KR20240041218A - 안전성이 강화된 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 안전성이 강화될 수 있도록 그 구조가 개선된 배터리 팩 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 팩하우징; 버스바에 의해 모듈단자가 연결되는 배터리모듈; 상기 팩하우징에 설치되며, 상기 배터리모듈이 수용되는 공간인 수용공간을 제공하는 모듈수용부; 및 상기 버스바가 독립된 공간에 위치하도록 상기 수용공간의 일부 또는 전부를 구획하는 스플리터를 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 팩{BATTERY PACK WITH REINFORCED SAFETY}

본 발명은 배터리 팩 등에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열적 이벤트 발생시 안전성 특히, 전기적 연결구조에 대한 안전성을 강화시킨 배터리 팩 등에 관한 것이다.

본 출원은, 2022년09월22일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2022-0120163호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

전기를 구동원으로 사용하는 노트북, 비디오 카메라, 모바일 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증가하고, 이동형 로봇, 전기 자전거, 전동 카트, 전기 자동차 등이 보편적으로 상용화됨에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮은 장점을 가짐은 물론, 에너지 밀도가 높고 작동 전압이 높은 특성을 가지고 있어 다른 종류의 이차전지에 비해 더욱 집중적으로 연구됨은 물론, 실제 제품에도 더욱 확장적으로 적용되고 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(ESS, Energy Storage System)와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다.

이 경우, 전기적으로 연결된 이차전지 다수가 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 배터리 모듈이 주로 적용되고 있으며, 나아가 고전력이나 대용량이 요구되는 경우 이러한 배터리 모듈 다수 개가 전기적으로 연결된 배터리 팩이 적용되기도 한다.

이와 같은 장점을 가지는 이차전지는 다양한 형태로 그 사용이 더욱 확대되고 있기는 하나, 이차전지의 거동 특성상, 스웰링(swelling), 돌입전류(rush current) 인가, 주울열(joule heating)에 의한 과열 현상 또는 전해액의 분해 반응에 의한 열폭주 현상(thermal runaway) 등이 발생할 수 있다.

또한, 이차전지 간의 쇼트 또는 과도한 온도 상승 등과 같은 이벤트가 일어나는 경우 다량의 벤팅가스가 발생할 수 있으며, 심화되는 경우 화염은 물론, 전극 활물질과 알루미늄 입자 등이 포함되는 고온의 파티클(particle)이 함께 유출될 수 있어 배터리 모듈에 대한 안전성 확보는 더욱 중요하다고 할 수 있다.

배터리 모듈이나 배터리 팩은 다수의 이차전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 공간 집약적으로 밀집되므로 열적 이벤트에 더욱 취약할 수 있다. 특히, 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등이 발생하는 경우, 고온의 가스(gas), 화염(flame), 열(heat) 등이 발생하게 되고 이들이 신속히 제어되지 못하면 열 전이(thermal propagation) 등에 의하여 해당 배터리 모듈은 물론, 인접한 배터리 모듈로 연쇄적인 화재나 폭발 등이 야기될 수 있다.

사용자가 탑승하는 전기자동차와 같은 이동수단(vehicle)에 적용되는 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 더욱 집약적으로 탑재되므로 대형 화재 등이 유발될 수 있음은 물론, 인적 피해까지 발생될 수 있으므로 배터리 모듈 등에서 발생될 수 있는 열적 이벤트가 초기 단계에서부터 더욱 강인하게 억제 및 제어될 필요성이 크다고 할 수 있다.

배터리 팩은 배터리 팩 단위의 전극 구성 등을 위하여 개별 배터리 모듈의 전극을 상호 전기적으로 연결하는 전도성 재질의 버스바(Bus Bar)와 같은 전기적 연결 구조를 가지도록 구성된다.

이러한 버스바와 같은 전기적 연결을 위한 구성은 직렬, 병렬 또는 이들의 조합된 방법으로 복수 개 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 구성에 해당하므로 배터리 모듈에서 발생된 열적 이벤트에 의해 버스바 또는/및 버스바에 의하여 전기적으로 연결되는 단자 등에 데미지가 발생하는 경우, 배터리 팩 자체의 동작 마비는 물론, 전기적 단락(short)과 같은 치명적인 손상이 발생할 수 있어 더욱 심각한 안전상의 문제를 촉발시킬 수 있다.

나아가 버스바 및 배터리 모듈의 모듈단자 등은 상호 전기적으로 연결된 구조를 가지므로 이러한 구조가 열적 이벤트에 노출되는 경우 전기적 연결 구조를 매개로 열적 이벤트의 전이가 더욱 쉽게 확산적으로 가속화될 수 있어 이에 대한 안전성 확보가 더욱 중요하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 버스바와 같은 전기적 연결을 위한 구성이 위치하는 공간을 물리적으로 구획하는 등의 개선된 구조를 적용함으로써 안전성을 더욱 강화시킨 배터리 팩 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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 팩은, 팩하우징; 버스바에 의해 모듈단자가 연결되는 배터리모듈; 상기 팩하우징에 설치되며, 상기 배터리모듈이 수용되는 공간인 수용공간을 제공하는 모듈수용부; 및 상기 버스바가 독립된 공간에 위치하도록 상기 수용공간의 일부 또는 전부를 구획하는 스플리터를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우, 본 발명의 상기 스플리터는 상기 모듈수용부의 내측면 중 하나 이상과 연결되며, 가운데 부분에 상기 배터리모듈과 대응되는 형상의 통공이 형성되는 바디플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 스플리터는 상기 배터리모듈의 결합이 가이딩되도록 수직방향으로 연장된 형상을 가지는 가이더를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 의한 상기 가이더의 단부는 상기 팩하우징 또는 상기 모듈수용부의 바닥면과 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 모듈수용부는, 상기 배터리모듈의 모듈단자가 구비된 방향에 설치되는 제1플레이트; 상기 제1플레이트의 반대방향에 설치되는 제2플레이트; 및 상기 제1 및 제2플레이트를 연결하는 사이드플레이트를 포함할 수 있으며, 이 경우 본 발명의 상기 제2플레이트는 상기 팩하우징의 사이드프레임과 상기 모듈수용부 사이의 공간이 형성하는 벤팅경로와 연통하는 벤팅홀이 형성될 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 상기 벤팅홀은, 상기 스플리터에 의해 구획된 공간 중 상부공간에 상기 버스바가 위치하는 경우 상기 스플리터의 높이보다 낮은 위치에 형성되고, 상기 스플리터에 의해 구획된 공간 중 하부공간에 상기 버스바가 위치하는 경우 상기 스플리터의 높이보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

나아가 본 발명의 상기 스플리터는 상기 바디플레이트의 하부면에 구비되며, 벤팅가스의 유동 중 상기 모듈단자를 향하는 역방향 유동을 선택적으로 억제시키는 하나 이상의 역류차단부를 포함할 수 있다.

