WO2021235751A1 - 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차 Download PDF

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gas
pipe
battery module
gas pipe
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류상우
최지순
강달모
최용석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle, and more particularly, to a battery module with increased safety against fire or explosion.
  • lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which a positive electrode active material and a negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • the lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • Such a large-capacity battery module includes a plurality of secondary batteries, when a fire or explosion occurs in the plurality of secondary batteries, flames and high-temperature gas are discharged, and the fire is easily spread to other adjacent battery modules. As a result, the fire could spread and lead to significant property damage.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery module with increased safety against fire or gas explosion.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object,
  • At least one cell assembly including a plurality of secondary batteries
  • a gas pipe configured to move the generated gas
  • a lower case having an open side and an internal space in which the at least one cell assembly is accommodated, and a receiving space coupled to one side of the lower case to cover the open side of the lower case and accommodating the gas pipe are provided.
  • a module housing having an upper case provided with a connector to which one end of the gas pipe is connected so that the gas pipe and the inner space communicate with each other.
  • At least one connecting unit having a pipe shape extending in the vertical direction and configured to be connected to the connector
  • a pipe unit extending long in the horizontal direction and having an end configured to be connected to the connecting unit may be provided.
  • connection unit is
  • An insert opening is provided so that the end of the pipe unit is inserted
  • a sealing member configured to open the insertion hole when the pipe unit is inserted into the insertion hole and close the insertion hole when the pipe unit is not inserted into the insertion hole.
  • the at least two sealing units When the at least two sealing units are not inserted into the insertion hole, the at least two sealing units are configured to be in close contact with each other to seal the insertion hole,
  • the at least two or more sealing units when the end of the pipe unit is inserted, may be configured to open the insertion hole between the two spaced apart.
  • the upper case has one side of the accommodation space open,
  • the upper plate may further include a top plate coupled to one side of the upper case to cover an open side of the accommodating space of the upper case and provided with an outlet connected to the other end of the gas pipe to discharge gas to the outside.
  • a first fixing groove inserted in the inner direction is provided so that one end of the connection unit in the vertical direction is inserted,
  • the top plate is
  • a second fixing groove inserted in the inner direction may be provided so that the other end of the connection unit in the vertical direction is inserted.
  • the gas pipe may be configured to have an adjustable length according to the gas explosive force of the at least one or more cell assemblies.
  • a plurality of interfering protrusions configured to prevent the gas from moving may be provided in the moving space through which the gas moves.
  • the battery pack according to the present invention for achieving the above object includes at least one or more of the battery modules.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes at least one or more of the battery pack.
  • the present invention includes a gas pipe and an upper case configured to communicate with the gas pipe and the internal space, so that flames and gases generated due to fire or explosion of internal components, such as a cell assembly, are accommodated. It may be configured to move through a gas pipe disposed in the space. Accordingly, according to the present invention, the flame is not discharged to the outside directly to the battery module, and the flame can be moved only to the inside of the gas pipe. Furthermore, according to the present invention, even in the case of a gas explosion of a plurality of secondary batteries, the gas moves along the inside of the gas pipe to reduce the gas explosive force, and then the gas can be discharged to the outside.
  • the present invention is provided with at least one connecting unit and a pipe unit, so that it is easy to assemble to a length set according to the gas explosive force of the gas pipe. Furthermore, the extension direction of the gas pipe can be adjusted according to the position at which the gas of the battery module is discharged to the outside, so that there is no need to manufacture a new type of gas pipe. (length) of gas pipe can be manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a plurality of secondary cells of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a part of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view schematically illustrating a state of a partial configuration of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a part of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view schematically illustrating an assembly state of some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a bottom perspective view schematically illustrating a top plate of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically illustrating an internal view of a part of a gas pipe of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a plurality of secondary cells of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the X-axis direction shown in FIG. 1 is the right direction
  • the Y-axis direction is the rear direction
  • the Z-axis direction is the upward direction.
  • the battery module 200 of the present invention includes a cell assembly 210 , a gas pipe 230 , and a module housing 220 .
  • the cell assembly 210 may include a plurality of secondary batteries 211 .
  • the secondary battery 211 may be a pouch-type secondary battery.
  • the cell assembly 210 may include 21 pouch-type secondary batteries 211 stacked side by side in one direction (Y-axis direction) inside the case.
