KR20230091784A - 안전성이 향상된 배터리 모듈 - Google Patents

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윤석은
이영로
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트 발생 시 안전성이 향상될 수 있도록 구성된 배터리 모듈 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 통해 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서 상기 전극 리드가 돌출된 상기 셀 어셈블리의 측부에 접착된 커버 부재를 포함한다.

Description

안전성이 향상된 배터리 모듈{Battery module with improved safety}
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 향상된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.
노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 다수의 이차 전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되어 있는 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 특히, 어느 하나의 배터리 셀에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 고온의 가스나 화염, 열 등이 생성될 수 있다. 만일, 이러한 가스나 화염, 열 등이 동일한 배터리 모듈 내에 포함된 다른 배터리 셀로 전달되는 경우, 열 전파(thermal propagation)와 같은 폭발적인 연쇄 반응 상황이 나타날 수 있다. 그리고, 이러한 연쇄 반응은, 해당 배터리 모듈에서 화재나 폭발 등의 사고를 일으키는 것은 물론이고, 다른 배터리 모듈에 대해서도 화재나 폭발 등을 유발할 수 있다.
더욱이, 전기 자동차와 같은 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및/또는 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 포함되어 열적 연쇄 반응에 대한 위험성은 더욱 커질 수 있다. 뿐만 아니라, 전기 자동차 등에 탑재된 배터리 팩의 경우, 주변에 운전자 등과 같은 사용자가 존재할 수 있다. 따라서, 특정 배터리 셀이나 모듈에서 발생한 열적 이벤트가 적절하게 제어되지 못하고 연쇄 반응이 발생할 경우, 큰 재산상 피해는 물론이고 인명 피해까지 야기될 수 있다.
특히, 종래 배터리 모듈의 경우, 각 배터리 셀의 전극 리드가 위치하는 부분에는, 전극 리드와 모듈 케이스 사이의 절연성을 확보하기 위해 절연 커버가 위치하는 경우가 있다. 이때, 절연 커버는, 주로 플라스틱 재질의 사출물로, 화염에 약한 문제점이 있다. 따라서, 특정 배터리 셀에서 배출된 화염이나 벤팅 가스 등이 절연 커버로 향하는 경우, 절연 커버는 용융되어, 인접한 전극 리드 사이의 용접부를 제대로 보호할 수 없다.
더욱이, 배터리 셀의 발화가 진행되면서 발생하는 내부 토출물, 이를테면 배터리 셀이나 버스바 하우징 등이 용융되면서 발생하는 잔여물이 전극 리드 측으로 향하게 되면, 내부 단락을 유발시킬 수 있다. 또한, 벤팅 가스가 분출되는 과정에서 전극 리드가 유동되는 경우, 연결되지 않았던 다른 전극 리드와 접촉하여 내부 단락이 발생할 가능성도 있다. 뿐만 아니라, 전극 리드가 위치하는 부분, 즉 배터리 셀의 테라스부가 위치하는 부분은 비교적 넓은 공간으로 인해, 화염이나 벤팅 가스가 집중 유입될 가능성이 높다. 따라서, 화염이나 가스로 인해, 다른 배터리 셀의 열폭주를 유발할 수 있다.
또한, 전극 리드가 위치하는 부분에는 모듈 단자나 커넥터 단자가 위치하는 경우가 많고, 이러한 모듈 단자나 커넥터 단자에 형성된 틈이나 공극을 통해 벤팅 가스나 화염 등이 배터리 모듈 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 사이에 열 폭주 전파가 일어날 가능성이 높아질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트 발생 시 안전성이 향상될 수 있도록 구성된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 통해 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서 상기 전극 리드가 돌출된 상기 셀 어셈블리의 측부에 접착된 커버 부재를 포함한다.
여기서, 상기 커버 부재는, 적어도 일부분이 상기 셀 어셈블리에 구비된 다수의 배터리 셀의 전극 리드에 접착될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방된 본체 프레임 및 상기 본체 프레임의 개방부에 결합되는 엔드 플레이트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 셀 어셈블리는, 상기 엔드 플레이트 측에 상기 전극 리드가 위치하며, 상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리의 전극 리드와 상기 엔드 플레이트 사이에 개재될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 기재층의 표면에 접착층을 갖는 필름 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리에서 전극 리드가 돌출된 측부에 충진된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 인접하는 배터리 셀의 실링부 사이에 충진될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에서 상단에서 하단까지 전체적으로 충진될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 상단과 하단이 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재는, 상기 다수의 배터리 셀의 전극 리드의 상단에서 하단까지 전체적으로 커버하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 상부 및 하부 중 적어도 일측에 벤팅 홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스에서 벤팅 홀이 형성된 부분의 외측에 구비되어 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 이동 가능하도록 구성된 벤팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트가 발생하더라도, 배터리 모듈의 안전성이 일정 수준 이상으로 확보될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부의 특정 셀로부터 화염이나 벤팅 가스가 발생한 경우, 화염이나 벤팅 가스의 방향성을 제어할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 화염이나 벤팅 가스가 전극 리드 측으로 향하는 것을 억제하거나 차단할 수 있다.
