KR20230073034A - 모듈 케이스의 기밀성과 내열성을 개선한 배터리 모듈 - Google Patents

모듈 케이스의 기밀성과 내열성을 개선한 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용할 수 있는 내부 공간과 상측에 개방단을 구비하는 케이스 본체;와 개방된 상기 케이스 본체의 상측을 커버하며, 상기 케이스 본체의 상부에 결합되는 탑 플레이트;로 구성된 모듈 케이스를 포함하고, 상기 케이스 본체의 개방단은 그 표면에서 위로 돌출된 조립 가이드 돌기를 구비하고, 상기 탑 플레이트는 그 테두리에 상기 조립 가이드 돌기와 억지 끼움 결합되는 조립 가이드 홀을 구비하고, 상기 케이스 본체의 개방단과 상기 탑 플레이트의 테두리가 접촉하는 부위의 외측면 둘레 전체가 용접된 것을 특징으로 한다.

Description

모듈 케이스의 기밀성과 내열성을 개선한 배터리 모듈{Battery module with improved airtightness and heat resistance of the module case}
본 발명은, 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈의 발화 시 일정시간 동안 화염 및 가스가 외부로 배출되지 않도록 기밀성과 내열성을 향상시킨 배터리 모듈에 관한 것이다.
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 모듈 하우징 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, 다수의 배터리 모듈이 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어떤 배터리 모듈의 배터리 셀이 열폭주(thirmal runaway)하고 이것이 심화하면 상기 배터리 셀에서 고온의 가스나 스파크가 분출될 수 있다. 여기서 상기 스파크는 배터리 셀 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등을 의미한다. 이때, 경우에 따라 배터리 셀에서 화염(flame) 등이 발생할 수도 있다. 이러한 가스나 화염이 상기 배터리 모듈 밖으로 무분별하게 배출되면 주변 배터리 모듈에 열적 데미지를 주어 화재가 급속히 확산될 수 있다.
그런데 종래의 배터리 모듈은 기밀 구조가 미비하여 배터리 모듈의 내부 발화시, 가스나 화염이 불특정 다수의 방향으로 배출되어 다른 배터리 모듈로 화재가 더 쉽게 확산되는 문제점이 있다. 예컨대, 도 1과 같이, 종래 기술에 따른 배터리 모듈은 U 프레임(1)과 탑 플레이트(2)로 구성된 모듈 하우징과 상기 모듈 하우징의 전방과 후방을 각각 커버하는 전방 커버(3)와 후방 커버(4)를 포함한다. 여기서 U 프레임은 배터리 셀들의 하부를 커버하는 바틈 플레이트, 상기 배터리 셀들의 양쪽 측부를 커버하는 2개의 사이드 플레이트가 일체형으로 제작된 프레임으로서 상부와 전,후방이 오픈되어 있는 프레임을 의미한다. 이러한 모듈 하우징은, 도 1의 확대도에 도시한 바와 같이, 홈을 파서 U 프레임과 탑 플레이트를 서로 끼워 맞추어 고정한 다음, U 프레임과 탑 플레이트의 테두리가 맞닿는 부위를 용접(W)함으로써 기밀성을 갖도록 구성되어 있다.
그러나 상기 U 프레임과 탑 플레이트에서 홈이 파져 있는 부분(6)들은 조립 구조상 용접이 되지 않아 기밀성을 충분히 확보하기 어렵다. 예컨대 고무나 실런트 등과 같은 실링재를 사용하여 상기 홈 부분(6)을 막아 놓는다 해도 고온의 가스나 화염 발생 시 상기 실링재가 녹아 없어지기 때문에 해당 부분을 통해 가스나 화염이 외부로 배출될 수 있다. 더욱이 종래의 배터리 모듈은 전방 커버와 후방 커버가 플라스틱 사출물로 이루어져 있어 모듈 하우징과 전방 커버 또는 후방 커버가 조립되는 부분은 용접에 의한 기밀 구조 확보가 어렵다. 또한, 종래의 배터리 모듈은 상기 모듈 하우징이 알루미늄 계열(녹는점 약 660도)의 단일 금속으로 이루어져 있어 발화시 특정 온도 이상에서 U 프레임이나 탑 플레이트에 열 변형이 일어나 기밀성이 유지되지 못하는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 내부 발화시 일정시간 동안 가스나 화염이 외부로 배출되지 않도록 기밀성을 강화한 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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 발명에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용할 수 있는 내부 공간과 상측에 개방단을 구비하는 케이스 본체;와 개방된 상기 케이스 본체의 상측을 커버하며, 상기 케이스 본체의 상부에 결합되는 탑 플레이트;로 구성된 모듈 케이스를 포함하고, 상기 케이스 본체의 개방단은 그 표면에서 위로 돌출된 조립 가이드 돌기를 구비하고, 상기 탑 플레이트는 그 테두리에 상기 조립 가이드 돌기와 억지 끼움 결합되는 조립 가이드 홀을 구비하고, 상기 케이스 본체의 개방단과 상기 탑 플레이트의 테두리가 접촉하는 부위의 외측면 둘레 전체가 용접된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 케이스 본체는 개방된 상측을 제외하고 밀폐된 박스 형태로 마련될 수 있다.
