KR20230094180A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀, 복수의 배터리 셀을 수용하며, 배터리 셀의 하부를 커버하는 제1 프레임 및 배터리 셀의 상부를 커버하는 제2 프레임을 포함하는 모듈 하우징, 및 제1 프레임의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되는 포팅 글루를 포함한다.

Description

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

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 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, 종래의 LEV(Light Electric Vehicle)에 사용되는 배터리 모듈의 배터리 셀 고정 구조는, 상부 셀 프레임 및 하부 셀 프레임의 2개 조합으로 이루어지는 것이 일반적이었다.

그러나, 위와 같은 기존의 고정 구조는 셀의 상부와 하부 영역을 플라스틱이 원주 방향으로 둘러싸고 있어서, 글루가 셀의 상부 및 하부에 제대로 충진되지 못하는 구조적 문제점이 있었고, 이에 따라, 연쇄 발화 시 셀 하단부에 파열(rupture)이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 배터리 셀의 발화 시 주요 취약부인 배터리 셀 하단부에 포팅 글루가 적절하게 채워짐으로써 배터리 모듈 내부 발화 시 안전성을 강화하는 것을 목적으로 한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 배터리 모듈 내 배터리 셀의 고정력을 강화하는 것을 다른 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.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하며, 상기 배터리 셀의 하부를 커버하는 제1 프레임 및 상기 배터리 셀의 상부를 커버하는 제2 프레임을 포함하는 모듈 하우징; 및 상기 제1 프레임의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되는 포팅 글루를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 배터리 셀은, 배터리 셀 내부에 압력이 가해졌을 때 용이하게 파단될 수 있도록 주변 영역보다 구조적으로 취약하게 구성된 벤팅부를 구비할 수 있다.

이 때, 상기 벤팅부는, 상기 배터리 셀의 하단 영역에 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 제1 프레임은, 상기 배터리 셀의 외주면을 둘러싸는 제1 리브를 적어도 하나 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 프레임에 구비된 제1 리브는, 상기 배터리 셀의 높이 방향의 중앙 영역을 둘러쌀 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 리브의 하부에는, 중공의 제1 수용 공간이 구비될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 제1 수용 공간의 높이 방향 길이는, 상기 배터리 셀의 높이 방향 총 길이 대비 20 ~ 40 % 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 제1 수용 공간 중 상기 배터리 셀이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 상기 포팅 글루가 충진될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 포팅 글루는, 실리콘 재질을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 어느 하나는, 상면에, 포팅 글루 주입이 가능한 주입홀을 적어도 하나 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 제1 리브는 상기 배터리 셀의 높이 방향과 수직한 방향으로 복수 개 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 리브와 인접한 제1 리브의 사이에는 중공의 제1 통로가 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 제2 프레임은, 상기 배터리 셀의 외주면을 둘러싸는 제2 리브를 적어도 하나 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 리브는 상기 배터리 셀의 높이 방향과 수직한 방향으로 복수 개 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제2 리브와 인접한 제2 리브의 사이에는 중공의 제2 통로가 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 리브의 하부에는, 중공의 제2 수용 공간이 구비될 수 있다.

한편, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내의 일부 배터리 셀에서 발화가 발생하더라도, 배터리 셀 하단을 감싸고 있는 포팅 글루로 인해 연쇄 발화로 이어지지 않고 안전성을 확보할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내 배터리 셀의 고정력이 강화될 수 있다.

다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

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 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 하부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 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 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.

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 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 하우징(200) 및 포팅 글루(300)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(100); 상기 복수의 배터리 셀(100)을 수용하며, 상기 배터리 셀(100)의 하부를 커버하는 제1 프레임(210) 및 상기 배터리 셀(100)의 상부를 커버하는 제2 프레임(220)을 포함하는 모듈 하우징(200); 및 상기 제1 프레임(210)의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되는 포팅 글루(300)를 포함할 수 있다.

