KR20230098020A

KR20230098020A - 안전성이 강화된 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20230098020A
Application number: KR1020220174863A
Authority: KR
Inventors: 박진우; 김태근; 이창제; 이복건
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-07-03

Abstract

본 발명은, 열적 이벤트 발생 시, 인접한 배터리 셀에 영향을 미치는 것을 감소시켜 안전성이 강화될 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 구비하는 다수의 배터리 셀; 내부 공간에 상기 다수의 배터리 셀을 수납하는 모듈 케이스; 상기 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 사이의 공간을 분리시키며, 상기 전극 리드가 삽입될 수 있도록 슬롯이 마련된 분리 부재; 및 전기적 절연 재질을 구비하며 상기 슬롯에 삽입된 상기 전극 리드의 적어도 일부분의 외측을 둘러싸도록 구성된 절연 블록을 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 모듈{Battery module with reinforced safety}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.

스마트폰, 노트북, 웨어러블 기기 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. 이때, 배터리 모듈 내부에는 에너지 밀도를 높이기 위해 좁은 공간에 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 밀집된 상태로 존재할 수 있다.

그런데, 이와 같이 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재나 폭발 등의 사고에 취약할 수 있다. 특히, 어느 하나, 또는 일부 배터리 셀에서 온도가 급격히 상승하는 경우, 다른 배터리 셀로 온도 상승이 전파되는 열폭주 전파(thermal runaway propagation) 등과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이때, 이러한 이벤트가 제대로 제어되지 못하면, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 화재나 폭발로 나아갈 수 있고, 큰 인명 및 재산 피해까지도 야기할 수 있다. 더욱이, 일부 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 벤팅 가스나 화염, 스파크 등이 분출될 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅 가스나 화염 등의 이물질이 인접한 정상 셀로 향하는 경우, 인접 셀에 대하여 열 폭주나 화재 등을 일으킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열적 이벤트 발생 시, 인접한 배터리 셀에 영향을 미치는 것을 감소시켜 안전성이 강화될 수 있는 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 구비하는 다수의 배터리 셀; 내부 공간에 상기 다수의 배터리 셀을 수납하는 모듈 케이스; 상기 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 사이의 공간을 분리시키며, 상기 전극 리드가 삽입될 수 있도록 슬롯이 마련된 분리 부재; 및 전기적 절연 재질을 구비하며 상기 슬롯에 삽입된 상기 전극 리드의 적어도 일부분의 외측을 둘러싸도록 구성된 절연 블록을 포함한다.

여기서, 상기 분리 부재는, 금속 재질을 구비할 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 전극 리드와 상기 분리 부재 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 전극 리드가 삽입된 상태에서 상기 슬롯을 밀폐시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 서로 결합된 둘 이상의 단위 블록을 구비할 수 있다.

또한, 상기 분리 부재는, 인접하는 배터리 셀 사이에 개재된 제1 분리부, 및 상기 제1 분리부의 단부에 연결되며 상기 슬롯이 형성된 제2 분리부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부 중 적어도 하나는, 판상으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부는, 직각으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 분리 부재는, 상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부의 각 단부와 연결되어, 상기 다수의 배터리 셀의 일측을 커버하는 제3 분리부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 분리 부재의 슬롯에 장착 가능하게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 다수의 배터리 셀의 전극 리드 사이를 전기적으로 연결하는 버스바 어셈블리를 더 포함하며, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 분리 부재의 외측에 위치할 수 있다.

또한, 상기 버스바 어셈블리는, 전기적 절연성 재질로 구성되며 상기 분리 부재의 외측에 구비된 버스바 하우징, 및 전기적 전도성 재질로 구성되어 상기 버스바 하우징에 결합된 버스바 단자를 구비할 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀에서 가스 배출 시, 배출된 가스가 유입 가능하도록 구성된 가스 포집부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀의 실링부 중 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 내측 단부에 완충 패드를 구비할 수 있다.

또한, 상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀에서 가스 배출 시, 상기 전극 리드 또는 상기 분리 부재의 슬롯 측으로 밀착되도록 구성될 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 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 안전성이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 열적 이벤트 발생 시, 인접한 배터리 셀에 영향을 줄 수 있는 인자를 제거함으로써 열폭주 전달 이벤트가 효과적으로 억제될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 각 배터리 셀을 별도의 분리된 공간에 수납되도록 함으로써, 화염, 스파크, 열, 이물질 등이 인접한 배터리 셀로 전이되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 화염이나 열 등으로부터 버스바 어셈블리의 안정적인 보호가 가능하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 화염 등에 의해 배터리 모듈의 내부 구조가 붕괴되는 것을 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 1 및 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도 및 분리 사시도이다.
도 3은, 도 2의 일부 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 5의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 블록의 구성을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 전극 리드에 대한 절연 블록의 조립 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 도 11의 분리 부재에 형성된 슬롯에 전극 리드와 절연 블록 이 삽입되는 구성을 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 13 및 도 14는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 16은, 도 15의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 블록의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 18은, 도 17의 절연 블록이 분리 부재의 슬롯에 장착된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 20은, 도 19의 절연 블록이 분리 부재의 슬롯에 장착된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 23은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 24는, 도 23의 절연 블록이 포함된 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다.
도 25는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 26은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록이 포함된 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 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 아니되며, 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.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

또한, 본 명세서에서는, 다양한 실시예가 포함되어 있으며, 각 실시예에 대해서는, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 경우에는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 1 및 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도 및 분리 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2의 일부 구성을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 분리 부재(300) 및 절연 블록(400)을 포함할 수 있다.

상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 전극 조립체, 전해질 및 외장재를 구비하며, 충방전이 반복적으로 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)은, 리튬 전지일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 전지의 특정 종류로 한정되는 것은 아니다.

특히, 상기 배터리 셀(100)은, 파우치형 전지일 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)의 외장재는, 알루미늄층이 폴리머층에 의해 감싸진 형태의 파우치 외장재일 수 있다.

더욱이, 이러한 형태의 배터리 셀(100), 즉 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, R로 표시된 수납부와 E로 표시된 실링부를 구비할 수 있다. 여기서, 수납부(R)는 전극 조립체(양극판, 음극판, 세퍼레이터) 및 전해질이 수납된 부분을 나타내고, 실링부(E)는 이러한 수납부(R)의 주변을 둘러싸는 형태로 파우치 외장재가 융착된 부분을 나타낸다고 할 수 있다.

특히, 파우치형 셀(100)은, 수납부(R)를 중심으로 4개의 측면(모서리)이 존재한다고 할 수 있다. 이때, 4개의 측면이 모두 실링된 형태로 구성될 수도 있고, 3개의 측면만 실링된 형태로 구성될 수도 있다. 이때, 4개의 측면이 실링된 셀을 4면 실링이라 하고, 3개의 측면이 실링된 셀을 3면 실링 셀이라고 할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 실시 구성에서는 배터리 셀(100)이 세워진 형태로 구성되는데, 좌측 파우치와 우측 파우치의 전단, 후단, 하단 및 상단이 실링될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)은 4면 실링되었다고 할 수 있다.

상기 배터리 셀(100)은, 배터리 모듈에 다수 포함될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 셀(100)은 전극 리드(110)를 구비할 수 있다. 이러한 전극 리드(110)에는 양극 리드와 음극 리드가 포함되며, 양극 리드와 음극 리드는 배터리 셀(100)의 동일 측면(모서리) 또는 서로 다른 측면에 돌출되게 구비될 수 있다. 이때, 양극 리드와 음극 리드가 동일 측면에 위치하는 경우 단방향 셀이라고 하고, 양극 리드와 음극 리드가 다른 측면, 특히 반대되는 측면에 위치하는 경우 양방향 셀이라고 할 수도 있다.