따라서, 특정 배터리 셀에서 분출된 화염이나 벤팅 가스로 인해, 내부 토출물이 전극 리드에 부착되거나 또는 전극 리드의 손상 내지 유동으로 인해, 내부 단락 등이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리의 전극 리드 측에 고온의 가스나 화염 등이 유입되지 않을 수 있으므로, 배터리 셀 사이의 열 폭주 전파가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스에서 전극 리드가 위치하는 부분에 존재하는 모듈 단자나 커넥터 단자에 형성된 공극이나 홀 등으로, 화염이나 벤팅 가스가 유출되는 것을 억제하거나 차단할 수 있다. 따라서, 이 경우, 다른 배터리 모듈로 열 폭주 전파가 일어나는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성의 분리 사시도이다.
도 3은, 도 2의 구성에서 일부 구성이 추가로 분리된 형태의 부분 사시도이다.
도 4는, 도 2의 일부 구성에 대한 정면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 6은, 도 5의 구성에 대한 상면도이다.
도 7은, 도 5의 A3-A3'선에 대한 단면도이다.
도 8은, 도 7의 A4 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는, 도 7의 A6 부분에 대한 확대도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은, 도 10의 배터리 모듈이 결합된 상태의 단면 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은, 도 12의 구성이 포함된 배터리 모듈의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 14는, 도 13의 A10-A10'선에 대한 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 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 사상에 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 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈에 대한 일부 구성의 분리 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2의 구성에서 일부 구성이 추가로 분리된 형태의 부분 사시도이고, 도 4는 도 2의 일부 구성에 대한 정면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 커버 부재(300)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀(110)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)에 구비된 배터리 셀(110)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
다수의 이차 전지는 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 다수의 이차 전지는, 각각 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향(도면의 X축 방향)으로 나란하게 배열된 형태로 적층될 수 있다.
각각의 배터리 셀(110)은, 전극 리드(111)를 구비할 수 있다. 이때, 전극 리드(111)는, 각 배터리 셀(110)의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 다수의 배터리 셀(110)은, 전극 리드(111)를 통해 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는, 서로 접촉하여 직접 연결될 수도 있고, 버스바 등을 통해 간접적으로 연결될 수도 있다. 한편, 전극 리드(111)가 양방향으로 돌출된 이차 전지는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드(111)가 일방향으로 돌출된 이차 전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 도 2 등에서는, 전극 리드(111)가 전방 및 후방, 양방향으로 돌출된 형태가 도시되어 있다. 다만, 본 발명은 이러한 이차 전지의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지가 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 공간, 즉 내부에 빈 공간이 형성되어, 상기 셀 어셈블리(100)를 수납하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스(200)는, 도 1 및 도 2 등에 도시된 바와 같이, 직육면체 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 그러한 직육면체 형태의 내부 공간에 셀 어셈블리(100)가 수납될 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)와 함께 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 구비될 수 있다. 특히, 상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 측부에 접착될 수 있다. 더욱이, 셀 어셈블리(100)에는, 전극 리드(111)가 특정 방향으로 돌출되게 구성될 수 있는데, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)에서 전극 리드(111)가 돌출된 부분의 측부에 접착될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)이 적층된 형태로, 6개의 측부(상부, 하부, 전방부, 후방부, 좌측부, 우측부)를 구비할 수 있다. 이때, 전극 리드(111)는, 셀 어셈블리(100)의 특정 측부, 이를테면 도면에 도시된 바와 같이, 전방부 및 후방부에 각각 돌출된 형태로, 셀 어셈블리(100)에 구비될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)가 위치하는, 셀 어셈블리(100)의 전방부 및 후방부에 각각 접착될 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 접착 물질로만 이루어질 수도 있고, 접착 물질과 비접착 물질이 함께 구비된 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 커버 부재(300)는, 접착성이 계속해서 유지될 수도 있고, 접착된 상태에서 접착 물질이 경화됨으로써 접착성이 사라진 형태로 구성될 수도 있다. 여기서, 접착이란, 점착을 포함하는 의미일 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 다수의 전극 리드(111)가 서로 결합 고정된 부분이 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 다수의 전극 리드(111)는, 상호 용접된 형태로 결합 고정될 수 있는데, 상기 커버 부재(300)가 전극 리드(111)가 존재하는 부분에서 셀 어셈블리(100)와 접착되어 있으므로, 다수의 전극 리드(111)의 용접 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)에 포함된 여러 배터리 셀(110) 중, 특정 배터리 셀(110)에서 벤팅 가스나 화염이 발생하더라도, 커버 부재(300)에 의해 전극 리드(111)가 보호될 수 있다. 더욱이, 커버 부재(300)에 의해 전극 리드(111)의 용접 상태나 위치 등이 일정하게 유지될 수 있으므로, 벤팅 가스의 분출 압력이나 화염의 압력에 의해, 전극 리드(111)가 움직이는 것이 억제될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 특정 배터리 셀(110)로부터 내부 구성요소가 용융된 형태의 토출물이 분출되더라도, 이러한 토출물이 전극 리드(111) 측으로 향하여, 전극 리드(111)에 부착되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 전극 리드(111)의 유동이나 토출물 등의 부착으로 인해 배터리 모듈 내부, 특히 전극 리드 측에서 단락이 일어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)로부터 분출된 가스나 화염, 토출물 등이 전극 리드(111)가 위치하는 방향으로 흐르는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)에서 전극 리드(111)가 위치하는 테라스부를 통해 열 폭주 전파가 일어나는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
특히, 상기 커버 부재(300)는, 적어도 일부분이 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)에 접착될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 포함된 다수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는, 용접 등의 방식으로 상호 연결될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 적어도 일부 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)에 직접 접촉하여 부착될 수 있다. 더욱이, 커버 부재(300)는, 전체 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)에 모두 접착될 수 있다.