일반적으로, 원통형 배터리 셀(100)의 하단 영역에 벤팅부(140)가 위치되어 있기 때문에, 배터리 셀(100)의 발화 시 배터리 셀(100)의 하단 영역에서 주로 파단이 발생한다. 즉, 배터리 셀(100)의 발화 시 하단 영역이 주요 취약부가 된다. 따라서 배터리 셀(100)의 하단 영역에서의 안전성을 특히 강화할 필요가 있다. 이와 관련하여, 본 발명에서는, 벤팅부(140)가 위치하는 배터리 셀(100)의 하부를 커버하는 제1 프레임(210)의 내부 영역에 포팅 글루(300)를 충진함으로써, 배터리 셀(100)의 하단 영역의 안전성을 특히 강화시킬 수 있다.

한편, 상기 포팅 글루(300)는, 실리콘 재질을 포함할 수 있다. 상기 포팅 글루(300)는, 일부 중량을 감소시키고, 연소 작용를 억제하기 위해 난연 물질을 포함할 수 있다. 상기 포팅 글루(300)는, 냉각 성능을 향상시키기 위해서 PCM(상변화물질)을 포함할 수 있다.

포팅 글루(300)가 이와 같은 재질을 포함함에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(10)에서는, 연쇄 발화 및/또는 연쇄 폭발이 차단될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)에 화재가 발생하더라도 추가 연소 작용이 억제될 수 있다. 나아가, 배터리 모듈(10)의 냉각 성능이 향상될 수 있다.

도 3은 도 1의 배터리 모듈(10)에 포함되는 배터리 셀(100)을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1의 배터리 모듈(10)에 포함되는 배터리 셀(100)의 하부 구조를 설명하기 위한 도면이다.

상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지일 수 있고, 예를 들어 원통형 배터리 셀(100)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(100)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 파우치형 셀이나 각형 셀 등과 같은 다른 형태의 배터리 셀도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)이 원통형 배터리 셀(100)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110), 배터리 캔(120) 및 탑 캡(130)을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 전극 조립체(110)는, 제1 극성을 갖는 제1 전극판, 제2 극성을 갖는 제2 전극판 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는, 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(110)는, 제1 전극판, 분리막, 제2 전극판을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심을 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(110)의 외주면 상에는 배터리 캔(120)과의 절연을 위해 분리막이 구비될 수 있다. 상기 제1 전극판은 양극판 또는 음극판이고, 제2 전극판은 제1 전극판과 반대되는 극성을 갖는 전극판에 해당한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 배터리 캔(120)은, 상방에 개구부가 형성된 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 상기 배터리 캔(120)은, 상방 개구부를 통해 전극 조립체(110)를 수용하며, 전해질도 함께 수용한다.

상기 배터리 캔(120)은, 전극 조립체(110)의 제2 전극 탭(112)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 배터리 캔(120)은, 제2 전극 탭(112)과 동일한 극성을 갖는다. 즉, 상기 배터리 캔(120)은, 원통형 배터리 셀(100)의 제2 전극 단자로서 기능할 수 있다.

상기 탑 캡(130)은, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지는 부품이며, 배터리 캔(120)의 상단 개구부를 커버한다. 상기 탑 캡(130)은, 전극 조립체(110)의 제1 전극 탭(111)과 전기적으로 연결되며, 배터리 캔(120)과는 전기적으로 절연된다. 따라서, 상기 탑 캡(130)은, 원통형 배터리 셀(100)의 제1 전극 단자로서 기능할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 배터리 셀(100) 내부에 압력이 가해졌을 때 용이하게 파단될 수 있도록 주변 영역보다 구조적으로 취약하게 구성된 벤팅부(140)를 구비할 수 있다. 상기 벤팅부(140)는, 상기 배터리 셀(100)의 하단 영역에 구비될 수 있다. 상기 벤팅부(140)는, 배터리 캔(120)의 하면 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역에 해당한다. 상기 벤팅부(140)는, 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약하다. 따라서, 상기 원통형 배터리 셀(100)에 이상이 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(140)가 파단되어 배터리 캔(120)의 내부에 생성된 가스가 배출된다.