이 경우, 본 발명의 상기 역류차단부는 상기 비디플레이트의 하부와 회전 가능하게 연결되며, 평상시 상기 바디플레이트와 90도 이하의 각도를 이루는 회전부재; 및 상기 역방향 유동에 의하여 상기 회전부재가 기준각도 이상 회전하는 것을 억제하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 제1플레이트는 상기 버스바가 안착되는 안착홈부 또는 상기 버스바가 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.

나아가 본 발명의 상기 버스바는 상기 제1플레이트를 기준으로 일측에 위치한 제1배터리모듈의 모듈단자와 연결되는 제1브랜치; 상기 제1플레이트를 기준으로 타측에 위치한 제2배터리모듈의 모듈단자와 연결되는 제2브랜치; 및 상기 제1 및 제2브랜치를 연결하되, 상기 제1플레이트의 높이에 대응되는 파트를 가지는 브릿지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의한 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈 각각이 수용되는 수용공간을 개별화시키고 이 개별화된 수용공간이 벤팅가스 등을 외부로 유출시키는 벤팅채널과 연동되도록 그 구조를 개선함으로써 인접한 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 확산적으로 전이되는 것을 강력히 억제할 수 있음은 물론, 벤팅가스 등을 더욱 효과적으로 외부로 배출할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 버스바, 모듈단자 등과 같이 전기적 연결을 위한 구성이 효과적으로 격리되도록 함으로써, 벤팅가스, 화염 등의 열적 이벤트가 전기적 연결을 위한 구성에 미치는 영향을 최소화할 수 있어 배터리 팩 전체 차원의 동작이 마비되는 현상과 같은 심각한 오류를 미연에 방지할 수 있음은 물론, 열적 이벤트가 전기적 연결구조를 통하여 확산되는 것을 원천적으로 방지할 수 있어 배터리 팩 자체의 구조적 안전성을 더욱 효과적으로 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하는 경우, 배터리 모듈의 수용공간을 물리적으로 구획하는 구성과 팩하우징의 물리적 구성을 상호 결합되는 구조를 적용함으로써 배터리 모듈을 더욱 견고하고 안정적으로 지지할 수 있음은 물론, 조립 공정 등의 효율성 또한, 향상시킬 수 있고 나아가 팩하우징 자체의 내구성을 구조공학적으로 강화시킬 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, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩의 전체적인 모습을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩에 구비된 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 모듈수용부 및 이와 관련된 구성들을 설명하는 도면이다.
도 5는 배터리모듈이 본 발명의 모듈수용부에 결합되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스플리터의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스플리터의 구조를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 벤팅가스 등이 배출되는 경로를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 역류차단부의 동작 관계를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 의한 버스바 및 제1플레이트의 구조를 설명하는 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 일 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, 본 발명에는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있다. 각 실시예에 대해 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.

한편, 본 발명에서 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.

이를테면, 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 좌우 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 전후 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향(수직 방향)을 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩(10)의 전체적인 모습을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩(10)의 내부 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩에 구비된 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.

도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩(10)은 팩하우징(200), 배터리모듈(100) 및 모듈수용부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

팩하우징(200)은 배터리 팩(10)의 기본적인 골격 구조를 제공하는 구성으로서, 내부에 하나 이상 배터리모듈(100)이 수용되는 공간을 모듈수용부(400)를 통하여 제공한다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 팩하우징(200)은 상부프레임(230), 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210)을 포함하여 구성될 수 있다.

상부프레임(230), 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210) 중 적어도 하나 이상은 판상으로 구성될 수 있으나, 일정 두께 이상을 가지는 다면체(예를 들어 직육면체) 형태로 구성될 수 있다.

상부프레임(230)은 팩하우징(200)의 상부에 위치하며, 하부프레임(220)은 상부프레임(230)의 하부에서 상부프레임(230)과 소정 간격 이격된 형태로 배치될 수 있으며, 사이드프레임(210)은 상부프레임(230)과 하부프레임(220) 사이에 상단과 하단이 각각 연결된 형태로 배치될 수 있다.

실시형태에 따라서 상부프레임(230), 하부프레임(220), 사이드프레임(210) 중 적어도 일부는 서로 일체화된 형태로 구성될 수도 있음은 물론이며, 인접한 프레임 간의 결합은 플랜지(flange)와 볼트 체결에 의한 방식은 물론, 레이저 용접이나 초음파 용접 방식 등에 의하여 이루어질 수 있음은 물론이다.

상부프레임(230), 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210) 중 하나 이상은 내측면 등이 클래드 메탈(Clad metal)로 이루어지거나 내측면에 GFRP 등의 난연 소재가 부착될 수 있다.

팩하우징(300)을 구성하는 프레임(210, 220, 230) 중 하나 이상은 내부 구성품의 물리적 보호 등을 효과적으로 구현하기 위하여 강도가 높은 SUS(stainless Steel)와 같은 금속 재질이나 내열, 내온, 내충격성이 높은 ABS수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) 등과 같은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 실시형태에 따라서 부위별로 서로 다른 이종 재질로 이루어질 수 있다.

도면에 예시된 바와 같이 팩하우징(200)의 내부에는 배터리모듈(100) 각각이 개별적으로 수용되는 모듈수용부(400, 도 3 및 도 4 참조)가 구비된다. 이 모듈수용부(400)는 일종의 독립된 챔버 내지 격실 등으로 기능하여 개별 배터리모듈(100)를 물리적으로 보호함은 물론, 배터리모듈(100)에서 발생된 열적 이벤트가 인접한 다른 배터리모듈(100)로 확산 또는 전이되는 것을 일차적으로 저지하는 기능을 수행한다. 모듈수용부(400)의 구체적이고 상세한 내용은 후술하도록 한다.