  • the positive lead 211a and the negative lead 211b may be formed at ends in both directions with respect to the center of the pouch 116 of the secondary battery 211 . That is, the positive lead 211a may be provided at one end with respect to the center of the secondary battery 211 . In addition, the negative lead 211b may be provided at the other end with respect to the center of the secondary battery 211 .
  • the configuration of the secondary battery is not limited to the pouch-type secondary battery 211 described above, and various types of secondary batteries 211 known at the time of filing of the present invention are employed. can be
  • the battery module 200 may include at least one bus bar (not shown) configured to electrically interconnect the plurality of secondary batteries 211 .
  • the bus bar may include a conductive metal, for example, copper, aluminum, nickel, or the like.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view schematically showing the appearance of some components of the battery module 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the gas pipe 230 may be configured to move the gas generated inside the module housing 220 . That is, the gas pipe 230 may have a pipe shape extending in a direction in which the gas moves.
  • the gas pipe 230 may be made of a metal or plastic material.
  • the module housing 220 may be made of a metal or plastic material.
  • the module housing 220 may include a lower case 222 and an upper case 224 .
  • the lower case 222 may include an internal space 222a in which the at least one cell assembly 210 is accommodated. That is, the lower case 222 may have a wall W1 forming an internal space 222a equal to or greater than the volume of the cell assembly 210 .
  • the inner space 222a may have an open shape at one side.
  • the upper case 224 may be configured to cover an open side of the lower case 222 . That is, the upper case 224 may have a larger area than the open area of the lower case 222 .
  • the upper case 224 may have a plate shape extending in a horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction).
  • the upper case 224 may be coupled to one side of the lower case 222 .
  • the horizontal direction means a direction parallel to the ground when the battery module 200 is placed on the ground.
  • the upper case 224 may include an accommodation space 224a accommodating at least a portion of the gas pipe 230 . That is, the accommodating space 224a may be a space formed by inserting a central portion of the upper case 224 downward.
  • the accommodation space 224a may have a size to accommodate at least a portion of the gas pipe 230 .
  • the upper case 224 may include a connector H1 so that the gas pipe 230 and the inner space 222a of the lower case 222 communicate with each other. Accordingly, one end of the gas pipe 230 may be connected to the connector H1 . The gas introduced into one end of the gas pipe 230 may move horizontally along the pipe to the other end (end, 232t) of the gas pipe 230 .
  • the present invention includes an upper case 224 configured to communicate with the gas pipe 230 and the inner space 222a of the lower case 222, so that the cell assembly 210 ), etc., the flame and gas generated due to a fire or explosion of internal components may be configured to move through the gas pipe 230 disposed in the receiving space 224a. Accordingly, in the present invention, the flame is not discharged directly to the outside to the battery module 200 , and the flame can be moved only to the inside of the gas pipe 230 . Furthermore, according to the present invention, even when the plurality of secondary batteries 211 gas explode, the gas moves along the inside of the gas pipe 230 to reduce the gas explosive force, and then the gas can be discharged to the outside.
  • the adjacent other battery module 200 or other external components It is possible to prevent the propagation of fire to the fields, and to reduce damage to adjacent external components of the battery module 200 even when a large amount of secondary batteries 211 explode.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a part of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a side view schematically illustrating a state of a partial configuration of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing a part of a gas pipe of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the gas pipe 230 of the present invention may include at least one or more connection units 232 , and at least one or more pipe units 234 .
  • the connection unit 232 may have a pipe shape extending in the vertical direction.
  • the connection unit 232 may have an open upper end 232a or a lower end 232b, or an upper end 232a and a lower end 232b of a pipe extending in the vertical direction to be sealed.
  • the connection unit 232 may be configured to be connected to the connector H1.
  • the open lower end 232b of the connection unit 232 may be connected to the connector H1 provided in the upper case 224 .
  • connection unit 232 A part of the open lower end 232b of the connection unit 232 may be inserted into the connector H1. Furthermore, for example, as shown in FIG. 1 , the open upper end 232a of the connection unit 232 may be connected to the outlet H2 of the upper plate 226 . In addition, as for the remaining connection units 232 not connected to the connector H1 and the outlet H2, both the open upper end 232a and the lower end 232b may be sealed.
  • the pipe unit 234 may have a shape that is elongated in the horizontal direction. An end of the pipe unit 234 may be connected to the connection unit 232 to communicate with the inside of the connection unit 232 .
  • the connection unit 232 may be provided with an insertion hole (P) opened so that the end of the pipe unit 234 is inserted.