도 4에서는, 상기 벤팅부(140)가 배터리 캔(120)의 하면에 원을 그리며 연속적으로 형성된 경우만을 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 벤팅부(140)는 배터리 캔(120)의 하면에 원을 그리며 불연속적으로 형성될 수도 있고, 직선 형태 또는 그 밖의 다른 형태로 형성될 수도 있다.

이와 같이 배터리 셀(100)의 하단 영역에 벤팅부(140)가 위치되어 있기 때문에, 배터리 셀(100)의 발화 시 배터리 셀(100)의 하단 영역에서 주로 파단이 발생한다. 즉, 배터리 셀(100)의 발화 시 하단 영역이 주요 취약부가 된다. 따라서 배터리 셀(100)의 하단 영역에서의 안전성을 특히 강화할 필요가 있다. 이와 관련하여, 본 발명에서는, 벤팅부(140)가 위치하는 배터리 셀(100)의 하부를 커버하는 제1 프레임(210)의 내부 영역에 포팅 글루(300)를 충진함으로써, 배터리 셀(100)의 하단 영역의 안전성을 특히 강화시킬 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 모듈 하우징(200)은, 상기 배터리 셀(100)의 하부를 커버하는 제1 프레임(210) 및 상기 배터리 셀(100)의 상부를 커버하는 제2 프레임(220)을 포함한다.

상기 모듈 하우징(200)은, 제1 프레임(210)의 하부에 하부 플레이트(230)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 하부 플레이트(230)는 제1 프레임(210)과 일체로 구성되어 제1 프레임(210)의 일부가 될 수 있다. 또는, 상기 하부 플레이트(230)는 도 1 및 도 2에서와 같이 제1 프레임(210)과 별개의 구성요소로 구비된 후 제1 프레임(210)과 결합될 수도 있다.

상기 모듈 하우징(200)은 복수의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 상기 모듈 하우징(200)은 예를 들면 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 다만 모듈 하우징(200)이 포함하는 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 전기 전도성을 갖지 않는 다른 재질을 포함하는 것도 가능함은 물론이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 프레임(210)은, 상기 배터리 셀(100)의 외주면을 둘러싸는 제1 리브(211)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 리브(211)는, 상기 배터리 셀(100)의 외주면의 일부 영역을 둘러싸는 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 셀(100)이 원통형 배터리 셀(100)일 경우, 상기 제1 리브(211)는 상기 원통형 배터리 셀(100)의 원주 방향을 둘러싸는 구조가 될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제1 리브(211)가 각각의 배터리 셀(100)을 둘러싸면서 상기 배터리 셀(100)을 정 위치에 고정시킬 수 있다. 나아가 배터리 셀(100) 간의 충돌을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 바람직하게, 상기 제1 프레임(210)에 구비된 제1 리브(211)는, 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)의 중앙 영역을 둘러싸는 구조일 수 있다. 상기와 같은 본 발명의 제1 리브(211) 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 중앙 영역에서의 배터리 셀(100) 고정력이 향상될 수 있다. 또한, 이와 같은 구조에 의하면 상기 제1 리브(211)의 하부에, 중공의 제1 수용 공간(S1)이 구비될 수 있다. 여기서, 바람직하게, 제1 수용 공간(S1) 중 상기 배터리 셀(100)이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 상기 포팅 글루(300)가 충진될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 배터리 셀(100)은 하부 영역에 벤팅부(140)를 구비하고 있기 때문에, 특히 배터리 셀(100)의 하부 영역에서의 연쇄 발화를 차단하여 안전성을 강화할 필요성이 있다. 상기와 같은 본 발명의 제1 리브(211) 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 중앙 영역에서 제1 리브(211)로 배터리 셀(100)을 고정시킴으로써 배터리 셀(100) 고정력을 증가시킴과 동시에, 포팅 글루(300)로 상기 배터리 셀(100)의 하부 영역을 커버함으로써 배터리 셀(100)의 연쇄 발화를 차단하는 구조가 도출될 수 있다. 이에 따라, 어느 한 배터리 셀(100)에서 열이 발생하더라도, 발화된 배터리 셀(100)의 주변 배터리 셀(100)로의 복사열 전달을 차단할 수 있다. 즉, 포팅 글루(300)가 상기 제1 수용 공간(S1) 내에 충진되면, 발화된 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 포팅 글루(300)를 통해 주변에 위치한 배터리 셀(100)로 열전도 될 수 있다. 이에 따라, 주변에 위치한 배터리 셀(100)은 복사 열 대비 적은 열을 전달받게 된다. 따라서 발화된 배터리 셀(100)만 발화가 진행되고 주변에 위치한 배터리 셀(100)로의 연쇄 발화는 차단될 수 있다. 나아가, 발화된 배터리 셀(100)이 폭발한다고 하더라도, 포팅 글루(300)가 배터리 셀(100)의 폭발 시 발생하는 압력과 화염이 주변에 위치한 배터리 셀(100)로 전파되는 것을 막아줄 수 있다. 이에 따라, 2차 폭발이 방지될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서는 제1 프레임(210)과 배터리 셀(100)만을 도시하였고, 설명의 편의 상 제2 프레임(220)의 도시는 생략하였다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 수용 공간(S1)의 높이 방향 길이(L1)는, 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향 총 길이 대비 약 20 ~ 40 % 일 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 수용 공간(S1)의 높이 방향 길이(L1)는, 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향 총 길이 대비 약 28 ~ 30 % 일 수 있다.