상기 케이스 본체는 바닥면을 형성하는 바틈 플레이트; 및 전,후,좌,우 벽면을 형성하는 벽체 플레이트를 포함하고, 상기 케이스 본체의 개방단은 상기 벽체 플레이트의 상단에 구성될 수 있다.
상기 케이스 본체의 개방단은 상기 벽체 플레이트의 다른 부분보다 외측 방향으로 수평하게 돌출되어 플랜지 형태로 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스는 이종 금속을 접합한 클래드 메탈(clad metal)로 구성될 수 있다.
상기 케이스 본체는, 상기 케이스 본체의 바깥쪽 면을 형성하고 제1 금속으로 마련된 아웃 사이드부; 및 상기 케이스 본체의 안쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속보다 녹는점이 높은 제2 금속으로 마련된 인 사이드부를 포함하고, 상기 케이스 본체의 개방단은 상기 아웃 사이드부의 상단 테두리에 구성될 수 있다.
상기 탑 플레이트는 2 중층을 형성하는 제1 뚜껑부와 제2 뚜껑부를 포함하고, 상기 제1 뚜껑부는 상기 탑 플레이트의 바깥쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속으로 마련되고, 상기 제2 뚜껑부는 상기 탑 플레이트의 안쪽 면을 형성하고 상기 제2 금속으로 마련될 수 있다.
상기 제1 뚜껑부는 상기 아웃 사이드부의 상단 테두리에 위에 안착되고, 상기 제2 뚜껑부는 상기 인 사이드부의 상단 테두리 위에 안착되도록 구성될 수 있다.
상기 조립 가이드 홀은 상기 제1 뚜껑부의 테두리에 구비될 수 있다.
상기 제1 뚜껑부와 상기 제2 뚜껑부는 면적이 동일하게 마련되고, 상기 조립 가이드 홀은 상기 제1 뚜껑부의 테두리와 상기 제2 뚜껑부의 테두리 중 상기 제2 뚜껑부의 테두리에만 구비될 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 일정시간 동안 가스나 화염이 외부로 배출되지 않도록 기밀성이 강화된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 모듈 케이스를 구성하는 케이스 본체의 개방단에 탑 플레이트가 안정적으로 안착되고 상기 케이스 본체의 개방단과 상기 탑 플레이트의 테두리가 접촉하는 부위의 둘레 전체가 용접되어 있어 배터리 모듈의 내부 발화시에도 기밀성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 모듈 케이스가 클래드 메탈로 구성되되 알루미늄보다 상대적으로 내열성이 더 우수한 금속이 모듈 케이스의 안쪽 면을 형성하고 있어 종래보다 기계적 강성도 및 고내열성의 배터리 모듈이 제공될 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 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 본체의 조립 가이드 돌기와 탑 플레이트의 조립 가이드 홀을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 케이스의 일부분을 확대한 것으로 케이스 본체와 탑 플레이트의 조립 및 용접 구조를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 본체를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 플레이트를 아래에서 위로 바라본 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 단면도이다.
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. 따라서, 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 본체의 조립 가이드 돌기와 탑 플레이트의 조립 가이드 홀을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 케이스의 일부분을 확대한 것으로 케이스 본체와 탑 플레이트의 조립 및 용접 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 복수 개의 배터리 셀(100)들과, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)들을 수용할 수 있는 내부 공간과 상측에 개방단(212a)을 구비한 케이스 본체(210)와, 상기 내부 공간이 밀폐되도록 상기 케이스 본체(210)의 상부에 결합되는 탑 플레이트(220)로 구성된 모듈 케이스(200)를 포함한다.
