KR20230061158A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들을 구비한 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 하우징; 및 전기 절연성 재질로 마련되고, 상기 셀 어셈블리의 적어도 일 측면과 상기 모듈 하우징의 일 측면 사이에 구비되는 절연 커버 플레이트;를 포함하고, 상기 절연 커버 플레이트는 소정의 형태로 자르거나 베어서 끊은 절단선으로 이루어진 하나 이상의 절단 패턴부를 구비하고, 상기 모듈 하우징은 각 상기 절단 패턴부에 대응하는 영역마다 벤팅홀을 구비할 수 있다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and Battery pack including the same}

본 발명은, 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈의 내부 발화시 화염의 외부 유출을 최소화하며 폭발 위험을 낮추기 위한 구조를 적용한 배터리 모듈에 관한 것이다.

전기에너지를 화학에너지의 형태로 전환하고 충,방전 반복이 가능한 반영구적인 전지를 한 번 사용 후 재사용이 불가한 일차전지와 구분하여 이차전지라고 지칭한다.

이차전지로는 리튬 이차전지, 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 납축전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 공기아연전지, 알칼리망간전지 등이 존재한다. 이들 중 납축전지와 리튬이차전지가 가장 활발히 상용화된 이차전지라 할 수 있다.

특히 리튬 이차전지는 에너지 저장밀도가 높고 경량화와 소형화가 가능하고 우수한 안전성, 낮은 방전률, 장수명과 같은 장점을 지니고 있어 최근 전기차 배터리로 활용이 활발하다. 참고로, 리튬 이차전지는 제조형태에 따라 일반적으로 원통형, 각형, 파우치형으로 분류되고, 사용용도도 전기차 배터리 이외에도 ESS 배터리, 기타 전기장치 등에 걸쳐있다.

현재, 리튬 이차전지 셀 1개의 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 전기차의 에너지원으로 이차전지를 적용하기 위해서는 복수 개의 리튬이온 전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성하고, 다시 상기 배터리 모듈들을 직렬 및/또는 병열 연결한 배터리 팩을 구성한다.

한편, 이차전지는 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 적정 온도보다 높은 환경에서 사용되는 경우 성능이 저하될 수 있고, 정적 온도보다 심하게 올라갈 경우 발화나 폭발의 위험이 있다. 배터리 모듈은 이러한 이차전지들을 모듈 하우징의 내부에 집약적으로 수납한 구조로 이루어져 있어, 어느 하나의 이차전지라도 열 폭주하게 되면 주변 이차전지들로 열이 빠르게 전파되기 때문에 이차전지들이 더 쉽게 연쇄 발화할 수 있다. 또한, 종래의 배터리 모듈은 밀폐 구조로 이루어져 있어 이차전지들의 발화시 동반되는 다량의 벤팅 가스로 인해 배터리 모듈의 내부 압력이 빠르게 상승하여 특정 압력에 이르게 되면 모듈 하우징의 구조가 붕괴된다. 그 결과 배터리 모듈 내부의 화염이 모듈 하우징의 외부로 유출되어 예컨대 주변의 다른 배터리 모듈로 화재가 확산될 수 있다.

그러므로 배터리 모듈의 내부 발화시 주변에 인접한 다른 배터리 모듈에 화염이 전파되는 것을 최대한 지연시키기 위해서는 해당 배터리 모듈에서 화염의 유출은 막으면서 벤팅 가스는 외부로 배출될 수 있도록 하여야 한다.

본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 내부 발화시 주변에 인접한 다른 배터리 모듈에 화염이 전파되는 것을 최대한 지연시키기 위해 화염의 외부 유출을 제한하면서 벤팅 가스는 용이하게 외부로 유출되는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

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.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀들을 구비한 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 하우징; 및 전기 절연성 재질로 마련되고, 상기 셀 어셈블리의 적어도 일 측면과 상기 모듈 하우징의 일 측면 사이에 구비되는 절연 커버 플레이트;를 포함하고, 상기 절연 커버 플레이트는 소정의 형태로 자르거나 베어서 끊은 절단선으로 이루어진 하나 이상의 절단 패턴부를 구비하고, 상기 모듈 하우징은 각 상기 절단 패턴부에 대응하는 영역마다 벤팅홀을 구비하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

상기 절단 패턴부는 아크(arc) 내지 U 자형으로 이루어질 수 있다.