  • connection unit 232 may be provided with an insertion hole (P) in each (four sides) of the left, right, front, and rear. That is, the connection unit 232 may be connected to the four pipe units 234 through the four insertion holes (P).
  • the present invention by having at least one or more connection units 232 , and the pipe unit 234 , it is easy to assemble to a length set according to the gas explosive force of the gas pipe 230 . easy. Moreover, the extension direction of the gas pipe 230 can be adjusted according to the position at which the gas of the battery module 200 is discharged to the outside, so that there is no need to manufacture a new type of gas pipe 230 , and there is no need to manufacture a new type of gas pipe 230 . By assembling the 232 and the pipe unit 234 , the gas pipe 230 of various shapes (lengths) may be manufactured.
  • connection unit 232 not only serves as a hub assembled with the pipe unit 234, but also when the upper end 232a and/or the lower end 232b is sealed, the explosive force of the gas introduced into the upper and lower It can serve to reduce the explosive force by dispersing it in the direction.
  • connection unit 232 may include a sealing member 240 .
  • the sealing member 240 may be configured to open the insertion hole P so that the pipe unit 234 can be inserted.
  • the sealing member 240 may include an elastic material.
  • the elastic material may be, for example, natural rubber, synthetic rubber, or silicone rubber.
  • the sealing member 240 may include at least two or more sealing portions 241 and 242 positioned in the insertion hole (P).
  • the sealing member 240 may include a first sealing part 241 and a second sealing part 242 .
  • the at least two or more sealing parts 241 and 242 may be configured to open the insertion hole P by opening the two or more sealing parts 241 and 242 when the end of the pipe unit 234 is inserted.
  • first sealing part 241 and the second sealing part 242 may be separated.
  • Each of the first sealing part 241 and the second sealing part 242 may be bonded to the peripheral portion of the insertion hole (P).
  • the sealing member 240 may have a circular plate shape. The outer periphery of the circular plate may be adhered to the inside of the insertion hole P of the connection unit 232 using an adhesive (eg, sealant).
  • each of the first sealing part 241 and the second sealing part 242 of the sealing member 240 may have a semicircular shape, and the first sealing part 241 and the second sealing part 242 may be connected to each other.
  • the closely adhered central portions B may be separated from each other.
  • the end of the pipe unit 234 passes through the separated portion between the first sealing part 241 and the second sealing part 242, so that the connection It may be inserted into the insertion hole P of the unit 232 .
  • the sealing member 240 may serve to prevent the end of the pipe unit 234 inserted into the insertion hole P from being separated to the outside again.
  • the sealing member 240 may exert an elastic force to return to a circular shape in a state compressed by the inserted pipe unit 234 to press the end of the pipe unit 234 . At this time, a large frictional force is exerted between the sealing member 240 and the pipe unit 234 to prevent the pipe unit 234 from being separated to the outside of the insertion hole P.
  • the sealing member 240 is formed between the insertion hole P of the connection unit 232 and the end of the pipe unit 234 to prevent gas from leaking out between the insertion hole P of the connection unit 232 and the pipe unit. may be configured to seal between the ends of 234 .
  • the sealing member 240 when the pipe unit 234 is not inserted into the insertion hole (P), may be configured to seal the insertion hole (P). That is, the at least two or more sealing parts 241 and 242 may be configured to be in close contact with each other to seal the insertion hole P when the pipe unit 234 is not inserted into the insertion hole P.
  • the first sealing portion 241, and the second sealing portion 242 of the sealing member 240 the pipe unit 234 is inserted into the insertion hole (P) If not, the first sealing part 241 and the second sealing part 242 may be filled in the insertion hole (P).
  • the sealing member 240 by providing the sealing member 240, the assembly process between the pipe unit 234 and the connection unit 232 can be easily performed, thereby increasing the manufacturing efficiency. can Moreover, the gas moving into the gas pipe 230 does not leak through the gap between the connection unit 232 and the pipe unit 234 , so that the gas can be smoothly discharged.
  • Figure 10 is an exploded perspective view schematically illustrating an assembly state of some components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a bottom perspective view schematically showing the state of the top plate of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 200 of the present invention may further include a top plate 226 .
  • the upper case 224 may have a form in which one side of the accommodating space 224a is opened.
  • the upper plate 226 may be configured to cover an open side of the accommodation space 224a of the upper case 224 .
  • a gasket 224g may be provided in the upper case 224 between the upper plate 226 and the upper case 224 .
  • the gasket 224g may be configured to prevent gas from leaking into a gap between the upper plate 226 and the upper case 224 .