예를 들어, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 커버 부재(300)는, 적어도 전극 리드(111)의 외측 표면에 접착되어, 전극 리드(111)의 외측 표면을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)의 전방 측(도면의 -Y축 방향)에 전극 리드(111)들이 구비될 수 있는데, 상기 커버 부재(300)는, 이러한 전방 측 전극 리드(111)의 전방 측 표면에 접착되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 전극 리드(111)가 커버 부재(300)에 직접 접착될 수 있다. 따라서, 전극 리드(111)의 표면, 특히 외측 표면(전방 측 표면 또는 후방 측 표면)에 배터리 셀(110)의 분출물(용융 입자 등)이 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 가스나 화염 등에 의해 전극 리드(111)가 움직이는 것이 보다 확실하게 제한될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 전극 리드(111) 측에서 내부 단락 등이 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)에 인접하여 또는 전극 리드(111)와 접촉된 상태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 커버 부재(300)는, 전기적 절연성을 갖는 물질로 이루어지거나, 전기적 절연성을 갖는 물질을 구비할 수 있다. 또한, 상기 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)의 외측 표면에 접착되기 위해, 접착성 내지 점착성을 갖는 물질을 구비할 수 있다. 커버 부재(300)의 접착성 내지 점착성은, 지속적으로 유지될 수도 있고, 온도 등에 따라 변화될 수도 있다.
상기 커버 부재(300)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 레진이나 다양한 상변환 물질(PCM; phase change material)을 구비할 수 있다. 특히, 상기 커버 부재(300)는, 배터리 모듈 내부에서 셀 어셈블리(100)의 하부 등에 적용되는 열전달 물질로 이루어지거나 그러한 열전달 물질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 부재(300)는, 써멀 그리스(thermal grease)나 써멀 페이스트(thermal paste), 써멀 컴파운드(thermal compound)와 같은 TIM(Thermal Interface Meaterial)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 커버 부재(300)는, 소화 물질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 부재(300)는, 탄산 칼슘을 구비할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(400)를 더 구비할 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(400)는, 전극 리드(111)를 지지하고, 전극 리드(111)의 상호 연결을 용이하게 하며, 전극 리드(111)로부터 전압 등의 센싱이 가능하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 버스바 어셈블리(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈 버스바(410) 및 버스바 하우징(420)을 구비할 수 있다.
여기서, 모듈 버스바(410)는, 전기적으로 전도성 재질, 이를테면 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 모듈 버스바(410)는, 둘 이상의 전극 리드(111) 사이를 전기적으로 연결시키거나, 하나 이상의 전극 리드(111)에 연결되어 BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛으로 센싱 정보를 전달하도록 구성될 수 있다.
그리고, 버스바 하우징(420)은 전기적으로 절연성 재질, 이를테면 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(420)은, 모듈 버스바(410)가 안착되어 고정되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 버스바 하우징(420)은, 도 3에서 S1으로 표시된 부분과 같이, 슬릿이 형성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(420)의 외측, 이를테면 전방 측에 모듈 버스바(410)가 부착될 수 있다. 이 경우, 전극 리드(111)는, 버스바 하우징(420)의 슬릿(S1)을 관통하여 외측에 위치한 모듈 버스바(410)에 접촉될 수 있다. 특히, 전극 리드(111)는, 단독으로 또는 둘 이상이 적층된 상태에서, 모듈 버스바(410)와 결합 고정될 수 있다. 이때, 전극 리드(111)와 모듈 버스바(410) 사이의 결합 고정 방식은, 레이저 용접 또는 초음파 용접 등의 방식이 이용될 수 있으나, 그 밖의 다른 다양한 체결 방식이 적용될 수도 있다.
상기 커버 부재(300)는, 적어도 일부분이 버스바 하우징(420)의 외측, 이를테면 전방 측에 위치하여, 전극 리드(111)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4 등에 도시된 바와 같이, 전극 리드(111)는, 버스바 하우징(420)의 외측, 즉 전방 측에서, 모듈 버스바(410)와 적층되도록 구성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)의 외측, 즉 전방 측에 접착될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)와 함께 모듈 버스바(410) 및/또는 버스바 하우징(420)에도 접착될 수 있다. 예를 들어, 커버 부재(300)는, 전극 리드(111), 모듈 버스바(410) 및 버스바 하우징(420)의 전방 표면에 접착될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에도 구비되어, 셀 어셈블리(100)의 후방 측 전극 리드(111), 후방 측 모듈 버스바(410) 및 후방 측 버스바 하우징(420)의 후방 표면에 접착될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 터미널 단자(500) 및 커넥터 단자(600)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 터미널 단자(500)는, 양극 단자와 음극 단자를 구비할 수 있다. 그리고, 터미널 단자(500)는, 구리나 알루미늄과 같은 전기적 전도성을 갖는 금속 재질로 구성되어, 배터리 모듈 외부의 다른 구성요소와 연결됨으로써 충방전 전류가 흐르는 통로로서 기능할 수 있다. 또한, 커넥터 단자(600)는, 셀 어셈블리(100)의 전기적 특성, 이를테면 각 배터리 셀(110)의 전압이나 셀 어셈블리(100)의 전체 전압과 같은 셀 어셈블리의 각종 정보나 신호를 BMS와 같은 제어 구성과 주고 받도록 하는 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)는, 배터리 모듈에 널리 구비되는 구성요소로서, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
터미널 단자(500) 및 커넥터 단자(600)는, 도 3 등에 도시된 바와 같이, 버스바 하우징(420)에 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 터미널 단자(500) 및 커넥터 단자(600)는, 버스바 하우징(420) 이외의 다른 부분에 위치할 수도 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 상기 커버 부재(300)는, 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)에는 접착되지 않을 수 있다. 즉, 상기 커버 부재(300)는, 터미널 단자(500) 및 커넥터 단자(600) 이외의 부분에 주로 접착되며, 터미널 단자(500) 및 커넥터 단자(600) 각각에 대하여 적어도 일부분이 외부로 노출되도록 구성될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 본체 프레임(210) 및 엔드 플레이트(220)를 구비할 수 있다.