제1 수용 공간(S1)의 높이 방향 길이(L1)가 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향 총 길이 대비 약 20 % 보다 작아지면, 충진되는 포팅 글루(300)의 양이 과도하게 적어져서 연쇄 발화 차단 효과가 감소하게 된다. 반대로, 제1 수용 공간(S1)의 높이 방향 길이(L1)가 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향 총 길이 대비 약 40 % 보다 커지면, 포팅 글루(300)의 양이 과도하게 많아져서 제조 비용이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 포팅 글루(300)의 양이 과도하게 많아지면 경화 시간이 증가하여 제조 과정의 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 제1 수용 공간(S1)의 높이 방향 길이(L1)는, 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향 총 길이 대비 약 20 ~ 40 %인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 약 28 ~ 30 % 인 것이 바람직하다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 프레임(210) 및 상기 제2 프레임(220) 중 적어도 어느 하나는, 상면에, 포팅 글루(300) 주입이 가능한 주입홀(H)을 적어도 하나 구비할 수 있다.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 배터리 셀(100)의 하부를 커버하는 제2 프레임(220)의 상면에는, 포팅 글루(300)의 주입을 가능하게 하는 주입홀(H)이 구비되어 있음을 확인할 수 있다. 이 경우, 제1 프레임(210)에 복수의 배터리 셀(100)을 삽입한 후 상기 제1 프레임(210)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 포팅 글루(300)를 주입할 수 있다. 그 후 제2 프레임(220)을 조립하여 배터리 모듈(10)을 완성할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 상부 영역에 포팅 글루(300)를 주입하지 않고 하부 영역에만 선별적으로 포팅 글루(300)를 주입할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 리브(211)는 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)과 수직한 방향(XY 평면과 평행한 방향)으로 복수 개 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 리브(211)는 수평 방향으로 복수 개 구비될 수 있다. 도 1을 참조하면 수평 방향으로 배치된 복수의 제1 리브(211) 각각이 배터리 모듈(10)에 수용된 복수의 배터리 셀(100)을 감싸고 있는 구조일 수 있다.