다수의 배터리 셀(100)은, 서로 적층된 형태로 배터리 모듈에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 일 방향으로 적층된 형태의 셀 적층체(셀 어셈블리)를 구비한다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 셀(100)은, 상하 방향(수직 방향, Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(Y축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)는, 전후 방향(X축 방향)으로 양단에 배치된다고 할 수 있다.

상기 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 다수의 배터리 셀(100)을 수납하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 케이스(200)는, 상판(210), 하판(220), 좌측판(230), 우측판(240), 전판(250) 및 후판(260)을 구비하여 내부 공간을 한정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 내부 공간에 셀 적층체가 위치하도록 할 수 있다.

또한, 모듈 케이스(200)를 구성하는 여러 판상 부재의 적어도 일부는 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 케이스(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하판(220), 좌측판(230) 및 우측판(240)이 서로 일체화된 U-프레임 형태의 본체를 구비하고, 상판(210), 전판(250) 및 후판(260)이 본체의 상부, 전방 및 후방을 커버 내지 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 이때, 상판(210), 전판(250) 및 후판(260)과 본체 사이의 결합 고정은, 용접, 접착, 볼팅, 후크 등 다양한 체결 방식이 이용될 수 있다. 또는, 상기 모듈 케이스(200)는, 상판(210), 하판(220), 좌측판(230) 및 우측판(240)이 서로 일체화된 관 형상의 모노 프레임 형태로 구성될 수 있다.

상기 모듈 케이스(200)는, 내열성 재질, 특히 금속 및/또는 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 케이스(200)는, 클래드 메탈(Clad metal), 내열 코팅층을 구비하는 금속 내지 플라스틱 재질, STS(SUS)와 Al이 접합된 형태 등, 다양한 종류의 내열성 재질을 포함할 수 있다.

다만, 본 발명은 이러한 모듈 케이스(200)의 특정 재질이나 형태로 한정되지 않는다.

상기 분리 부재(300)는, 모듈 케이스(200)에 수납된 다수의 배터리 셀(100) 중 적어도 일부 배터리 셀(100) 사이의 공간을 분리시키도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 분리 부재(300)는, 모듈 케이스(200)의 내부 공간을 다수의 단위 공간으로 분할할 수 있다. 예를 들어, 상기 분리 부재(300)는, 다수의 배터리 셀(100) 각각에 대하여 수납 공간을 분리시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 다수의 배터리 셀(100) 각각은 서로 다른 분리 공간에 수납된다고 할 수 있다. 다른 예로, 상기 분리 부재(300)는, 둘 이상의 셀 뱅크를 분리시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 셀 뱅크에는 하나 이상의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 셀 뱅크에는 3개의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 이 경우, 분리 부재(300)는, 3개의 배터리 셀(100)을 하나의 셀 뱅크로 구성하여, 서로 다른 셀 뱅크마다 수납 공간이 분리되도록 할 수 있다.

상기 분리 부재(300)는, 도 2에서 S로 표시된 부분과 같이, 슬롯이 형성될 수 있다. 이러한 슬롯(S)은, 전극 리드(110)가 삽입될 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 슬롯(S)은, 내측에 위치하는 전극 리드(110)가 분리 부재(300)를 관통하여 외측으로 돌출될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(S)은, 전극 리드(110)가 분리 부재(300)의 두께 방향으로 삽입 내지 관통될 수 있도록, 전극 리드(110)의 삽입 형태에 대응되는 형상 및 크기 등을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 리드(110)는 대략 세워진 판상 형태로 형성될 수 있는데, 이 경우 슬롯(S)은, 전극 리드(110)의 상하 방향(Z축 방향) 길이 및 좌우 방향(Y축 방향) 두께 이상의 크기를 갖도록 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 특별한 설명이 없는 한, 특정 구성요소에 대하여, 내측 방향은 해당 구성요소 또는 배터리 모듈의 중심을 향하는 방향을 의미하고, 외측 방향은 해당 구성요소 또는 배터리 모듈의 외측을 향하는 방향을 의미할 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 전기적 절연성 재질을 가지며, 전극 리드(110)를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 특히, 절연 블록(400)은, 전극 리드(110) 중 슬롯(S)에 삽입된 부분의 외측을 둘러싸도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 배터리 셀(100)의 전후 방향(X축 방향) 양단에 위치하는 전극 리드(110)는, L1으로 표시된 부분과 같이 전후 방향으로 연장되다가, L2로 표시된 바와 같이 단부가 좌우 방향으로 절곡되게 구성될 수 있다. 여기서, 전후 연장부(L1)의 적어도 일부는 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 삽입된 부분일 수 있으며, 좌우 절곡부(L2)는 슬롯(S)으로부터 빠져 나와 분리 부재(300)의 외측에 위치하는 부분일 수 있다. 특히, 좌우 절곡부(L2)는, 다른 배터리 셀(100)의 전극 리드와 직접 접촉되거나, 후술하는 버스바 어셈블리의 버스바 단자와 접촉되는 부분일 수 있다.

이때, 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)에서 슬롯(S)에 삽입된 부분, 즉 전후 연장부(L1)의 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)의 전후 방향 연장부(L1)의 일부분에 대하여, 연장 방향을 제외한 상, 하, 좌, 우의 전체 방향, 즉 360도(°) 방향으로, 전극 리드(110)를 감싸도록 구성될 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 전기적 절연성 재질을 갖는 물질로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 절연 물질로 이루어지거나 이러한 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 절연 블록(400)은, 고온이나 화염 등에도 어느 정도까지는 견딜 수 있도록 내열성을 갖는 물질로 이루어지거나 이러한 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 절연 블록(400)은, 내열 플라스틱이나 내열(세라믹 등) 처리된 탄성체, 이를테면 내열 코팅된 실리콘이나 고무, 폴리머 등의 재질로 이루어지거나 이러한 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀(100)들의 수납 공간이 분리되어, 인접하는 배터리 셀(100) 간, 화염이나 열, 스파크, 기타 이물질 등의 전달이 효과적으로 차단될 수 있다. 따라서, 특정 배터리 셀(100)에서 열 폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하더라도, 다른 배터리 셀(100)로 이러한 열적 이벤트가 전파(propatation)되는 것을 방지할 수 있다.

