KR20230082199A - 배터리 모듈 어셈블리 - Google Patents

배터리 모듈 어셈블리 Download PDF

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Abstract

배터리 모듈 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리((BMA: Battery Module Assembly)로서, 상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이, 상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 배터리 셀과 동일한 방향으로 장착되는 복수개의 격벽, 상기 배터리 셀과 비접촉되는 상기 격벽의 비접촉면에 장착되는 차단플레이트, 상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 격벽과 함께, 상기 배터리 셀을 감싸는 커버, 및 상기 배터리 셀과 접촉되는 상기 격벽의 접촉면과, 상기 커버의 내측면에 접착되는 차단패드를 포함한다.

Description

배터리 모듈 어셈블리{BATTERY PACK ASSEMBLY}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차용 배터리 셀의 화재 시, 열폭주를 지연할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 및 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다.
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 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 기술에 따른 배터리 팩은 경량화를 위해 플라스틱 소재를 이용하여 열폭주 컨트롤 구조를 적용하는 것이 일반적이다.
이러한 종래 기술에 따른 배터리 팩은 배터리 셀의 화재 시, 적용되는 소재로 인해 충분히 소화 역할을 수행하지 못하는 문제가 있다.
더불어 고전압에 의한 과열 및 급속충전 및 고속에 발열이 되어 불꽃 등에 의해서 발생하는 열폭주(Thermal runaway)에 취약하다는 단점이 있다.
그러므로, 상기와 같은 배터리 모듈의 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 배터리 셀을 감싸는 복수개의 차단부재들을 적용하여 배터리 셀의 화재 시, 열폭주를 지연할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리((BMA: Battery Module Assembly)로서, 상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이, 상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 배터리 셀과 동일한 방향으로 장착되는 복수개의 격벽, 상기 배터리 셀과 비접촉되는 상기 격벽의 비접촉면에 장착되는 차단플레이트, 상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 격벽과 함께, 상기 배터리 셀을 감싸는 커버, 및 상기 배터리 셀과 접촉되는 상기 격벽의 접촉면과, 상기 커버의 내측면에 접착되는 차단패드를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 다이는 판재 형상으로 이루지고, 각 모서리에 일체로 연장 형성된 체결홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다이에는 상기 배터리 셀이 안착되는 일면에 복수개의 격벽이 장착되는 장착홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 다이에는 외부로 노출되는 타면에, 나노(nano)방열패드가 장착될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 격벽의 접촉면에는 상기 차단패드가 접착되도록 제1접착면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 차단플레이트는 스틸 소재로 이루어지고, 단면상에 일정형상의 장착홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 격벽의 비접촉면에는 상기 차단플레이트의 장착홀에 대응하여 장착돌기가 형성되어 상기 차단플레이트가 장착될 수 있다.
또한, 상기 커버는 상기 다이의 상부에서, 상기 배터리 셀들의 전극리드들에 대응되는 각각의 위치에 상기 복수개의 격벽과 연결되는 제1커버, 및 상기 다이와 대향하는 위치에서, 상기 제1커버와 상기 복수개의 격벽에 체결되어 상기 배터리 셀들을 보호하는 제2커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2커버에는 상기 배터리 셀들과 접촉되는 내측면에, 상기 차단패드가 접착되도록 제2접착면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1커버에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 ICB(Inter Connect Board)가 장착되어 상기 전극리드들과 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 ICB에는 상기 배터리 셀의 화재를 감지하는 압력센서, 온도센서, 및 가스센서가 장착될 수 있다.
또한, 상기 차단패드는 플랙시블한 재질로 이루어지고, 복수개의 마이크로캡슐을 포함하여 이루어지며, 상기 배터리 셀의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 격벽과, 커버의 외측을 감싸도록 끼워지는 보호케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 배터리 셀의 화재 시, 상기 배터리 셀을 차례로 감싸고 있는 차단플레이트, 커버, 및 차단패드, 및 보호케이스에 의해 화재가 외부 또는 인접한 다른 배터리 모듈 어셈블리로 전달되는 것을 지연시켜 사용자가 탈출할 시간을 확보할 수 있는 효과가 있다.
결과적으로 상기 배터리 모듈 어셈블리는 전기자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도1 은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 ICB를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 차체 적용도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 복수개의 배터리 셀(1)이 적층되어 패키징됨으로써 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀(1)은 양극판(3), 분리막(5), 및 음극판(7)의 순서로 파우치(9)에 의해 패키징되어 하나의 세트로 이루어질 수 있다.
상기 파우치(9)의 내부에는 전해질이 충진될 수 있다.
또한, 상기 파우치(9)의 외부로는 상기 양극판(3) 및 음극판(7)의 각 전극리드(10)들이 노출되도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)에 적용되는 배터리 셀(1)은 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)의 사양에 따라 그 개수가 정해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 ICB를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 차체 적용도이다.