  • the upper plate 226 may be coupled to one side of the upper case 224 .
  • a plurality of bolts (T), the third fastening groove (C3) formed in the upper plate (226), the second fastening groove (C2) formed in the upper case (224) may be fastened using the nut N.
  • the upper plate 226 may be formed with an outlet (H2) to discharge the gas to the outside.
  • the outlet H2 may have a perforated shape so that the inside and outside of the module housing 220 communicate.
  • the outlet H2 may be connected to the other end of the gas pipe 230 (end of the gas movement path, 232t in FIG. 5 ).
  • the present invention is provided with the upper plate 226 configured to cover one side of the receiving space 224a of the upper case 224, so that the gas pipe 230 is the module housing 220 Not only can it be safely stored inside, but also, when a fire or explosion occurs, even if the generated gas does not move through the gas pipe 230 and leaks, it can be safely accommodated inside the accommodation space 224a. Ultimately, the safety of the battery module 200 may be improved.
  • the upper case 224 may include at least one first fixing groove G1 .
  • the first fixing groove G1 may have a shape in which a portion of the upper case 224 is inserted in the inner direction of the body so that the one end 232b in the vertical direction of the connection unit 232 is inserted.
  • the first fixing groove G1 may be configured to seal one end in the vertical direction of the connection unit 232 .
  • the first fixing groove G1 may be configured to fix the position of the connection unit 232 .
  • the upper plate 226 may be provided with a second fixing groove G2 configured to insert the other end 232a in the vertical direction of the connection unit 232 .
  • a portion of the upper plate 226 may be inserted in the inner direction of the body.
  • the second fixing groove G2 may be configured to seal the other end 232a in the vertical direction of the connection unit 232 .
  • the second fixing groove G2 may be configured to fix the position of the connection unit 232 .
  • the present invention is provided with a first fixing groove (G1) formed in the upper case (224), and a second fixing groove (G2) formed in the upper plate (226),
  • a first fixing groove (G1) formed in the upper case (224)
  • a second fixing groove (G2) formed in the upper plate (226)
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the length of the gas movement path of the gas pipe 230A Even when is the same, the number of the connection unit 232 and the pipe unit 234 may be small.
  • the number of connection units 232 of the gas pipe 230A when compared to the battery module 200 of FIG. 5 , the number of connection units 232 of the gas pipe 230A may be small.
  • the number of connection units 232 is 24, but in the gas pipe 230A of FIG. 11 , the number of connection units 232 may be 16 .
  • the total length of the gas pipe 230A of FIG. 11 in the horizontal direction in which the gas moves is approximately the same. The reason is that the exhaust path of the gas pipe 230A in each of FIGS. 5 and 11 is similar.
  • connection unit 232 of the gas pipe 230A can reduce the number of Also, as the number of connection units 232 is reduced, the number of pipe units 234 may be reduced.
  • the pipe unit 234 may be connected to the connection unit 232 in an extended state.
  • the number of connection units 232 and pipe units 234 of the gas pipe 230A can be adjusted according to the gas explosive force of the at least one cell assembly 210 .
  • the number of connection units 232 and pipe units 234 of the gas pipe 230A can be adjusted according to the gas explosive force of the at least one cell assembly 210 .
  • the gas pipe 230 may be configured to have an adjustable length according to the gas explosive force of the at least one or more cell assemblies 210 .
  • the pipe unit 234 may be configured to be adjustable in length.
  • the pipe unit 234 may include three pipe parts 234a, 234b, and 234c.
  • the diameter of the pipe part 234a located on the left side and the pipe part 234c located on the right side in FIG. 8 may be the same.
  • the remaining pipe part 234b located in the center may have a smaller diameter than the two pipe parts 234a and 234c.
  • the centrally located pipe part 234b may be configured such that a part and the other part can be inserted into the left pipe part 234a and the right pipe part 234c, respectively.
  • the present invention increases the length of the pipe unit 234 by withdrawing the pipe part 234b located in the center from the inside of the left pipe part 234a and the right pipe part 234c, if necessary, Alternatively, the entire length of the pipe unit 234 may be reduced by inserting the centrally located pipe portion 234b into each of the left pipe portion 234a and the right pipe portion 234c.
  • the gas pipe 230 is configured to be adjustable in length according to the gas explosive force of the at least one or more cell assemblies 210 , so that the battery module 200 is The length and position of the gas pipe 230 may be changed to suit the explosive force or the gas exhaust path.