상기 분리 부재(300)는, 금속 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 분리 부재(300)는, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또는 상기 분리 부재(300)는, 금속 재질과 함께 다른 재질을 더 구비할 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 상기 분리 부재(300)는, 스틸, 보다 구체적으로는 스테인리스강(SUS, STS) 재질을 구비할 수 있다. 다른 예로, 상기 분리 부재(300)는, 클래드 메탈(clad metal) 재질, 내열 코팅된 금속 재질, 및/또는 STS 재질에 알루미늄이 접합된 재질 등의 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 제조가 용이하고, 구조적 안정성 내지 기계적 강도가 높게 확보될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 화염 등이 발생하더라도, 이러한 화염에 대한 내구성이 안정적으로 확보되어 구조 붕괴가 방지될 수 있을 뿐 아니라, 화염에 대한 차단 성능이 우수하게 확보될 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)와 분리 부재(300) 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 6은, 도 5의 A1-A1'선에 대한 단면도이다. 예를 들어, 도 5 및 도 6은, 배터리 모듈에서 하나의 배터리 셀(100)의 전방 측 일부를 나타낸 도면이라 할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)가 분리 부재(300)와 직접적으로 접촉하지 않도록 하여, 전극 리드(110)와 분리 부재(300) 사이가 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다. 특히, 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)에서 분리 부재(300)의 슬롯(S)을 통과하는 부분에 대하여, 그 주변을 둘러싸도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에서는, 전극 리드(110)가 분리 부재(300), 특히 분리 부재(300)의 슬롯(S) 부분과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 리드(110)와 분리 부재(300) 사이에 통전이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 특히, 분리 부재(300)는, 화염에 대한 안정성 및 구조적 강성 등을 확보하기 위해, 전기적 전도성을 갖는 금속 재질로 구성될 수 있다. 이때, 상기 실시 구성과 같이 절연 블록(400)이 전극 리드(110)와 분리 부재(300)의 직접적인 접촉을 차단하여, 쇼트 등이 발생하는 것을 방지하고 전기적인 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 절연 블록(400)은, 슬롯(S)을 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 분리 부재(300)는 전극 리드(110)가 삽입 가능하도록 슬롯(S)이 형성될 수 있는데, 이러한 슬롯(S)은, 전극 리드(110)의 삽입 공정이 용이하게 이루어지도록, 공차를 고려하여 전극 리드(110)의 삽입 크기(단면 크기)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 전극 리드(110)가 슬롯(S)에 삽입된 상태에서, 전극 리드(110)의 주변으로는 빈 공간이 형성될 수 있다. 하지만, 도 6에서 A2로 표시된 부분과 같이, 슬롯(S)에서 전극 리드(110)의 주변에는 절연 블록(400)이 채워질 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 슬롯(S)을 통한 화염이나 스파크 등의 배출이 억제될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 예를 들어, 도 7은, 도 5의 A2-A2'선에 대한 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다.

도 7을 참조하면, 배터리 셀(100)의 파우치 외장재, 특히 실링부(E) 측에서 화염이나 스파크, 벤팅 가스 등이 발생한 경우, 이러한 화염 등은, 화살표 B1로 표시된 바와 같이, 분리 부재(300)의 내측에서 슬롯(S)을 향해 이동할 수 있다. 하지만, 분리 부재(300)의 슬롯(S)에는 전극 리드(110)가 삽입된 부분 이외의 공간이 절연 블록(400)에 의해 밀폐될 수 있다. 특히, 절연 블록(400)은, 분리 부재(300)의 슬롯(S)에서 전극 리드(110)를 제외한 슬롯(S)의 빈 공간을 완전히 막도록 구성될 수 있다. 따라서, 화염이나 스파크 등은 슬롯(S)을 통과하지 못하고, 분리 부재(300)의 내측 공간, 즉 해당 배터리 셀(100)이 수납된 공간에만 머무를 수 있다.

따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 슬롯(S)을 통과한 화염 등으로 인해, 열 폭주 전파가 일어나는 것이 보다 확실하게 방지될 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 구성의 경우, 전극 리드(110)가 위치하는 공간, 특히 배터리 모듈의 전방 내지 후방을 통해 배터리 셀(100) 간 화염이나 스파크, 고온의 가스 등이 전파되는 것을 차단할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리 모듈의 안전성이 더욱 향상될 수 있다.

더욱이, 상기 절연 블록(400)은, 슬롯(S)에 대한 밀폐력 확보를 위해, 탄성체 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 블록(400)은, 폴리우레탄이나 고무, 실리콘 등의 재질을 포함할 수 있다. 또한, 절연 블록(400)은, 일정 수준 이상의 탄성을 갖는 플라스틱 내지 폴리머 재질을 구비할 수 있다. 더욱이, 절연 블록(400)은, 내열성 향상을 위해, 세라믹 코팅층을 구비할 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)은, 지르코니아나 mica 등의 재질을 구비할 수 있다. 본 발명은, 절연 블록(400)의 특정 재질로 한정되지 않으며, 절연 블록(400)에는 본 발명의 출원 시점에 공지된 전기적 절연성, 내열성 또는 탄성을 갖는 다양한 물질이 채용될 수 있다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 블록(400)의 구성을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다. 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 전극 리드(110)에 대한 절연 블록(400)의 조립 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 절연 블록(400)은, 둘 이상의 단위 블록을 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 다수의 단위 블록은 서로 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 절연 블록(400)은, 제1 블록(410) 및 제2 블록(420)을 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 제1 블록(410)과 제2 블록(420)은, 서로 결합되어 하나의 단위 블록을 구성하여, 하나의 슬롯(S)에 삽입될 수 있다.

절연 블록(400)에는, 도 3 및 도 8 등에서 N으로 표시된 부분과 같이, 전극 리드(110)가 삽입되기 위한 리드 삽입부가 형성될 수 있다. 특히, 이러한 리드 삽입부(N)는, 전극 리드(110)의 형상에 대응하여, 상하 방향(Z축 방향)으로 길게 연장된 슬릿 형태로 형성될 수 있다. 특히, 이러한 리드 삽입부(N)는, 제1 블록(410)과 제2 블록(420) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 블록(410)과 제2 블록(420) 각각에 제1 슬릿(N1)과 제2 슬릿(N2)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 블록(410)과 제2 블록(420)이 결합할 때, 제1 슬릿(N1)과 제2 슬릿(N2)이 결합하여 하나의 리드 삽입부(N)를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 블록(410)과 제2 블록(420)은, 서로 상하 방향으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 제2 블록(420)은, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 제1 블록(410)의 상부에서 하부 방향으로 이동하여, 제1 블록(410)의 상단에 안착될 수 있다. 여기서, 제1 슬릿(N1)은, 제1 블록(410)의 상단에서 하부 방향으로 소정 거리만큼 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제2 슬릿(N2)은, 제2 블록(420)의 하단에서 상부 방향으로 소정 거리만큼 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 리드 삽입부(N)는, 절연 블록(400)에서 절개 내지 절취된 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)과 전극 리드(110) 사이의 조립성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 구성에 의하면, 도 9의 (a)에 도시된 도면과 같이, 전극 리드(110)를 먼저 제1 블록(410)의 제1 슬릿(N1)에 삽입시킬 수 있다. 그리고, 제1 슬릿(N1)에서 상부 방향으로 돌출된 전극 리드(110)의 상부를 제2 슬릿(N2)에 맞추면서, 제2 블록(420)을 화살표 B2와 같이 하부 방향으로 이동시킬 수 있다. 그러면, 도 9의 (b)로 표시된 부분과 같이, 제2 블록(420)과 제1 블록(410)은 서로 결합될 수 있다. 따라서, 절연 블록(400)에 의해 전극 리드(110)의 주변을 감싸는 구성이 용이하게 달성될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)과 전극 리드(110) 사이의 밀폐성이 향상될 수 있다. 즉, 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(110)를 절연 블록(400)의 리드 삽입부(N)에 용이하게 삽입할 수 있으므로, 리드 삽입부(N)의 크기를 크게 하지 않을 수 있다. 그러므로, 전극 리드(110)와 절연 블록(400) 사이에서 틈이 생기는 것을 최소화할 수 있다.

