KR20240043384A - 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20240043384A
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안지명
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈은, 복수의 배터리셀; 복수의 배터리셀이 삽입되는 셀삽입공간과, 각각의 배터리셀을 지지하는 지지 리브가 마련된 셀프레임; 및 난연성을 가지며, 셀삽입공간에 수용되고, 각각의 배터리셀들을 둘러싸게 마련된 방화벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 이의 제조 방법{Battery module for preventing chain ignition and Battery module manufacturing method therefor}
본 발명은 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 상세하게는 배터리셀의 외주면을 둘러싸게 마련된 방화벽부가 방화벽으로서의 역할을 수행하여 배터리셀들간의 화재의 전이를 방지할 수 있는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.
친환경 차량으로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다.
이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다. 이러한 친환경 차량에 사용되는 배터리는 고출력이 요구되므로 많은 양의 열을 발생시키는 바, 배터리 발화 방지가 요구된다.
도 1을 참조하여, 종래의 배터리모듈을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리모듈(10)은 하부 셀프레임(11), 상부 셀프레임(12)과 적어도 하나의 배터리셀(15)을 포함한다. 여기서, 하부 셀프레임(11)과 상부 셀프레임(12)은 동일한 구조를 가진다. 상부 셀프레임(12)과 하부 셀프레임(11)은 격벽에 의해 셀삽입공간이 구획된다.
적어도 하나의 배터리셀(15)은 하부 셀프레임(11)에 마련된 셀삽입공간으로 삽입된다. 이후, 상부 셀프레임(12)은 적어도 하나의 배터리셀(15)을 상부에서 덮으면서, 하부 셀프레임(11)의 상부에 결합된다.
기존의 사출 공정은 배터리셀(15)의 높이에 대응되는 높이로 셀프레임의 제작이 어려워, 격벽의 폭이 1.2연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법 내외, 격벽의 높이 20연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법 내외의 규격으로, 두 개의 셀프레임(11, 12)으로 제작된다. 두 개의 셀프레임(11, 12), 즉, 상부 셀프레임(12)과 하부 셀프레임(11)이 상하로 조립된다.
상부 셀프레임(12)과 하부 셀프레임(11)이 상하로 조립되는 과정에서, 상부 셀프레임(12)과 하부 셀프레임(11) 사이에 틈새(13)가 생긴다. 이러한 틈새(13)는 셀프레임이 한 개의 구성물로 제작되지 않은 한, 조립 과정에서 발생되는 아주 작은 틈새(13)이다. 다만, 이러한 틈새(13)로 인해, 종래의 셀프레임은 격벽에 의해 셀삽입공간이 완전히 구획되지 않고, 인접한 셀삽입공간 간에 연통된다.
즉, 종래의 셀프레임은 적어도 하나의 배터리셀(15)을 분리하여 안착하기 위해, 격벽을 구성하지만, 상부 셀프레임(12)에 마련된 격벽과 하부 셀프레임(11)에 마련된 격벽 사이에 틈새(13)가 생겨, 적어도 하나의 배터리셀들(15)이 완전히 분리되지 못하는 구조를 가진다.
일반적으로, 배터리셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
배터리셀의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리모듈(10)의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리모듈(10)의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 셀프레임 구조에서는, 어느 하나의 배터리셀(15)의 발화시, 틈새(13)를 통해 화재가 전이될 가능성이 있어, 배터리모듈(10)의 안전성 측면에서 문제의 소지가 있었다.
일본공개특허 제JP 2009-211907호에는 결함을 가지는 전지가 인화나 파열해도, 주위 전지에 영향을 주지 않는 전지 모듈 및 이들을 이용한 전지 팩이 개시되어 있다.
