KR20240014959A - 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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KR20240014959A
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Abstract

열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리 및 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되고, 내부에 적어도 하나의 중공부가 형성된 열 차단부를 구비한 냉각 어셈블리를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATERY PACK AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
여기서, 파우치형 이차전지의 파우치는 하부 시트와 이를 덮는 상부 시트로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 파우치에는 양극 및 음극과 세퍼레이터가 적층 권취되어 형성된 전극조립체가 수납된다. 그리고, 상기 전극조립체를 수납한 다음 상부 시트와 하부 시트의 가장자리를 열융착 등에 의해 실링하게 된다. 또한, 각 전극에서 인출된 전극탭이 전극 리드에 결합되고, 상기 전극 리드에는 실링부와 접촉한 부분에 절연 필름이 부가될 수 있다.
이처럼, 파우치형 이차전지는 다양한 형태로 구성할 수 있는 융통성을 가질 수 있다. 또한, 파우치형 이차전지는 보다 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 상기 리튬 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 그 자체 또는 카트리지 등에 장착한 상태로 중첩 내지 적층해 밀집 구조로 만든 후, 이를 전기적으로 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩으로 이용이 되고 있다.
이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀 중, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트가 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 배터리 팩에 포함된 다른 배터리 셀의 열적 이벤트로 이어져, 배터리 팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 배터리 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 배터리 팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리 및 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되고, 내부에 적어도 하나의 중공부가 형성된 열 차단부를 구비한 냉각 어셈블리를 포함한다.
바람직하게는, 상기 냉각 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 마주하는 배터리 셀들과 밀착되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 중공부 내부에는, 단열 공기층이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열 차단부는 내부에 상기 적어도 하나의 중공부가 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 바디부를 더 포함하고, 상기 바디부는 금속 재질을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열 차단부는, 상기 바디부의 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서의 양 측면에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 배출된 화염을 차단하도록 구성된 코팅부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 중공부는, 상기 바디부의 길이 방향에서의 양측 단부까지 연장되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 중공부는, 상기 바디부의 길이 방향에서의 일측 단부까지 연장되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각 어셈블리는, 상기 바디부 및 상기 중공부를 관통하여 상기 복수 개의 배터리 셀들과 마주하도록 구성된 벤팅 홀을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일측면에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀들 사이에 단열 소재가 내부에 구비된 냉각 어셈블리가 배치되므로, 열 폭주 현상이 발생한 배터리 셀과 인접한 배터리 셀로의 화염의 확산이 지연될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 구조적 안정성이 강화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 어셈블리 내부에 열 전달 방지를 위한 중공부를 구비하므로, 종래에 비해 사이즈를 증가시키지 않고도 컴팩트한 구조로 화염 확산 지연이 가능한 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 화염에 잘 타지 않는 금속 재질의 바디부를 이용하여 냉각 어셈블리의 메인 프레임을 구성하므로, 배터리 셀의 열 폭주에 따른 화염 발생시에도 냉각 어셈블리의 구조적 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 바디부는, 내부에 바디부의 양측에 배치된 배터리 셀로의 열 전달을 방지하기 위한 중공부가 구비될 뿐만 아니라 화염에 잘 타지 않는 금속 재질로 구성되므로, 특정 배터리 셀에서 발생된 화염이 인접한 다른 배터리 셀로 확산되는 것을 보다 확실하게 지연시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 바디부는 배터리 셀들의 연쇄 발화 위험성을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속 재질의 바디부 내부에 단열 공기층이 형성된 중공부가 형성되므로, 냉각 어셈블리의 제조 비용 및 전체적인 무게를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속 재질의 바디부 내부에 중공부가 형성되므로, 상기 중공부가 형성된 부분을 통해 금속 재질의 바디부에 탄성력이 부여될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리의 스웰링 현상이 발생하는 경우, 냉각 어셈블리는, 마주하는 배터리 셀들의 팽창시 중공부가 형성된 부분을 중심으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 냉각 어셈블리는 마주하는 배터리 셀들로 전달되는 압력을 최소화함으로써 배터리 모듈의 내구성을 보다 강화할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 일부를 측면에서 상세히 나타낸 도면이다.