여기서, 본체 프레임(210)은, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 본체 프레임(210)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부, 하부, 좌측 및 우측이 폐쇄되고, 전방 및 후방이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부, 하부, 좌측 및 우측은 각각 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 4개의 플레이트는, 서로 일체화된 관 형태로 제조될 수 있다. 그리고, 이와 같은 형태의 본체 프레임(210)에 대하여, 모노 프레임이라 지칭될 수 있다. 즉, 본체 프레임(210)은, 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 좌측 플레이트 및 우측 플레이트를 구비하며, 이들 플레이트들에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 본체 프레임(210)의 내부 공간에 셀 어셈블리(100)가 수납될 수 있다.
그리고, 엔드 플레이트(220)는, 본체 프레임(210)의 개방부에 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본체 프레임(210)이 전방과 후방이 개방된 모노프레임 형태로 구성된 경우, 엔드 플레이트(220)는, 본체 프레임(210)의 전방과 후방에 각각 구비되어, 본체 프레임(210)의 전방 개방부 및 후방 개방부에 각각 결합될 수 있다. 이 경우, 본체 프레임(210)의 내부 공간은, 엔드 플레이트(220)에 의해 전방 및 후방이 한정되어, 내부 공간이 전체적으로 폐쇄될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 셀 어셈블리(100)는, 엔드 플레이트(220) 측에 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 위치하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110) 각각은, 파우치형 이차 전지로서, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 즉, 각 배터리 셀(110)의 수납부의 넓은 표면은 좌우 방향을 향하고, 각 배터리 셀(110)에서 수납부의 주변을 둘러싸는 실링부는, 수납부에 대하여 상부, 하부, 전방 및 후방에 위치할 수 있다. 그리고, 전극 리드(111)는, 각 배터리 셀(110)의 전방 및 후방 측에 위치할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(110)들은, 수평 방향, 특히 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 따라서, 각 배터리 셀(110)의 실링부에서, 전극 리드(111)가 위치하는 테라스부는, 전방 및 후방 측에 위치한다고 할 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 적어도 일부분이 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)의 적어도 일부는, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)보다 외측(전방측 또는 후방측)에 위치할 수 있다. 그리고, 커버 부재(300)는 전극 리드(111)에 접착되며, 커버 부재(300)의 외측 표면은 엔드 플레이트(220)에 대면될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 특정 배터리 셀(110)로부터 배출된 벤팅 가스나 화염 등이 엔드 플레이트(220)로 향하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전극 리드(111)에 접착된 커버 부재(300)가 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이의 직접 접촉을 방지하므로, 종래 배터리 모듈에 포함되던 사출물 형태의 절연 커버, 즉 사출 커버 등은 존재할 필요가 없다. 다시 말해, 종래에는 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이에 전기적 절연 등을 위해 이들과 물리적으로 분리된 형태의 사출 커버가 필요하였다. 그리고, 이러한 사출 커버가 화염이나 가스에 녹는 경우, 전극 리드 등에 부착되어 내부 단락 등을 유발하기도 하였다. 하지만, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(111)에 점착된 절연 커버가 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이에 개재되므로, 종래 사출 커버가 제거될 수 있다.