본 명세서에서는 도 2의 방향을 차량에 적용되는 기준방향으로 정의하며, 상기 기준방향을 기본으로 상,하,좌,우로 표현하고, 상,하방향을 차고방향, 좌,우방향은 차폭방향, 전,후방향을 차체길이방향으로 정의될 수 있다.
이러한 기준방향은 상대적인 방향으로, 차량에 적용되는 경우에 따라, 변경하여 적용할 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 다이(30), 격벽(40), 차단플레이트(50), 커버(60), 차단패드(80), 및 보호케이스(90)를 포함한다.
상기 다이(30)에는 상기 복수개의 배터리 셀(1)이 안착된다.
상기 다이(30)는 판재 형상으로 이루진다.
상기 다이(30)는 각 모서리에 일체로 연장 형성된 체결홀(31)을 포함한다.
또한, 상기 다이(30)에는 상기 배터리 셀(1)이 안착되는 일면, 즉, 상면에 복수개의 격벽(40)이 장착되는 장착홈(33)이 형성된다.
상기 다이(30)에는 외부로 노출되는 타면, 즉, 하면에, 나노(nano)방열패드(35)가 장착된다.
상기한 다이(30)의 상부에 장착되는 복수개의 격벽(40)은 상기 다이(30)의 상부에서, 상기 복수개의 배터리 셀(1)과 동일한 방향으로 장착된다.
상기 복수개의 격벽(40)은 상기 배터리 셀(1)과 유사한 크기의 평평한 판재 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 격벽(40)은 상기 배터리 셀(1)과 접촉되는 접촉면(41)과, 상기 배터리 셀(1)과 접촉되지 않는 비접촉면(43)을 포함한다.
상기 격벽(40)의 상기 접촉면(41)에 상기 차단패드(80)가 접착되도록 제1접착면(410)이 형성된다.
상기 배터리 셀(1)과 비접촉되는 상기 격벽(40)의 비접촉면(43)에는 차단플레이트(50)가 장착된다.
상기 차단플레이트(50)는 스틸 소재로 이루어질 수 있다.
상기 차단플레이트(50)는 단면상에 일정형상의 장착홀(51)이 형성될 수 있다.
이에 대응하여 상기 복수개의 격벽(40)의 비접촉면(43)에는 차단플레이트(50)의 장착홀(51)에 대응하여 장착돌기(430)가 형성되어 상기 차단플레이가 장착된다.
즉, 상기 장착돌기(430)에 장착홀(51)이 끼워지면서 상기 차단플레이트(50)가 상기 격막에 고정될 수 있다.
상기 다이(30)의 상부에는 상기 복수개의 격벽(40)과 함께, 상기 배터리 셀(1)을 감싸는 커버(60)가 구성된다.
상기 커버(60)는 제1커버(61)와 제2커버(63)를 포함한다.
상기 제1커버(61)는 상기 다이(30)의 상부에서, 상기 배터리 셀(1)들의 전극리드(10)들에 대응되는 각각의 위치에 상기 복수개의 격벽(40)과 연결된다.
즉, 상기 제1커버(61)는 상기 배터리 셀(1)의 전,후방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1커버(61)에는 관통홀(610)이 형성된다.
상기 관통홀(610)에는 ICB(Inter Connect Board, 70)가 장착되어 상기 전극리드(10)들과 연결되도록 구성될 수 있다(도 4 참조).
또한, 상기 ICB(70)에는 상기 배터리 셀(1)의 화재를 감지하는 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)가 장착된다.
상기 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)는 브라켓에 각각 장착되어 상기 ICB(70)에 탈, 부착 가능하게 구성될 수 있다.
이러한 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)는 배터리 셀(1)의 분리막(5)이 파괴되거나 붕괴되어 가스가 발생하기 시작할 시점인 약 100?에서 압력, 온도, 및 가스를 사전 검출하기 위함이다.
그리고 상기 제2커버(63)는 상기 다이(30)와 대향하는 위치에서, 상기 제1커버(61)와 상기 복수개의 격벽(40)에 체결되어 상기 배터리 셀(1)들을 보호한다.
상기 제2커버(63)에는 상기 배터리 셀(1)들과 접촉되는 내측면, 즉, 하면에, 상기 차단패드(80)가 접착되도록 제2접착면(630)이 형성될 수 있다.
상기 배터리 셀(1)과 접촉되는 상기 격벽(40)의 접촉면(41)과, 상기 커버(60)의 내측면, 즉, 하면에는 차단패드(80)가 접착된다.
상기 차단패드(80)는 플랙시블한 재질로 이루어지고, 복수개의 마이크로캡슐(81)을 포함하여 이루어지며, 상기 배터리 셀(1)의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐(81)에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함할 수 있다.
이러한 자가소화패드는 화재에만 상기 소화 물질이 반응한다.
마지막으로, 상기 격벽(40)과, 커버(60)의 외측을 감싸도록 보호케이스(90)가 끼워질 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)가 일정개수 모여 전기자동차에 적용되는 배터리 팩 어셈블리(100)로 이루어질 수 있다.
이때, 일정개수의 배터리 모듈 어셈블리(20)가 모이면, 그 외측으로 차단막(110)이 장착될 수 있다.
상기 배터리 모듈 어셈브리는 상기 다이(30)의 체결홀(31)을 통해 상기 배터리 팩 어셈블리(100)에 고정될 수 있다.
상기 차단막(110)은 일정개수의 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)의 전체면을 감싸도록 형성될 수 있고, 일측 둘레를 따라 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)를 감싸도록 형성될 수도 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 배터리 셀(1)을 감싸는 차단플레이트(50), 커버(60), 및 차단패드(80), 및 보호케이스(90)에 의해 배터리 셀(1)의 화재 시, 열폭주를 지연시킬 수 있다.
더 나아가, 상기 차단막(110)에 의해 한번 더 열폭주를 지연시킬 수 있다.
즉, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 배터리 셀(1)의 화재 시, 상기 배터리 셀(1)을 차례로 감싸고 있는 차단플레이트(50), 커버(60), 및 차단패드(80), 및 보호케이스(90)에 의해 화재가 외부 또는 인접한 다른 배터리 모듈 어셈블리(20)로 전달되는 것을 지연시켜 사용자가 탈출할 시간을 확보할 수 있다.
결과적으로 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 전기자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 배터리 셀
3: 양극판
5: 분리막
7: 음극판
9: 파우치
10: 전극리드
20: 배터리 모듈 어셈블리
30: 다이
31: 체결홀
33: 장착홈
35: 나노방열패드
40: 격벽
41: 접촉면
410: 제1접착면
43: 비접촉면
430: 장착돌기
50: 차단플레이트
51: 장착홀
60: 커버
61: 제1커버
610: 관통홀
63: 제2커버
630: 제2접착면
70: ICB
71: 압력센서
73: 온도센서
75: 가스센서
80: 차단패드
81: 마이크로캡슐
90: 보호케이스
100: 배터리 팩 어셈블리
110: 차단막