도 3는 도 1의 배터리 모듈에 구비된 냉각 어셈블리의 전체적인 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 냉각 어셈블리를 측면에서 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 냉각 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6는 도 3의 A-A' 방향 단면도이다.
도 7은 도 3의 냉각 어셈블리가 셀 어셈블리의 열 폭주에 따른 화염을 차단하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 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 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 모듈(10)을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈(10)의 일부를 측면에서 상세히 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈(100)에 구비된 냉각 어셈블리(200)의 전체적인 형상을 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3의 냉각 어셈블리(200)를 측면에서 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 후술되는 배터리 셀(110)의 적층 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 배터리 셀(110)의 길이 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 배터리 셀(110)의 상하 방향을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 어셈블리(100) 및 냉각 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 복수의 배터리 셀(110)들을 포함할 수 있다. 여기서 각각의 배터리 셀(110)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 상기 각각의 배터리 셀(110)은, 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 마련될 수 있다. 일례로서, 상기 각각의 배터리 셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(110)은, 일 방향(X축 방향)에 대해 적층되게 배열될 수 있다.
상기 냉각 어셈블리(200)는, 복수 개의 배터리 셀(110)들 사이에 배치될 수 있다. 이러한 냉각 어셈블리(200)는, 각각의 배터리 셀(110) 사이에 모두 배치될 수도 있고, 일부 배터리 셀(110) 사이에만 배치될 수도 있다.
본 발명과 같은 배터리 모듈(10)에서는, 셀 어셈블리(100) 내부에 있는 특정 배터리 셀(110)에서 열 폭주 현상과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 셀(110)에서 발생된 열 폭주 현상에 따라 화염이나 스파크 등이 발생하게 되면, 특정 배터리 셀(110)과 인접한 다른 배터리 셀(110)로 화염이나 스파크 등이 전이될 위험성이 있다.
이 때, 냉각 어셈블리(200)는, 내부에 적어도 하나의 중공부(S)가 형성된 열 차단부(210)를 구비할 수 있다. 이 때, 중공부(S)에는, 냉각 어셈블리(200)의 양측에 배치된 배터리 셀(110)로의 열 전달을 방지하기 위한 단열 소재가 구비될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 특정 배터리 셀(110)에서 발생된 화염은, 냉각 어셈블리(200)에 의해 확산이 지연될 수 있다. 한편, 상기 단열 소재에 대해서는 후술되는 관련 설명에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)들 사이에 단열 소재가 내부에 구비된 냉각 어셈블리(200)가 배치되므로, 열 폭주 현상이 발생한 배터리 셀(110)과 인접한 배터리 셀(110)로의 화염의 확산이 지연될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(10)의 구조적 안정성이 강화될 수 있다.
또한, 냉각 어셈블리(200) 내부에 열 전달 방지를 위한 중공부(S)를 구비하므로, 종래에 비해 사이즈를 증가시키지 않고도 컴팩트한 구조로 화염 확산 지연이 가능한 배터리 모듈(10)을 구성할 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 모듈 케이스(300) 및 열 전달부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 셀 어셈블리(100) 및 냉각 어셈블리(200)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해, 모듈 케이스(300)에는 셀 어셈블리(100) 및 냉각 어셈블리(200)를 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 열 전달부(400, 예: 써멀 레진(thermal resin))는, 배터리 셀(110)로부터 방출된 열 및 냉각 어셈블리(200)가 흡수한 배터리 셀(110)의 열을 흡수하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 열 전달부(400)는, 모듈 케이스(300)의 하부면 상에 배치될 수 있다. 또한, 열 전달부(400)는, 배터리 셀(110) 및 냉각 어셈블리(200)의 하부에 배치되어 배터리 셀(110) 및 냉각 어셈블리(200)로부터 배출된 열을 흡수하여 배터리 모듈(10)의 외부로 방출하도록 구성될 수 있다.