상기 실시 구성에서, 본체 프레임(210)은 알루미늄이나 SUS(stainless steel)와 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 엔드 플레이트(220)도, 본체 프레임(210)과 마찬가지로 금속 재질로 구성될 수 있다. 특히, 엔드 플레이트(220)는, 본체 프레임(210)과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 본 발명에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)의 외측에 전기적 절연성 재질의 커버 부재(300)가 부착될 수 있으므로, 엔드 플레이트(220)가 전기적 전도성을 갖는 금속 재질로 구성된다 하더라도, 셀 어셈블리(100)와 엔드 플레이트(220) 사이의 전기적 절연이 유지될 수 있다. 또는, 상기 모듈 케이스(200)의 적어도 일부는, 플라스틱과 같은 비금속 재질을 구비할 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 필름 형태로 구성될 수 있다. 특히, 커버 부재(300)는, 폴리머 재질로서 얇은 시트 형태를 갖는 기재층을 구비하되, 그러한 기재층의 적어도 일표면, 이를테면 내측 표면에 접착층이 구비된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성을 참조하면, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 커버 부재(300)의 경우, 기재층의 후방 측 표면에 접착 물질이 도포된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 커버 부재(300)는, 0.5mm 내지 1mm와 같이 얇은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이러한 커버 부재(300)의 두께는, 배터리 셀(110)의 종류나 형태, 크기, 커버 부재(300)의 재질 등, 여러 상황이나 조건에 따라 다른 형태로 적절하게 설계될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 외측을 감싸도록 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에서 A2 및 A2'로 표시된 부분과 같이, 커버 부재(300)는, 수평 방향 양단이 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 절곡 부분은, 수평 방향으로 적층된 셀 어셈블리(100)의 최외측에 위치하는 2개의 배터리 셀(110)의 외측 표면을 향하여 절곡될 수 있다. 특히, 커버 부재(300)의 수평 방향 양단 절곡 부분은, 셀 어셈블리(100)의 외측에 접착될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에서, A2 및 A2'로 표시된 부분과 같은 커버 부재(300)의 좌측 절곡부 및 우측 절곡부는, 셀 어셈블리(100)의 좌측 표면 및 우측 표면에 각각 접착될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)와 셀 어셈블리(100) 사이의 결합력을 향상시켜, 벤팅 가스나 화염 발생 시에도, 커버 부재(300)의 위치나 형태가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 커버 부재(300)에 의한 전극 리드(111) 보호 효과가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)와 셀 어셈블리(100) 사이의 간격을 줄이거나 제거함으로써, 셀 어셈블리(100)의 전방 및 후방 측으로, 벤팅 가스나 화염이 이동하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)에서 전극 리드(111)가 돌출된 측부에 충진된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 내지 도 7 등을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다. 또한, 도 6은, 도 5의 구성에 대한 상면도이다. 또한, 도 7은, 도 5의 A3-A3'선에 대한 단면도이다. 한편, 본 실시예를 포함하여 본 명세서에 포함된 여러 실시예들에 대해서는, 다른 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는 전방 측부에 전극 리드(111)가 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 셀 어셈블리(100)의 전방 측부에는, 모듈 케이스(200), 특히 엔드 플레이트(220)가 위치할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측부에 충진되어 접착된 형태로 구성될 수 있다.
예를 들어, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측부와 엔드 플레이트(220) 사이의 공간 중 적어도 일부분에 충진된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 최초 점성 및 유동성을 갖는 점착물로서 주입되거나 도포되어, 셀 어셈블리(100)의 전방 측부와 엔드 플레이트(220) 사이의 공간의 적어도 일부에 채워진 후, 경화된 형태로 구성될 수 있다. 다른 예로, 상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측부에 주입되거나 도포된 후, 경화되지 않고 점성 내지 유동성을 계속해서 갖도록 구성될 수도 있다.
특히, 상기 커버 부재(300)는, 인접하는 배터리 셀(110)의 실링부 사이에 충진될 수 있다. 이에 대해서는, 도 8을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은, 도 7의 A4 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 포함된 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 전방 측으로 돌출될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(110)에는 전극 리드(111)가 개재된 형태의 실링부로서, T로 표시된 바와 같이, 테라스부가 전방 측에 위치할 수 있다. 그리고, 각 배터리 셀(110)의 실링부 사이, 즉 각 배터리 셀(110)의 테라스부(T) 사이에는, A5로 표시된 부분과 같이 빈 공간이 형성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 인접하는 배터리 셀(110)의 실링부 사이의 공간, 즉 인접하는 배터리 셀(110)의 테라스부 사이의 공간에 충진될 수 있다.
또한, 하나의 실링부(테라스부)를 기준으로 살펴보면, 각 실링부의 좌측과 우측에 커버 부재(300)가 충진될 수 있다. 또한, 도 8에는 도시되어 있지 않으나, 커버 부재(300)는, 각 실링부의 상부와 하부에도 충진될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(300)는, 실링부(테라스부)에 대하여 상, 하, 좌, 우 부분을 모두 감싸도록 구성된다고 할 수 있다.
본 발명의 이와 같은 구성에 의하면, 열 폭주 등의 상황으로 인해, 특정 배터리 셀(110)에서 내압이 증가하는 경우, 전극 리드(111)가 위치하는 테라스부 측에서 파열이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(220) 측으로 벤팅 가스나 화염이 직접적으로 분출되거나 노출되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 의해 테라스부의 유동이 확실히 방지됨으로써, 테라스부에 위치하는 전극 리드(111)의 움직임을 제한할 수 있다.
특히, 상기 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 및/또는 후방에 위치하되, 상단에서 하단까지 전체적으로 충진되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 상단에서 하단까지 전체적으로 충진될 수 있다. 즉, 도 8에서 A5로 표시된 부분과 같은 테라스부 사이의 충진 구성이 셀 어셈블리(100)의 상단에서 하단까지 길게 연장 형성되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 커버 부재(300)는, 상단과 하단이 셀 어셈블리(100) 방향으로 절곡되도록 구성될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는, 도 5에서 B1으로 표시된 부분과 같이, 셀 어셈블리(100)의 상단 표면에까지 충진되어, 셀 어셈블리(100)의 상단 표면으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 표면에 접착될 수 있다. 그리고, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 표면과 모듈 케이스(200)의 내면(하부 표면) 사이에 개재될 수 있다.