종래에 상부 셀프레임과 하부 셀프레임의 조립체로 구현되는 셀프레임과 달리, 본 발명은 배터리셀의 길이 방향으로 상하 대칭 구조를 가진 셀프레임이 원-피스(one-piece)로 제작되고, 배터리셀의 외주면을 둘러싸게 마련된 방화벽부가 방화벽으로서의 역할을 수행하여 배터리셀들간의 화재의 전이를 방지할 수 있는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈은, 복수의 배터리셀; 복수의 배터리셀이 삽입되는 셀삽입공간과, 각각의 배터리셀을 지지하는 지지 리브가 마련된 셀프레임; 및 난연성을 가지며, 셀삽입공간에 수용되고, 각각의 배터리셀들을 둘러싸게 마련된 방화벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 셀프레임의 상단에서 셀프레임의 중앙부로 갈수록 셀프레임의 상단 폭이 좁아지게 마련되고, 중앙부에서 셀프레임의 하단으로 갈수록 셀프레임의 하단 폭이 넓어지게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 셀프레임의 상단에서 셀프레임의 중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지게 마련되고, 중앙부에서 셀프레임의 하단으로 갈수록 두께가 좁아지게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 지지 리브에 의해 셀삽입공간이 상하로 구획되되, 지지 리브의 상부인 셀삽입공간의 상부 공간과, 지지 리브의 하부인 셀삽입공간의 하부 공간이 서로 연통되고, 지지 리브를 기준으로 상하 대칭되게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 상부 공간이 마련된 셀프레임의 상단부가, 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 셀프레임의 상단에서 셀프레임의 중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 하부 공간이 마련된 셀프레임의 하단부가, 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 중앙부에서 셀프레임의 하단으로 갈수록 두께가 좁아지게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀프레임은 상부 공간이 역사다리꼴 단면을 가지고, 하부 공간이 사다리꼴 단면을 가진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방화벽부는 난연성을 가진 난연소재가 셀삽입공간으로 주입 및 경화되어, 주입시 배터리셀을 둘러싼 상태로 셀삽입공간 전체 영역으로 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 난연소재는 실리콘과 난연제가 혼합된 포팅 레진(potting resin)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방화벽부는 셀삽입공간의 내면과 각각의 배터리셀의 외주면에 각각 접촉하며, 인접하는 배터리셀을 구획하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방화벽부는 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 셀프레임의 내면과 셀프레임에 인접한 배터리셀 간의 폭이, 방화벽부의 상단에서 중앙부로 갈수록 좁아지게 마련되고, 방화벽부의 중앙부에서 방화벽부의 하단으로 갈수록 넓어지게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방화벽부는 어느 하나의 배터리셀과, 어느 하나의 배터리셀이 인접한 다른 하나의 배터리셀 사이에서, 지지 리브에 마련된 지지 돌기의 폭간격으로 배터리셀의 외주면을 둘러싸게 마련되어, 서로 인접한 두 개의 배터리셀을 지지 돌기의 폭간격만큼 구획하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지지 리브는 각각의 배터리셀이 삽입되는 복수의 리브 홀이 마련되어, 셀삽입공간으로 삽입된 각각의 배터리셀을 이격 지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지지 리브는 셀삽입공간이 상하로 구획되게, 셀프레임에 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지지 리브에는 리브 홀의 둘레를 따라 이격 배열되어, 각각의 배터리셀의 측면을 지지하는 복수의 지지 돌기가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지지 돌기는 지지 리브의 상부 또는 하부 중 적어도 하나 또는 모두로 돌출되게 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지지 리브를 상하로 관통하여 지지 리브에 결합되되, 배터리셀과 나란하게 배치되어 지지 리브를 지지하는 지지 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈은, 지지 기둥의 상부에 끼움결합되어, 셀프레임의 개방된 상부를 덮도록 셀프레임에 결합되는 상부 커버; 및 지지 기둥의 하부에 끼움결합되어, 셀프레임의 개방된 하부를 덮도록 셀프레임에 결합되는 하부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법은, 배터리셀이 삽입되는 셀삽입공간과, 셀삽입공간에 설치되되 복수의 리브 홀이 마련된 지지 리브가 마련된 셀프레임이 준비되는 단계; 배터리셀이 각각의 리브 홀을 관통하여 셀삽입공간으로 삽입되는 단계; 및 난연소재가 셀삽입공간으로 주입 및 경화되어, 셀삽입공간의 내면과 각각의 배터리셀의 외주면을 둘러싸는 방화벽부가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법은, 상부 커버가 셀프레임의 개방된 상부를 덮도록 셀프레임에 결합되는 단계; 및 하부 커버가 셀프레임의 개방된 하부를 덮도록 셀프레임에 결합되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래에 상부 셀프레임과 하부 셀프레임의 조립체로 구현되는 셀프레임과 달리, 본 발명은 셀프레임의 높이 방향으로, 셀프레임의 중앙부를 기준으로 상하 대칭 구조를 가진 셀프레임이 원-피스(one-piece)로 제작되고, 배터리셀의 측면과 셀프레임의 내측 공간 사이에 마련된 방화벽부가 방화벽 역할을 수행하여 배터리셀들간의 화재의 전이를 방지할 수 있다.