상기 실시 구성에서, 다수의 단위 블록은, 접착, 볼팅, 용접, 끼움 결합, 후크 결합 등 다양한 체결 방식에 의해 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 블록(410)의 상단 표면과 제2 블록(420)의 하단 표면에는 접착제가 도포되어, 제1 블록(410)과 제2 블록(420)은 서로 접착 고정될 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 블록(410)과 상기 제2 블록(420)은, 서로 대응되게 형성된 체결 돌기와 체결 홈에 의해 끼움 결합되어 체결 고정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 단위 블록 간 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 절연 블록(400)에 의한 전극 리드(110)의 절연 및 밀폐 성능이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)에 대하여 탈착 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 절연 블록(400)은, 전극 리드(110)와 결합 및 분리 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)은, 제1 블록(410)과 제2 블록(420) 사이의 끼움 결합에 의해 전극 리드(110)에 장착될 수 있다. 그리고, 절연 블록(400)은, 제1 블록(410)과 제2 블록(420) 사이의 끼움 결합이 해제되어 전극 리드(110)로부터 분리 내지 이탈될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 조립 공정은 물론이고, 배터리 모듈에서 특정 배터리 셀(100)을 분리시키는 공정 등이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 조립성이나 교체 용이성이 보다 개선될 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 배터리 모듈에 다수 포함될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)에는 2개의 전극 리드(110)가 돌출되기 위한 슬롯(S)이 2개 이상 형성될 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈에는 다수의 배터리 셀(100)이 포함되며, 각 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)에 대응되는 슬롯(S) 역시 분리 부재(300)에 복수 형성될 수 있다. 이때, 복수의 슬롯(S) 각각에 대응되도록, 절연 블록(400) 역시 복수 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배터리 모듈에 포함된 분리 부재(300)에 여러 슬롯(S)이 형성된 경우, 절연 블록(400)은 각 슬롯(S)에 일대일 대응되도록 복수 포함될 수 있다.

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 10을 참조하면, 상기 분리 부재(300)는, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)를 구비할 수 있다.

제1 분리부(310)는, 인접하는 배터리 셀(100) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10과 함께 도 2를 참조하면, 다수의 배터리 셀(100)이 좌우 방향으로 나란하게 배열될 수 있다. 이때, 각각의 배터리 셀(100)은, 세워진 상태에서 전후 방향으로 전극 리드(110)가 위치하도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 분리부(310)는, 좌우 방향으로 인접하여 배치된 2개의 배터리 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 제1 분리부(310)는, 셀 적층체 사이에 개재되어 셀 적층체 사이 공간을 분리시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 분리부(310)는 C1으로 표시된 바와 같이 다수의 분리된 공간을 형성할 수 있다. 더욱이, 제1 분리부(310)는, 수평 방향(좌우 방향)으로 서로 소정 거리 이격되게 다수 배치될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 분리부(310) 사이의 이격 공간에 하나 이상의 배터리 셀(100)이 수납될 수 있다.

제2 분리부(320)는, 제1 분리부(310)의 단부에 연결될 수 있다. 더욱이, 제2 분리부(320)는, 전극 리드(110)가 위치하는 측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 분리부(320)는, 전극 리드(110)가 위치하는 제1 분리부(310)의 전단 또는 후단에 연결될 수 있다. 특히, 제2 분리부(320)는, 2개 이상 구비되어, 적어도 1개는 제1 분리부(310)의 전단에 연결되고, 다른 1개는 제1 분리부(310)의 후단에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 분리부(320)는, 슬롯(S)이 형성될 수 있다. 즉, 제2 분리부(320)는, 전극 리드(110)가 삽입될 수 있도록 슬롯(S)이 형성될 수 있다. 이때, 슬롯(S)은, 제2 분리부(320)에 대하여 두께 방향으로 관통된 형태로 형성될 수 있다.

제1 분리부(310)는 셀 적층체의 적층 방향, 이를테면 좌우 방향으로, 2개의 배터리 셀(100) 사이를 분리키도록 구성될 수 있다. 그리고, 제2 분리부(320)는, 셀 적층체와 전방 측 공간 또는 후방 측 공간을 분리시키도록 구성될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)에 의해, 배터리 셀(100)의 적층 방향으로 셀 간 화염이나 스파크, 열 등이 직접 전달되는 것은 물론이고, 배터리 셀(100)의 전방이나 후방 측 공간을 통해 화염 등이 우회하여 전달되는 것도 효과적으로 차단될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리 셀(100) 간 열전파 억제 성능이 더욱 향상될 수 있다.

상기 제1 분리부(310) 및/또는 상기 제2 분리부(320)는, 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 제1 분리부(310)와 2개의 제2 분리부(320)는 모두 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)를 구성하는 각각의 플레이트는, 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 모두 세워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 크기나 두께를 작게 하면서도 모듈 케이스(200)의 내부 공간에서 셀 사이의 공간이 확실하게 분리되도록 할 수 있다. 특히, 분리 부재(300)의 단부, 이를테면 상단 내지 하단이 모듈 케이스(200)의 내면에 확실하게 밀착되도록 함으로써, 분리 부재(300)와 모듈 케이스(200) 사이의 틈으로 화염이나 가스, 스파크, 열 등이 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 분리 부재(300)가 차지하는 공간을 줄여 배터리 모듈의 에너지 밀도를 높이는 한편, 배터리 모듈의 경량화에도 기여할 수 있다.

제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 직각으로 결합된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(310)는, 세워진 플레이트로서 전후 방향(X축 방향)으로 길게 연장된 형상을 갖도록 배치될 수 있다. 그리고, 제2 분리부(320)는, 세워진 플레이트로서 좌우 방향(Y축 방향)으로 길게 연장된 형상을 갖도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는 연장 방향이 서로 수직하게 결합되어 있다고 할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 부피나 무게를 감소시켜, 배터리 셀(100)의 수납 공간을 최대한 확보할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 에너지 밀도 향상에 유리할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 제조는 물론이고, 분리 부재(300)와 배터리 셀(100) 사이의 조립이 쉽게 이루어질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 제조 공정성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 구조적 강성이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.

일례로, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 서로 별도로 제조된 후 조립된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 분리부(310)는 배터리 셀(100)과 함께 수평 방향, 이를테면 좌우 방향으로 반복 적층되어 복합 적층체를 형성할 수 있다. 그리고, 복합 적층체가 형성된 이후 제1 분리부(310)의 단부, 이를테면 전단과 후단에 각각 서로 다른 제2 분리부(320)가 결합될 수 있다.

이때, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 다양한 체결 방식에 의해 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 용접에 의해 서로 결합 고정될 수 있다. 또는, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는 끼움 결합 방식 등에 의해 결합 고정될 수도 있다. 특히, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)의 체결성 향상을 위해, 제1 분리부(310)는, 배터리 셀(100)과 복합 적층체를 형성한 상태에서, 배터리 셀(100)보다 전후 방향으로 돌출되게 배치될 수 있다. 그리고, 제1 분리부(310)의 이러한 돌출 부분이 제2 분리부(320)와 접촉되어 결합될 수 있다.

한편, 제2 분리부(320)에는 슬롯(S)이 형성되어, 제1 분리부(310)와 결합 시 전극 리드(110)가 관통되도록 할 수 있다. 이때, 제2 분리부(320)는, 제1 분리부(310)의 전방 또는 후방 측에서 배터리 셀(100)을 향하는 방향으로 이동하여 제1 분리부(310)와 결합될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 제1 분리부(310)와 배터리 셀(100)을 적층하여 복합 적층체를 형성할 때, 제1 분리부(310)와 배터리 셀(100) 사이를 최대한 밀착시킬 수 있다. 따라서, 데드 스페이스가 감소됨으로써, 배터리 모듈의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.

다른 예로, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 서로 일체화된 형태로 제조될 수 있다. 즉, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는 서로 별도로 제조된 후 결합되는 것이 아니라, 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)는, 처음부터 도 10에 도시된 바와 같은 형태로 제조될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 제조가 용이하므로, 배터리 모듈의 생산성 내지 공정성이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)가 처음부터 일체화되어 결합 상태를 유지하므로, 분리 부재(300)의 구조적 강성 내지 안정성이 우수하게 확보될 수 있다.