또한, 커버 부재(300)는, 도 5에서 B2로 표시된 부분과 같이, 셀 어셈블리(100)의 하단 표면에까지 충진되어, 셀 어셈블리(100)의 하단 표면으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 하부 표면에 접착될 수 있다. 그리고, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 하부 표면과 모듈 케이스(200)의 내면(상부 표면) 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스나 화염 등이 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111) 측으로 이동하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 셀 어셈블리(100)의 전방 측부 및/또는 후방 측부와 엔드 플레이트(220) 사이의 공간이 줄어들게 된다. 또한, 커버 부재(300)에 의해, 셀 어셈블리(100)의 상단 중앙부 또는 하단 중앙부로 배출된 벤팅 가스나 화염 등이 엔드 플레이트(220) 측으로 이동하는 것이 차단될 수 있다. 그러므로, 이러한 실시 구성에 의하면, 전극 리드(111)가 위치하는 부분이나 엔드 플레이트(220) 측으로 화염이나 벤팅 가스가 이동하여 발생하는 여러 문제가 보다 효과적으로 예방될 수 있다.
뿐만 아니라, 이러한 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)와 셀 어셈블리(100) 사이의 결합성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 의해 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 보다 확실하게 보호될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재(300)는, 수평 방향으로, 각 배터리 셀(110)의 본체와 버스바 어셈블리(400) 사이에 충진될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바를 참조하면, 각 배터리 셀(110)에서 전극 조립체가 수납되는 수납부와 버스바 어셈블리(400)는 전후 방향(도면의 Y축 방향)으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 이러한 배터리 셀(110)의 수납부와 버스바 어셈블리(400), 특히 버스바 하우징(420) 사이에 개재된 형태로 충진될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(300)는, 각 배터리 셀(110)의 수납부와 전극 리드(111) 사이에 충진(위치)된다고 할 수도 있다.
상기 커버 부재(300)는, 수평 방향으로, 전극 리드(111)의 외측에 위치할 수도 있다. 이에 대해서는, 도 7과 함께 도 9를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는, 도 7의 A6 부분에 대한 확대도이다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)의 외측에 위치할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 전극 리드(111)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하여, 서로 다른 전극 리드(111)끼리 접촉될 수 있다. 이때, 전극 리드(111)는, 모듈 버스바(410)에 접촉되어, 모듈 버스바(410)와 함께 용접될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 커버 부재(300)는, 도 9의 A7로 표시된 부분과 같이, 전극 리드(111)의 외측, 이를테면 전방 측에 위치할 수 있다.
이 경우, 커버 부재(300)에 의해 전극 리드(111)의 외측 노출이 방지될 수 있다. 더욱이, 전극 리드(111)의 외측에는 엔드 플레이트(220)가 위치할 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 커버 부재(300)가 전기적 절연성을 갖는 재질을 구비하는 경우, 엔드 플레이트(220)가 금속 재질로 구성되더라도, 전극 리드(111)와 엔드 플레이트(220) 사이의 전기적 쇼트는 방지될 수 있다.
또한, 상기 커버 부재(300)는, 전극 리드(111) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 A8로 표시된 부분과 같이, 인접한 전극 리드(111)가 서로 이격될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)가 전극 리드(111) 사이에 충진될 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 전극 리드(111)의 움직임이나 비의도적인 상호 접촉이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에서, 커버 부재(300)는, 버스바 어셈블리(400)의 외측에 위치할 수 있다. 즉, 도 9의 실시 구성을 참조하면, 커버 부재(300)는, 버스바 어셈블리(400)보다 전방 측(-Y축 방향 측)에 위치할 수 있다.
더욱이, 커버 부재(300)는, 버스바 어셈블리(400)의 내측과 외측에 함께 충진된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 커버 부재(300)는, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(400)의 내측(후방 측) 및 외측(전방 측)에 모두 충진될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 전극 리드(111)가 용접 고정된 버스바 어셈블리(400)가 커버 부재(300)에 의해 확실하게 보호 및 고정될 수 있다. 특히, 버스바 하우징(420)은 플라스틱 재질로 형성될 수 있는데, 화염이나 고온의 벤팅 가스에 의해 이러한 버스바 하우징(420)이 손상되거나 용융되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 버스바 어셈블리(400) 주변에 커버 부재(300)가 구비(충진)됨으로써, 버스바 어셈블리(400)가 위치하는 부분의 빈 공간이 감소할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 셀 어셈블리(100)에서 화염이나 벤팅 가스가 생성되더라도, 배터리 모듈의 안전성이 보다 확실하게 보장될 수 있다.
한편, 상기 버스바 어셈블리(400) 주변에 커버 부재(300)가 구비된 경우, 커버 부재(300)는 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)는 감싸지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 앞서 설명된 여러 도면에 도시된 바와 같이, 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)는 외부로 노출되게 구성될 수 있다. 이러한 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)는, 모듈 케이스(200) 외부로 노출되어 외부의 다른 구성과 연결될 필요가 있기 때문이다.
특히, 커버 부재(300)가 셀 어셈블리(100)의 측부에 충진된 형태로 구성된 경우, 커버 부재(300)를 형성하기 위한 유동성의 점착 물질이 셀 어셈블리(100)가 수납된 상태의 모듈 케이스(200) 내부로 주입될 수 있다. 이때, 유동성의 점착 물질이 버스바 어셈블리(400)의 전방과 후방에 모두 주입되는 경우, 버스바 어셈블리(400)의 상부에 마련된 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)의 주변, 특히 상부에는 점착 물질이 충진되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(420)은, 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)의 주변에 커버 부재(300)용 점착 물질이 유입되지 않도록 격벽과 같은 가이드 구조물을 구비할 수 있다.