상기 절단 패턴부는

형으로 이루어질 수 있다.

상기 모듈 하우징은 금속 재질이고 절연 커버 플레이트는 플라스틱 재질로 마련될 수 있다.

상기 셀 어셈블리는, 일 방향으로 적층한 파우치형 배터리 셀들로 구성되고 상기 절연 커버 플레이트는 상기 셀 어셈블리의 상부에 배치될 수 있다.

상기 파우치형 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 다수의 버스바들을 구비하고 상기 셀 어셈블리의 전방과 후방을 각각 커버하도록 마련된 2개의 버스바 프레임을 포함하고, 상기 절연 커버 플레이트는 그 양단부가 상기 2개의 버스바 프레임의 상단부에 힌지 결합되게 구성될 수 있다.

상기 모듈 하우징은, 상기 셀 어셈블리와 상기 절연 커버 플레이트를 일체로 내부 공간에 밀어 넣을 수 있도록 구성된 각 관 형태로 마련될 수 있다.

상기 절연 커버 플레이트는 길이 방향을 따라 일단에서 타단까지 곧게 연장 형성된 그루브를 구비하고, 상기 모듈 하우징은 상기 절연 커버 플레이트와 대면하는 탑 플레이트에 상기 그루브에 끼워 맞추어지는 삽입 가이드 돌기를 구비할 수 있다.

상기 모듈 하우징은 상기 셀 어셈블리와 대면하는 바틈 플레이트에 적어도 하나의 레진 충진홀을 구비하고, 상기 셀 어셈블리와 상기 바틈 플레이트 사이는 열 전도성 레진으로 충진될 수 있다.

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

본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 내부 발화시 화염의 외부 유출을 제한하면서 벤팅 가스를 외부로 원활히 배출시켜서 배터리 모듈의 외적 붕괴 내지 폭발 위험 요소를 제거함으로써, 발화한 배터리 모듈의 주변에 인접한 다른 배터리 모듈에 화염이 전파되는 것을 최대한 지연 내지 저지할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어셈블리, 버스바 프레임, 절연 커버 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 모듈 하우징을 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 하우징의 탑 플레이트와 절연 커버 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 발화시 가스 벤팅이 이루어지는 예를 나타낸 참고도이다.
도 7는 도 1의 A-A'에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈 하우징의 탑 플레이트와 절연 커버 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 따른 배터리 모듈의 내부 발화시 가스 벤팅이 이루어지는 예를 나타낸 참고도이다.

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 아니 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.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 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 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어셈블리, 버스바 프레임, 절연 커버 플레이트의 분해 사시도이다.

이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100), 버스바 프레임(200), 전압 센싱 부재(300), 절연 커버 플레이트(400) 및 모듈 하우징(500)을 포함한다.

셀 어셈블리(100)는 다수의 배터리 셀(110)들을 적층하여 형성한 배터리 셀(110)들의 집합체라 할 수 있다. 이를테면, 배터리 셀(110)들은 각각 상하 방향으로 세워진 형태로 좌우 방향으로 적층되어 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 상기 셀 어셈블리(100)의 적층 방향에 따른 양쪽 최외곽에는 완충패드(120)가 배치될 수 있다. 여기서 상기 배터리 셀(110)은 파우치형의 이차전지로서, 배터리 셀(110)의 길이 방향을 따라 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향으로 연장된 양방향 타입의 파우치형 이차전지이다. 그리고 상기 완충패드(120)는 배터리 셀(110)들의 스웰링시 압력 흡수 및 모듈 하우징(500)과의 전기적 절연을 유지하는 역할을 한다.

