KR20230119551A - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents
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Abstract
배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되는 배터리 셀 적층체; 배터리 셀 적층체가 수납되며, 가스가 배출되는 제1 배출구가 형성된 케이스; 케이스에 장착되어 가스의 배출 경로를 제공하며, 가스는 배출되지만 화염의 유출은 방지하도록 마련된 배기경로부재; 및 배기경로부재를 덮을 수 있도록 케이스에 결합되며, 배기경로부재를 통해 이동한 가스가 배출되는 제2 배출구가 형성되는 덮개를 포함하며, 케이스에 포함되는 일 커버는 길이조절 가능하도록 마련된다.
Description
본 발명은, 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 발화시 가스는 배출되지만 화염은 배출되지 않는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
리튬 이차 전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 높다는 등의 장점으로 인해 현재 각광을 받고 있지만, 유기 전해액을 사용하기 때문에 리튬 이차 전지가 과충전되면 과전류 및 과열을 유발하여 심한 경우 폭발이나 발화에 의한 화재의 원인이 되는 문제점이 있다.
다양한 종류의 이차 전지는, 배터리 셀을 보호할 수 있는 케이스가 구비되며 복수의 배터리 셀들이 적층되어 케이스에 인입된 배터리 모듈과, 복수의 배터리 모듈들이 포함된 배터리 팩을 포함한다.
여기서, 배터리 모듈의 케이스 내부의 배터리 셀들 중 적어도 하나에 화염이 발생한 경우, 화염이 배터리 모듈의 케이스 밖으로 유출되면 다른 배터리 모듈로 전파될 수 있을뿐만 아니라 사용자에게 위험한 상황이 발생될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 전기차에 설치된 상태에서 배터리 셀에 화염이 발생되고 그 화염이 외부로 유출되면 전기차를 운전하고 있는 운전자가 화상을 입거나 위험한 상황에 처할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리 셀에 화염이 발생한 경우 가스는 케이스 외부로 배출되지만 화염의 유출은 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀이 적층되는 배터리 셀 적층체; 상기 배터리 셀 적층체가 수납되며, 가스가 배출되는 제1 배출구가 형성된 케이스; 상기 케이스에 장착되어 상기 가스의 배출 경로를 제공하며, 상기 가스는 배출되지만 화염의 유출은 방지하도록 마련된 배기경로부재; 및 상기 배기경로부재를 덮을 수 있도록 상기 케이스에 결합되며, 상기 배기경로부재를 통해 이동한 가스가 배출되는 제2 배출구가 형성되는 덮개를 포함하며, 상기 케이스에 포함되는 일 커버는 길이조절 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈에 제공될 수 있다.
또한, 상기 케이스에 형성된 상기 제1 배출구와, 상기 덮개에 형성된 상기 제2 배출구는 서로 반대 방향에 형성되어 있으며, 상기 가스가 상기 제1 배출구로부터 상기 배기경로부재에 의해 가이드되면서 상기 제2 배출구로 유출될 수 있다.
그리고, 상기 케이스는, 상기 배터리 셀 적층체가 수납되는 하부 커버; 및 상기 하부 커버에 결합되고, 상기 배기경로부재가 장착되며, 상기 제1 배출구가 형성되고, 길이가 조절되는 상부 커버를 포함하며, 상기 덮개는 상기 상부 커버에 결합되고, 상기 배기경로부재는 상기 덮개와 상기 상부 커버 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 상부 커버는, 요철 형상의 제1 레일이 형성된 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트의 상기 제1 레일에 대응되도록 요철 형상의 제2 레일이 형성되며, 상기 제1 플레이트에 결합되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 제1 레일과 제2 레일을 따라 서로 이동하면서 길이가 조절될 수 있다.
또한, 상기 상부 커버의 단부에는 상기 배기경로부재가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다.
그리고, 복수의 배기경로부재 중 어느 하나의 배기경로부재와, 이웃하는 다른 하나의 배기경로부재는 지그재그로 배치될 수 있다.
또한, 배기경로부재는, 결합홈이 형성된 내측 칸막이; 상기 내측 칸막이의 상기 결합홈에 결합되는 적어도 하나의 높이 조절 칸막이; 및 상기 내측 칸막이를 덮는 외측 칸막이를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 결합홈은 상기 내측 칸막이의 상측 및 하측 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 높이 조절 칸막이에는 상기 결합홈의 형상에 대응되는 돌출부가 형성되며, 상기 높이 조절 칸막이의 상기 돌출부가 상기 내측 칸막이의 상기 결합홈에 결합될 수 있다.
