릿(510S)으로의 삽입이 가이드될 수 있다. 이와 같은 구조에 의해, 터미널 버스바(400)의 삽입이 용이해질 수 있다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제 2 가스켓(530)은 제 1 원통부(531), 제 2 원통부(532) 및 가스켓 돌기(533)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 가스켓(530)은 중심부에 슬릿(530S)을 구비할 수 있다. 상기 제 2 가스켓(530)은 상기 터미널 버스바(400)가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿(530S)을 구비할 수 있다. 상기 슬릿(530S)을 통해 상기 터미널 버스바(400)가 상기 제 2 가스켓(530)을 관통할 수 있다. 따라서 상기 슬릿(530S)의 형상과 상기 터미널 버스바(400)의 단면 형상은 실질적으로 거의 동일한 형상일 수 있다.
상기 제 2 가스켓(530)은, 상기 제 1 커버(520)를 기준으로 상기 배터리 모듈(10)의 외부를 향하는 방향(+X 방향)에 배치될 수 있다. 상기 제 2 가스켓(530)은 상기 제 1 커버(520)와 맞닿을 수 있다.
상기 제 2 가스켓(530)은 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 한편, 상기 제 2 가스켓(530)은, 열 전이 방지 기능을 수행하기 위해 열에 대한 내성이 강한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 가스켓(530)은 실리콘을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1 원통부(531)는 배터리 모듈(10)의 외측을 향해 원통 형상으로 돌출된 구조일 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 제 1 원통부(531)는 최종적으로 배터리 모듈(10)의 외부로 노출될 수 있다.
상기 제 2 원통부(532)는 상기 제 1 원통부(531)로부터 상기 배터리 모듈(10)의 내측을 향해 연장되고 상기 제 2 원통부(532)보다 큰 외경을 갖는 구조일 수 있다. 상기 제 2 원통부(532)는 상기 제 1 커버(520)의 커버 돌기(521)와 맞닿도록 배치될 수 있다.
상기 가스켓 돌기(533)는 상기 제 2 가스켓(530)의 중심부에 형성되고 상기 배터리 모듈(10)의 내측을 향해 돌출된 구조일 수 있다. 상기 가스켓 돌기(533)는 적어도 일부가 상기 제 1 커버(520)의 내측으로 삽입될 수 있다.
상기 가스켓 돌기(533)는 상기 터미널 버스바(400)의 상기 제 2 단(420)과 접할 수 있다. 예를 들어 도 5를 참조하면, 상기 터미널 버스바(400)의 제 2 단(420)은 제 1 커버(520)의 슬릿(520S) 및 제 2 가스켓(530)의 슬릿(530S)이 접촉하는 경계에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 가스켓(530)의 가스켓 돌기(533)의 말단 영역은, 상기 제 2 단(420)의 단차진 영역에 맞닿을 수 있다. 이와 같이 상기 제 2 단(420)이 단차를 형성함으로써, 배터리 모듈(10)의 내부에서 발생된 고온의 가스 또는 화염은, 상기 제 2 단(420)에 의해 배터리 모듈(10) 외부로의 경로 진행에 방해를 받을 수 있다. 따라서, 고온의 가스 또는 화염이 배터리 모듈(10) 외부로 토출되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서 벤팅 가스의 누출에 의한 연쇄 발화가 방지될 수 있다. 즉, 터미널 버스바(400)의 제 1 단(410) 및 제 2 단(420)에 의해, 본 발명에서는 2차 기밀 구조가 달성될 수 있다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제 2 커버(540)는 제 1 원통부(541) 및 제 2 원통부(542)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 커버(540)는 중심부에 슬릿(540S)을 구비할 수 있다. 상기 제 2 커버(540)는 상기 터미널 버스바(400)가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿(540S)을 구비할 수 있다. 상기 슬릿(540S)을 통해 상기 터미널 버스바(400)가 상기 제 2 커버(540)를 관통할 수 있다. 따라서 상기 슬릿(540S)의 형상과 상기 터미널 버스바(400)의 단면 형상은 실질적으로 거의 동일한 형상일 수 있다.