상기 파우치형 이차전지는 전극 조립체, 전해액 및 파우치 외장재로 구성될 수 있다. 상기 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 전극 조립체와 전해액은 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 수납될 수 있다. 2개의 파우치 외주면에는 실링부가 구비되어 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다.

상기 전극 조립체에 전극 리드(111)가 부착되고 상기 전극 리드(111)는 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 이차전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다.

특히, 본 실시예에 따른 배터리 셀(110)에서 양극 리드와 음극 리드로 구성된 한 쌍의 전극 리드(111)는 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치한다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향(Z축 방향) 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하되, 셀 어셈블리(100)의 높이 방향(Z축 방향)을 기준으로 하부에 편향되어 위치한다. 이처럼 상기 전극 리드(111)가 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되게 위치하도록 함으로써 확보된 셀 어셈블리(100)의 전방과 후방의 상부 영역에, 커넥터 등을 포함한 전압 센싱 부재(300)의 양단부를 공간 효율적으로 조립할 수 있다.

버스바 프레임(200)은 다수의 버스바(210)들을 비롯한 기타 전장품을 설치 및 지지하기 위한 수단이다. 여기서 상기 버스바(210)는 배터리 셀(110)들을 직렬 및/또는 병렬 연결하는데 사용되는 구리, 알루미늄 등으로 제작된 전도성 막대 형태의 부품을 의미한다. 소정 개수의 배터리 셀(110)들은 하나의 버스바(210)에 양극 리드들과 음극 리드들이 용접됨으로써 서로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다.

상기 버스바 프레임(200)은 셀 어셈블리(100)의 전방부에 수직 배치되는 프런트 프레임과 셀 어셈블리(100)의 후방부에 수직 배치되는 리어 프레임을 포함한다.

상기 버스바 프레임(200)은 각각 셀 어셈블리(100)의 전방부와 후방부에 대응하는 사이즈로 해당 부위를 커버할 수 있는 판상체 형태로 마련되고, 다수의 버스바(210)를 일면에 장착할 수 있게 구성될 수 있다. 또한, 버스바 프레임(200)은 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)를 전후 방향(±X축 방향)으로 통과시킬 수 있도록 슬릿들을 구비할 수 있다. 배터리 셀(110)들은 상기 슬릿들을 통해 전극 리드(111)들이 버스바 프레임(200)의 앞쪽으로 인출될 수 있고 인출된 부분은 용접 등의 방식에 의해 대응하는 버스바(210)에 부착될 수 있다.

상기 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들과 버스바(210)들의 노출을 방지하고 외부 단락 위험으로부터 보호하기 위해, 도 1과 같이, 상기 버스바 프레임(200)은 전방 커버(610)와 후방 커버(620)로 커버될 수 있다.

본 실시예는 배터리 셀(110)로써 전극 리드(111)가 양방향인 파우치형 이차전지를 채용한 예를 개시하고 있어, 버스바 프레임(200)이 2개이나 단방향인 파우치형 이차전지를 채용한 배터리 모듈(10)에는 버스바 프레임(200)이 하나만 사용될 수 있다.

전압 센싱 부재(300)는 배터리 셀(110)들의 전압을 센싱하기 위한 수단으로서 연성인쇄회로기판과 커넥터로 구성될 수 있다. 상기 전압 센싱 부재(300)는 셀 어셈블리(100)의 상부에 길이 방향으로 따라 배치되고 양단부에 버스바(210)들의 개수만큼의 웰딩 플레이트들을 구비한다. 상기 웰딩 플레이트들은 각 버스바(210)에 용접 등의 방식에 의해 부착될 수 있다. 참고로 상기 연성인쇄회로기판의 대안으로는 하네스 케이블이 채용될 수도 있다.