여기서, 상기 제1 리브(211)와 인접한 제1 리브(211)의 사이에는 중공의 제1 통로(213)가 구비될 수 있다. 상기 제1 통로(213)는 상기 주입홀(H)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 주입홀(H)을 통해 주입된 포팅 글루(300)는 제1 통로(213)를 통과하여 이동할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 통로(213)는 중공의 제1 수용 공간(S1)과 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 주입홀(H)을 통해 주입된 포팅 글루(300)는 제1 통로(213)를 통과하여 상기 제1 수용 공간(S1)에 도달할 수 있다. 결과적으로 상기 포팅 글루(300)는, 상기 제1 수용 공간(S1) 중 상기 배터리 셀(100)이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 충진될 수 있다. 이에 따라, 포팅 글루(300)가 배터리 셀(100)의 하부 영역을 커버함으로써 연쇄 발화의 차단이 가능해진다.

또한, 이와 같은 제1 프레임(210)의 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 상부 영역에 포팅 글루(300)를 주입하지 않고도 하부 영역에만 선별적으로 포팅 글루(300)를 주입할 수 있다. 따라서 연쇄 발화 차단에 필요한 최소한의 양의 포팅 글루(300)의 적용이 가능해진다.

또한, 상기와 같은 구조에 의하면, 제1 프레임(210)은 제2 프레임(220)의 도움 없이 자체적으로 포팅 글루(300) 주입이 가능한 구조이기 때문에, 제2 프레임(220)에 대한 구조적인 제한이 현저하게 줄어들 수 있다. 예를 들면, 도 6과 같이, 제2 프레임(220)에, 포팅 글루(300) 주입을 위한 구성요소가 구비되지 않는 것도 가능해진다. 즉, 도 6의 실시예에서는, 제2 프레임(220) 상에 리브나 주입홀(H)이 별도로 구비되지 않을 수 있다. 이 경우 제1 프레임(210)에 복수의 배터리 셀(100)을 삽입한 후 제1 프레임(210)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 포팅 글루(300)를 주입한 뒤 제2 프레임(220)을 조립하여 배터리 모듈(10)을 완성할 수 있다.

또는, 다른 실시 형태로서, 후술할 도 7 또는 도 8에 도시된 형태의 제2 프레임(220)이 적용되는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 제1 프레임(210) 구조에 의하면, 제2 프레임(220)에 대한 구조적 유연성이 증가될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 모듈 하우징(200)은 앞선 실시예의 모듈 하우징(200)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)의 상부를 커버하는 제2 프레임(220)의 상면에는, 포팅 글루(300)의 주입을 가능하게 하는 주입홀(H)이 구비될 수 있다. 이 경우 제2 프레임(220)의 상면이 배터리 모듈(10)의 상면이 되므로, 배터리 모듈(10)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 포팅 글루(300)가 주입될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 배터리 모듈(10)의 제조 과정 중에 포팅 글루(300)를 주입하지 않아도 되며, 배터리 모듈(10)의 조립이 완료된 후에 포팅 글루(300)를 주입할 수 있다. 따라서, 제조 효율이 높아질 수 있고 제조 유연성이 향상될 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제2 프레임(220)은, 상기 배터리 셀(100)의 외주면을 둘러싸는 제2 리브(221)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 리브(221)는, 상기 배터리 셀(100)의 외주면의 일부 영역을 둘러싸는 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 본 발명의 배터리 셀(100)이 원통형 배터리 셀(100)일 경우, 상기 제2 리브(221)는 상기 원통형 배터리 셀(100)의 원주 방향을 둘러싸는 구조가 될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제2 리브(221)가 각각의 배터리 셀(100)을 둘러싸면서 상기 배터리 셀(100)을 정 위치에 고정시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제2 리브(221)는 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)과 수직한 방향(XY 평면과 평행한 방향)으로 복수 개 구비될 수 있다. 즉, 상기 제2 리브(221)는 수평 방향으로 복수 개 구비될 수 있다. 도 7을 참조하면 수평 방향으로 배치된 복수의 제2 리브(221) 각각이 배터리 모듈(10)에 수용된 복수의 배터리 셀(100)을 감싸고 있는 구조일 수 있다.