Claims (13)

  1. 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리((BMA: Battery Module Assembly)로서,
    상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이;
    상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 배터리 셀과 동일한 방향으로 장착되는 복수개의 격벽;
    상기 배터리 셀과 비접촉되는 상기 격벽의 비접촉면에 장착되는 차단플레이트;
    상기 다이의 상부에서, 상기 복수개의 격벽과 함께, 상기 배터리 셀을 감싸는 커버; 및
    상기 배터리 셀과 접촉되는 상기 격벽의 접촉면과, 상기 커버의 내측면에 접착되는 차단패드;
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이는
    판재 형상으로 이루지고, 각 모서리에 일체로 연장 형성된 체결홀을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이에는
    상기 배터리 셀이 안착되는 일면에 복수개의 격벽이 장착되는 장착홈이 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다이에는
    외부로 노출되는 타면에, 나노(nano)방열패드가 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 격벽의 접촉면에는
    상기 차단패드가 접착되도록 제1접착면이 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차단플레이트는
    스틸 소재로 이루어지고, 단면상에 일정형상의 장착홀이 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 격벽의 비접촉면에는
    상기 차단플레이트의 장착홀에 대응하여 장착돌기가 형성되어 상기 차단플레이트가 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커버는
    상기 다이의 상부에서, 상기 배터리 셀들의 전극리드들에 대응되는 각각의 위치에 상기 복수개의 격벽과 연결되는 제1커버; 및
    상기 다이와 대향하는 위치에서, 상기 제1커버와 상기 복수개의 격벽에 체결되어 상기 배터리 셀들을 보호하는 제2커버;
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2커버에는
    상기 배터리 셀들과 접촉되는 내측면에, 상기 차단패드가 접착되도록 제2접착면이 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1커버에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 ICB(Inter Connect Board)가 장착되어 상기 전극리드들과 연결되도록 구성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 ICB에는
    상기 배터리 셀의 화재를 감지하는 압력센서, 온도센서, 및 가스센서가 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 차단패드는
    플랙시블한 재질로 이루어지고, 복수개의 마이크로캡슐을 포함하여 이루어지며, 상기 배터리 셀의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 격벽과, 커버의 외측을 감싸도록 끼워지는 보호케이스;
    를 더 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
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