절연 커버 플레이트(400)는 셀 어셈블리(100)와 강성을 위해 금속 재질로 이루어져 있는 모듈 하우징(500) 간의 절연을 위한 수단으로서, 예컨대 플라스틱 재질과 같이 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어지고 상기 셀 어셈블리(100)의 상부에 배치될 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 절연 커버 플레이트(400)는 셀 어셈블리(100)의 상부 면적과 대응하고 얇은 두께의 판상체 형태이고, 양단부가 버스바 프레임(200)의 상단부에 힌지 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 구성에 의하면, 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 금속 재질의 모듈 하우징(500) 속에 셀 어셈블리(100)를 삽입시, 셀 어셈블리(100)의 상부와 모듈 하우징(500)의 탑 플레이트(510) 사이에 절연 커버 플레이트(400)가 배치됨으로써 셀 어셈블리(100)와 모듈 하우징(500) 간의 절연성이 확보될 수 있다. 한편, 셀 어셈블리(100)의 양쪽 최외곽과 모듈 하우징(500)의 양쪽 사이드 플레이트 사이는 완충패드(120)에 의해 절연이 확보될 수 있으며 셀 어셈블리(100)의 하부와 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520) 사이는 열 전도성 레진(G)이 채워짐으로써 절연이 유지될 수 있다. 상기 열 전도성 레진(G)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

또한, 상기 구성에 의하면, 상기 절연 커버 플레이트(400)가 셀 어셈블리(100)의 상부에 배치되어 있고 그 양단부에 2개의 버스바 프레임(200)의 상단부와 힌지 결합되어 있어, 상기 2개의 버스바 프레임(200)을 셀 어셈블리(100)의 전방과 후방에 수직한 상태로 배치하기 수월하고 나아가 버스바 프레임(200)에 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들을 끼워 넣을 때, 상기 2개의 버스바 프레임(200)을 각각 소정 각도 회전시킬 수 있어 전극 리드(111) 삽입 작업을 하는데 편리하다.

본 발명에 따른 절연 커버 플레이트(400)는, 도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 절단 패턴부(410)와 그루브(420)를 포함한다.

상기 절단 패턴부(410)는 절연 커버 플레이트(400)의 일부분을 소정의 형태로 자르거나 베어서 끊은 절단선으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도 3과 같이, 상기 절단 패턴부(410)는 복수 개이며 대략 아크(arc) 내지 U 자형의 절단선으로 이루어질 수 있다.

상기 절단 패턴부(410)는 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 가스가 다량 발생한 경우, 상기 가스가 상기 절연 커버 플레이트(400)를 뚫고 외부로 원활히 배출하기 위한 목적에서 채용된 것이다. 즉 상기 절단 패턴부(410)는 평상시 외부 이물질의 유입을 차단하고 내부 발화시 가스 배출을 위해 구성된 것으로서, 만약 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 배터리 모듈(10) 내부가 다량의 가스로 채워져 내부 압력이 올라가면 절단선으로 인해 강성이 약한 상기 절단 패턴부(410)가 떨어져 나감으로써, 다량의 가스가 절연 커버 플레이트(400)를 통과하여 밖으로 빠져나갈 수 있는 통로가 확보될 수 있다. 후술하겠지만, 이렇게 절연 커버 플레이트(400)를 통과한 가스는 모듈 하우징(500)의 벤팅홀(511)을 통해 배터리 모듈(10)의 외부로 분출될 수 있다.

상기 그루브(420)는 절연 커버 플레이트(400)의 상면에 길이 방향을 따라 일단에서 타단까지 곧게 연장 형성된 형태로 마련될 수 있다. 상기 그루브(420)는 후술할 모듈 하우징(500)의 삽입 가이드 돌기(513)에 매칭되는 부분으로, 절연 커버 플레이트(400)가 조립된 셀 어셈블리(100)와 모듈 하우징(500) 간의 삽입을 매끄럽게 하기 위한 구성요소이다.