이하, 전술한 냉각 어셈블리(200)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴본다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 상기 냉각 어셈블리(200)는, 복수 개의 배터리 셀(110)들의 적층 방향에서 마주하는 배터리 셀들과 밀착되도록 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 특정 배터리 셀(110)에서 발생된 화염이 배터리 모듈(10)의 다른 부분(예: 모듈 케이스(300)의 내부 공간)으로 확산되지 않고, 냉각 어셈블리(200) 내에 구비된 열 차단부(210)의 중공부(S)에 의해 확실히 차단될 수 있다. 일례로서, 냉각 어셈블리(200)에서 배터리 셀(110)과 마주하는 면의 크기는, 배터리 셀(110)의 적층 방향에서의 측면과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열 폭주 현상에 따른 배터리 모듈(10) 내에서의 화염 확산을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
특히, 적어도 하나의 중공부(S) 내부에는, 단열 공기층이 형성될 수 있다.
이러한 단열 공기층은, 냉각 어셈블리(200)의 양측에 배치된 배터리 셀(110)로의 열 전달을 방지할 수 있는 단열 소재로 기능할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 냉각 어셈블리(200)의 내부에 중공부(S)를 형성하고 중공부(S) 내에 열 전달 방지를 위한 단열 공기층을 구성하므로, 액체 또는 고체 소재의 단열 소재가 요구되지 않아 냉각 어셈블리(200)의 제조 비용 및 전체적인 무게를 절감할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 열 차단부(210)는, 바디부(212)를 더 포함할 수 있다.
상기 바디부(212)는, 내부에 적어도 하나의 중공부(S)가 형성되고, 복수 개의 배터리 셀(110)들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 바디부(212)는, 금속 재질로 구비될 수 있다. 이 때, 상기 바디부(212)는 냉각 어셈블리(200)의 전체적인 구조가 유지될 수 있도록 메인 프레임으로서 기능할 수 있다. 일례로서, 바디부(212)는 알루미늄(Al)으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 바디부(212)는, 화염에 잘 타지 않는 금속 재질일 수 있다. 그리고, 바디부(212)에서 중공부(S)가 형성된 부분은, 바디부(212)에서 중공부(S)가 형성되지 않은 부분에 비해 배터리 셀(110)의 적층 방향(X축 방향)에서의 두께가 얇게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 화염에 잘 타지 않는 금속 재질의 바디부(212)를 이용하여 냉각 어셈블리(200)의 메인 프레임을 구성하므로, 배터리 셀(110)의 열 폭주에 따른 화염 발생시에도 냉각 어셈블리(200)의 구조적 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 바디부(212)는, 내부에 바디부(212)의 양측에 배치된 배터리 셀(110)로의 열 전달을 방지하기 위한 중공부(S)가 구비될 뿐만 아니라 화염에 잘 타지 않는 금속 재질로 구성되므로, 특정 배터리 셀(110)에서 발생된 화염이 인접한 다른 배터리 셀(110)로 확산되는 것을 보다 확실하게 지연시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 바디부(212)는 배터리 셀(110)들의 연쇄 발화 위험성을 최소화할 수 있다.
또한, 금속 재질의 바디부(212) 내부에 단열 공기층이 형성된 중공부(S)가 형성되므로, 냉각 어셈블리(200)의 제조 비용 및 전체적인 무게를 절감할 수 있다.
또한, 금속 재질의 바디부(212) 내부에 중공부(S)가 형성되므로, 상기 중공부(S)가 형성된 부분을 통해 금속 재질의 바디부(212)에 탄성력이 부여될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)의 스웰링 현상이 발생하는 경우, 냉각 어셈블리(200)는, 마주하는 배터리 셀(110)들의 팽창시 중공부(S)가 형성된 부분을 중심으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 냉각 어셈블리(200)는 마주하는 배터리 셀(110)들로 전달되는 압력을 최소화함으로써 배터리 모듈(10)의 내구성을 보다 강화할 수 있다.
도 5는 도 3의 냉각 어셈블리(300)의 분해 사시도이고, 도 6는 도 3의 A-A' 방향 단면도(상세하게는, 도 6은 도 3의 냉각 어셈블리(300)를 YZ평면을 기준으로 A-A' 방향에 대해 단면 처리하여 나타낸 도면이다)이며, 도 7은 도 3의 냉각 어셈블리(200)가 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하는 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 상기 도 7에서 후술되는 화염은, 참조부호 'F'와 같이 표기될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 열 차단부(210)는, 코팅부(214)를 포함할 수 있다.