도 5를 참조하면 상기 제 2 커버(540)는 상기 제 2 가스켓(530)의 적어도 일부를 감싸는 구조일 수 있다. 상기 제 2 커버(540)는, 상기 제 1 커버(520) 및 상기 엔드 플레이트(300)의 개구와 결합될 수 있다.
상기 제 2 커버(540)는, 예를 들어, 상면의 일부가 개방된 병뚜껑의 형상일 수 있다. 즉, 상기 제 2 커버(540)는 원통 형상의 제 1 원통부(541)를 구비할 수 있다. 이 때, 제 1 원통부(541)는 병뚜껑의 상면에 대응되는 영역일 수 있다. 도 5를 참조하면 상기 제 1 원통부(541)의 개방된 영역은 상기 제 2 가스켓(530)의 제 1 원통부(531)에 의해 관통될 수 있다. 도 5를 참조하면 상기 제 2 커버(540)의 제 1 원통부(541)의 내측면은, 상기 제 2 가스켓(530)의 제 2 원통부(532)의 외측면과 맞닿도록 배치될 수 있다.
상기 제 2 원통부(542)는 상기 제 1 원통부(541)로부터 연장되며, 상기 제 1 원통부(541)의 내경보다 큰 내경을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 2 원통부(542)는 병뚜껑의 기둥 부분에 대응되는 영역일 수 있다. 한편 제 2 원통부(542)의 외경과 상기 제 1 원통부(541)의 외경은 대략 동일할 수 있다.
상기 제 2 원통부(542)의 내측면에는, 나사산이 구비되어 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 커버(520)의 상기 커버 돌기(521)의 외측면과, 상기 제 2 커버(540)의 상기 제 2 원통부(542)의 내측면은, 서로 나사 결합될 수 있다. 상기 제 1 커버(520)의 상기 커버 돌기(521)의 외측면과, 상기 제 2 커버(540)의 상기 제 2 원통부(542)의 내측면이 서로 나사 결합됨에 따라, 제 1 커버(520)와 제 2 커버(540) 사이에 위치된 제 2 가스켓(530)의 제 2 원통부(532)가 압축되어 상기 기밀 유닛(500)의 기밀성이 강화될 수 있다. 특히, 상기 제 2 가스켓(530)이 탄성을 갖는 재질을 포함할 경우, 제 2 가스켓(530)의 본래의 제 2 원통부(532)의 길이보다 더 짧아지도록 압축될 수 있다. 이에 따라, 상기 기밀 유닛(500)의 기밀성이 극대화될 수 있다.
한편, 상기 제 2 커버(540)는 상기 엔드 플레이트(300)와 결합될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제 2 커버(540)의 제 2 원통부(542)가, 상기 엔드 플레이트(300)의 개구와 맞닿은 상태로 결합될 수 있다. 결합 방식으로는 용접 또는 접착이 가능하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 기밀성을 유지할 수 있을 정도의 결합 수단이라면 본 발명에 채용이 가능하다.