이 밖에도, 터미널 단자(500)나 커넥터 단자(600)가 커버 부재(300)에 의해 완전히 감싸지지 않고 외부로 노출되도록 하기 위한 다양한 구조나 제조 방식이 적용될 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 다수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)의 상단에서 하단까지 전체적으로 커버하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 버스바 하우징(420)의 전방 측에 위치한 전극 리드(111)에 대하여, 전극 리드(111)의 상단부터 하단까지 모두 덮도록, 커버 부재(300)가 마련될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)에 구비된 전극 리드(111) 전체에 대하여, 상하 방향으로 완전하게 덮어지도록 커버 부재(300)가 구성될 수 있다. 즉, 상기 커버 부재(300)는, 전극 리드(111)를 전체적으로 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2, 도 4 및 도 5 등에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 구비된 커버 부재(300)의 경우, 셀 어셈블리(100)에서 전방 측에 위치하는 전극 리드(111) 전체의 외측 표면, 즉 전방 측 표면이 전방 측으로 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)를 전방 측에서 바라볼 때, 전극 리드(111)는 커버 부재(300)에 의해 완전하게 감싸지고 외부로 노출되지 않을 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 전극 리드(111)의 외측, 즉 전방 측이 커버 부재(300)에 의해 보다 확실하게 보호 및 고정될 수 있다. 따라서, 전극 리드(111)의 외측에 용융 입자를 비롯한 이물질이 부착되거나 전극 리드(111)가 움직이는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 더욱이, 앞선 여러 도면들에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 셀(110)이 좌우 방향으로 적층된 경우, 특정 배터리 셀(110)에서 발생한 벤팅 가스나 화염은 상부나 하부에서 전극 리드(111) 측으로 유입될 가능성이 높다. 그러므로, 상기 실시 구성과 같이, 전극 리드(111)의 상단에서 하단까지 모두 커버 부재(300)가 커버하면, 전극 리드(111)에 대한 보호 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 11은, 도 10의 배터리 모듈이 결합된 상태의 단면 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 예를 들어, 도 11은, 도 10의 배터리 모듈이 결합된 구성에서 A9-A9'선의 단면 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 모듈 케이스(200)는, H로 표시된 바와 같이, 벤팅 홀이 형성될 수 있다. 벤팅 홀(H)은, 모듈 케이스(200)를 관통하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 수납된 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스가 생성되어 분출된 경우, 벤팅 가스는 벤팅 홀(H)을 통해 모듈 케이스(200) 외부로 배출될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)는, 앞서 설명된 여러 도면에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 내부에서 다수의 배터리 셀(110)이 좌우 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 벤팅 홀(H)은, 모듈 케이스(200)의 상부 및/또는 하부 측에 형성될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(200)에는 상부 플레이트와 하부 플레이트가 포함될 수 있으며, 벤팅 홀(H)은 이러한 상부 플레이트나 하부 플레이트에 형성될 수 있다. 더욱이, 벤팅 홀(H)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트나 하부 플레이트에서, 배터리 셀(110)의 적층 방향인 좌우 방향으로 길게 연장되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이와 같은 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 분출된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 홀(H)을 통해 모듈 케이스(200) 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 커버 부재(300)에 의해 벤팅 가스나 화염 등이 셀 어셈블리(100)의 전방 및 후방 측에 위치하는 전극 리드(111)를 향하지 않도록 하는 본원발명의 효과가 더욱 향상될 수 있다.
더욱이, 앞서 설명된 실시예와 같이, 다수의 배터리 셀(110)이 좌우 방향으로 배치된 상태에서, 각 배터리 셀(110)의 전방 및 후방 측, 즉 테라스부 측이 커버 부재(300)에 의해 접착된 경우, 벤팅 가스는 각 배터리 셀(110)에서 상부 또는 하부 방향으로 배출될 수 있다. 이때, 상기 실시예와 같이, 벤팅 홀(H)이 모듈 케이스(200)의 상부 및/또는 하부에 형성된 경우, 벤팅 가스 등은 전극 리드(111) 측을 향하지 않고, 벤팅 홀(H)로 쉽게 향할 수 있다.
이와 같이 모듈 케이스(200)에 벤팅 홀(H)이 마련된 실시 구성에서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(700)을 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅 유닛(700)은, 모듈 케이스(200)의 적어도 일측에 구비되어 벤팅 가스가 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 벤팅 유닛(700)은, 모듈 케이스(200)의 외측에 구비될 수 있다. 더욱이, 벤팅 유닛(700)은, 적어도 모듈 케이스(200)에서 벤팅 홀(H)이 형성된 부분에 부착되는 형태로 구성될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 벤팅 홀(H)이 상부에 위치하는 경우, 벤팅 유닛(700)은 모듈 케이스(200)의 상부에 부착될 수 있다.