도면에 도시된 바와 같이 모듈수용부(400)는, 팩하우징(200)을 구성하는 사이드프레임(210)과 모듈수용부(400) 사이에 공간(P)이 형성되도록 하나 이상 사이드프레임(210)을 기준으로 내측으로 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 경우, 상기 공간(P)을 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 배출되는 벤팅채널(P)로 활용할 수 있으며, 실시형태에 따라서 도면에 예시된 바와 같이 복수 개 모듈수용부(400)의 외주를 아우르는 일종의 트랙(track) 형상으로 벤팅채널(P)을 형성할 수 있어, 각각의 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 사이드프레임(210)에 형성된 배출구(E) 등을 통해 팩하우징(200) 외부로 효과적으로 배출되도록 유도할 수 있다.

벤팅가스와 함께 화염이 배출되는 경우, 화염의 거동 특성인 강한 직진성을 와해시키고 이를 통하여 화염이 약화될 수 있도록 도면에는 도시되지 않았으나 절곡된 형상 등의 가이더(guider) 또는 벤팅리브(venting rib), 방향성 전환을 위한 절곡부재 등이 벤팅채널(P) 등에 구비되도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

모듈수용부(400)를 구성하는 각 플레이트 또한, 팩하우징(200)을 구성하는 각 프레임과 같이 내열성 및 물리적 강성이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직함은 물론이다.

도면에는 종(X축)과 횡(Y축)을 기준으로 2Х3 매트릭스 그룹을 이루는 배터리모듈(100)이 팩하우징(200)에 수용되는 예가 도시되어 있으나, 적용되는 장치의 공간적 특성, 전기적 용량, 전력의 크기 등에 따라 2Х4, 2Х2, 4Х3 매트릭스 그룹 등과 같은 다양한 조합적 배열을 가지는 배터리모듈(100)이 모듈수용부(400)를 통하여 팩하우징(200)에 구비될 수 있음은 물론이다.

도 2를 참조하면, 모듈수용부(400)에 수용되는 배터리모듈(100)은 모듈케이스(110) 및 모듈케이스(110) 내부에 수용되는 셀 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 셀 어셈블리는 n(n은 1이상의 자연수)개 배터리 셀로 이루어지며, n개 배터리 셀의 각 리드(lead)는 용접 등과 같은 결합방법 또는 전도성 재질의 부재가 매개되는 방법 등을 통하여 집합됨으로써 배터리모듈(100) 단위의 전기적 인터페이싱 전극인 모듈단자(terminal)(120)를 형성한다.

배터리모듈(100)을 통하여 집합되는 상기 배터리 셀은 이차 전지일 수 있으며, 이 이차전지는 파우치형 셀, 원통형 셀 또는 각형 셀일 수 있음은 물론이다.

복수 개 배터리 셀을 이용하여 배터리모듈 등을 구성하는 방법 등은 이 기술 분야에서 잘 알려진 기술 구성임은 물론, 본 발명의 핵심적 기술이 아니므로 이에 대한 상세한 내용은 생략하도록 한다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 따른 배터리 팩(10)에 포함되는 배터리모듈(100)에는, 각각 배출홀(H)이 구비될 수 있다. 배출홀(H)은 모듈케이스(110)의 적어도 일면에 구비되어 벤팅가스 등이 배출되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 도 3과 같이, 배출홀(H)은 모듈케이스(110)의 양측면에 구비될 수 있다. 여기서, 양측면은 배터리모듈(100)의 좌우 방향을 따라 서로 대칭되어 서로 마주보는 면일 수 있다. 그리고, 복수 개의 배터리모듈(100)은 이러한 배출홀(H)이 모듈단자(120)에 인접하게 배치되도록 각각의 모듈수용부(400) 내에 수용될 수 있다.

이로써, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리모듈(100)에서 열 폭주 현상이 발생되는 경우, 배터리모듈(100)에서 생성된 벤팅가스 등은 배출홀(H)을 통해 배터리모듈(100)의 양측으로 디렉셔널 벤팅될 수 있다. 또한, 배출홀(H)을 통해 배출된 벤팅가스 등은 모듈수용부(400) 내의 공간을 지나 벤팅채널(P)로 배출될 수 있다. 따라서, 다수의 배터리모듈(100)에서 동시에 열 폭주 현상이 발생되는 경우에, 벤팅가스 등을 보다 신속하게 벤팅채널(P)로 유도하여 팩하우징(200)의 외부로 배출시킬 수 있다.

팩하우징(200)에 구비되는 복수 개 배터리모듈(100)은 배터리 팩(10)에서 요구되는 적절한 스펙이나 설계 사항 등에 따라 병렬, 직렬 또는 이들의 조합적 방법 등에 의하여 전기적으로 상호 연결된다. 도면에는 이에 대한 예시로 길이 방향(Y축 방향)으로 서로 마주보고 있는 배터리모듈(100)에 구비된 동일 극성의 모듈단자(terminal)(120, 도 5 등 참조)가 버스바(500)에 의하여 상호 연결된 형태가 도시되어 있다.

도면에 도시된, 버스바(500)에 의한 전기적 연결 및 버스바(500)에 의하여 상호 전기적으로 연결되는 배터리모듈(100)의 구성 등은 본 발명의 기술사상을 효과적으로 설명하기 위하여 다소 간소화된 형태로 도시되어 있을 뿐, 버스바(500)들 상호간을 연결하는 커넥터 구조 등이 더 포함될 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명의 모듈수용부(400) 및 이와 관련된 구성들을 설명하는 도면이며, 도 5는 배터리모듈(100)이 본 발명의 모듈수용부(400)에 결합되는 모습을 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 모듈수용부(400)에는 배터리모듈(100)이 수용되는 공간(이하 '수용공간'이라 지칭한다)(S, 도 5참조)을 상하 등으로 이원적으로 구획하는 본 발명의 스플리터(300)가 구비된다.