상기 코팅부(214)는, 바디부(212)의 복수 개의 배터리 셀(110)들의 적층 방향에서의 양 측면에 구비되고, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 상기 열 차단부(210)는, 열 차단 코팅(thermal barrier coating)의 형태로 구비될 수 있다. 이를 위해, 열 차단부(210)에는 열 차단 코팅제(예: 친환경 코팅제)가 도포되거나 부착될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하기 위한 코팅부(214)를 통해 1차적으로 화염의 확산을 지연시키고, 바디부(212) 및 바디부(212) 내부에 구비된 중공부(S)를 통해 2차적으로 화염의 확산을 지연시키므로, 보다 효과적인 화염 확산의 지연이 가능하다. 또한, 이러한 실시 구성에 의해 배터리 모듈(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다.
또한, 코팅부(214) 구성에 의해, 금속 재질의 바디부(212)와 배터리 셀(110) 사이의 전기적 절연이 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 중공부(S)는, 바디부(212)의 길이 방향(Y축 방향)에서의 양측 단부까지 연장되어 형성될 수 있다.
이에 따라, 중공부(S)는, 바디부(212)의 길이 방향 전체 영역에서, 배터리 셀(110) 사이의 화염 전이를 억제할 수 있다.
그리고, 중공부(S)는 바디부(212)의 내부에서 바디부(212)의 길이 방향에서의 양측 단부까지 연장되어 구성되므로, 바디부(212)의 길이 방향에서의 양측은 개방된 형태로 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축 방향) 양측을 통해 마주하는 배터리 셀(110) 사이에서 화염이 전이되는 것을 최소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 모듈(12)의 일부를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(12)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(12)에서, 중공부(S)는, 바디부(212)의 길이 방향에서의 일측 단부까지 연장되어 형성될 수 있다.
즉, 중공부(S)는 바디부(212)의 내부에서, 바디부(212)의 길이 방향에서의 일측 단부까지만 연장되어 구성되므로, 바디부(212)의 길이 방향에서의 타측 단부에는 중공부(S)가 연장되어 구성되지 않을 수 있다.
이 때, 중공부(S)가 연장되어 구성된 바디부(212)의 길이 방향에서의 일측 단부에서는, 마주하는 배터리 셀(110) 사이에서 화염이 전이되는 것이 억제될 수 있다.
한편, 배터리 셀(110)로부터 바디부(212)로 전달된 열은, 중공부(S)가 연장되어 구성되지 않은 바디부(212)의 길이 방향(Y축 방향)에서의 타측 단부를 통해 열 전달부(400)로 전달될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(12)에 의하면, 바디부(212)의 특정 위치를 통해 열 전달부(400)로 전달될 수 있으므로, 배터리 셀(110)에서 발생된 열을 배터리 모듈(10)의 외부로 신속하게 배출하면서도 마주하는 배터리 셀(110) 사이에서의 화염의 전이를 최소화할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 모듈(14)을 나타낸 도면이다. 이 때, 상기 도 10에서 후술되는 벤팅 가스는, 참조부호 'V'와 같이 표기될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(14)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 배터리 모듈(14)에서, 냉각 어셈블리(200)는, 벤팅 홀(H)을 포함할 수 있다. 일례로서, 이러한 벤팅 홀(H)의 단면 형상은, 원형, 삼각형, 사각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 벤팅 홀(H)은, 배터리 셀(110)의 적층 방향(X축 방향)에서 볼 때, 바디부(212) 및 중공부(S)를 관통하여 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들과 마주하도록 구성될 수 있다. 이 때, 중공부(S)는, 중공부(S)에 대응되는 바디부(212)의 부분만 관통하여 배터리 셀(110)들과 마주하도록 구성될 수 있다.
또한, 벤팅 홀(H)은, 중공부(S)와 연통될 수 있다. 이러한 벤팅 홀(H)은, 예시적으로, 연통되는 중공부(S)에 대하여 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 그리고, 바디부(212)에 전술한 코팅부(214)가 구비되는 경우, 벤팅 홀(H)은, 바디부(212), 코팅부(214) 및 중공부(S)를 관통하여 배터리 셀(110)들과 마주하도록 구성될 수도 있다.