또한, 벤팅 유닛(700)은, 내부에 벤팅 채널이 형성될 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(700)은, 도 11에서 화살표로 표시된 바와 같이, 벤팅 홀(H)로부터 배출된 벤팅 가스가 내부의 빈 공간, 즉 벤팅 채널로 유입되어, 벤팅 채널 내를 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 유닛(700)은, 내부의 벤팅 가스가 외부로 배출되도록 적어도 일측에 배출구가 형성될 수 있다. 상기 벤팅 유닛(700)은, 알루미늄이나 스틸과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 모듈 케이스(200)로부터 배출된 벤팅 가스의 배출 방향이나 위치 등 그 경로를 제어함으로써, 고온의 벤팅 가스에 의한 사용자나 다른 장치의 피해를 제거하거나 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(700)을 통해, 벤팅 가스의 배출 경로가 절곡됨으로써, 화염이나 스파크와 같은 화재 유발 인자가 배터리 모듈 외부로 배출되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 이 경우, 벤팅 유닛(700)의 내부에 화염이나 스파크 등의 물질을 차단하기 위한 다양한 형태의 차단 구조물이 구비될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 일반적인 구성, 이를테면 모듈 케이스(200)나 그 내부에 구비된 셀 어셈블리(100)의 구조 등은 크게 변화시키지 않고, 외부에 벤팅 유닛(700)을 부착 내지 용접하면 되므로, 비교적 쉬운 제조 공정 및 단순한 구조로써, 벤팅 가스의 다양한 제어가 가능할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 13은, 도 12의 구성이 포함된 배터리 모듈의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다. 또한, 도 14는, 도 13의 A10-A10'선에 대한 단면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 커버 부재(300)는, 도 5와 유사한 형태로 셀 어셈블리(100)의 측면, 특히 전극 리드(111)가 위치하는 셀 어셈블리(100)의 전방 측 및/또는 후방 측을 덮는 형태로 구성될 수 있다. 다만, 커버 부재(300)는, 도 5와 다르게, 셀 어셈블리(100)의 측부를 전체적으로 완전히 밀착하여 커버하지 않고, 셀 어셈블리(100)의 측부 중 일부를 밀착 커버하지 않는 형태로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 12 및 도 14에서 B3로 표시된 부분과 같이, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 측부 하부를 커버하지 않도록 구성될 수 있다. 더욱이, 커버 부재(300)는, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 측부와 수평 방향(전후 방향, Y축 방향)으로 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(300)는, 셀 어셈블리(100)의 수평 방향 외측으로는 커버하되, 하부 방향으로는 커버하지 않고 개방되도록 구성된다고 할 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 의해 커버되지 않은 부분, 이를테면 B3 부분을 통해 벤팅 가스 등이 제어될 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스나 화염 등이 발생하면, 이러한 벤팅 가스 등은, 도 14에서 화살표로 표시된 바와 같이, 하부 방향으로 유도될 수 있다..
이때, 모듈 케이스(200)에는, 도 13 및 도 14에서 H'으로 표시된 부분과 같이, 하부 측에 벤팅 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅 홀(H')은, 도 14에 도시된 바와 같이, 커버 부재(300)의 미커버 부분(미충진부, B3)과 연통된 위치에 마련될 수 있다. 더욱이, 이러한 실시예는, 배터리 모듈이 팩 케이스에 안착되는 실시 구성에서, 배터리 모듈의 하부 측에 접하는 팩 케이스의 부분, 이를테면 팩 케이스의 바닥부 측에 벤팅 가스 등을 유도하는 구성이 마련된 경우에 보다 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 형성된 벤팅 가스나 화염 등이, 배터리 모듈의 특정 방향, 이를테면 하부 측으로 유도되는 디렉셔널 벤팅(directional venting) 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 전방 내지 후방의 상부 측에 위치하는 모듈 단자 측으로 벤팅 가스나 화염 등이 향하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 커버 부재(300)의 충진량(충진 비율) 조절을 통해 벤팅 방향이 제어되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 12 내지 도 14의 실시 구성에서, 셀 어셈블리(100)의 전후방 측에 커버 부재(300)가 전체적으로 충진된 형태로 구비되되, B3 부분에서는 다른 부분에 비해 커버 부재(300)의 충진량이 적게 포함되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 커버 부재(300)에서 충진량이 적게 포함된 부분으로 벤팅 가스 등이 유도될 수 있다.
한편, 상기 도 12 내지 도 14의 실시 구성에서는, 벤팅 가스가 배터리 모듈의 하부 측으로 유도되는 실시 형태가 도시되어 있으나, 벤팅 가스가 배터리 모듈의 다른 측, 이를테면 상부 측으로 유도되는 실시 형태도 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 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.
100: 셀 어셈블리
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
200: 모듈 케이스
210: 본체 프레임, 220: 엔드 플레이트
300: 커버 부재
400: 버스바 어셈블리
410: 모듈 버스바, 420: 버스바 하우징
500: 터미널 단자
600: 커넥터 단자
700: 벤팅 유닛

Claims (14)

  1. 전극 리드를 통해 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리;
    내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에서 상기 전극 리드가 돌출된 상기 셀 어셈블리의 측부에 접착된 커버 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 적어도 일부분이 상기 셀 어셈블리에 구비된 다수의 배터리 셀의 전극 리드에 접착된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방된 본체 프레임 및 상기 본체 프레임의 개방부에 결합되는 엔드 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는, 상기 엔드 플레이트 측에 상기 전극 리드가 위치하며,
    상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리의 전극 리드와 상기 엔드 플레이트 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 기재층의 표면에 접착층을 갖는 필름 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리에서 전극 리드가 돌출된 측부에 충진된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 인접하는 배터리 셀의 실링부 사이에 충진된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에서 상단에서 하단까지 전체적으로 충진된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상단과 하단이 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는, 상기 다수의 배터리 셀의 전극 리드의 상단에서 하단까지 전체적으로 커버하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상부 및 하부 중 적어도 일측에 벤팅 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모듈 케이스에서 벤팅 홀이 형성된 부분의 외측에 구비되어 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 이동 가능하도록 구성된 벤팅 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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