도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 11을 참조하면, 슬롯(S)은 분리 부재(300)에서 일부가 절취 내지 절개된 형태로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 슬롯(S)은, 제2 분리부(320)의 상단부터 하부 방향으로 소정 거리만큼 절취된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 절취 형태로 형성된 슬롯(S)에는, 전극 리드(110)와 이를 감싸는 절연 블록(400)이 삽입될 수 있다. 이에 대해서는, 도 12를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 12는, 도 11의 분리 부재(300)에 형성된 슬롯(S)에 전극 리드(110)와 절연 블록(400)이 삽입되는 구성을 개략적으로 나타내는 정단면도이다. 특히, 도 12의 (a)는 슬롯(S)에 전극 리드(110)와 절연 블록(400)이 삽입되는 과정을 나타내는 도면이고, 도 12의 (b)는 슬롯(S)에 전극 리드(110)와 절연 블록(400)이 삽입된 이후의 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 11과 함께 도 12의 (a)를 참조하면, 슬롯(S)이, 분리 부재(300)의 상단에서 하부 방향으로 절취된 형태로 형성되어 있으므로, 전극 리드(110)와 절연 블록(400)은, 슬롯(S)의 상단 개구부에서 하부 방향으로 인입되어 슬롯(S)의 내부에 삽입될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 절연 블록(400)은, 앞서 도 8 및 도 9의 실시예에서 설명한 바와 같이, 2개의 단위 블록을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 블록(410)이 제2 분리부(320)의 슬롯(S)에 먼저 삽입된 상태에서, 배터리 셀(100)이 화살표 B3로 표시된 바와 같이 하부 방향으로 이동하여, 전극 리드(110)가 제2 분리부(320)의 슬롯(S) 및 제1 블록(410)의 제1 슬릿(N1)에 삽입될 수 있다. 그리고, 배터리 셀(100)이 분리 부재(300)의 내부 분리 공간에 수납되어 전극 리드(110)가 슬롯(S) 및 제1 슬릿(N1)에 삽입되면, 제2 블록(420)이 화살표 B4로 표시된 바와 같이 하강하여 제2 분리부(320)의 슬롯(S)에 삽입될 수 있다. 이때, 제2 블록(420)의 제2 슬릿(N2)에는, 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)가 삽입될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 조립성 내지 공정성이 더욱 개선될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)가 서로 결합된 상태, 또는 이들이 서로 일체화된 형태로 제조된 경우에도, 배터리 셀(100)을 일 방향, 이를테면 하부 방향으로 이동시켜 수납 공간(C1)에 용이하게 수납되도록 할 수 있다. 그러므로, 배터리 셀(100)의 수납 공정이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)을 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 결합시키는 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다.

도 13 및 도 14는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함된 분리 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 분리 부재(300)는, 제3 분리부(330)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)의 각 단부와 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310)와 제2 분리부(320)의 하단에 연결될 수 있다. 다른 예로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)의 상단에 연결될 수 있다.

제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)와 마찬가지로 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 다만, 제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310)나 제2 분리부(320)와 다르게 수평 방향으로 눕혀진 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제3 분리부(330)는, X-Y 평면에 평행한 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제3 분리부(330)는, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)에 직교하는 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 즉, 제3 분리부(330)가 이루는 평면은, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)가 이루는 평면과 직교하는 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 제3 분리부(330)에 의해 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)의 구조가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 외부의 충격이나 내부의 압력 변화 등에도 분리 부재(300)의 구조가 변하지 않고 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)에서 열 폭주 등의 이벤트로 인해 가스나 화염, 스파크 등이 발생하는 경우, 분리 부재(300) 측으로 강한 압력이 인가될 수 있다. 이때, 제3 분리부(330)로 인해, 분리 부재(300)의 구조 붕괴가 억제되고, 분리 부재(300)에 의한 셀 간 격리 효과가 더욱 안정적으로 확보될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)의 하단이나 상단이 제3 분리부(330)에 안착될 수 있으므로, 분리 부재(300)의 내부 공간에서 배터리 셀(100)이 안정적으로 수납될 수 있다. 특히, 도 13의 실시예와 같이, 배터리 셀(100)의 하단에 제3 분리부(330)가 구비되는 경우, 배터리 셀(100)은 제3 분리부(330)의 상단에 안착되어, 안정적으로 수납될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 격리 효과가 더욱 향상될 수 있다. 예를 들어, 각 배터리 셀(100)은, 제1 분리부(310) 및 제2 분리부(320)에 의해 수평 방향으로 화염이나 열 등이 전파되는 것이 차단될 뿐 아니라, 제3 분리부(330)에 의해 상하 방향(수직 방향)으로 화염 등의 전파가 차단될 수 있다. 특히, 도 14의 실시예와 같이, 배터리 셀(100)의 상부 측에 제3 분리부(330)가 구비되는 경우, 상부 측으로 화염 등이 향하는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈이 자동차의 하부 측에 탑재된 경우, 상부 측에 위치하는 탑승자에 대하여 화염이 향하는 것을 억제하여, 탑승자의 안전성이 향상되도록 할 수 있다.

한편, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제3 분리부(330)는 제1 분리부(310)의 상단이나 하단 중 어느 한 단부에만 결합될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)에서 발생하는 화염이나 벤팅 가스 등을 특정 방향으로 유도하는 디렉셔널 벤팅(directional venting)의 구현에 보다 유리할 수 있다. 또한, 이 경우, 분리 부재(300)의 수납 공간에 배터리 셀(100)을 수납시키는 공정이 보다 쉽게 이루어질 수 있다.

도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다. 그리고, 도 16은, 도 15의 구성에 대한 결합 사시도이다. 특히, 도 15 및 도 16에는, 분리 부재(300)의 일부분으로서, 하나의 슬롯(S)과 그에 결합되는 하나의 절연 블록(400)이 도시되어 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 절연 블록(400)은, 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 장착 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 분리 부재(300)의 슬롯(S)은, 도 15에 도시된 바와 같이, 홀과 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이때 절연 블록(400)은, 화살표 B5로 표시된 바와 같이 이동하여, 홀 형태로 형성된 슬롯(S)에 삽입 결합될 수 있다. 반대로, 절연 블록(400)은, 화살표 B6로 표시된 바와 같이 이동하여, 슬롯(S)으로부터 분리될 수 있다. 즉, 절연 블록(400)은, 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 탈착 가능하게 구성될 수 있다.

상기 실시 구성에서, 절연 블록(400)은, 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 끼움 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)은, 슬롯(S)의 형태에 대응되는 구조 내지 크기를 가질 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 슬롯(S) 부분에 대하여 밀폐 구조가 용이하게 마련될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(110)가 슬롯(S)에 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 사용 중에 전극 리드(110)의 접합 부분이 파손되거나 손상되는 것을 방지하고, 전극 리드(110)의 버스바에 대한 접합 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있다.

도 17은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 블록(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 18은, 도 17의 절연 블록(400)이 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 장착된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 18은, 도 17의 절연 블록(400)이 슬롯(S)에 장착된 상태에서, A4-A4'선에 대한 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다.