상기 배터리 셀(100)은 얇은 판상의 몸체를 갖는 것으로서, 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재, 상기 파우치 외장재에 수납 가능하게 마련된 전극 조립체와 전해질을 포함한다. 예컨대, 파우치형 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 2개의 파우치 둘레는 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다. 상기 전극 조립체에 전극 리드가 부착될 수 있고, 상기 전극 리드는 파우치 외장재의 융착부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 파우치형 이차전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 이러한 파우치형 이차전지들은, 도 3과 같이, 각각 상하 방향으로 세워지고 좌우 방향으로 적층된 스택 구조를 이루며 상기 케이스 본체(210) 속에 집약적으로 수납될 수 있다.
물론, 배터리 셀(100)이 반드시 파우치형 이차전지로 구성되어야 하는 것은 아니다. 이를테면, 본 실시예와 달리 배터리 셀(100)은 금속 캔을 외장재로 사용하는 원통형 이차전지나 각형 이차전지로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(100)이 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.
모듈 케이스(200)는 상기 배터리 셀(100)들을 수용하여 지지 및 보호하기 위한 구조물로서, 케이스 본체(210)와 탑 플레이트(220)로 구성된다.
자세히 후술하겠지만, 본 발명의 배터리 모듈(10)은 상기 케이스 본체(210)가 상부를 제외한 모든 면이 막혀있는 구조이고, 이러한 케이스 본체(210)의 상부를 탑 플레이트(220)로 커버하되, 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)과 상기 탑 플레이트(220)의 접촉 부위를 둘레 방향을 따라 완전히 용접함으로써 배터리 셀(100)들의 발화시에도 기밀성이 쉽게 파괴되지 않도록 구성된다.
참고로, 배터리 모듈(10)의 양극 터미널(310)과 음극 터미널(320)은, 도 3과 같이 상기 케이스 본체(210)의 일측 벽을 통과하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 양극 터미널(310) 및 상기 음극 터미널(320)과 케이스 본체(210) 간의 절연성 확보를 위해 상기 양극 터미널(310) 및 상기 음극 터미널(320)에서 상기 케이스 본체(210)를 통과하는 부위는 미카(mica) 등과 같은 내화성 및 절연성이 우수한 소재로 절연 처리될 수 있다.
또한, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 배터리 셀(100)의 발화시, 의도적으로 모듈 케이스(200)에서 가스를 특정 경로로 배출시키기 위해 상기 케이스 본체(210)의 적어도 일측에 가스 벤팅포트(미도시)가 구성될 수도 있다. 예컨대 상기 가스 벤팅포트는 구멍에 파열막을 적용해 놓은 구조로서 평상시에는 막혀 있다가 모듈 케이스(200)의 내압이 일정 압력이상 올라가면 상기 파열막이 파괴되어 개방되도록 구성될 수 있다. 그리고 배터리 모듈(10)의 외부에서 가스 배관(미도시)을 상기 가스 벤팅포트에 연결해 둠으로써, 이벤트 발생시 고온의 가스가 상기 가스 배관을 따라 특정 경로로 이동하게 구성할 수 있다.
이하에서는, 모듈 케이스(200)의 주요 구성인 케이스 본체(210)와 탑 플레이트(220)의 조립 및 용접 구조에 대해 자세히 설명하기로 한다.
상기 케이스 본체(210)는 (도 6 참조) 배터리 셀(100) 적층체의 하부를 지지하는 바닥면을 형성하는 바틈 플레이트(211), 상기 배터리 셀(100) 적층체의 전,후,좌,우를 커버하는 벽면을 형성하는 벽체 플레이트(212)를 포함하고, 상측이 개방되고 상기 상측을 제외한 나머지 부분들은 밀폐된 박스 형태로 마련될 수 있다. 따라서 케이스 본체(210)의 개방단(212a)은 상기 벽체 플레이트(212)의 상단 테두리에 구비된다.
상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 벽체 플레이트(212)의 다른 부분보다 외측 방향으로 수평하게 돌출된 플랜지 형태로 마련된다. 즉, 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)은 벽체 플레이트(212)의 상단 전체 둘레에 걸쳐 돌출한 형상으로 구성된다. 이에 따라 케이스 본체(210)는 탑 플레이트(220)와의 접촉 계면이 충분히 넓은 개방단(212a)을 구비하고 있어, 후술할 조립 가이드 돌기(212b)들의 크기나 위치에 대한 설계 자유도가 높다.