본 발명은 셀프레임의 구조적 특징으로, 종래의 셀프레임의 규격과 동일하되 셀프레임의 두께가 셀프레임의 중앙에서 상단 및 하단을 향해 갈수록 좁아지게 마련되어, 방화벽부의 두께를 두껍게 하여, 배터리셀들 간의 화재의 전이를 방지할 수 있다.
종래의 배터리모듈은 상부 프레임과 하부 프레임이 상하로 결합되는 구조를 가져, 하부 프레임에 복수의 배터리셀이 삽입된 후 상부 프레임이 배터리셀에 결합되는 구조로, 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 틈새가 생기는데 반해, 본 발명은 복수의 배터리셀을 셀프레임에 삽입 후, 셀프레임의 셀삽입공간으로 난연소재를 주입 및 경화하여 방화벽부를 형성함에 따라, 어느 하나의 배터리셀의 발화시, 발화된 배터리셀에 인접한 다른 배터리셀들의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 배터리 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프레임의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프레임의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프레임의 셀삽입공간으로 배터리셀이 삽입되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리셀이 셀프레임에 삽입된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서, 셀프레임의 셀삽입공간에 마련된 방화벽부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서, 상부 커버와 하부 커버가 셀프레임에 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다. 이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈(100)은, 셀프레임(110), 복수의 배터리셀(120), 방화벽부(130), 상부 커버(140)와 하부 커버(150)를 포함한다. 배터리셀(120)은 원통형 배터리이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 셀프레임(110)은 배터리셀(120)을 보호하기 위한 케이스이다. 셀프레임(110)에는 셀삽입공간(111)과 지지 리브(114)가 마련된다. 셀삽입공간(111)은 복수의 배터리셀(120)이 삽입되는 공간이다.
셀프레임(110)은 지지 리브(114)에 의해 셀삽입공간(111)이 상하로 구획되되, 지지 리브(114)의 상부인 셀삽입공간(111)의 상부 공간(111a)과, 지지 리브(114)의 하부인 셀삽입공간(111)의 하부 공간(111b)이 서로 연통되고, 지지 리브(114)를 기준으로 상하 대칭되게 마련된다.
셀프레임(110)은 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 셀프레임의 상단(110b)에서 셀프레임의 중앙부(110a)로 갈수록 셀프레임의 상단 폭(W1)이 좁아지게 마련된다.
셀프레임의 상단부(110d)는, 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 셀프레임의 상단(110b)에서 셀프레임의 중앙부(110a)로 갈수록 두께가 두꺼워지게 마련된다. 여기서, 셀프레임의 상단부(110d)는 상부 공간(111a)이 마련된 부분을 지칭한다. 상부 공간(111a)은 역사다리꼴 단면을 가진다.
셀프레임(110)은 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 중앙부(110a)에서 셀프레임의 하단(110c)으로 갈수록 셀프레임의 하단 폭(W2)이 넓어지게 마련된다.
셀프레임의 하단부(110e)는, 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 중앙부(110a)에서 셀프레임의 하단(110c)으로 갈수록 두께가 좁아지게 마련된다. 셀프레임의 하단부(110e)는 하부 공간(111b)이 마련된 부분을 지칭한다. 하부 공간(111b)은 사다리꼴 단면을 가진다.
방화벽부(130)는 난연성을 가진 난연소재로 형성된다. 방화벽부(130)는 셀삽입공간(111)의 내면과 각각의 배터리셀(120)의 외주면을 둘러싸게 마련된다. 방화벽부(130)는 난연소재가 배터리셀(120)들 사이로 셀삽입공간(111)으로 주입 및 경화되어 형성된다.