먼저, 도 17을 참조하면, 절연 블록(400)은 반대 측에 위치하는 양단의 크기가 다르게 구성될 수 있다. 특히, 절연 블록(400)은, 외측 단부와 내측 단부의 크기가 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 절연 블록(400)이, 배터리 셀(100)의 전방 측에 위치하는 전극 리드(110)와 결합되는 구성일 때, 다시 말해 전방 측 절연 블록(400)일 때, 절연 블록(400)의 외측 단부의 폭은 W1으로 나타낼 수 있다. 그리고, 절연 블록(400)의 내측 단부의 폭은 W2로 나타낼 수 있다. 이 경우, W1은 W2보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

그리고, 분리 부재(300)의 슬롯(S) 역시, 이러한 절연 블록(400)의 형상에 대응되는 형태 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 18의 실시 구성을 참조하면, 분리 부재(300)의 슬롯(S)은, 전후 방향(Y축 방향)으로 분리 부재(300)를 관통하되, 절연 블록(400)의 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 특히, 슬롯(S)의 외측 개구부 크기는 대략 절연 블록(400)의 외측 단부의 크기(W1)와 유사하게 형성되고, 슬롯(S)의 내측 개구부 크기는 대략 절연 블록(400)의 내측 단부의 크기(W2)와 유사하게 형성될 수 있다. 따라서, 슬롯(S)은, 외측 크기가 내측 크기보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열폭주 등의 비상 상황에서 절연 블록(400)이 분리 부재(300)의 슬롯(S)으로부터 이탈되지 않고, 그 위치를 안정적으로 유지하도록 할 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)의 내측에 위치하는 배터리 셀(100)로부터 화염이나 벤팅 가스 등이 분출된 경우, 도 18의 화살표 B7으로 표시된 바와 같이, 절연 블록(400)을 향해 외측 방향으로 압력이 인가될 수 있다. 이때, 슬롯(S)의 내측 단부의 크기(폭)는 절연 블록(400)의 외측 단부의 크기(폭)보다 작게 형성되므로, 화살표 B7과 같이 인가되는 힘에도, 절연 블록(400)은 슬롯(S)으로부터 외측 방향(+X축 방향)으로 쉽게 이탈되지 않을 수 있다. 또한, 이 경우, 절연 블록(400)과 분리 부재(300) 사이의 결합이 안정적으로 이루어지므로, 절연 블록(400)에 의해 감싸진 전극 리드(110) 역시 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있다.

도 19는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 20은, 도 19의 절연 블록(400)이 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 장착된 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 19 및 도 20을 참조하면, 절연 블록(400)은, 배터리 셀(100)의 수납부(R) 측에 위치하는 내측 단부에, P로 표시된 부분과 같이, 스톱퍼가 형성될 수 있다. 상기 스톱퍼(P)는, 절연 블록(400)에서 좌우 방향(Y축 방향)으로 돌출되게 형성되어, 좌우 방향 폭이 가장 크게 형성된 부분일 수 있다. 더욱이, 상기 스톱퍼(P)는, 슬롯(S)의 크기보다 크게 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 스톱퍼(P)는, 도 20에 도시된 바와 같이, 절연 블록(400)이 분리 부재(300)의 슬롯(S)에 삽입될 때, 슬롯(S)에 삽입되지 않고 분리 부재(300)의 내측 표면에 안착될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열 폭주 등의 상황에서 배터리 셀(100)로부터 화염이나 가스 등이 발생하여, 화살표 B7'으로 표시된 바와 같이 압력이 인가되더라도, 절연 블록(400)이 슬롯(S)의 외측으로 빠져 나가는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 절연 블록(400)과 분리 부재(300) 사이의 결합성이 향상되고, 전극 리드(110)의 유동이나 손상이 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(500)는, 다수의 배터리 셀(100)의 전극 리드(110) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 버스바 어셈블리(500)는, 분리 부재(300)의 외측에 위치할 수 있다. 이에 대해서는, 도 21을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 특히, 도 21에는, 분리 부재(300)와 버스바 어셈블리(500)가 도시되어 있다.

도 21을 참조하면, 버스바 어셈블리(500)는, 분리 부재(300)의 외측에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 분리 부재(300)의 전방 측(+X 방향 측)과 후방 측(-X 방향 측)에 각각 버스바 어셈블리(500)가 배치될 수 있다 .특히, 분리 부재(300)는, 전방 측과 후방 측에 각각 제2 분리부(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 제2 분리부(320)의 외측, 보다 구체적으로는, 제2 전방 분리부의 전방 측과 제2 후방 분리부의 후방 측에 각각 버스바 어셈블리(500)가 위치할 수 있다. 특히, 버스바 어셈블리(500)는, 제2 분리부(320)의 외측 표면에 부착될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 분출되는 화염이나 가스 등에도 버스바 어셈블리(500)가 안전하게 보호될 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)은 분리 부재(300)의 내측, 특히 제2 분리부(320)의 내측에 위치하여, 화염이나 벤팅 가스 등을 분출시킬 수 있다. 이때, 버스바 어셈블리(500)는 분리 부재(300), 특히 제2 분리부(320)의 외측에 위치하므로, 화염 등으로부터 직접적으로 영향을 받는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 화염이나 열 등으로부터, 버스바 어셈블리(500)가 손상되거나 구조적으로 붕괴되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈 내부의 전기적 연결을 위한 구성을 화염 등으로부터 보호하여 전기적 안전성이 확보되도록 할 수 있다.

도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 어셈블리(500)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 22를 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(500)는, 버스바 하우징(510) 및 버스바 단자(520)를 구비할 수 있다.

버스바 하우징(510)은, 전기적 절연성 재질, 이를테면 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(510)은, 분리 부재(300)의 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(510)은, 분리 부재(300)의 전방 측 또는 후방 측 표면에 결합 고정될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(510)과 분리 부재(300)는, 볼팅, 후크 결합, 접착, 용접 등 다양한 체결 방식에 의해 결합될 수 있다.

버스바 단자(520)는, 전기적 전도성 재질, 이를테면 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 단자(520)는, 둘 이상의 전극 리드(110) 사이를 전기적으로 연결시키거나, 하나 이상의 전극 리드(110)에 연결되어 BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛으로 셀 전압 등의 센싱 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 버스바 단자(520)는, 전극 리드(110)와 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다.

상기 버스바 단자(520)는, 버스바 하우징(510)에 결합될 수 있다. 이를 위해, 버스바 하우징(510)은, 이러한 버스바 단자(520)가 안착되어 고정되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(510)은, 버스바 단자(520)가 안착될 수 있는 안착홈이 형성될 수 있다. 버스바 단자(520)는, 볼팅, 리벳, 접착 등 다양한 방식으로, 버스바 하우징(510)에 결합 고정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 버스바 단자(520)를 화염으로부터 보다 확실하게 보호할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 버스바 단자(520)와 분리 부재(300) 사이의 직접적인 접촉을 방지하여, 이들 사이의 전기적 절연성이 확보되도록 할 수 있다. 특히, 분리 부재(300)는, 화염에 대한 구조적 안정성 확보 등을 위해, 전기적 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)와 버스바 단자(520) 사이의 전기적 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 분리 부재(300)의 내측에서 인가되는 열이 버스바 단자(520) 측으로 전달되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 버스바 단자(520)를 통해 셀 간 열전달이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 버스바 단자(520)는, 버스바 하우징(510)의 외측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 전방 측 버스바 하우징(510)의 경우, 버스바 단자(520)는, 버스바 하우징(510)의 전방 측 표면에 부착될 수 있다. 다른 예로, 후방 측 버스바 하우징(510)의 경우, 버스바 단자(520)는, 버스바 하우징(510)의 후방 측 표면에 부착될 수 있다.

이 경우, 버스바 단자(520)와 분리 부재(300) 사이를 확실하게 분리시키고, 버스바 단자(520)와 분리 부재(300) 사이의 직접적인 접촉을 방지하여, 전기적 안전성이 강화되도록 할 수 있다.