본 발명의 스플리터(300)는 수용공간을 상하 등의 공간으로 구획하되, 제1 및 제2배터리모듈(100-1, 100-2)의 모듈단자(120) 및 이들 모듈단자(120)를 상호 전기적으로 연결하는 버스바(500)가 독립된 공간에 위치하도록 수용공간을 물리적으로 구획한다. 설명과 이해의 편의성을 높이기 위하여 도면에 도시된 바와 같이 버스바(500)에 의하여 전기적으로 연결되는 두 개의 배터리모듈(100) 중 하나는 제1배터리모듈(100-1)로 나머지 하나는 제2배터리모듈(100-2)로 예시한다.

즉, 본 발명의 스플리터(300)는 수용공간을 부분적으로 상부 섹터(sector)와 하부 섹터(sector)로 구획하되, 배터리모듈(100)의 단자 및 버스바(500)가 상부 섹터에 위치하도록 구성된다.

앞서 기술된 바와 같이 배터리모듈(100)의 단자 및 버스바(500)는 배터리모듈(100) 사이의 전기적 연결을 구현하여 배터리 팩(10) 차원의 전극을 형성하는 구성이므로 이 구성이 배터리모듈(100)에서 발생된 열적 이벤트에 노출되는 경우 배터리 팩(10) 전체의 작동이 중단되는 등의 치명적인 안전사고가 발생될 수 있다.

본 발명의 스플리터(300)는 일부 배터리모듈(100)에서 벤팅가스 등의 열적 이벤트가 발생하더라도 전극 또는/및 버스바(500)가 벤팅가스 등에 노출되는 것을 원천적으로 차단함은 물론, 발생된 벤팅가스 등이 사이드프레임(210) 등에 형성된 배출구(E) 등을 통하여 더욱 효과적으로 외부로 배출되도록 유도하는 기능을 수행한다.

통상적으로 배터리모듈(100)의 모듈단자(120)는 배터리모듈(100)의 상부에 구비되므로 이와 같이 본 발명의 스플리터(300)에 의하여 수용공간이 물리적으로 이원화되는 경우 모듈단자(120)와 버스바(500)는 스플리터(300)에 의해 구획되는 공간 중 상부 공간(섹터)에 배치되도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 배터리모듈(100)에 배출홀(H)이 구비되는 경우, 배출홀(H)은 모듈케이스(110)의 측면 중 하부에 구비될 수 있다. 즉, 배출홀(H)은 스플리터(300)에 의해 구획되는 공간 중 하부 공간(섹터)에 배치되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배출홀(H)을 통해 배출되는 벤팅가스 등이 스플리터(300)에 의해 상부 공간에 구비되는 모듈단자(120)와 버스바(500)를 향해 이동하는 것이 차단될 수 있다. 이로써, 모듈단자(120) 및 버스바(500)가 벤팅가스 등에 노출될 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.

실시형태에 따라서 배터리모듈(100)의 모듈단자(120)가 배터리모듈(100)의 하부에 구비되는 경우, 모듈단자(120) 및 버스바(500)는 스플리터(300)에 의해 구획된 공간 중 하부 공간(섹터)에 배치될 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 모듈수용부(400)가 배터리모듈(100)이 수용되는 일종의 격실이나 챔버 등으로 기능할 수 있도록 본 발명의 모듈수용부(400)는 도면에 도시된 바와 같이 일종의 격벽과 같이 수직 방향(Z축 방향)으로 직립된 형태를 가지는 제1플레이트(410), 제2플레이트(420) 및 사이드플레이트(430)를 포함하도록 구성될 수 있다.

설명과 이해의 효율성 등을 높이기 위하여 이들 플레이트(410, 420, 430) 중 배터리모듈(100)의 단자가 구비된 방향에 설치되는 플레이트를 제1플레이트(410)로, 제1플레이트(410)의 반대 방향에 설치되는 플레이트를 제2플레이트(420)로 지칭하며, 제1 및 제2플레이트(410, 420)를 연결하는 플레이트를 사이드플레이트(430)로 지칭한다.

개별 모듈수용부(400)는 각자의 독립된 플레이트에 의해 형성될 수 있음은 물론이며, 실시형태에 따라서 도면에 예시된 바와 같이 종방향(Y축 방향) 및 횡방향(X축 방향)을 기준으로 인접한 모듈수용부(400)의 경우, 제1플레이트(410) 또는 사이드플레이트(430) 등이 공유되는 방식으로 형성될 수도 있다.

도면에 도시된 바와 같이 제2플레이트(420)는, 앞서 설명된 팩하우징(200)의 사이드프레임(210)과 상기 모듈수용부(400) 사이의 공간이 형성하는 벤팅경로(벤팅채널, P)와 연통하는 벤팅홀(421)이 형성될 수 있다. 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 벤팅홀(421) 등을 통하여 팩하우징(200)의 외부로 배출되도록 하는 본 발명의 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

본 발명의 스플리터(300)는 모듈수용부(400)의 수용공간을 상하 등으로 구획하는 구성으로서 구체적으로 바디플레이트(310) 및 통공(320)을 포함하여 구성될 수 있다.

바디플레이트(310)는 수평방향으로 연장된 형상의 플레이트로서, 도면에 예시된 바와 같이 모듈수용부(400)의 내측면 중 하나 이상과 물리적으로 연결되며, 가운데 부분에 배터리모듈(100)과 대응되는 형상의 통공(320)이 형성된다.

상기 실시구성에 의하면, 배터리모듈(100)이 끼움결합되는 방식으로 상기 통공(320)에 결합되므로 배터리모듈(100)의 설치 용이성을 높일 수 있음은 물론, 스플리터(300)의 바디플레이트(310) 및 배터리모듈(100) 자체의 물리적 구성에 의하여 수용공간이 상하의 독립된 공간으로 구획될 수 있다.

나아가 상술된 바와 같이 모듈단자(120)와 버스바(500)는 배터리모듈(100)의 상부에 구비되므로 모듈단자(120)와 버스바(500)는 스플리터(300)에 의하여 구획된 상부 공간에 위치하게 되어, 배터리모듈(100)의 다른 점유 공간과 독립 내지 분리될 수 있다.