  • the length and position of the gas pipe 230 can be changed according to the size and shape of the battery module 200 , so that the gas pipe 230 can be used as a standardized component. Accordingly, even when the battery module 200 is changed in various capacities or shapes, it is not necessary to separately manufacture the gas pipe 230 , thereby reducing manufacturing costs.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 200B of FIG. 12 has an outlet (not shown) formed of the upper plate 226 when compared to the gas pipe 230A of the battery module 200A of FIG. 11 .
  • the position of the distal end 232t of the gas pipe 230B connected to may be different.
  • the distal end 232t of the gas pipe 230B may be configured to be connected to an outlet (not shown) located on the rear left side of the upper plate 226 .
  • the gas pipe 230B of FIG. 12 may be configured such that a forward-backward movement path among gas movement paths becomes longer.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 200C of FIG. 13 has an outlet (not shown) formed in the upper plate 226 when compared with the gas pipe 230A of the battery module 200A of FIG. 11 .
  • the position of the distal end 232t of the gas pipe 230C connected to may be different.
  • the distal end 232t of the gas pipe 230 may be configured to be connected to an outlet (not shown) located on the front right side of the upper plate 226 .
  • the gas pipe 230C of FIG. 13 may be configured such that a left-right movement path among gas movement paths becomes longer.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically illustrating an internal view of a part of a gas pipe of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the pipe unit 234D of the gas pipe 230D of the battery module 200 may be provided with a plurality of interference protrusions K therein.
  • the plurality of interference protrusions K may be configured to prevent gas from moving in a moving space in which the gas moves.
  • the plurality of interference protrusions K may extend from the inner surface of the pipe unit 234D to be inclined in a direction opposite to the moving direction G of the gas.
  • the plurality of interference protrusions K may be configured to cause friction with the moving gas to lower the gas moving speed.
  • the present invention reduces the speed of gas movement by forming a plurality of interference protrusions K inside the gas pipe 230D, and then to the outside through the gas pipe 230D. It is possible to effectively reduce the explosive power of the emitted gas. Accordingly, it is possible to effectively increase the safety of the battery module.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention includes at least one or more of the battery modules 200 .
  • the battery pack may further include various devices (not shown) for controlling the charging and discharging of the battery module 200 , for example, a battery management system (BMS), a current sensor, a fuse, and the like.
  • BMS battery management system
  • an electronic device includes at least one or more of the above-described battery modules 200 .
  • the electronic device may further include a device housing (not shown) having a storage space for accommodating the battery pack and a display unit through which the user can check the charging state of the battery pack.
  • the vehicle according to an embodiment of the present invention may include at least one battery pack.
  • the vehicle may be a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the embodiment of the present invention may have the battery pack according to the embodiment of the present invention described above mounted inside the vehicle body.
  • secondary battery 220 module housing
  • top plate 222a, 224a interior space, accommodation space
  • H1 connector, outlet
  • connection unit 234 pipe unit
  • sealing members 241, 242 first sealing portion, second sealing portion
  • G1, G2 first fixing groove, second fixing groove

Landscapes

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Abstract

본 발명은 화재나 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차전지를 구비한 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리; 상기 모듈 하우징 내부에서 발생된 가스가 이동하도록 구성된 가스 파이프; 및 일측이 개방되고 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리가 수납되는 내부 공간이 구비된 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스의 개방된 일측을 커버하도록 상기 하부 케이스의 일측에 결합되고 상기 가스 파이프를 수용하는 수용 공간이 구비되며 상기 가스 파이프와 상기 내부 공간이 연통되도록 상기 가스 파이프의 일단이 연결된 연결구가 구비된 상부 케이스를 구비하는 모듈 하우징을 포함한다.

Description

배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재나 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 05월 22일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0061866호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 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 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 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, 이러한 리튬 이차전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
특히, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 모듈의 수요가 증가하고 있다.
그러나, 이러한 대용량의 배터리 모듈은 다수의 이차전지를 구비하고 있어, 다수의 이차전지에 화재나 폭발이 발생될 경우, 화염과 고온의 가스가 배출되어 인접한 다른 배터리 모듈로 화재가 전파되기 쉬웠다. 이로 인해, 화재가 전파되어 큰 재산 피해로 이어질 수 있었다.