도 23은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 특히, 도 23은, 절연 블록(400)을 배터리 셀(100)의 수납부(R)가 위치하는 내측에서 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다. 또한, 도 24는, 도 23의 절연 블록(400)이 포함된 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 상기 절연 블록(400)은, G로 표시된 부분과 같이, 가스 포집부가 형성될 수 있다. 가스 포집부(G)는, 배터리 셀(100)에서 가스 배출 시, 배출된 가스가 유입되어 보유되도록 구성될 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)에서 열 폭주 등의 이벤트가 발생하여 내압이 증가하는 경우, 가스나 화염, 스파크 등이 외부로 배출되는 경우가 많다. 이때, 가스 포집부(G)는, 이와 같이 배출된 가스나 화염, 스파크 등이 유입되어 보유되도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 가스 포집부(G)는, 절연 블록(400)의 내측 표면에서, 외측을 향하여 오목한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)의 전방 측에 위치하는 절연 블록(400)의 경우, 후방 측 단부가 전방 측으로 오목하게 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 오목한 공간에, 화염이나 스파크 등이 포집될 수 있다.

상기 실시 구성에 의하면, 화염이나 스파크 등의 외부 배출로 인한 셀 간 열 전파 등이 일어나는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 24를 참조하면, 배터리 셀(100)로부터 화염이나 스파크 등이 분출되더라도, 분출된 화염 등은, 화살표 B8로 표시된 바와 같이, 가스 포집부(G)의 내부 공간에서만 유동할 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 가스 포집부(G)에 이러한 분출물이 포집되며, 절연 블록(400)의 외측으로 이러한 분출물이 배출되는 것이 차단될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스나 화염 등이 정해진 영역에만 존재하도록 유도되어, 디렉셔널 벤팅에 보다 유리할 수 있다.

또한, 열폭주 등의 비정상 상황이 아닌, 정상적인 상황에서도, 배터리 셀(100)의 사용 시 소량의 가스가 발생할 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 소량의 가스 등을 포집할 수도 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)의 수명 증가에 기여할 수 있다.

절연 블록(400)은, 상기 가스 포집부(G)의 형성을 위해, 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 블록(400)은, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)의 수납부(R)가 위치하는 방향인 내측으로 갈수록 두께가 얇아지는 부분을 구비할 수 있다. 또한, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)는, 내측으로 갈수록 좌우 폭이 점점 넓어지는 부분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 가스 포집부(G)는, 절연 블록(400)의 내측에서 아치 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 절연 블록(400)은, 가스 포집부(G)의 형성을 위해, 내측 표면에 경사부 내지 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연 블록(400)은, 배터리 셀(100)의 실링부(E) 중 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 24에 도시된 바를 참조하면, 배터리 셀(100)에는 실링부(E), 특히 전극 리드(110)가 돌출된 테라스부(T)가 구비될 수 있다. 이때, 절연 블록(400)은, 이러한 실링부(E), 즉 테라스부(T)를 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 절연 블록(400)에는, 앞서 설명한 바와 같이, 가스 포집부(G)가 오목한 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 가스 포집부(G)에 의해, 절연 블록(400)은, 테라스부(T)를 소정 거리 이격된 채로 감쌀 수 있다. 즉, 가스 포집부(G)는, 배터리 셀(100)의 테라스부(T)가 삽입되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 분출되는 화염이나 스파크 등의 외부 배출 억제에 보다 유리할 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)에서 열폭주 등으로 인해 내압이 증가하는 경우, 테라스부(T) 측으로 화염이나 스파크, 가스 등이 배출될 가능성이 많다. 이때, 도 24에 도시된 바와 같이, 테라스부(T)가 가스 포집부(G)의 내측에 삽입된 형태로 존재하면, 테라스부(T)로부터 화염 등이 분출되자마자 곧바로 가스 포집부(G)로 유입될 수 있다. 따라서, 화염이나 스파크 등이 절연 블록(400)의 내측에 포집되는 효과가 확실하게 달성되어, 셀 간 열 전파 억제 성능이 더욱 향상될 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 내측 단부가 배터리 셀(100)에 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 24의 A5 및 A5'으로 표시된 부분과 같이, 절연 블록(400)의 내측 단부는, 배터리 셀(100)의 수납부(R)에 접촉될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)과 배터리 셀(100)이 폐쇄된 공간을 형성하여, 폐쇄된 공간에 화염이나 스파크 등이 포집되도록 하는데 유리할 수 있다. 특히, 앞서 설명한 바와 같이, 절연 블록(400)에는 가스 포집부(G)가 형성될 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 가스 포집부(G)의 내부 공간이 적어도 부분적으로 밀폐될 수 있다. 따라서, 가스 포집부(G)의 내부로 유입된 화염이나 스파크 등이 가스 포집부(G)의 외부로 유출되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

상기 절연 블록(400)은, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 완충 패드(430)를 구비할 수 있다. 특히, 상기 완충 패드(430)는, 절연 블록(400)에서, 배터리 셀(100)의 수납부(R)가 위치하는 내측 단부에 구비될 수 있다.

완충 패드(430)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 탄성체 재질을 구비할 수 있다. 더욱이, 완충 패드(430)는, 절연 블록(400)의 다른 부분, 이를테면 절연 블록(400)의 본체보다 경도 내지 강도가 낮거나, 탄성 계수가 높은 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 완충 패드(430)는, 실리콘이나 고무 등의 재질을 구비할 수 있다.

특히, 앞서 도 24의 실시예와 같이, 절연 블록(400)의 내측 단부가 배터리 셀(100)에 접촉되게 구성될 수 있다. 이때, 완충 패드(430)는, 절연 블록(400)에서 배터리 셀(100)과 직접 접촉하는 부분에 마련될 수 있다. 즉, 완충 패드(430)는, 배터리 셀(100)과 직접 접촉되게 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)에 의한 배터리 셀(100)의 손상 등이 방지될 수 있다. 특히, 절연 블록(400)의 단부가 배터리 셀(100)과 접촉되게 구성된 경우, 외부에서 충격이나 진동이 발생하면, 절연 블록(400)의 접촉 부분으로 인해 배터리 셀(100)의 외장재, 이를테면 셀 파우치가 손상되거나 파손될 위험이 있다. 하지만, 상기 실시 구성에 의할 경우, 완충 패드(430)로 인해, 이러한 셀 파우치의 손상이나 파손 위험성을 낮출 수 있다.

도 25는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 예를 들어, 도 25는, 도 23의 구성에 대한 변형예라 할 수 있다.

도 25를 참조하면, 절연 블록(400)은, I로 표시된 부분과 같이, 내측 차단부를 구비할 수 있다. 특히, 내측 차단부(I)는, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)의 내측 표면에서 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내측 차단부(I)는, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)의 내면에서, 상하 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 내측 차단부(I)는, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)에 다수 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 가스 포집부(G)의 내부 공간에 유입된 화염이나 스파크 등에 대하여 이동을 억제할 수 있다. 즉, 화염이나 스파크 등은 이동 시 직진성이 강하므로, 가스 포집부(G)의 내부 공간에서, 내측 차단부(I)와 같이 돌출된 형태의 구조물이 존재하면 이동이 억제될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)에서 화염이나 스파크 등의 포집 효과를 향상시키며, 이들의 외부 배출이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.

한편, 도 25의 실시예에서는, 내측 차단부(I)라는 돌출된 구조물을 통해, 절연 블록(400)의 가스 포집부(G)에서 화염이나 스파크 등의 이동을 억제하는 구성이 설명되었으나, 홈이나 다른 형태의 요철 구조를 통해 화염이나 스파크 등의 이동을 억제하는 구성도 구현 가능하다.