일반적인 배터리 모듈에서는, 특정 배터리 셀에서 열 폭주 현상과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 셀 내부에서 고온 및 고압의 벤팅 가스가 발생될 수 있고, 이러한 벤팅 가스가 산소와 만나게 되면 배터리 셀의 내부 또는 외부에서 화염이 발생될 수 있다.
한편, 종래의 배터리 모듈은 밀폐된 모듈 케이스 내에 셀 어셈블리가 배치된 구조로 구성되어 있으므로, 벤팅 가스 또는 화염의 적절한 배출 경로가 없어 모듈 케이스 구조의 붕괴 및 폭발 가능성이 매우 높다.
그리고, 특정 배터리 셀에서 발생된 화염은 특정 배터리 셀과 인접한 다른 배터리 셀로 전이될 위험성이 높고, 이에 따라 다수의 배터리 셀의 동시다발적 발화가 발생될 수 있다.
전술한 바와 같이, 배터리 모듈(14)에서, 중공부(S)는, 바디부(212)의 길이 방향(Y축 방향)에서의 양측 단부까지 연장되어 형성될 수도 있다. 즉, 중공부(S)는 바디부(212)의 내부에서 바디부(212)의 길이 방향에서의 양측 단부까지 연장되어 구성되므로, 바디부(212)의 길이 방향에서의 양측은 개방된 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 배터리 셀(110)로부터 배출된 벤팅 가스는, 전술한 벤팅 홀(H)을 통해 중공부(S) 내부로 유입된 상태에서, 중공부(S)를 유동 채널로 하여 중공부(S) 내에서 유동될 수 있다. 이후, 벤팅 가스는, 중공부(S)에 의해 형성된, 바디부(212)의 개방된 길이 방향에서의 양측을 통해 냉각 어셈블리(200)의 외부로 배출될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 모듈 케이스(300)에도 중공부(S)로부터 배출되는 벤팅 가스의 배출 위치에 대응되는 부분에 벤팅 가스를 모듈 케이스(300)의 외부로 배출하기 위한 배출구가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(14)에 의하면, 특정 방향으로 벤팅 가스의 배출을 유도함으로써 마주하는 배터리 셀(110) 사이의 동시다발적 발화를 보다 최소화할 수 있다.
특히, 바디부(212) 내부에 단열 공기층이 형성된 중공부(S)를 구성하고, 중공부(S)와 벤팅 홀(H)이 연통되도록 구성함으로써 배터리 셀(110)의 적층 방향이 아닌 셀 어셈블리(100)의 양 측 방향(Y축 방향)으로 벤팅 가스의 흐름이 가이드될 수 있다. 이에 따라, 인접한 배터리 셀(110) 사이의 화염의 전이를 보다 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10, 12, 14)은 전술한 구성 이외에, 배터리 모듈(10, 12, 14)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예를 들어 BMS(Battery Management System), 전류 센서 및 퓨즈 등을 더 구비하여 배터리 팩으로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10, 12, 14)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 전기 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 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.
한편, 본 발명에서 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.
10, 12, 14 : 배터리 모듈
100 : 셀 어셈블리
110 : 배터리 셀
200 : 냉각 어셈블리
210 : 열 차단부
212 : 바디부
S : 중공부
H : 벤팅 홀
214 : 코팅부

Claims (10)

  1. 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되고, 내부에 적어도 하나의 중공부가 형성된 열 차단부를 구비한 냉각 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 어셈블리는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 마주하는 배터리 셀들과 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중공부 내부에는,
    단열 공기층이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열 차단부는,
    내부에 상기 적어도 하나의 중공부가 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 바디부를 더 포함하고,
    상기 바디부는,
    금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열 차단부는,
    상기 바디부의 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서의 양 측면에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 배출된 화염을 차단하도록 구성된 코팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 중공부는,
    상기 바디부의 길이 방향에서의 양측 단부까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 중공부는,
    상기 바디부의 길이 방향에서의 일측 단부까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 냉각 어셈블리는,
    상기 바디부 및 상기 중공부를 관통하여 상기 복수 개의 배터리 셀들과 마주하도록 구성된 벤팅 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 9항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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