상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)은 그 표면에서 위로 돌출된 조립 가이드 돌기(212b)를 구비한다. 상기 조립 가이드 돌기(212b)는 탑 플레이트(220)를 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 고정되게 얹어 놓고 추후 용접시 유동을 저지하기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 조립 가이드 돌기(212b)는 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 조립 가이드 돌기(212b)들은 케이스 본체(210)의 개방단(212a)의 좌측 장변 라인과 우측 장변 라인에 일정 간격마다 위치하고 원기둥 형상으로 마련될 수 있다.
한편, 상기 조립 가이드 돌기(212b)의 위치와 형상에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 조립 가이드 돌기(212b)는 본 실시예와 다르게 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 조립 가이드 돌기(212b)는 장변 라인과 단변 라인을 포함한 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a) 둘레 전체에 일정 간격마다 위치하고 다각 기둥, 반구형 등 다양한 형상으로 마련될 수도 있다.
이러한 조립 가이드 돌기(212b)는 케이스 본체(210)와 탑 플레이트(220)의 오조립 방지 및 탑 플레이트(220)의 상,하,좌,우 유동을 저지하는 스토퍼로 기능을 할 수 있다.
탑 플레이트(220)는 상기 케이스 본체(210)의 내부 공간을 밀폐하기 위한 커버 구조물로서, 상기 조립 가이드 돌기(212b)를 기준으로 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 정확히 얼라인될 수 있도록 마련된다.
상기 탑 플레이트(220)는 그 테두리에 조립 가이드 홀(220a)을 구비한다. 상기 탑 플레이트(220)를 상기 케이스 본체(210)에 조립시 상기 조립 가이드 홀(220a)과 상기 조립 가이드 돌기(212b)가 상하 방향으로 억지 끼움 결합되도록 구성됨으로써 상기 탑 플레이트(220)의 테두리가 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 정확히 얼라인된다.
다시 말하면, 상기 탑 플레이트(220)는, 도 3과 같이, 조립 가이드 돌기(212b)의 개수만큼의 조립 가이드 홀(220a)들을 구비하고 상기 조립 가이드 홀(220a)들은 상기 탑 플레이트(220)의 테두리에서 상기 조립 가이드 돌기(212b)들과 상하로 일대일 대응하는 위치마다 구성되어 있다. 따라서 도 4와 같이, 각 상기 조립 가이드 돌기(212b)를 기준으로 각 상기 조립 가이드 홀(220a)을 맞추어 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 상기 탑 플레이트(220)를 얹어 놓으면 상기 케이스 본체(210)와 상기 탑 플레이트(220)가 정확히 얼라인된 상태가 될 수 있다.
또한, 각 조립 가이드 돌기(212b)와 각 조립 가이드 홀(220a)이 서로 상하 방향으로 억지 끼움 결합된 상태가 되므로, 추후 용접 작업시 케이스 본체(210)와 탑 플레이트(220) 간의 위치가 어긋나지 않는다.
위와 같이, 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 탑 플레이트(220)가 정확히 얹어진 상태에서 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)과 상기 탑 플레이트(220)의 테두리가 접촉하는 부위의 외측면 둘레 전체가 틈새 없이, 도 5와 같이, 용접된다. 이에 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)는 (도 2 참조) 둘레를 전체를 따라 끊어지지 않고 이어진 용접 비드(WB) 라인을 구비한다.
그러므로 배터리 모듈(10)이 발화한 상황에서도, 상기 케이스 본체(210)와 상기 탑 플레이트(220) 사이의 기밀 구조가 쉽게 깨어지지 않음으로써 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)과 상기 탑 플레이트(220)의 테두리 사이로 고온의 가스나 화염이 외부로 배출되지 않는다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 본체를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑 플레이트를 아래에서 위로 바라본 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 단면도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 케이스(200)는 경량이면서도 고내열성을 갖도록 이종 금속을 접합한 경량의 클래드 메탈(Clad metal)로 안쪽과 바깥쪽의 소재가 다르게 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 6 및 도 8을 참조하면, 케이스 본체(210)는 상기 케이스 본체(210)의 바깥쪽 면을 형성하고 제1 금속으로 마련된 아웃 사이드부(213) 및 상기 케이스 본체(210)의 안쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속보다 녹는점이 높은 제2 금속으로 마련된 인 사이드부(214)를 포함한다.