또한, 상기 높이 조절 칸막이를 고정하는 고정핀을 더 포함하며, 상기 내측 칸막이의 측면에는 관통홀이 형성되고, 상기 높이 조절 칸막이에는 복수개의 고정홈이 형성되며, 상기 고정핀은 상기 내측 칸막이의 상기 관통홀을 통과하여 상기 높이 조절 칸막이의 복수개의 고정홈 중 하나에 삽입되어 상기 높이 조절 칸막이를 고정할 수 있다.
그리고, 상기 외측 칸막이는 상기 내측 칸막이에 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 내측 칸막이의 가장자리에는 가이드홈이 형성되고, 상기 외측 칸막이의 가장자리에는 돌기부가 형성되며, 상기 외측 칸막이의 상기 돌기부가 상기 내측 칸막이의 상기 가이드홈을 따라 이동할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배터리 셀에 화염이 발생한 경우 케이스에 장착된 배기경로부재에 의해 가스는 케이스 외부로 배출되지만 화염의 유출은 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 덮개가 제거된 모습의 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 분리된 상태의 케이스가 결합되어 길이 조절되는 모습을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 조립되는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 높이 조절된 모습을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 길이 조절된 모습을 도시한 도면이다.
도 14은 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 증가한 경우의 실시예이다.
도 15는 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 감소한 경우의 실시예이다.
도 16은 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 배기경로부재의 개수가 감소한 경우의 실시예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 덮개가 제거된 모습의 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 분리된 상태의 케이스가 결합되어 길이 조절되는 모습을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 조립되는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 높이 조절된 모습을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 길이 조절된 모습을 도시한 도면이다.
도 14은 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 증가한 경우의 실시예이다.
도 15는 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 감소한 경우의 실시예이다.
도 16은 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 배기경로부재의 개수가 감소한 경우의 실시예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 덮개가 제거된 모습의 사시도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 분리된 상태의 케이스가 결합되어 길이 조절되는 모습을 도시한 도면이며, 도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 조립되는 과정을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 높이 조절된 모습을 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배기경로부재가 길이 조절된 모습을 도시한 도면이고, 도 14은 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 증가한 경우의 실시예이며, 도 15는 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 케이스의 길이가 감소한 경우의 실시예이고, 도 16은 도 3의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로, 배기경로부재의 개수가 감소한 경우의 실시예이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 적층체(100)와, 케이스(200)와, 배기경로부재(300)와, 덮개(400)를 포함한다.
배터리 셀 적층체(100)는 전극 리드가 구비된 복수의 배터리 셀이 적층되어 구성된다. 배터리 셀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 또한, 복수의 배터리 셀들은 다양한 방식으로 적층될 수 있다. 배터리 셀에 구비되는 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자로서 전도성 재질이 사용될 수 있다.
전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다.
양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 다양한 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 양극 전극 리드는 알루미늄 재질로 제작되고, 음극 전극 리드는 구리 재질로 제작될 수 있다.
전극 리드는 버스바(미도시)에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 셀은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 복수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는 각각의 배터리 셀을 수납하는 카트리지(미도시)가 복수로 구비될 수 있다. 각각의 카트리지(미도시)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 복수의 카트리지들(미도시)이 적층될 수 있다.
복수의 카트리지들(미도시)이 적층된 카트리지 조립체에는 커넥터 요소 또는 단자 요소가 구비될 수 있다. 커넥터 요소는, 예를 들어, 배터리 셀의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다.
그리고, 단자 요소는 배터리 셀에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 배터리 셀은 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(200)에는 배터리 셀 적층체(100)가 수납되며, 가스가 배출되는 제1 배출구(225)가 형성된다. 예를 들어, 케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)를 둘러싸도록 마련될 수 있다. 케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)의 전체를 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 셀 적층체(100)를 보호한다.
그리고, 케이스(200)에 포함되는 일 커버는 다양한 방식에 의해 길이조절이 가능하도록 마련된다. 케이스(200)의 길이조절에 대한 상세한 설명은 후술한다.
케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 적층체(100)가 육면체 형상으로 마련되는 경우 케이스(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다.