여기서 상기 제2 리브(221)와 인접한 제2 리브(221)의 사이에는 중공의 제2 통로(223)가 구비될 수 있다. 상기 제2 통로(223)는 제2 프레임(220)의 상면에 구비된 주입홀(H)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 2 프레임(220)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 주입된 포팅 글루(300)는 제2 통로(223)를 통과하여 이동할 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 통로(223)는 제1 프레임(210)의 상면에 구비된 주입홀(H)과 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 제2 프레임(220)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 주입된 포팅 글루(300)는 제2 통로(223)를 통과하여 제1 프레임(210)의 상면에 구비된 주입홀(H)에 도달할 수 있다. 나아가, 상기 제1 프레임(210)의 상면에 구비된 주입홀(H)을 통해 주입된 포팅 글루(300)는 제1 통로(213)를 통과하여 상기 제1 수용 공간(S1)에 도달할 수 있다. 결과적으로 상기 포팅 글루(300)는, 상기 제1 수용 공간(S1) 중 상기 배터리 셀(100)이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 충진될 수 있다. 이에 따라, 포팅 글루(300)가 배터리 셀(100)의 하부 영역을 커버함으로써 연쇄 발화의 차단이 가능해져 배터리 모듈(10)의 안전성이 증가한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 모듈 하우징(200)은 앞선 실시예의 모듈 하우징(200)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 8을 참조하면, 상기 제2 프레임(220)에 구비된 제2 리브(221)는, 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)의 상단 영역을 둘러싸는 구조일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제2 리브(221) 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 상단 영역에서의 배터리 셀(100) 고정력이 향상될 수 있다. 게다가, 제1 리브(211)가 배터리 셀(100)의 중앙 영역을 이미 고정하고 있기 때문에, 상기와 같은 제2 리브(221)의 구조에 의하면 배터리 셀(100)의 고정력이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 도 8을 참조하면, 상기 제2 리브(221)의 하부에는, 중공의 제2 수용 공간(S2)이 구비될 수 있다. 여기서, 바람직하게, 이러한 제2 수용 공간(S2) 중 상기 배터리 셀(100)이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 상기 포팅 글루(300)가 충진될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면 포팅 글루(300)가 배터리 셀(100)의 대략 중앙 영역에도 추가로 구비될 수 있게 된다. 이에 따라, 배터리 셀(100)의 측면, 특히 측면 중앙 영역에서 파단 및/또는 발화가 발생하는 경우에도 연쇄 발화 차단이 가능해진다. 즉, 배터리 모듈(10)의 안전성이 더욱 증가한다. 나아가, 배터리 셀(100) 측면의 냉각 효율도 증가하게 된다.

다른 실시 형태로서, 상기 제2 리브(221)가 상기 배터리 셀(100)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)의 상단이 아닌 다른 영역을 둘러싸는 구조일 수도 있다. 예를 들어, 상기 제2 리브(221)는 상기 제2 프레임(220)의 높이 방향 중앙 영역에 구비될 수 있다. 이 경우, 제2 리브(221)의 상부 영역 및 제2 리브(221) 하부 영역 각각에 중공의 제2 수용 공간(S2)이 구비될 수 있다. 또는, 예를 들어, 상기 제2 리브(221)는 상기 제2 프레임(220)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향)의 하단 영역에 구비될 수 있다. 이 경우, 제2 리브(221)의 상부 영역에 중공의 제2 수용 공간(S2)이 구비될 수 있다. 이와 같이 제2 리브(221)의 높이 방향 위치는 가변적일 수 있다.