또한, 대용량의 배터리 모듈은, 내부의 다수의 이차전지가 화재나 폭발이 발생하는 경우, 이러한 폭발과 함께 배터리 모듈 외부로 배출된 고온의 가스와 화염으로 인해 인접한 다른 기기들이 손상되거나 인명 피해가 발생됐다. 이에 따라, 배터리 모듈의 화재나 가스 폭발에 대해 안전성을 높일 수 있는 방안이 필요했다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
복수의 이차전지를 구비한 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리;
발생된 가스가 이동하도록 구성된 가스 파이프; 및
일측이 개방되고 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리가 수납되는 내부 공간이 구비된 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스의 개방된 일측을 커버하도록 상기 하부 케이스의 일측에 결합되고 상기 가스 파이프를 수용하는 수용 공간이 구비되며 상기 가스 파이프와 상기 내부 공간이 연통되도록 상기 가스 파이프의 일단이 연결된 연결구가 구비된 상부 케이스를 구비하는 모듈 하우징을 포함한다.
또한, 상기 가스 파이프는,
상하 방향으로 연장된 파이프 형태를 가지고, 상기 연결구와 연결되도록 구성된 적어도 하나 이상의 연결 유닛; 및
수평 방향으로 길게 연장되고 단부가 상기 연결 유닛과 연결되도록 구성된 파이프 유닛을 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 연결 유닛은,
상기 파이프 유닛의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입구가 구비되고,
상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입될 경우, 상기 삽입구를 개방하고, 상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입되지 않을 경우, 상기 삽입구를 밀폐하도록 구성된 실링 부재를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 실링 부재는,
상기 삽입구에 위치된 적어도 2 이상의 밀폐부를 구비하고,
상기 적어도 2 이상의 밀폐 유닛은, 상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입되지 않을 경우, 서로 밀착되어 상기 삽입구를 밀폐하도록 구성되고,
상기 적어도 2 이상의 밀폐 유닛은, 상기 파이프 유닛의 단부가 삽입될 경우, 둘 사이가 벌어져 상기 삽입구를 개방하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스는 상기 수용 공간의 일측이 개방되고,
상기 상부 케이스의 수용 공간의 개방된 일측을 커버하도록 상기 상부 케이스의 일측과 결합되며, 가스를 외부로 배출하도록 상기 가스 파이프의 타단과 연결된 배출구가 구비된 상판을 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스는,
상기 연결 유닛의 상하 방향의 일단부가 삽입되도록 내부 방향으로 내입된 제1 고정홈이 구비되고,
상기 상판은,
상기 연결 유닛의 상하 방향의 타단부가 삽입되도록 내부 방향으로 내입된 제2 고정홈이 구비될 수 있다.
그리고, 상기 가스 파이프는, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리의 가스 폭발력에 따라 길이가 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가스 파이프는,
가스가 이동하는 이동 공간에 가스가 이동되는 것을 저지하도록 구성된 다수의 간섭 돌기가 구비될 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 가스 파이프와 이러한 가스 파이프와 내부 공간이 연통되도록 구성된 상부 케이스를 포함함으로써, 셀 어셈블리 등, 내부 구성들의 화재나 폭발로 인해 발생된 화염과 가스가 수용 공간에 배치된 가스 파이프를 통해 이동하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화염이 배터리 모듈로 곧바로 외부로 배출되지 않고 화염이 가스 파이프 내부 까지만 이동되도록 할 수 있다. 더욱이, 본 발명은, 복수의 이차전지의 가스 폭발에도 가스 파이프 내부를 따라 가스가 이동하면서 가스 폭발력을 감소 시킨 후, 외부로 가스를 배출 시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 적어도 하나 이상의 연결 유닛, 및 파이프 유닛을 구비함으로써, 가스 파이프의 가스 폭발력에 따라 설정된 길이로 조립하는 것이 손쉽다. 더욱이, 배터리 모듈의 가스를 외부로 배출하는 위치에 따라, 가스 파이프의 연장 방향을 조절할 수 있어, 새로운 형태의 가스 파이프를 제조할 필요 없이, 기존 복수의 연결 유닛과 파이프 유닛을 조립하여, 다양한 형태(길이)의 가스 파이프를 제조할 수 있다.
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 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 복수의 이차전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 조립 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상판의 모습을 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 14는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 구성의 내부 모습을 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 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 모듈의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 복수의 이차전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에서 나타낸 X축 방향은 우 방향이고, Y축 방향은 후 방향이며, Z축 방향은 상 방향이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 셀 어셈블리(210), 가스 파이프(230), 및 모듈 하우징(220)을 포함한다.