케이스(200)는 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있으며, 일체형으로 제조될 수도 있고, 또는 분리형으로 제조될 수도 있다. 여기서, 케이스(200)는 화염에 견딜 수 있는 스틸 재질로 제작될 수 있지만 케이스(200)의 재질이 스틸에 한정되는 것은 아니며 다양한 금속이 포함될 수 있다.
그리고, 케이스(200)는 화염의 유출을 방지할 수 있도록 단열성과 내열성을 겸비한 운모로 형성된 운모플레이트를 포함할 수 있다. 여기서 운모 플레이트는 평평한 운모판 뿐만 아니라 평면과 곡면이 혼합된 형상도 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(200)는 하부 커버(210)와, 상부 커버(220)를 포함할 수 있다. 하부 커버(210)에는 배터리 셀 적층체(100)가 수납된다.
상부 커버(220)는 하부 커버(210)에 결합되며, 도 3을 참조하면, 상부 커버(220)에는 배기경로부재(300)가 장착된다. 그리고, 상부 커버(220)에는 제1 배출구(225)가 형성된다. 여기서, 배기경로부재(300)는 상부 커버(220)의 삽입홈(226)에 결합될 수 있다. 그리고, 케이스(200) 내부의 배터리 셀 적층체(100)에서 발생된 가스가 상부 커버(220)의 제1 배출구(225)를 통해 배기경로부재(300)측으로 이동하도록 마련된다.
상부 커버(220)는 길이 조절가능하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상부 커버(220)는 제1 플레이트(221)와 제2 플레이트(223)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 플레이트(221)에는 요철 형상의 제1 레일(222)이 형성되고, 제2 플레이트(223)에는 제1 플레이트(221)의 제1 레일(222)에 대응되도록 요철 형상의 제2 레일(224)이 형성된다.
도 5 및 도 6에서와 같이 제1 플레이트(221)와 제2 플레이트(223)는 제1 레일(222)과 제2 레일(224)을 통해 결합될 수 있다. 그리고, 제1 플레이트(221)와 제2 플레이트(223)가 제1 레일(222)과 제2 레일(224)을 따라 서로 이동하도록 마련된다. 이와 같이, 제1 플레이트(221)와 제2 플레이트(223)가 이동하면서 상부 커버(220)의 길이가 조절될 수 있다.
다만, 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 상부 커버(220)의 길이 조절 방식은 보다 다양할 수 있다. 이와 같이, 상부 커버(220)의 길이가 조절되면 다양한 길이를 가지는 배터리 셀에 대해서도 적용가능한 장점이 있다.
여기서, 상부 커버(220)의 단부에는 삽입홈(226)이 형성될 수 있으며, 배기경로부재(300)가 삽입홈(226)에 삽입되어 고정된다. 다만, 배기경로부재(300)가 상부 커버(220)에 결합되는 방식은 다양할 수 있다.
케이스(200)에는 전술한 커넥터 요소 또는 단자 요소가 외부로 노출될 수 있는 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 커넥터 요소 또는 단자 요소는 외부의 소정 부품 내지 부재와 전기적으로 연결될 수 있는데, 이러한 전기적 연결이 케이스(200)에 의해 방해되지 않도록 케이스(200)에 관통부가 형성될 수 있다.
배기경로부재(300)는 케이스(200)에 장착되어 가스의 배출 경로를 제공하며, 가스는 배출되지만 화염의 유출은 방지하도록 마련된다.
도 3을 참조하면, 배기경로부재(300)는 복수일 수 있으며, 복수의 배기경로부재(300) 중 어느 하나의 배기경로부재(300a)와, 이웃하는 다른 하나의 배기경로부재(300b)는 지그재그로 배치될 수 있다.
즉, 어느 하나의 배기경로부재(300a)가 케이스(200)의 제1 둘레부(227)로부터 이격되는 경우, 이웃하는 다른 하나의 배기경로부재(300b)는 케이스(200)의 제2 둘레부(228)로부터 이격되도록 구성될 수 있다.