본 발명의 스플리터(300)는 이와 같이 모듈단자(120)와 버스바(500)를 독립된 공간으로 분리시키고, 배터리모듈(100)에서 발생된 열적 이벤트가 버스바(500) 등에 미치는 영향을 차단하기 위한 구성이므로 모듈단자(120)와 버스바(500)를 물리적으로 차단할 수 있는 범위 내에서 가능한 상부 방향(Z축 방향)으로 편향된 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

이와 대응되는 관점에서 벤팅가스 등이 스플리터(300)에 의해 차단된 버스바(500) 등에 미치는 영향을 더욱 최소화시키고 벤팅가스 등이 더욱 신속하게 외부로 배출될 수 있도록 유도하기 위하여 모듈수용부(400)의 제2플레이트(420)에 형성되는 벤팅홀(421)은 상기 스플리터(300)의 높이(H2)보다 낮은 위치(H1, 도 12 참조)에 형성되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 스플리터(300)의 상세 구성을 도시한 도면이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스플리터(300)의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 의한 스플리터(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 수직방향(Z축 방향)으로 연장된 형상을 가지는 가이더(330)를 더 포함할 수 있다.

상기 가이더(330)는 배터리모듈(100)이 수용공간(S) 즉, 바디플레이트(310) 가운데 부분의 통공(320)에 더욱 쉽게 결합되도록 가이딩하고 배터리모듈(100)을 더욱 견고하게 물리적으로 지지한다.

더욱 바람직하게 본 발명의 상기 가이더(330)는 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리모듈(100)의 모서리 부분의 형상과 대응되도록 서로 수직 또는 이에 준하는 각도로 절곡된 형태의 플레이트가 수직 방향으로 연장되는 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

상기 가이더(330)는 통공(320)의 내측 모서리 부분에 설치될 수 있으며, 팩하우징(200)의 하부프레임(220)과 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다. 모듈수용부(400)에 바닥면부가 형성되거나 또는 그 바닥면부에 냉각패드 또는 히트싱크 등이 설치되는 경우, 상기 가이더(330)의 아래쪽 단부는 모듈수용부(400)의 바닥면이나 히트싱크 등과 결합되도록 구성될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 구성에 의하면, 스플리터(300), 구체적으로 스플리터(300)의 바디플레이트(310)와 물리적으로 연결되는 가이더(330)가 수직 방향으로 다시 팩하우징(200)과 결합되므로 팩하우징(200) 자체의 내구성을 구조공학적으로 증강시킬 수 있음은 물론, 배터리모듈(100)의 위치 고정력 또한, 더욱 향상시킬 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩(10)은 버스바(500)의 상부를 커버링하며 스플리터(300)의 바디플레이트(310)와 물리적으로 결합되어 버스바(500)가 위치한 영역을 더욱 독립적인 차단 공간으로 형성하는 차단커버(350)를 포함할 수 있다.

이 경우, 스플리터(300)의 바디플레이트(310)는 모듈수용부(400)의 내측면 전체에 걸쳐 형성되지 않고 제1플레이트(410) 측에만 형성될 수 있다.

실시형태에 따라서 상기 차단커버(350)는 버스바(500)와의 물리적 간섭 등을 회피하기 위하여 버스바(500) 몸체 중 일부가 통과 내지 가이딩되는 가이드홈부(351)가 형성될 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 차단커버(350)는 버스바(500)를 중심으로 커버링하는 형태는 물론, 버스바(500)와 모듈단자(120)를 전체적으로 포함하여 커버링하는 형태로도 구현될 수 있다.

위와 같이 차단커버(350)가 설치되는 실시예의 경우, 팩하우징(200)의 상부프레임(230)이 결합될 때 기밀성 등이 유지되기 위하여 제1플레이트(410) 또는 사이드플레이트(430) 등의 높이를 조정하거나 상부 측에 홈부 또는 단차를 형성하는 등 다양한 방법이 적용가능함은 물론이다.

이러한 본 발명의 실시 구성에 의하면, 버스바(500)가 위치하는 최소한의 국부적인 영역만을 독립적 공간으로 격리시킬 수 있어 공간 활용도를 더욱 높일 수 있음은 물론, 배터리모듈(100)에 대한 공간 분리를 더욱 확장적으로 적용될 수 있다.

상기 차단커버(350)는 개별 모듈수용부(400)에 형성된 하나의(single) 바디플레이트(310)와 물리적으로 결합될 수 있음은 물론이나, 도면에 예시된 바와 같이 인접합 모듈수용부(400) 각각에 형성된 복수 개 바디플레이트(310) 모두와 물리적으로 결합되는 구조적 형상을 가지는 경우, 조립 공정의 효율성 등을 더욱 높일 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 구성을 통하여 벤팅가스 등이 배출되는 과정 등을 설명하는 도면이다.

배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등은 고온, 고압의 물리적 특성을 가지므로 상승하는 거동 특성을 가지게 되나, 상술된 바와 같이 본 발명의 스플리터(300)에 의하여 그 상부 이동이 차단되게 된다. 나아가 전방(음의 Y축 방향)으로는 제1플레이트(410)에 의하여 그 이동이 차단되므로 벤팅가스 등은 스플리터(300)의 일 구성인 바디플레이트(310)의 하부과 사이드플레이트(430) 사이의 공간을 통하여 후방으로 이동하게 된다.

후방으로 이동한 벤팅가스 등은 제2플레이트(420)에 형성된 벤팅홀(421)을 통하여 모듈수용부(400)를 빠져나가게 되며, 모듈수용부(400)에서 배출된 벤팅가스 등은 모듈수용부(400)와 팩하우징(200) 사이의 공간 즉, 벤팅채널(P)로 이동하게 된다.

이와 같이 벤팅채널(P)로 이동한 벤팅가스 등은 도 10에 도시된 바와 같이 사이드프레임(210)과 모듈수용부(400) 사이의 공간을 통하여 사이드프레임(210)에 형성된 배출구(E)를 통하여 배터리 팩(10) 외부로 유출된다.

앞서 간략히 언급된 바와 같이, 제2플레이트(420)와 사이드프레임(210) 사이 그리고 사이드플레이트(430)와 사이드프레임(210) 사이의 공간이 제공하는 벤팅채널(P)에는 벤팅가스 등을 특정 방향으로 유도하는 구성 또는 벤팅가스 등의 직진성을 와해시키거나 그 세기를 약화시키는 벤팅리브 등과 같은 구성이 구비될 수 있다.