본 실시예에서 상기 제1 금속은 경량의 알루미늄(Al)이고, 상기 제2 금속은 스테인리스 스틸(stainless steel)일 수 있다. 알루미늄의 녹는점은 대략 660℃이고 스테인리스 스틸의 녹는점은 대략 2750℃이다. 즉, 본 실시예에 따른 케이스 본체(210)는 아웃 사이드부(213)가 알루미늄으로 구성되고 인 사이드부(214)는 상기 알루미늄보다 고내열성인 스테인리스 스틸로 구성된다. 물론, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속 중 적어도 하나는 본 실시예와 다른 고내열성 금속으로 치환될 수도 있다.
케이스 본체(210)가 위와 같이 클래드 메탈로 이루어져 있어, 바틈 플레이트(211)와 벽체 플레이트(212)가 도 6과 같이, 이중층 구조이다. 또한, 본 실시예의 케이스 본체(210)는 벽체 플레이트(212)를 형성하는 아웃 사이드부(213)의 상단 테두리와 인 사이드부(214)의 상단 테두리 간에 단차를 구비한다. 즉 아웃 사이드부(213)의 상단이 인 사이드부(214)의 상단보다 높게 마련되고, 이러한 아웃 사이드부(213)의 상단 테두리가 케이스 본체(210)의 개방단(212a)으로 사용된다.
탑 플레이트(220)는 도 7과 같이, 상기 탑 플레이트(220)는 2 중층을 형성하는 제1 뚜껑부(221)와 제2 뚜껑부(223)를 포함한다.
상기 제1 뚜껑부(221)는 상기 탑 플레이트(220)의 바깥쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속으로 마련된다. 그리고 상기 제2 뚜껑부(223)는 상기 탑 플레이트(220)의 안쪽 면을 형성하고 상기 제2 금속으로 마련된다. 즉, 본 실시예에 다른 탑 플레이트(220)는 제1 뚜껑부(221)가 알루미늄으로 구성되고 상기 제2 뚜껑부(223)가 스테인리스 스틸로 구성된다.
본 실시예의 경우, 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제1 뚜껑부(221)의 테두리에 상기 조립 가이드 홀(220a)이 구비되고 상기 제1 뚜껑부(221)의 테두리가 케이스 본체(210)의 상기 아웃 사이드부(213)의 상단 테두리에 위에 안착되고, 상기 제2 뚜껑부(223)는 그 테두리가 케이스 본체(210)의 상기 인 사이드부(214)의 상단 테두리 위에 안착되도록 구성된다.
상기 모듈 케이스(200) 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)의 내부 공간을 감싸는 모듈 케이스(200)의 내벽이 모두 고내열성의 스테리인리스 스틸로 이루어진다. 따라서 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 높은 온도에서도 모듈 케이스(200)가 견디고 변형이 일어나지 않아 기밀성이 유지될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 케이스 본체(210)의 개방단(212a)에 탑 플레이트(220)가 안정적으로 안착될 수 있고 상기 케이스 본체(210)의 개방단(212a)과 상기 탑 플레이트(220)의 테두리가 접촉하는 부위의 둘레 전체가 용접될 수 있음으로, 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 가스나 화염이 모듈 케이스(200)의 외부로 무분별하게 배출되지 않을 수 있다.
또한, 모듈 케이스(200)가 클래드 메탈로 구성되되 알루미늄보다 상대적으로 내열성이 더 우수한 금속이 모듈 케이스(200)의 안쪽 면을 형성하고 있어 종래보다 기계적 강성도 및 고내열성의 배터리 모듈(10)이 제공될 수 있다.
이어서 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에 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, 케이스 본체(210)의 조립 가이드 돌기(212b)와 탑 플레이트(220)의 조립 가이드 홀(220a)의 조립 구조에 차이가 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벽체 플레이트(212)의 아웃 사이드부(213)와 인 사이드부(214)는 상단이 동일한 높이로 구성된다. 그리고 탑 플레이트(220)의 경우, 제1 뚜껑부(221)와 제2 뚜껑부(223)가 면적이 일치하게 구성되되, 조립 가이드 홀(220a)은 상기 제1 뚜껑부(221)의 테두리와 상기 제2 뚜껑부(223)의 테두리 중 상기 제2 뚜껑부(223)의 테두리에만 구비되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 다른 실시예는 조립 가이드 홀(220a)의 상부가 막혀있는 구조이다. 따라서 전술한 실시예와 달리, 케이스 본체(210)의 개방단(212a)의 조립 가이드 돌기(212b)가 조립 가이드 홀(220a) 위로 노출되지 않는다.