여기서, 가스는 제1 배출구(225)로부터 도 3의 화살표 방향을 따라 이동하여 제2 배출구(410)을 통해 배출되지만, 화염은 배기경로부재(300)에 막혀 이동할 수 없다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 배기경로부재(300)는 내측 칸막이(310)와, 높이 조절 칸막이(320)와, 외측 칸막이(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
내측 칸막이(310)는 외측 칸막이(330)의 내측에 위치하며, 내측 칸막이(310)에는 결합홈(311)이 형성될 수 있다. 내측 칸막이(310)의 결합홈(311)에는 높이 조절 칸막이(320)가 결합된다. 결합홈(311)은 내측 칸막이(310)의 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 예를 들어 도 7에서와 같이 상측과 하측에 형성될 수 있다.
도 7에서는 내측 칸막이(310)의 상측과 하측 모두에 결합홈(311)이 형성되어 있지만, 결합홈(311)은 내측 칸막이(310)의 상측과 하측 중 하나에만 형성될 수도 있다.
높이 조절 칸막이(320)는 하나 이상 구비되어 내측 칸막이(310)의 결합홈(311)에 결합될 수 있다. 도 7을 참조하면, 높이 조절 칸막이(320)에는 결합홈(311)의 형상에 대응되는 돌출부(321)가 형성될 수 있으며, 높이 조절 칸막이(320)의 돌출부(321)가 내측 칸막이(310)의 결합홈(311)에 결합되도록 구성될 수 있다.
높이 조절 칸막이(320)는 내측 칸막이(310)의 결합홈(311)을 따라 상측과 하측으로 이동하면서 배기경로부재(300)의 전체 높이를 조절할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
높이 조절 칸막이(320)는 고정핀(340)에 의해 고정될 수 있다. 이를 위해, 도 7에서와 같이 내측 칸막이(310)의 측면에는 관통홀(312)이 형성되고, 높이 조절 칸막이(320)에는 복수개의 고정홈(322)이 형성될 수 있다.
그리고, 도 8에서와 같이, 고정핀(340)이 내측 칸막이(310)의 관통홀(312)과, 높이 조절 칸막이(320)의 고정홈(322)에 함께 삽입되어 도 9에서와 같이 높이 조절 칸막이(320)를 고정할 수 있다. 도 9는, 도 8에서 내측 칸막이(310)의 상측에 길이 방향을 따라 복수의 높이 조절 칸막이(320)를 각각 결합하고 고정핀(340)으로 높이 조절 칸막이(320) 각각을 고정시킨 모습을 도시하고 있다.
그리고, 도 12에서와 같이 도 8로부터 높이 조절 칸막이(320)를 상측으로 이동하여 고정핀(340)으로 높이 조절 칸막이(320)를 고정할 수 있으며, 이에 의해 배기경로부재(300)의 높이 조절이 가능해진다.
즉, 고정핀(340)은 내측 칸막이(310)의 관통홀(312)을 통과하여 높이 조절 칸막이(320)의 복수개의 고정홈(322) 중 하나에 삽입되어 높이 조절 칸막이(320)를 고정하며, 높이 조절 칸막이(320)의 상하 방향의 위치에 따라 배기경로부재(300)의 높이가 결정되도록 구성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 외측 칸막이(330)는 내측 칸막이(310)를 덮도록 구성된다. 외측 칸막이(330)는 다양한 방식으로 내측 칸막이(310)를 덮을 수 있으며, 예를 들어, 도 10에서와 같이 외측 칸막이(330)가 내측 칸막이(310)에 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다.
즉, 하나의 실시예로, 내측 칸막이(310)의 가장자리에는 가이드홈(313)이 형성되고, 외측 칸막이(330)의 가장자리에는 돌기부(331)가 형성되며, 외측 칸막이(330)의 돌기부(331)가 내측 칸막이(310)의 가이드홈(313)을 따라 이동하도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 13에서와 같이 이와 같이, 외측 칸막이(330)가 내측 칸막이(310)로부터 이동하여 배기경로부재(300)의 전체 길이가 길어지도록 조절될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 덮개(400)는 배기경로부재(300)를 덮을 수 있도록 케이스(200)에 결합되며, 배기경로부재(300)를 통해 이동한 가스가 배출될 수 있도록 덮개(400)에는 제2 배출구(410)가 형성된다. 여기서, 덮개(400)는 상부 커버(220)에 결합되고, 배기경로부재(300)는 덮개(400)와 상부 커버(220) 사이에 위치한다.
즉, 케이스(200) 내부에서 발생된 가스는 상부 커버(220)의 제1 배출구(225)를 통해 배기경로부재(300)로 이동하며, 배기경로부재(300)로부터 덮개(400)의 제2 배출구(410)를 통해 외부로 배출된다.