반면, 제1 리브(211)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향) 위치는 제2 리브(221)의 높이 방향(Z축에 평행한 방향) 위치에 비해 상대적으로 덜 가변적이다. 예를 들어, 제1 리브(211)는 제1 프레임(210)의 하단 영역에는 구비되지 않는 것이 바람직하다. 만약 제1 리브(211)가 제1 프레임(210)의 하단 영역에 구비되면, 제1 수용 공간(S1)이 제1 프레임(210)의 상단 영역에 구비되게 되고, 그렇게 되면 포팅 글루(300)가 배터리 셀(100)의 하단 영역을 직접적으로 커버할 수 없게 된다. 결국 배터리 셀(100)의 안전성이 약화된다. 따라서, 제1 리브(211)는 제1 프레임(210)의 하단 영역을 제외한 영역, 이를테면 중앙 영역 또는 상단 영역에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 도면에 도시되지는 않았으나, 본 발명의 하부 플레이트(230) 상에는 배터리 셀(100) 고정용 본드가 도포될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 높이 방향 이동이 제한될 수 있다. 예를 들어 배터리 모듈(10) 내에 상하 공간의 여유가 있을 수 있거나 유격이 발생할 수 있다. 이와 같은 경우라고 하더라도, 배터리 셀(100)이 제1 프레임(210)의 하단에 고정될 수 있기 때문에, 배터리 모듈(10) 내 배터리 셀(100)의 불필요한 이동이 차단될 수 있다. 나아가, 제1 프레임(210) 또는 제2 프레임(220)의 일부가 파손되어 배터리 셀(100)이 빠져나갈 수 있을 정도의 크기의 결손 영역이 생기더라도, 상기 고정용 본드에 의해 배터리 셀(100)의 이탈이 방지될 수 있다.

도 9는 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 팩 케이스(50)를 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(1)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

도 10은 도 9의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 적어도 하나 포함할 수 있다.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈(10) 내의 일부 배터리 셀(100)에서 발화가 발생하더라도, 배터리 셀(100) 하단을 감싸고 있는 포팅 글루(300)로 인해 연쇄 발화로 이어지지 않기 때문에 배터리 모듈(10)의 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10) 내 배터리 셀(100)의 고정력이 강화될 수 있다.

따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 안전성이 향상된 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 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.

이상에서 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.

V 자동차 200 모듈 하우징
1 배터리 팩 210 제1 프레임
10 배터리 모듈 211 제1 리브
50 팩 케이스 213 제1 통로
100 배터리 셀 220 제2 프레임
110 전극 조립체 221 제2 리브
111 제1 전극 탭 213 제2 통로
112 제2 전극 탭 230 하부 플레이트
120 전지 캔 H 주입홀
130 탑 캡 S1 제1 수용 공간
140 벤팅부 S2 제2 수용 공간
300 포팅 글루

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀;
   상기 복수의 배터리 셀을 수용하며, 상기 배터리 셀의 하부를 커버하는 제1 프레임 및 상기 배터리 셀의 상부를 커버하는 제2 프레임을 포함하는 모듈 하우징; 및
   상기 제1 프레임의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되는 포팅 글루
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리 셀은, 배터리 셀 내부에 압력이 가해졌을 때 용이하게 파단될 수 있도록 주변 영역보다 구조적으로 취약하게 구성된 벤팅부를 구비하고,
   상기 벤팅부는, 상기 배터리 셀의 하단 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   제1 프레임은,
   상기 배터리 셀의 외주면을 둘러싸는 제1 리브를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 프레임에 구비된 제1 리브는,
   상기 배터리 셀의 높이 방향의 중앙 영역을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 리브의 하부에는,
   중공의 제1 수용 공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 수용 공간의 높이 방향 길이는,
   상기 배터리 셀의 높이 방향 총 길이 대비 20 ~ 40 % 인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 수용 공간 중 상기 배터리 셀이 차지하는 공간 이외의 중공 공간에 상기 포팅 글루가 충진되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 포팅 글루는,
   실리콘 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 어느 하나는,
   상면에, 포팅 글루 주입이 가능한 주입홀을 적어도 하나 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 리브는 상기 배터리 셀의 높이 방향과 수직한 방향으로 복수 개 구비되고,
    상기 제1 리브와 인접한 제1 리브의 사이에는 중공의 제1 통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 프레임은,
    상기 배터리 셀의 외주면을 둘러싸는 제2 리브를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 리브는 상기 배터리 셀의 높이 방향과 수직한 방향으로 복수 개 구비되고,
    상기 제2 리브와 인접한 제2 리브의 사이에는 중공의 제2 통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 리브의 하부에는,
    중공의 제2 수용 공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제 14 항에 기재된 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

Images