난연소재는 실리콘과 난연제가 혼합된 포팅 레진(potting resin)이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나이다.
방화벽부(130)는 셀삽입공간(111)의 외주면과 각각의 배터리셀(120)의 외주면에 접촉되며, 인접하는 배터리셀(120)을 구획한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상부 공간(111a)에서, 방화벽부(130)는 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 셀프레임(110)의 내면과 셀프레임(110)에 인접한 배터리셀(120) 간의 폭(W3)이, 방화벽부(130)의 상단에서 중앙부로 갈수록 좁아지게 마련된다.
하부 공간(111b)에서, 방화벽부(130)는 배터리셀의 삽입 방향(F1)을 따라, 셀프레임(110)의 내면과 셀프레임(110)에 인접한 배터리셀(120) 간의 폭(W4)이, 방화벽부(130)의 중앙부에서 방화벽부(130)의 하단으로 갈수록 넓어지게 마련된다.
방화벽부(130)는 지지 돌기(115)의 폭간격(W5)으로 배터리셀(120)의 외주면을 둘러싸게 마련되어, 서로 인접한 두 개의 배터리셀(120)을 지지 돌기(115)의 폭간격(W5)만큼 구획한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 리브(114)는 셀삽입공간(111)이 상하로 구획되게, 셀프레임(110)에 마련된다. 지지 리브(114)는 각각의 배터리셀(120)을 측면 지지하되, 각각의 배터리셀(120)이 균일 간격으로 이격 배치되게 마련된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리셀(120)은 지지 리브(114)에 의해 균일 간격으로 이격 배치된다.
지지 리브(114)는 셀프레임(110)과 일체형으로 형성된다. 지지 리브(114)에는 복수의 리브 홀(116)이 마련된다. 각각의 리브 홀(116)에는 각각의 배터리셀(120)이 삽입된다.
지지 리브(114)는 셀삽입공간(111)이 상하로 구획되게, 셀프레임(110)에 일체로 형성된다. 지지 리브(114)는 셀삽입공간(111)으로 삽입된 각각의 배터리셀(120)을 이격 지지한다. 지지 리브(114)는 각각의 배터리셀(120)이 삽입되는 복수의 리브 홀(116)이 마련된다.
지지 리브(114)에는 복수의 지지 돌기(115)가 마련된다. 복수의 지지 돌기(115)는 리브 홀(116)의 둘레를 따라 이격 배열되어, 각각의 배터리셀(120)의 측면을 지지한다. 지지 돌기(115)는 지지 리브(114)의 상부 또는 하부 중 적어도 하나 또는 모두로 돌출되게 마련된다. 지지 돌기(115)는 지지 리브(114)와 일체로 성형된다.
각각의 배터리셀(120)은 각각의 리브 홀(116)을 관통하여 셀삽입공간(111)에 삽입된다. 각각이 배터리셀(120)은 지지 돌기(115)에 의해, 지지 돌기(115)의 두께 간격만큼 이격 배치된다. 지지 돌기(115)는 배터리셀(120)의 외주면과 맞닿아 배터리셀(120)을 측면 지지한다.
지지기둥(117)은 지지 리브(114)를 상하로 관통하여 지지 리브(114)에 결합되되, 배터리셀(120)과 나란하게 배치되어 지지 리브(114)를 지지한다. 지지기둥(117)에는 상부 커버(140)와 하부 커버(150)가 끼움 결합된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상부 커버(140)는 지지 기둥의 상부에 끼움결합되어, 셀프레임(110)의 개방된 상부를 덮도록 셀프레임(110)에 결합된다. 하부 커버(150)는 지지 기둥의 하부에 끼움결합되어, 셀프레임(110)의 개방된 하부를 덮도록 셀프레임(110)에 결합된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 셀삽입공간(111)과 지지 리브(114)가 마련된 셀프레임(110)이 준비된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리셀(120)이 각각의 리브 홀(116)을 관통하여 셀삽입공간(111)으로 삽입된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리셀(120)의 셀삽입공간(111)으로의 삽입이 완료되면, 난연소재가 셀삽입공간(111)으로 주입된다. 상술한 바와 같이, 난연소재는 실리콘과 난연제가 혼합된 포팅 레진(potting resin)이 사용될 수 있다. 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 난연소재가 경화되면서, 셀삽입공간(111)의 내면과 각각의 배터리셀(120)의 외주면을 둘러싸는 방화벽부(130)가 형성된다.