다시 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 그루브(420)는 절연 커버 플레이트(400)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 직선 형태로 곧게 연장된 형태이고 2개가 구비될 수 있다. 상기 그루브(420)의 개수에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니나, 본 실시예처럼 절연 커버 플레이트(400)의 가운데를 기준으로 폭 방향으로 그루브(420)를 하나씩 대칭적으로 형성할 경우, 절연 커버 플레이트(400)와 함께 셀 어셈블리(100)를 상기 모듈 하우징(500) 속에 밀어넣을 때 좌우 밸런스가 틀어지지 않고 쉽게 넣을 수 있다.

한편, 모듈 하우징(500)은 배터리 셀(110)들을 외부 충격이나 진동으로부터 보호하기 위한 구조물로서 기계적 강성이 높은 재질로 마련되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 모듈 하우징(500)은 대략 셀 어셈블리(100)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 사각 관 형상이며, 상기 셀 어셈블리(100)를 상기 절연 커버 플레이트(400)와 함께 내부 공간에 억지 끼움 방식으로 삽입 가능하게 구성될 수 있다. 이 같은 모듈 하우징(500)의 구성은 배터리 모듈(10)의 중량과 부피를 줄이는데 유리하다.

구체적으로, 모듈 하우징(500)은 도 2 및 도 4를 참조하면, 모듈 하우징(500)의 4면에 해당하는 탑 플레이트(510), 바틈 플레이트(520), 좌측 사이드 플레이트(530) 및 우측 사이드 플레이트(540)를 포함한다. 특히, 상기 탑 플레이트(510)는 벤팅홀(511)과 삽입 가이드 돌기(513)를 구비하고, 상기 바틈 플레이트(520)는 레진 충진홀(521)을 구비하도록 구성될 수 있다.

상기 탑 플레이트(510)의 벤팅홀(511)은 복수 개이며, 전술한 절연 커버 플레이트(400)의 각 절단 패턴부(410)에 대응하는 영역들에 구비될 수 있다. 즉, 도 5를 함께 참조하면, 탑 플레이트(510)는 절연 커버 플레이트(400)와 면적이 거의 동일하고, 셀 어셈블리(100)와 함께 상기 절연 커버 플레이트(400)가 모듈 하우징(500) 속에 완전히 삽입된 때, 절단 패턴부(410)들의 위치와 탑 플레이트(510)의 벤팅홀(511)들의 위치가 상하로 일치하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 절단 패턴부(410)들이 비상시 가스 압력을 받아 그 형상대로 절연 커버 플레이트(400)에서 떨어져 나갈 수 있도록 상기 벤팅홀(511)은 상기 절단 패턴부(410)의 바깥쪽을 둘러싸도록 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 금속 소재의 모듈 하우징(500)에 의해 화염의 외부 유출이 차단 내지 제한될 수 있다. 또한, 이때 발생하는 다량의 가스에 의해 배터리 모듈(10)의 내부 압력이 상승할 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 절연 커버 플레이트(400)의 절단 패턴부(410)가 외측 방향으로 떨어져 나가게 해당 부분을 통해 가스가 외부로 배출될 수 있다. 이 같이 가스를 외부로 배출시킴으로써 내압의 지속적인 상승으로 인한 배터리 모듈(10)의 외적 붕괴 내지 폭발 위험을 낮출 수 있다.

삽입 가이드 돌기(513)는, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 전술한 절연 커버 플레이트(400)의 그루브(420)에 일 방향을 따라 끼워 맞춤될 수 있게 상기 탑 플레이트(510)의 하면에 돌출 형성될 수 있다.

본 실시예의 탑 플레이트(510)는 2개의 삽입 가이드 돌기(513)를 구비하고, 절연 커버 플레이트(400)의 2개의 그루브(420)에 상기 2개의 삽입 가이드 돌기(513)를 일 방향(X축 방향)으로 끼워 넣을 수 있게 구성되어 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 함께 절연 커버 플레이트(400)를 일체로 모듈 하우징(500) 속에 밀어 넣을 때 셀 어셈블리(100)의 상면과 모듈 하우징(500)의 탑 플레이트(510)의 하면 간의 마찰 또는 스크래치를 방지할 수 있으며, 특히 상기 구성품들 간에 삽입이 허용될 수 있는 여유 공차가 미소한 경우에도 상기 그루브(420)와 상기 삽입 가이드 돌기(513)에 의해 상기 구성품들 간의 삽입이 수월하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 셀 어셈블리(100)와 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520) 사이 공간이 열 전도성 레진(G)으로 채워지도록 구성될 수 있다.