구체적으로, 상기 셀 어셈블리(210)는 복수의 이차전지(211)를 구비할 수 있다. 상기 이차전지(211)는 파우치형 이차전지일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어셈블리(210)는 케이스 내부에 일 방향(Y축 방향)으로 나란하게 상호 적층된 21개의 파우치형 이차전지(211)를 구비할 수 있다.
더욱이, 도 3에서와 같이, 상기 양극 리드(211a)와 상기 음극 리드(211b)는, 이차전지(211)의 파우치(116)의 중심을 기준으로 양 방향의 단부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 양극 리드(211a)는 상기 이차전지(211)의 중심을 기준으로 일단부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 음극 리드(211b)는 이차전지(211)의 중심을 기준으로 타단부에 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은, 이차전지의 구성을 앞서 설명한 파우치형 이차전지(211)로만 한정되는 것은 아니고 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 이차전지(211)가 채용될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(200)은, 상기 복수의 이차전지(211)를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나 이상의 버스바(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바는 전도성 금속을 구비할 수 있고, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 구비할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 가스 파이프(230)는, 상기 모듈 하우징(220) 내부에서 발생된 가스가 이동하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 파이프(230)는, 가스가 이동하는 방향으로 연장된 관 형태를 가질 수 있다. 상기 가스 파이프(230)는 금속 또는 플라스틱 재질을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징(220)은, 금속 또는 플라스틱 재질을 구비할 수 있다. 상기 모듈 하우징(220)은 하부 케이스(222) 및 상부 케이스(224)를 구비할 수 있다. 상기 하부 케이스(222)는 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(210)가 수납되는 내부 공간(222a)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 하부 케이스(222)는 상기 셀 어셈블리(210)의 부피와 같거나 그보다 큰 내부 공간(222a)을 형성하는 벽(W1)을 가질 수 있다. 상기 내부 공간(222a)은 일측이 개방된 형태를 가질 수 있다.
나아가, 상기 상부 케이스(224)는 상기 하부 케이스(222)의 개방된 일측을 커버하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 상부 케이스(224)는 상기 하부 케이스(222)의 개방된 면적보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 케이스(224)는 수평 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 상부 케이스(224)는 상기 하부 케이스(222)의 일측에 결합될 수 있다. 여기서, 수평 방향은, 배터리 모듈(200)이 지면에 놓였을 때, 지면과 평행한 방향을 의미한다.
또한, 상기 상부 케이스(224)는 상기 가스 파이프(230)의 적어도 일부를 수용하는 수용 공간(224a)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 수용 공간(224a)은 상기 상부 케이스(224)의 중앙 부분이 하부 방향으로 내입되어 형성된 공간일 수 있다. 상기 수용 공간(224a)은 상기 가스 파이프(230)의 적어도 일부분이 수용될 수 있는 크기를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스(224)는, 상기 가스 파이프(230)와 상기 하부 케이스(222)의 내부 공간(222a)이 연통되도록 연결구(H1)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 파이프(230)의 일단이 상기 연결구(H1)에 연결될 수 있다. 상기 가스 파이프(230)의 일단으로 유입된 가스는 파이프를 따라 수평 방향으로 이동하여, 가스 파이프(230)의 타단(말단, 232t)까지 이동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 이러한 가스 파이프(230)와 상기 하부 케이스(222)의 내부 공간(222a)이 연통되도록 구성된 상부 케이스(224)를 포함함으로써, 셀 어셈블리(210) 등, 내부 구성들의 화재나 폭발로 인해 발생된 화염과 가스가 수용 공간(224a)에 배치된 가스 파이프(230)를 통해 이동하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화염이 배터리 모듈(200)로 곧바로 외부로 배출되지 않고 화염이 가스 파이프(230) 내부 까지만 이동되도록 할 수 있다. 더욱이, 본 발명은, 복수의 이차전지(211)의 가스 폭발에도 상기 가스 파이프(230) 내부를 따라 가스가 이동하면서 가스 폭발력을 감소 시킨 후, 외부로 가스를 배출 시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명은, 셀 어셈블리(210) 등, 내부 구성들의 화재나 폭발로 인해 발생된 가스와 화염이 외부로 직접적으로 배출되는 경우와 비교할 경우, 인접한 다른 배터리 모듈(200) 또는 다른 외부 구성들에 화재가 전파되는 것을 방지하고, 다량의 이차전지(211)의 폭발에도 배터리 모듈(200)의 인접한 외부 구성들에게 손상을 주는 것을 줄일 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 그리고, 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4와 함께, 도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 가스 파이프(230)는 적어도 하나 이상의 연결 유닛(232), 및 적어도 하나 이상의 파이프 유닛(234)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 연결 유닛(232)은, 상하 방향으로 연장된 파이프 형태를 가질 수 있다. 상기 연결 유닛(232)은, 상하 방향으로 연장된 파이프의 개방된 상단(232a) 또는 하단(232b), 또는 상단(232a) 및 하단(232b)이 밀폐될 수 있다. 상기 연결 유닛(232)은, 상기 연결구(H1)와 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 연결 유닛(232)의 개방된 하단(232b)은 상기 상부 케이스(224)에 구비된 연결구(H1)에 연결될 수 있다. 상기 연결 유닛(232)의 개방된 하단(232b)은 상기 연결구(H1)에 일부가 삽입될 수 있다. 더욱이, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연결 유닛(232)의 개방된 상단(232a)은 상기 상판(226)의 배출구(H2)와 연결될 수 있다. 그리고, 연결구(H1) 및 배출구(H2)와 연결되지 않은 나머지 연결 유닛(232)은 개방된 상단(232a) 및 하단(232b)이 모두 밀폐될 수 있다.