상기 절연 블록(400)은, 배터리 셀(100)에서 가스 배출 시, 전극 리드(110) 또는 분리 부재(300)의 슬롯(S) 측으로 밀착되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 26을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 26은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 블록(400)이 포함된 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 26의 구성은, 도 23에 도시된 절연 블록(400)의 구성과 유사한 형태를 가진다고 할 수도 있다.

도 26을 참조하면, 절연 블록(400)은, 배터리 셀(100)의 실링부(E)(테라스부(T))를 중심으로 좌측과 우측에 각각, D1으로 표시된 바와 같은 제1 측부와 D2로 표시된 바와 같은 제2 측부를 구비할 수 있다. 그리고, 절연 블록(400)은, 이러한 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)를 연결하도록, D3로 표시된 바와 같은 연결부(D3)를 구비할 수 있다. 특히, 연결부(D3)는, 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)의 외측 단부를 서로 연결시킬 수 있다. 그리고, 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)의 내측 단부는, 배터리 셀(100)의 수납부(R) 측으로 향해 연장 내지 돌출될 수 있다. 더욱이, 이러한 제1 측부(D1), 제2 측부(D2) 및 연결부(D3)에 의해 한정되는 공간이, 앞서 설명한 가스 포집부(G)를 형성할 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 배터리 셀(100)로부터 화염이나 가스 등이 발생하여 가스 포집부(G)에 포집된 경우, 가스 포집부(G)의 내부 압력이 증가하여, 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)는 B9 및 B9'으로 표시된 바와 같이 힘을 받을 수 있다. 이 경우, 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)의 좌우 방향(Y축 방향) 외측 표면은 물론이고, 연결부(D3)의 외측 표면도 화살표 B10 및 B10'으로 표시된 바와 같이 외측 방향으로 이동하는 힘을 받을 수 있다. 따라서, 절연 블록(400)과 분리 부재(300)의 슬롯(S) 사이의 이격 공간이 제거되거나 감소될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서, 제1 측부(D1)와 제2 측부(D2)는 B9 및 B9'으로 표시된 바와 같이 힘을 받는 경우, 절연 블록(400)의 리드 삽입부(N)는, 지렛대 원리에 의해, 화살표 B11 및 B11'으로 표시된 바와 같이, 전극 리드(110)를 향하는 방향으로 이동하는 힘을 받을 수 있다. 따라서, 리드 삽입부(N)의 내면과 전극 리드(110) 사이의 이격 공간이 제거되거나 감소될 수 있다.

그러므로, 상기 실시 구성에 의하면, 절연 블록(400)과 분리 부재(300) 사이 및/또는 절연 블록(400)과 전극 리드(110) 사이의 밀폐력이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스 등이 발생하는 비상 상황에서, 별도의 구동원 없이 가스의 발생 만으로도 밀폐력이 자동 향상될 수 있다. 따라서, 절연 블록(400)에 의한 화염 내지 열 등의 전파 억제 효과가 보다 효율적으로 개선될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 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 모듈 간 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 앞서 설명된 배터리 모듈과 유사한 형태로 형성될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 앞서 설명된 배터리 모듈에 있어서, 모듈 케이스(200)가 팩 케이스로 대체되는 형태로 구성될 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 리드(110)를 구비하는 다수의 배터리 셀(100), 내부 공간에 상기 다수의 배터리 셀(100)을 수납하는 팩 케이스, 상기 다수의 배터리 셀(100) 중 적어도 일부 배터리 셀(100) 사이의 공간을 분리시키며, 상기 전극 리드(110)가 삽입될 수 있도록 슬롯(S)이 마련된 분리 부재(300), 및 전기적 절연 재질을 구비하며 상기 슬롯(S)에 삽입된 상기 전극 리드(110)의 적어도 일부분의 외측을 둘러싸도록 구성된 절연 블록(400)을 포함할 수 있다. 이러한, 배터리 팩의 경우, 앞서 여러 실시예를 바탕으로 설명된 배터리 모듈에 대한 내용에서, '모듈 케이스(200)'에 대한 내용은 '팩 케이스'에 대한 내용으로 대체되고, '배터리 모듈'이라는 용어는 '배터리 팩'으로 변경되며, 나머지 구성이나 특징 등은 대부분 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 이러한 측면의 배터리 팩에 대해서는 보다 상세한 설명을 생략한다. 다만, 이때, 팩 케이스에는, 배터리 셀(100), 분리 부재(300) 및 절연 블록(400) 이외에, BMS와 같은 배터리 팩의 제어 유닛 등이 함께 수납될 수 있다.

특히, 이러한 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀(100)이 모듈 케이스(200) 등을 통해 모듈화되지 않고, 직접 팩 케이스에 수납되는 셀투팩(Cell To Pack; CTP) 형태의 구성에 있어서, 보다 유용하게 채용될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈이나 배터리 팩은, 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.

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: 배터리 셀
110: 전극 리드
200: 모듈 케이스
210: 상판, 220: 하판, 230: 좌측판, 240: 우측판, 250: 전판, 260: 후판
300: 분리 부재
310: 제1 분리부, 320: 제2 분리부, 330: 제3 분리부
400: 절연 블록
410: 제1 블록, 420: 제2 블록, 430: 완충 패드
500: 버스바 어셈블리
510: 버스바 하우징, 520: 버스바 단자
S: 슬롯
N: 리드 삽입부
R: 수납부
E: 실링부
T: 테라스부
P: 스톱퍼
G: 가스 포집부

Claims

전극 리드를 구비하는 다수의 배터리 셀;
내부 공간에 상기 다수의 배터리 셀을 수납하는 모듈 케이스;
상기 다수의 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀 사이의 공간을 분리시키며, 상기 전극 리드가 삽입될 수 있도록 슬롯이 마련된 분리 부재; 및
전기적 절연 재질을 구비하며 상기 슬롯에 삽입된 상기 전극 리드의 적어도 일부분의 외측을 둘러싸도록 구성된 절연 블록
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 분리 부재는, 금속 재질을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 전극 리드와 상기 분리 부재 사이를 전기적으로 절연시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 전극 리드가 삽입된 상태에서 상기 슬롯을 밀폐시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 서로 결합된 둘 이상의 단위 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 분리 부재는, 인접하는 배터리 셀 사이에 개재된 제1 분리부, 및 상기 제1 분리부의 단부에 연결되며 상기 슬롯이 형성된 제2 분리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부 중 적어도 하나는, 판상으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부는, 직각으로 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 분리 부재는, 상기 제1 분리부 및 상기 제2 분리부의 각 단부와 연결되어, 상기 다수의 배터리 셀의 일측을 커버하는 제3 분리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 분리 부재의 슬롯에 장착 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 다수의 배터리 셀의 전극 리드 사이를 전기적으로 연결하는 버스바 어셈블리를 더 포함하며,
상기 버스바 어셈블리는, 상기 분리 부재의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제11항에 있어서,
상기 버스바 어셈블리는, 전기적 절연성 재질로 구성되며 상기 분리 부재의 외측에 구비된 버스바 하우징, 및 전기적 전도성 재질로 구성되어 상기 버스바 하우징에 결합된 버스바 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀에서 가스 배출 시, 배출된 가스가 유입 가능하도록 구성된 가스 포집부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀의 실링부 중 적어도 일부를 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 내측 단부에 완충 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 절연 블록은, 상기 배터리 셀에서 가스 배출 시, 상기 전극 리드 또는 상기 분리 부재의 슬롯 측으로 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.