여기서, 케이스(200)에 형성된 제1 배출구(225)와 덮개(400)에 형성된 제2 배출구(410)는 서로 반대 방향에 형성된다. 화염은 기본적으로 상측으로 이동하므로, 전술한 구조에 의하면, 화염이 제1 배출구(225)를 통해 상측으로 올라오더라도 배기경로부재(300)에 막혀 이동할 수 없으며, 따라서, 화염은 제1 배출구(225)와 반대 방향에 형성된 제2 배출구(410)까지 이동할 수 없다.
이에 의해, 가스는 제1 배출구(225)로부터 배기경로부재(300)에 의해 가이드되면서 제2 배출구(410)로 유출될 수 있지만, 화염은 제2 배출구(410)를 통해 배출될 수 없다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이스(200) 내부에는 배터리 셀 적층체(100)가 수납된다. 도 3을 참조하면, 케이스(200)의 상부 커버(220)에는 제1 배출구(225)가 형성되며, 배기경로부재(300)가 상부 커버(220)에 장착된다.
그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 덮개(400)의 제2 배출구(410)는 상부 커버(220)의 제1 배출구(225)로부터 멀리 떨어져 반대 방향에 형성되어 있다.
케이스(200)는 요철 형상의 제1 레일(222)이 형성된 제1 플레이트(221)와, 요철 형상의 제2 레일(224)이 형성된 제2 플레이트(223)가 결합되어 이동하면서 길이 조절이 가능하도록 마련된다.
여기서, 배기경로부재(300)는 내측 칸막이(310)와, 높이 조절 칸막이(320)와, 외측 칸막이(330)와 고정핀(340)을 구비할 수 있으며, 높이 조절 칸막이(320)에 의해 배기경로부재(300)의 높이 조절이 가능하고, 외측 칸막이(330)가 내측 칸막이(310)를 따라 슬라이딩 가능하게 마련되어 길이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
케이스(200)의 길이가 조절되고, 배기경로부재(300)의 높이와 길이가 조절된 후 배기경로부재(300)가 케이스(200)에 장착되면 화염은 배기경로부재(300)에 막혀 이동하지 못하지만 가스는 도 3에서와 같은 경로를 통해 배출될 수 있다.
여기서, 케이스(200)는 금속 재질의 플레이트 또는 운모플레이트로 형성될 수 있고, 또한, 제1 배출구(225)와 제2 배출구(410)는 서로 반대 방향에 위치하므로, 케이스(200) 내부의 배터리 셀에서 발화되어 발생한 화염은 배출되지 못한다.
이에 의해, 배터리 셀에 화염이 발생한 경우 가스는 케이스(200) 외부로 배출되지만 화염의 유출은 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 배기경로부재(300)는 다양한게 마련될 수 있다. 도 14를 참조하면, 도 3에 비해 배터리 셀 또는 배터리 셀 적층체(100)의 개수가 많거나, 배터리 셀 또는 배터리 셀 적층체(100)의 길이가 긴 경우 케이스(200)를 길게 조절하고, 케이스(200)의 크기에 대응되도록 배기경로부재(300)의 길이도 길게 조절할 수 있다.
그리고, 도 15를 참조하면, 도 3에 비해 배터리 셀 또는 배터리 셀 적층체(100)의 개수가 적거나, 배터리 셀 또는 배터리 셀 적층체(100)의 길이가 짧은 경우 케이스(200)를 짧게 조절하고, 케이스(200)의 크기에 대응되도록 배기경로부재(300)의 길이도 짧게 조절할 수 있다.
그리고, 도 16을 참조하면, 도 3에 비해 배터리 셀의 폭발력이 약한 경우 낮은 강성 구조의 적용이 가능하므로 배기경로부재(300)의 개수를 줄여서 비용을 절감할 수 있다.
다만, 도 14 내지 도 16 각각은 하나의 변형 실시예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 이보다 더 많은 변형 실시가 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 하우징, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
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.