이하에서는 도 12 내지 도 17을 참조하여 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 버스바(500) 방향으로 역류하지 않고 상술된 바와 같은 방향성을 가지며 외부로 더욱 효과적으로 배출되도록 유도하는 본 발명의 구성을 상세히 설명하도록 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 역류차단부의 동작 관계를 설명하는 도면이다.도 12 등에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스플리터(300)는 바디플레이트(310)의 하부면에 구비되며, 벤팅가스의 유동 중 모듈단자(120)를 항하는 방향의 유동(이하 '역방향 유동'이라 지칭한다)을 선택적으로 억제시키는 하나 이상의 역류차단부(340)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 역류차단부(340)는 바디플레이트(310)로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 역류차단부(340)는 하부프레임(220)을 향해 벤팅홀(421)이 구비되는 방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 이때, 역류차단부(340)의 외측면, 즉 벤팅홀(421)을 향하는 역류차단부(340)의 일면과 바디플레이트(310) 사이의 각도(θ)는 예각을 이루도록 구성될 수 있다. 역류차단부(340)는 바디플레이트(310)에 복수 개로 구비되어 전후 방향(Y축 방향)을 따라 상호 이격되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리모듈(100)의 열 폭주에 의해 배출된 벤팅가스 등은, 역류차단부(340)의 내측면을 따라 벤팅홀(421)로 배출될 수 있다. 상기 역류차단부(340)의 내측면은 역류차단부(340)의 외측면과 반대되는 면을 의미할 수 있다. 이에 따라, 벤팅가스 등의 흐름을 벤팅홀(421) 방향으로 가이드할 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅가스 등이 역방향 유동시, 역류차단부(340)의 외측면에 부딪히게 되어 다시 버스바(500)를 향하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

이러한 역류차단부(340)는 바디플레이트(310)의 하부면에 일체로 구비될 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10)의 제작 시, 제작 공정이 용이해지고, 비용 및 시간이 절감되어 생산성이 향상될 수 있다.

구체적으로, 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 역류차단부(340)는 회전부재(341)를 포함할 수 있다. 회전부재(341)는 바디플레이트(310)의 하부와 회전 가능하게 연결되며, 길이 방향으로 연장된 판상으로 이루어질 수 있다. 회전부재(341)의 길이는 스플리터(300)에 의해 구획된 공간 중 하부공간의 높이(H1)보다 길게 구비될 수 있다.

이로써, 벤팅가스 등의 역방향 유동 시, 회전부재(341)가 하중에 의해 시계 방향으로 회전하여 회전부재(341)의 단부가 하부프레임(220)에 접촉될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 회전부재(341)가 일정 각도 이상 회전하는 것이 제한되어 일정 각도에서 그 위치가 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 역류차단부(340)는 스토퍼(342)를 더 포함할 수 있다. 회전부재(341)는 자체 하중 등에 의하여 바닥 방향을 향하도록 구성되되, 회전부재(341)의 물리적 이동을 제한하는 스토퍼(342)에 의하여 바디플레이트(310)와 90도 이하의 예각을 이루도록 구성될 수 있다.

스토퍼(342)는 회전부재(341)보다 바디플레이트(310)로부터 멀게 배치될 수 있다. 특히, 스토퍼(342)는 회전부재(341)의 개방 각도를 일정 각도 미만으로 제한하도록 구성될 수 있다. 스토퍼(342)는 바디플레이트(310)에 대해 예각을 이루도록 구비될 수 있다. 이로써, 회전부재(341)의 외측면은 스토퍼(342)에 의하여 바디플레이트(310)와 90도 이하의 예각을 이루도록 구성될 수 있다. 즉, 회전부재(341)의 외측면과 바디플레이트(310)가 이루는 각도는, 0°초과 90°미만의 각도 범위 내에서 설정될 수 있다.

역류차단부(340)는 별도의 결합 부재(미도시)를 통해 바디플레이트(310)에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 결합 부재는 탄성을 가지는 탄성체를 구비할 수 있다. 이를테면, 결합 부재는 힌지 스프링으로 구비될 수 있다. 이로써, 회전부재(341)는, 배터리 모듈(100)의 열 폭주 현상이 발생하지 않은 상태에서, 결합 부재에 구비된 탄성체의 탄성력에 의해 바디플레이트(310)와 기준각도를 유지할 수 있다.

보다 구체적으로, 회전부재(341)는 바디플레이트(310)를 기준으로 자유로운 회전 이동이 가능하도록 바디플레이트(310)에 결합될 수 있다. 이때, 도 13(a)와 같이, 벤팅가스 등이 후방으로 이동(정방향 유동)하는 경우, 회전부재(341)에 가해지는 벤팅가스의 가압력이 기준각도를 유지하려는 결합 부재의 탄성력보다 높아질 수 있다. 이에 따라, 벤팅가스 등이 후방으로 이동(정방향 유동)하는 벤팅가스 등의 흐름(F1)에 의하여 반시계 방향으로 회전 이동하게 된다. 이러한 구조적 결합을 통하여 상기 회전부재(341)는 벤팅가스 등의 정방향 유동을 방해하거나 억제하지 않도록 구성된다.

이에 반해, 도 13(b)와 같이, 역방향 유동, 즉, 버스바(500)가 구비된 방향으로 벤팅가스가 유동(F2)하는 경우, 회전부재(341)는 시계 방향으로 회전하게 되므로 점진적으로 이 역방향 유동을 차단하게 되며, 나아가 본 발명의 스토퍼(342)에 의하여 기준각도 이상 회전하는 것이 억제되므로 기준각도에서 그 위치가 고정되게 된다.

이러한 본 발명의 역류차단부(340)에 의하여, 버스바(500)로 향하는 벤팅가스 등의 역방향 유동이 선택적으로 차단되므로 버스바(500), 모듈단자(120) 등을 벤팅가스 등으로부터 더욱 확실하게 보호할 수 있음은 물론, 상술된 본 발명의 구조적 적용을 통하여 벤팅가스의 외부 유출이 더욱 효과적으로 유도될 수 있다.