방화벽부(130)는 셀삽입공간(111)의 내면과 각각의 배터리셀(120)의 외주면에 각각 접촉되며, 셀삽입공간(111)에서, 각각의 배터리셀(120)을 둘러싸되, 서로 인접한 배터리셀(120)들이 서로 구획하는 방화벽을 형성한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상부 커버(140)가 지지 기둥의 상부에 끼움결합되어, 셀프레임(110)의 개방된 상부를 덮도록 셀프레임(110)에 결합된다. 이어서, 하부 커버(150)가 지지 기둥의 하부에 끼움결합되어, 셀프레임(110)의 개방된 하부를 덮도록 셀프레임(110)에 결합된다.
종래에 상부 셀프레임(110)과 하부 셀프레임(110)의 조립체로 구현되는 셀프레임(110)과 달리, 본 발명은 셀프레임(110)의 중앙부를 기준으로 상하 대칭 구조를 가진 셀프레임(110)이 원-피스(one-piece)로 제작되고, 배터리셀(120)의 측면과 셀프레임(110)의 내측 공간 사이에 마련된 방화벽부가 방화벽으로서의 역할을 수행하여 배터리셀(120)들간의 화재의 전이를 방지할 수 있다.
본 발명은 방화벽부(130)가 각각의 배터리셀(120)의 외주면을 감싸게 마련되어, 어느 하나의 배터리셀(120)의 발화시, 발화된 배터리셀(120)에 인접한 다른 배터리셀(120)로의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
종래의 배터리모듈(10, 도1 참조)은 상부 프레임(12)과 하부 프레임(11)이 상하로 결합되는 구조를 가져, 하부 프레임(11)에 복수의 배터리셀(15, 도1 참조)이 삽입된 후 상부 프레임(12)이 배터리셀에 결합되는 구조로, 상부 프레임(12)과 하부 프레임(11) 사이에 틈새(13)가 생겨, 어느 하나의 배터리셀의 발화시, 틈새(13)를 통해 발화된 배터리셀에 인접한 다른 배터리셀로 발화가 전이된다.
이에 반해, 본 발명은 배터리셀의 길이에 대응되고 상기와 같은 구조적 특징을 가진 셀프레임(110)을 원피스(one-piece)로 제작하고, 복수의 배터리셀(120)을 셀프레임(110)에 삽입 후, 셀프레임의 셀삽입공간(111)으로 난연소재를 주입 및 경화하여 방화벽부(130)를 형성함에 따라, 어느 하나의 배터리셀의 발화시, 발화된 배터리셀에 인접한 다른 배터리셀들의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 연쇄 발화 방지용 배터리모듈
110: 셀프레임 111: 셀삽입공간
114: 지지 리브 115: 지지 돌기
116: 리브 홀 117: 지지기둥
120: 배터리셀 130: 방화벽부
140: 상부 커버 150: 하부 커버

Claims (21)

  1. 복수의 배터리셀;
    상기 복수의 배터리셀이 삽입되는 셀삽입공간과, 상기 각각의 배터리셀을 지지하는 지지 리브가 마련된 셀프레임; 및
    난연성을 가지며, 상기 셀삽입공간에 수용되고, 상기 각각의 배터리셀들을 둘러싸게 마련된 방화벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 상기 셀프레임의 상단에서 상기 셀프레임의 중앙부로 갈수록 상기 셀프레임의 상단 폭이 좁아지게 마련되고, 상기 중앙부에서 상기 셀프레임의 하단으로 갈수록 상기 셀프레임의 하단 폭이 넓어지게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 상기 셀프레임의 상단에서 상기 셀프레임의 중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지게 마련되고, 상기 중앙부에서 상기 셀프레임의 하단으로 갈수록 두께가 좁아지게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 지지 리브에 의해 상기 셀삽입공간이 상하로 구획되되, 상기 지지 리브의 상부인 상기 셀삽입공간의 상부 공간과, 상기 지지 리브의 하부인 상기 셀삽입공간의 하부 공간이 서로 연통되고, 상기 지지 리브를 기준으로 상하 대칭되게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 상부 공간이 마련된 상기 셀프레임의 상단부가, 상기 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 상기 셀프레임의 상단에서 상기 셀프레임의 중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 하부 공간이 마련된 상기 