10 : 배터리 모듈 100 : 배터리 셀 적층체
200 : 케이스 210 : 하부 커버
220 : 상부 커버 221 : 제1 플레이트
222 : 제1 레일 223 : 제2 플레이트
224 : 제2 레일 225 : 제1 배출구
226 : 삽입홈 227 : 제1 둘레부
228 : 제2 둘레부 300 : 배기경로부재
310 : 내측 칸막이 311 : 결합홈
312 : 관통홀 313 : 가이드홈
320 : 높이 조절 칸막이 321 : 돌출부
322 : 고정홈 330 : 외측 칸막이
331 : 돌기부 340 : 고정핀
400 : 덮개 410 : 제2 배출구
200 : 케이스 210 : 하부 커버
220 : 상부 커버 221 : 제1 플레이트
222 : 제1 레일 223 : 제2 플레이트
224 : 제2 레일 225 : 제1 배출구
226 : 삽입홈 227 : 제1 둘레부
228 : 제2 둘레부 300 : 배기경로부재
310 : 내측 칸막이 311 : 결합홈
312 : 관통홀 313 : 가이드홈
320 : 높이 조절 칸막이 321 : 돌출부
322 : 고정홈 330 : 외측 칸막이
331 : 돌기부 340 : 고정핀
400 : 덮개 410 : 제2 배출구
Claims (14)
- 복수의 배터리 셀이 적층되는 배터리 셀 적층체;
상기 배터리 셀 적층체가 수납되며, 가스가 배출되는 제1 배출구가 형성된 케이스;
상기 케이스에 장착되어 상기 가스의 배출 경로를 제공하며, 상기 가스는 배출되지만 화염의 유출은 방지하도록 마련된 배기경로부재; 및
상기 배기경로부재를 덮을 수 있도록 상기 케이스에 결합되며, 상기 배기경로부재를 통해 이동한 가스가 배출되는 제2 배출구가 형성되는 덮개를 포함하며,
상기 케이스에 포함되는 일 커버는 길이조절 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 케이스에 형성된 상기 제1 배출구와, 상기 덮개에 형성된 상기 제2 배출구는 서로 반대 방향에 형성되어 있으며,
상기 가스가 상기 제1 배출구로부터 상기 배기경로부재에 의해 가이드되면서 상기 제2 배출구로 유출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 케이스는,
상기 배터리 셀 적층체가 수납되는 하부 커버; 및
상기 하부 커버에 결합되고, 상기 배기경로부재가 장착되며, 상기 제1 배출구가 형성되고, 길이가 조절되는 상부 커버를 포함하며,
상기 덮개는 상기 상부 커버에 결합되고, 상기 배기경로부재는 상기 덮개와 상기 상부 커버 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 상부 커버는,
요철 형상의 제1 레일이 형성된 제1 플레이트; 및
상기 제1 플레이트의 상기 제1 레일에 대응되도록 요철 형상의 제2 레일이 형성되며, 상기 제1 플레이트에 결합되는 제2 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 제1 레일과 제2 레일을 따라 서로 이동하면서 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 상부 커버의 단부에는 상기 배기경로부재가 삽입되는 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
복수의 배기경로부재 중 어느 하나의 배기경로부재와, 이웃하는 다른 하나의 배기경로부재는 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
배기경로부재는,
결합홈이 형성된 내측 칸막이;
상기 내측 칸막이의 상기 결합홈에 결합되는 적어도 하나의 높이 조절 칸막이; 및
상기 내측 칸막이를 덮는 외측 칸막이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 결합홈은 상기 내측 칸막이의 상측 및 하측 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 높이 조절 칸막이에는 상기 결합홈의 형상에 대응되는 돌출부가 형성되며,
상기 높이 조절 칸막이의 상기 돌출부가 상기 내측 칸막이의 상기 결합홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 높이 조절 칸막이를 고정하는 고정핀을 더 포함하며,
상기 내측 칸막이의 측면에는 관통홀이 형성되고,
상기 높이 조절 칸막이에는 복수개의 고정홈이 형성되며,
상기 고정핀은 상기 내측 칸막이의 상기 관통홀을 통과하여 상기 높이 조절 칸막이의 복수개의 고정홈 중 하나에 삽입되어 상기 높이 조절 칸막이를 고정하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 외측 칸막이는 상기 내측 칸막이에 슬라이딩 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제11항에 있어서,
상기 내측 칸막이의 가장자리에는 가이드홈이 형성되고, 상기 외측 칸막이의 가장자리에는 돌기부가 형성되며,
상기 외측 칸막이의 상기 돌기부가 상기 내측 칸막이의 상기 가이드홈을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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