한편, 도 12를 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이, 제2플레이트(420)에 형성되는 벤팅홀(421)은, 버스바(500)가 스플리터(300)에 의해 구획된 공간 중 상부공간에 위치하는 경우, 상기 스플리터(300)가 설치된 높이(H2)보다 낮은 위치(H1)에 형성된다. 이와는 달리 실시형태에 따라서 버스바(500)가 스플리터(300)에 의해 구획된 공간 중 하부공간에 위치하는 경우, 본 발명의 벤팅홀(421)은 스플리터(300)의 높이보다 높은 위치에 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.

도 14를 참조하면, 상기 역류차단부(340)는 바디플레이트(310) 뿐만 아니라 팩하우징(200)의 하부프레임(220)에도 구비될 수 있다. 역류차단부(340)는 하부프레임(220)에서 멀어지는 방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 이때, 역류차단부(340)의 외측면, 즉 벤팅홀(421)을 향하는 역류차단부(340)의 일면과 하부프레임(220) 사이의 각도는 예각을 이루도록 구성될 수 있다. 즉, 역류차단부(340)는 바디플레이트(310)와 하부프레임(220)에 수평면을 기준으로 서로 대칭되는 형상으로 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 하부프레임(220)에 구비되는 역류차단부(340)에 의해 벤팅가스 등이 역류차단부(340)의 내측면을 따라 벤팅홀(421)로 안내될 수 있다. 이로써, 벤팅가스 등이 벤팅홀(421)로 유도되어 벤팅홀(421)을 통해 모듈수용부(400)의 외부로 신속하게 배출될 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전부재(341)는 벤팅홀(421)에 가까워질수록 회전부재(341)의 외측면과 바디플레이트(310) 사이의 각도가 감소되도록 구성될 수 있다. 즉, 벤팅홀(421)에서 가장 멀게 구비되는 회전부재(341)의 외측면과 바디플레이트(310) 사이의 각도(φ1)에서 벤팅홀(421)에서 가장 가깝게 구비되는 회전부재(341)의 외측면과 바디플레이트(310) 사이의 각도(φ2)로 갈수록 점점 작아지도록 구성될 수 있다. 이때, 각각의 회전부재(341) 마다 구비된 스토퍼(342) 또한 벤팅홀(421)에 가까워질수록 바디플레이트(310)에 대해 이루는 각도가 감소되도록 구성될 수 있다.

역류차단부(340)가 하부프레임(220)에 구비되는 경우, 회전부재(341)와 하부프레임(220) 사이의 각도 또한 회전부재(341)가 벤팅홀(421)에 가까워질수록 바디플레이트(310)와의 각도가 감소되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅가스 등은, 벤팅홀(421)에 상대적으로 가깝게 배치된 다른 회전부재(341)의 내측면에 부딪히는 것이 최소화될 수 있다. 이로써, 벤팅가스 등의 벤팅홀(421) 방향으로의 흐름이 제한되지 않고 원활하게 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅가스 등이 버스바(500)를 향해 역방향으로 유동하는 경우, 벤팅홀(421)에 상대적으로 멀게 배치된 회전부재(341)의 외측면에 부딪힐 가능성이 높아질 수 있다. 이로써, 벤팅가스 등이 버스바(500)를 향하는 것이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.

도 16을 참조하면, 상기 역류차단부(340)는 돌출부(343)를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부(343)는 각각의 회전부재(341)의 외측면, 즉 벤팅홀(421)을 향하는 측면에 구비될 수 있다. 이러한 돌출부(343)는 배터리모듈(100)의 열 폭주 현상에 의해 발생된 스파크나 화염 등의 흐름을 차단하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 돌출부(343)는 회전부재(341)의 외측면에 돌기 형태로 복수 개 구비될 수 있다.

상기 실시예와 같이 회전부재(341)의 외측면에 복수 개의 돌출부(343)가 형성되는 경우, 직진성이 강한 스파크 등 고온의 입자 또는 화염이 역방향 유동시, 벤팅홀(421)에 상대적으로 가깝게 배치된 회전부재(341)의 외측면에 형성된 돌출부(343)에 부딪히게 되어 회전부재(341)의 외측면에 잔류할 수 있다. 이에 따라, 스파크나 화염 등이 버스바(500)를 향하는 것을 확실하게 차단할 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 역류차단부를 설명하는 도면이다.

도 17을 참조하면, 상기 역류차단부(340)는 절곡부(344)를 더 포함할 수 있다. 상기 절곡부(344)는 각각의 회전부재(341)의 단부에서 벤팅홀(421)을 향해 절곡되도록 구비될 수 있다. 이러한 절곡부(344)는 배터리모듈(100)의 열 폭주 현상에 의해 발생된 벤팅가스 등의 흐름을 차단하도록 구성될 수 있다.본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅가스 등이 절곡부(344)에 부딪혀 회전부재(341)의 외측면에 잔류할 수 있다. 이에 따라, 벤팅가스 등이 버스바(500)를 향하는 것을 더욱 확실하게 차단할 수 있다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 의한 버스바(500) 및 제1플레이트(410)의 구조를 설명하는 도면이다.

도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 버스바(500)는 제1브랜치(510), 제2브랜치(520) 및 브릿지(530)를 포함하여 구성될 수 있다. 실시형태에 따라서 버스바(500)는 절연 등을 위하여 비전도성 재질의 하우징에 의해 커버링될 수도 있음은 물론이다.

앞서 설명된 바와 같이 각 모듈단자(120)가 서로 마주보는 방식으로 인접한 두 배터리모듈(100)을 제1배터리모듈(100-1)과 제2배터리모듈(100-2)로 지칭한다.

상기 제1브랜치(510)는 제1플레이트(410)를 기준으로 일측에 위치한 제1배터리모듈(100-1)의 모듈단자(120)와 연결되며 제2브랜치(520)는, 제1플레이트(410)를 사이에 두고 상기 제1배터리모듈(100-1)과 마주보는 위치에 배치된 배터리모듈(100)인 제2배터리모듈(100-2)의 모듈단자(120)과 연결된다.

제1 및 제2브랜치(510, 520))와 모듈단자(120)의 상호 연결은 도면에 예시된 바와 같이 결합수단(540)에 의한 체결방식을 비롯하여 용접 등과 같은 접합 방법 등 다양한 방법에 의하여 이루어질 수 있음은 물론이다.