셀프레임의 하단부가, 상기 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 상기 중앙부에서 상기 셀프레임의 하단으로 갈수록 두께가 좁아지게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀프레임은 상기 상부 공간이 역사다리꼴 단면을 가지고, 상기 하부 공간이 사다리꼴 단면을 가진 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 방화벽부는 상기 난연성을 가진 난연소재가 상기 셀삽입공간으로 주입 및 경화되어, 주입시 상기 각각의 배터리셀을 둘러싼 상태로 상기 셀삽입공간 전체 영역으로 주입되는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 난연소재는 실리콘과 난연제가 혼합된 포팅 레진(potting resin)인 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 방화벽부는 상기 셀삽입공간의 내면과 상기 각각의 배터리셀의 외주면에 각각 접촉하며, 인접하는 배터리셀을 구획하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 방화벽부는 상기 배터리셀의 삽입 방향을 따라, 상기 셀프레임의 내면과 상기 셀프레임에 인접한 배터리셀 간의 폭이, 상기 방화벽부의 상단에서 중앙부로 갈수록 좁아지게 마련되고, 상기 방화벽부의 중앙부에서 상기 방화벽부의 하단으로 갈수록 넓어지게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 방화벽부는 상기 어느 하나의 배터리셀과, 상기 어느 하나의 배터리셀이 인접한 다른 하나의 배터리셀 사이에서, 상기 지지 리브에 마련된 지지 돌기의 폭간격으로 상기 배터리셀의 외주면을 둘러싸게 마련되어, 서로 인접한 두 개의 배터리셀을 상기 지지 돌기의 폭간격만큼 구획하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상기 각각의 배터리셀이 삽입되는 복수의 리브 홀이 마련되어, 상기 셀삽입공간으로 삽입된 상기 각각의 배터리셀을 이격 지지하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상기 셀삽입공간이 상하로 구획되게, 상기 셀프레임에 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 리브에는 상기 리브 홀의 둘레를 따라 이격 배열되어, 상기 각각의 배터리셀의 측면을 지지하는 복수의 지지 돌기가 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 지지 돌기는 상기 지지 리브의 상부 또는 하부 중 적어도 하나 또는 모두로 돌출되게 마련된 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 리브를 상하로 관통하여 상기 지지 리브에 결합되되, 상기 배터리셀과 나란하게 배치되어 상기 지지 리브를 지지하는 지지 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지지 기둥의 상부에 끼움결합되어, 상기 셀프레임의 개방된 상부를 덮도록 상기 셀프레임에 결합되는 상부 커버; 및
    상기 지지 기둥의 하부에 끼움결합되어, 상기 셀프레임의 개방된 하부를 덮도록 상기 셀프레임에 결합되는 하부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈.
  20. 배터리셀이 삽입되는 셀삽입공간과, 상기 셀삽입공간에 설치되되 복수의 리브 홀이 마련된 지지 리브가 마련된 셀프레임이 준비되는 단계;
    배터리셀이 상기 각각의 리브 홀을 관통하여 상기 셀삽입공간으로 삽입되는 단계; 및
    난연소재가 상기 셀삽입공간으로 주입 및 경화되어, 상기 셀삽입공간의 내면과 상기 각각의 배터리셀의 외주면을 둘러싸는 방화벽부가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상부 커버가 상기 셀프레임의 개방된 상부를 덮도록 상기 셀프레임에 결합되는 단계; 및
    하부 커버가 상기 셀프레임의 개방된 하부를 덮도록 상기 셀프레임에 결합되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연쇄 발화 방지용 배터리모듈의 제조 방법.
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