상기 열 전도성 레진(G)은 셀 어셈블리(100)와 함께 절연 커버 플레이트(400)를 일체로 모듈 하우징(500) 속에 밀어 넣은 후에 상기 셀 어셈블리(100)의 바닥면과 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520) 사이 공간에 충진될 수 있다. 이를 위해, 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520)는 복수 개의 레진 충진홀(521)들을 구비한다. 상기 레진 충진홀(521)들은 바틈 플레이트(520)의 길이방향과 폭 방향을 따라 일정 간격마다 구비될 수 있다.

예컨대, 바틈 플레이트(520)의 중심 영역에 위치한 레진 충진홀(521)에 열 전도성 레진(G)을 주입하면 열 전도성 레진(G)이 바틈 플레이트(520)의 가장자리 영역으로 이동한다. 가장자리 영역에 위치한 레진 충진홀(521)에서 상기 열 전도성 레진(G)이 확인되면 상기 중심 영역에 위치한 레진 충진홀(521)을 통한 주입을 멈추거나 주입양을 조절한다. 그리고 필요에 따라 상기 가장자리 영역의 레진 충진홀(521)에 열 전도성 레진(G)을 추가로 주입하는 방식으로 바틈 플레이트(520)의 길이 방향과 폭 방향에 따른 가장자리 영역까지 열 전도성 레진(G)이 균일하게 분포하도록 할 수 있다. 상기 열 전도성 레진(G)은 일정 시간이 경과하면 경화될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 모듈 하우징(500) 내부에서 배터리 셀(110)들의 유동을 억제할 수 있고, 아울러 충방전시 동반되는 배터리 셀(110)들의 열을 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520)로 전달하여 배터리 셀(110)들을 냉각시킬 수 있다. 미도시 하였으나, 상기 모듈 하우징(500)의 바틈 플레이트(520)에 히트싱크를 배치하면 상기 배터리 셀(110)들의 열을 보다 빠르게 방열시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 모듈 하우징(500)은 탑 플레이트(510), 바틈 플레이트(520), 좌측 사이드 플레이트 및 우측 사이드 플레이트가 모두 일체로 형성된 타입이나, 본 실시예의 모듈 하우징(500)의 변형예로써, U자형의 프레임과 판형의 플레이트를 용접 등의 방식으로 결합한 타입의 모듈 하우징(500)이 제공될 수도 있다. 본 실시예의 모듈 하우징(500)과 비교할 때 상기 U자형 프레임은 바틈 플레이트(520), 좌측 사이드 플레이트(530) 및 우측 사이드 플레이트(540)를 일체형으로 제작한 것이고, 상기 판형의 플레이트는 탑 플레이트(510)만을 개별 제작한 것에 해당할 수 있다.

변형예에 따른 모듈 하우징(500)을 사용할 경우, 배터리 모듈(10)의 조립 방식이 본 실시예와 달라질 수 있다. 이를테면, 절연 커버 플레이트(400)와 함께 셀 어셈블리(100)를 U자형 프레임 속에 안착한 후, 탑 플레이트(510)의 테두리와 U자형 프레임의 상단 테두리를 용접하여 셀 어셈블리(100)를 모듈 하우징(500) 속에 수납한다. 물론 변형예에 따른 배터리 모듈(10)의 절연 커버 플레이트(400)와 탑 플레이트(510)에도 각각 절단 패턴부(410)와 벤팅홀(511)이 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 구성들에 따르면, 평상시 셀 어셀블리와 금속 소재의 모듈 하우징(500)과의 절연이 유지되고 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 상기 모듈 하우징(500)으로 화염의 외부 유출을 제한하면서, 절연 커버 플레이트(400)의 절단 패턴부(410)와 탑 플레이트(510)의 벤팅홀(511) 조합으로 벤팅 가스를 외부로 원활히 배출시킬 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(10)의 외적 붕괴 내지 폭발 위험이 줄어들어 주변에 인접한 다른 배터리 모듈(10)에 화염이 전파되는 것을 최대한 지연 내지 저지할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈 하우징(500)의 탑 플레이트(510)와 절연 커버 플레이트(400)를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 따른 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 가스 벤팅이 이루어지는 예를 나타낸 참고도이다.