상기 터미널 버스바(400), 제 1 가스켓(510), 제 1 커버(520), 제 2 가스켓(530), 엔드 플레이트(300)를 서로 결합시킨 후, 상기 제 2 커버(540)를 마지막으로 조립하면서 엔드 플레이트(300)와 결합시킬 수 있기 때문에, 본 발명에 의하면 배터리 모듈(10)의 조립성이 증대될 수 있다. 이 때, 상기 결합은 예를 들면 용접에 의한 결합일 수 있다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈(10)의 단부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 터미널 버스바(400)는 배터리 모듈(10)의 외측을 향해 돌출되어 있다. 이러한 터미널 버스바(400)에 의해, 상기 배터리 모듈(10)은 배터리 모듈(10) 외부의 타 구성요소와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 터미널 버스바(400)는 상기 기밀 유닛(500)을 관통할 수 있다. 이 때, 상기 기밀 유닛(500)에 의해 배터리 모듈(10) 내외부 간의 가스 이동이 완벽하게 차단될 수 있다. 도 7을 참조하면, 제 2 가스켓(530) 및 제 2 커버(540)는 엔드 플레이트(300) 외부로 그 일부가 노출된 구조일 수 있다. 반면, 제 1 가스켓(510) 및 제 2 커버(540)는 상기 배터리 모듈(10)의 내측에 배치되어 있을 수 있다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 팩 케이스를 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(P)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(P)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈(10) 내의 일부 배터리 셀(100)의 이상 발열 등으로 인해 발생된 고온 가스 및/또는 스파크 및/또는 화염이 배터리 모듈(10) 외부로 토출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 안정성이 향상된 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(P) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하와 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 통상의 기술자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 배터리 모듈
100 배터리 셀
200 모듈 케이스
300 엔드 플레이트
400 터미널 버스바
410 제 1 단
420 제 2 단
500 기밀 유닛
510 제 1 가스켓
510S 슬릿
511 가이드 리브
512 돌출부
520 제 1 커버
520S 슬릿
521 커버 돌기
522 커버 플레이트
530 제 2 가스켓
530S 슬릿
531 제 1 원통부
532 제 2 원통부
533 가스켓 돌기
540 제 2 커버
540S 슬릿
541 제 1 원통부
542 제 2 원통부
P 배터리 팩
V 자동차

Claims (15)

  1. 배터리 모듈로서,
    복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 수용 공간을 갖고 적어도 일 단부가 개방된 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스의 일 단부를 커버하는 엔드 플레이트;
    상기 엔드 플레이트의 적어도 일부에 구비된 개구를 관통해 적어도 일 부분이 상기 엔드 플레이트의 외부로 돌출되며, 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 터미널 버스바; 및
    상기 적어도 하나의 터미널 버스바가 관통되는 상기 개구에 구비되며, 상기 엔드 플레이트 외부로의 가스나 화염의 토출을 방지하기 위한 기밀 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기밀 유닛은,
    상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 1 가스켓;
    상기 제 1 가스켓과 결합되며, 상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 1 커버;
    상기 제 1 커버를 기준으로 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향에 배치되고 상기 제 1 커버와 맞닿으며, 상기 터미널 버스바가 관통할 수 있도록 중심부에 슬릿을 구비하는 제 2 가스켓; 및
    상기 제 2 가스켓의 적어도 일부를 감싸며, 상기 제 1 커버 및 상기 엔드 플레이트의 상기 개구와 결합하는 제 2 커버;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터미널 버스바는,
    상기 돌출되는 방향을 따라 복수의 단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터미널 버스바는,
    상기 제 1 가스켓과 접촉하는 영역에서 제 1 단을 구비하며, 상기 제 1 커버와 접촉하는 영역에서 제 2 단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스켓은,
    상기 배터리 모듈의 내부에서 외부를 향하는 방향을 따라, 상기 터미널 버스바의 삽입을 가이드하기 위한 경사가 형성된, 가이드 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 커버는,
    상기 터미널 버스바의 둘레를 따라 형성되고 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 제 1 가스켓의 돌출부를 수용하도록, 중심부가 내측으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 커버는,
    상기 제 1 가스켓과 맞닿는 커버 플레이트; 및
    상기 커버 플레이트로부터 상기 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향으로 돌출된 원통 형상의 커버 돌기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 커버의 상기 커버 돌기의 외측면에는, 나사산이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 커버는,
    원통 형상의 제 1 원통부; 및
    상기 제 1 원통부로부터 연장되며, 상기 제 1 원통부의 내경보다 큰 내경을 갖는 제 2 원통부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 커버의 상기 제 2 원통부의 내측면에는, 나사산이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 커버의 상기 커버 돌기의 외측면과,
    상기 제 2 커버의 상기 제 2 원통부의 내측면은,
    서로 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스켓 및 상기 제 2 가스켓은,
    탄성을 갖는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 가스켓은,
    적어도 일부가 상기 제 1 커버의 내측으로 삽입되는 가스켓 돌기를 구비하고,
    상기 제 2 가스켓의 상기 가스켓 돌기는,
    상기 터미널 버스바의 상기 제 2 단과 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 기재된 배터리 팩;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
KR1020210132743A 2021-10-06 2021-10-06 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 KR20230049496A (ko)

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