버스바(500)의 일 구성인 브릿지(530)는 상기 제1플레이트(410)의 높이(Z축 방향 기준)에 대응되는 파트를 가지면서 제1 및 제2브랜치(510, 520)를 연결한다.

버스바(500)를 이루는 구성을 서로 다른 명칭으로 지칭하는 것은 설명과 이해의 효율성 등을 위한 것일 뿐이므로 상기 버스바(500)는 단일(single)의 부재(금속 등 전도성 재질 등)가 프레스 가공 등에 의한 성형방법으로 일체형으로 구현될 수 있음은 물론이다.

버스바(500)의 구조적 특징이 도면에 도시된 바와 같이 구현되는 경우, 제1플레이트(410)에 의하여 상호 물리적으로 차단된 상태에서 모듈수용부(400) 각각에 독립적으로 수용된 복수 개 배터리모듈(100)의 모듈단자(120)를 더욱 효과적으로 연결할 수 있다.

바람직하게, 도면에 예시된 바와 같이 제1플레이트(410)에는 버스바(500)가 안착되는 안착홈부(411)가 형성될 수 있다. 버스바(500)가 도면에 예시된 바와 같이 좌우 대칭형으로 이루어지는 경우, 버스바(500)의 브릿지(530) 부분이 상기 안착홈부(411)에 안착될 수 있음은 물론이다.

이러한 본 발명의 실시구성에 의하면, 팩하우징(200)의 상부프레임(230)과의 결합 시, 단차 또는 유격 등을 회피할 수 있음은 물론, 팩하우징(200) 자체의 기밀성 등을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 도 19에 도시된 바와 같이 제1플레이트(410)에는 버스바(500)가 관통하는 관통홀(412)이 형성될 수 있다. 이 경우에도 상술된 안착홈부(411)와 동등 수준의 효과를 구현할 수 있다. 제1플레이트(410)는 두께가 두껍지 않은 판상 형태로 이루어질 수 있으며 버스바(500) 또한, 길이 방향으로 연장된 형상의 금속재질로 구현되므로 버스바(500)의 전체적인 형상적 특징을 유지하면서 버스바(500)를 관통홀(412)에 끼움 결합시킬 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 관리 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 팩하우징(200)의 내부 공간에 장착되며, 배터리 셀 또는 배터리모듈(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛은 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛 또한, 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.

이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(Manual Service Disconnector)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 자동차(미도시)는, 전술한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 자동차(미도시)는 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 구동원으로 사용하는 소정의 자동차(미도시)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소, 이를테면 차체나 모터 등을 더 포함할 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.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

10: 배터리 팩 100: 배터리모듈
110: 모듈케이스
200: 팩하우징 210: 사이드프레임
220: 하부프레임 230: 상부프레임
E: 배출구 P: 벤팅채널(벤팅경로)
300: 스플리터 310: 바디플레이트
320: 통공 330: 가이더
340: 역류차단부 341: 회전부재
342: 스토퍼 343: 돌출부
344: 절곡부
350: 차단커버 351: 가이드홈부
400: 모듈수용부 410: 제1플레이트
411: 안착홈부 412: 관통홀
420: 제2플레이트 421: 벤팅홀
430: 사이드플레이트 S: 수용공간
500: 버스바 510: 제1브랜치
520: 제2브랜치 530: 브릿지
540:결합수단

Claims (11)

1. 팩하우징;
   버스바에 의해 모듈단자가 연결되는 배터리모듈;
   상기 팩하우징에 설치되며, 상기 배터리모듈이 수용되는 공간인 수용공간을 제공하는 모듈수용부; 및
   상기 버스바가 독립된 공간에 위치하도록 상기 수용공간의 일부 또는 전부를 구획하는 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스플리터는,
   상기 모듈수용부의 내측면 중 하나 이상과 연결되며, 가운데 부분에 상기 배터리모듈과 대응되는 형상의 통공이 형성되는 바디플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제2항에 있어서,
   상기 스플리터는, 상기 배터리모듈의 결합이 가이딩되도록 수직방향으로 연장된 형상을 가지는 가이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이더의 단부는, 상기 팩하우징 또는 상기 모듈수용부의 바닥면과 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제1항에 있어서,
   상기 모듈수용부는,
   상기 배터리모듈의 모듈단자가 구비된 방향에 설치되는 제1플레이트;
   상기 제1플레이트의 반대방향에 설치되는 제2플레이트; 및
   상기 제1 및 제2플레이트를 연결하는 사이드플레이트를 포함하고,
   상기 제2플레이트는,
   상기 팩하우징의 사이드프레임과 상기 모듈수용부 사이의 공간이 형성하는 벤팅경로와 연통하는 벤팅홀이 형성되는 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 벤팅홀은, 상기 스플리터에 의해 구획된 공간 중 상부공간에 상기 버스바가 위치하는 경우 상기 스플리터의 높이보다 낮은 위치에 형성되고, 상기 스플리터에 의해 구획된 공간 중 하부공간에 상기 버스바가 위치하는 경우 상기 스플리터의 높이보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제2항에 있어서,
   상기 스플리터는,
   상기 바디플레이트의 하부면에 구비되며, 벤팅가스의 유동 중 상기 모듈단자를 향하는 역방향 유동을 선택적으로 억제시키는 하나 이상의 역류차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제7항에 있어서,
   상기 역류차단부는,
   상기 비디플레이트의 하부와 회전 가능하게 연결되며, 평상시 상기 바디플레이트와 90도 이하의 각도를 이루는 회전부재; 및
   상기 역방향 유동에 의하여 상기 회전부재가 기준각도 이상 회전하는 것을 억제하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1플레이트는, 상기 버스바가 안착되는 안착홈부 또는 상기 버스바가 관통하는 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제5항에 있어서,
    상기 버스바는,
    상기 제1플레이트를 기준으로 일측에 위치한 제1배터리모듈의 모듈단자와 연결되는 제1브랜치;
    상기 제1플레이트를 기준으로 타측에 위치한 제2배터리모듈의 모듈단자와 연결되는 제2브랜치; 및
    상기 제1 및 제2브랜치를 연결하되, 상기 제1플레이트의 높이에 대응되는 파트를 가지는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.

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