예컨대, 조립 가이드 돌기(212b)와 조립 가이드 홀(220a)의 조립 공차로 인해 이들 간에 약간의 틈새가 존재한다면 전술한 실시예의 경우, 상기 틈새로 가스가 새어나올 여지가 있을 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예의 경우, 조립 가이드 홀(220a)의 상부가 막혀있는 구조이므로 상기와 같이 조립 가이드 돌기(212b)와 조립 가이드 홀(220a) 간에 틈새가 있어도 가스가 외부로 새어나갈 여지가 없다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(미도시)은 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 상기 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 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: 배터리 셀
200: 모듈 케이스
210: 케이스 본체
211: 바틈 플레이트 212: 벽체 플레이트
212a: 개방단 212b: 조립 가이드 돌기
213: 아웃 사이드부 214: 인 사이드부
220: 탑 플레이트
220a: 조립 가이드 홀
221: 제1 뚜껑부 223: 제2 뚜껑부
310: 양극 터미널 320: 음극 터미널
WB: 용접 비드

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀을 수용할 수 있는 내부 공간과 상측에 개방단을 구비하는 케이스 본체;와 개방된 상기 케이스 본체의 상측을 커버하며, 상기 케이스 본체의 상부에 결합되는 탑 플레이트;로 구성된 모듈 케이스를 포함하고,
    상기 케이스 본체의 개방단은 그 표면에서 위로 돌출된 조립 가이드 돌기를 구비하고, 상기 탑 플레이트는 그 테두리에 상기 조립 가이드 돌기와 억지 끼움 결합되는 조립 가이드 홀을 구비하고,
    상기 케이스 본체의 개방단과 상기 탑 플레이트의 테두리가 접촉하는 부위의 외측면 둘레 전체가 용접된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체는 개방된 상측을 제외하고 밀폐된 박스 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체는 바닥면을 형성하는 바틈 플레이트; 및 전,후,좌,우 벽면을 형성하는 벽체 플레이트를 포함하고,
    상기 케이스 본체의 개방단은 상기 벽체 플레이트의 상단인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 케이스 본체의 개방단은 상기 벽체 플레이트의 다른 부분보다 외측 방향으로 수평하게 돌출되어 플랜지 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 이종 금속을 접합한 클래드 메탈(clad metal)로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이스 본체는,
    상기 케이스 본체의 바깥쪽 면을 형성하고 제1 금속으로 마련된 아웃 사이드부; 및 상기 케이스 본체의 안쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속보다 녹는점이 높은 제2 금속으로 마련된 인 사이드부를 포함하고,
    상기 케이스 본체의 개방단은 상기 아웃 사이드부의 상단 테두리인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는 2 중층을 형성하는 제1 뚜껑부와 제2 뚜껑부를 포함하고,
    상기 제1 뚜껑부는 상기 탑 플레이트의 바깥쪽 면을 형성하고 상기 제1 금속으로 마련되고, 상기 제2 뚜껑부는 상기 탑 플레이트의 안쪽 면을 형성하고 상기 제2 금속으로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 뚜껑부는 상기 아웃 사이드부의 상단 테두리에 위에 안착되고, 상기 제2 뚜껑부는 상기 인 사이드부의 상단 테두리 위에 안착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 조립 가이드 홀은 상기 제1 뚜껑부의 테두리에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 뚜껑부와 상기 제2 뚜껑부는 면적이 동일하게 마련되고,
    상기 조립 가이드 홀은 상기 제1 뚜껑부의 테두리와 상기 제2 뚜껑부의 테두리 중 상기 제2 뚜껑부의 테두리에만 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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KR102527004B1 (ko) * 2017-12-20 2023-04-27 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
CN209747611U (zh) * 2019-06-28 2019-12-06 江苏时代新能源科技有限公司 电池模组
KR20210129512A (ko) * 2020-04-20 2021-10-28 주식회사 엘지에너지솔루션 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 ess
KR20210133541A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

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