상기 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대해 간략히 설명하기로 한다. 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 실시예와 비교할 때, 도 8과 같이, 절단 패턴부(430)가

형으로 이루어져 있다.

다시 말하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절단 패턴부(430)는 절단선이 2개의 'Y'가 상하 대칭이 되게 이어진 형태로 구성될 수 있다.

전술한 실시예와 마찬가지로 상기 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 발생하는 다량의 가스에 의해 배터리 모듈(10)의 내부 압력이 상승할 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 절연 커버 플레이트(400)의 절단 패턴부(430)의 형상대로 절연 커버 플레이트(400)의 일부분이 쉽게 개방될 수 있고 해당 부분을 통해 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 이 같이 가스를 외부로 배출시킴으로써 내압의 지속적인 상승을 막아 배터리 모듈(10)의 외적 붕괴 내지 폭발 위험을 낮출 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 상기 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스(미도시), 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 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: 버스바 프레임
210: 버스바
300: 전압 센싱 부재
400: 절연 커버 플레이트
410: 절단 패턴부
420: 그루브
500: 모듈 하우징
510: 탑 플레이트
511: 벤팅홀
513: 삽입 가이드 돌기
520: 바틈 플레이트
521: 레진 충진홀
G : 열 전도성 레진

Claims (10)

1. 복수의 배터리 셀들을 구비한 셀 어셈블리;
   상기 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 하우징; 및
   전기 절연성 재질로 마련되고, 상기 셀 어셈블리의 적어도 일 측면과 상기 모듈 하우징의 일 측면 사이에 구비되는 절연 커버 플레이트;를 포함하고,
   상기 절연 커버 플레이트는 소정의 형태로 자르거나 베어서 끊은 절단선으로 이루어진 하나 이상의 절단 패턴부를 구비하고, 상기 모듈 하우징은 각 상기 절단 패턴부에 대응하는 영역마다 벤팅홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절단 패턴부는 아크(arc) 내지 U 자형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 절단 패턴부는

   

   형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모듈 하우징은 금속 재질이고 절연 커버 플레이트는 플라스틱 재질로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 셀 어셈블리는, 일 방향으로 적층한 파우치형 배터리 셀들로 구성되고 상기 절연 커버 플레이트는 상기 셀 어셈블리의 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 파우치형 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 다수의 버스바들을 구비하고 상기 셀 어셈블리의 전방과 후방을 각각 커버하도록 마련된 2개의 버스바 프레임을 포함하고,
   상기 절연 커버 플레이트는 그 양단부가 상기 2개의 버스바 프레임의 상단부에 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제5항에 있어서,
   상기 모듈 하우징은, 상기 셀 어셈블리와 상기 절연 커버 플레이트를 일체로 내부 공간에 밀어 넣을 수 있도록 구성된 각 관 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 절연 커버 플레이트는 길이 방향을 따라 일단에서 타단까지 곧게 연장 형성된 그루브를 구비하고,
   상기 모듈 하우징은 상기 절연 커버 플레이트와 대면하는 탑 플레이트에 상기 그루브에 끼워 맞추어지는 삽입 가이드 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제5항에 있어서,
   상기 모듈 하우징은 상기 셀 어셈블리와 대면하는 바틈 플레이트에 적어도 하나의 레진 충진홀을 구비하고, 상기 셀 어셈블리와 상기 바틈 플레이트 사이는 열 전도성 레진으로 충진된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.

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