또한, 상기 파이프 유닛(234)은 수평 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 파이프 유닛(234)의 단부는 상기 연결 유닛(232)의 내부와 연통되도록 상기 연결 유닛(232)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 연결 유닛(232)에는 상기 파이프 유닛(234)의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입구(P)가 구비될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연결 유닛(232)은 좌측, 우측, 전측, 및 후측 각각(사방)에 삽입구(P)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 연결 유닛(232)은 4개의 삽입구(P)를 통해 4개의 파이프 유닛(234)과 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 적어도 하나 이상의 연결 유닛(232), 및 파이프 유닛(234)을 구비함으로써, 가스 파이프(230)의 가스 폭발력에 따라 설정된 길이로 조립하는 것이 손쉽다. 더욱이, 배터리 모듈(200)의 가스를 외부로 배출하는 위치에 따라, 가스 파이프(230)의 연장 방향을 조절할 수 있어, 새로운 형태의 가스 파이프(230)를 제조할 필요 없이, 기존 복수의 연결 유닛(232)과 파이프 유닛(234)을 조립하여, 다양한 형태(길이)의 가스 파이프(230)를 제조할 수 있다.
더욱이, 연결 유닛(232)은, 파이프 유닛(234)과 조립되는 허브 역할을 수행할 뿐만 아니라, 상단(232a) 및/또는 하단(232b)이 밀폐될 경우, 내부로 유입된 가스의 폭발력을 상하 방향으로 분산시켜 폭발력을 감소시키는 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 연결 유닛(232)은 실링 부재(240)를 구비할 수 있다. 상기 실링 부재(240)는 상기 파이프 유닛(234)이 상기 삽입구(P)에 삽입될 경우, 상기 파이프 유닛(234)의 삽입이 가능하도록 상기 삽입구(P)를 개방하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 실링 부재(240)는 탄성 소재를 구비할 수 있다. 상기 탄성 소재는 예를 들면, 천연 고무, 합성 고무, 또는 실리콘(silicone) 고무 등일 수 있다.
또한, 상기 실링 부재(240)는 상기 삽입구(P)에 위치된 적어도 2 이상의 밀폐부(241, 242)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 실링 부재(240)는 제1 밀폐부(241), 및 제2 밀폐부(242)를 구비할 수 있다. 상기 적어도 2 이상의 밀폐부(241, 242)는, 상기 파이프 유닛(234)의 단부가 삽입될 경우, 둘 사이가 벌어져 상기 삽입구(P)를 개방하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 밀폐부(241) 및 제2 밀폐부(242)는 적어도 일부분이 분리된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 밀폐부(241) 및 제2 밀폐부(242) 각각은 상기 삽입구(P)의 둘레 부분에 접합될 수 있다. 예를 들면, 상기 실링 부재(240)는 원형 판 형태를 가질 수 있다. 상기 원형 판의 외주부는 상기 연결 유닛(232)의 삽입구(P)의 내측과 접착제(예: 실런트)를 이용해 접착될 수 있다.
더욱이, 상기 실링 부재(240)의 제1 밀폐부(241) 및 제2 밀폐부(242) 각각이 반원 형태를 가질 수 있고, 제1 밀폐부(241) 및 제2 밀폐부(242)의 서로 밀착된 중심 부분(B)은 서로 분리될 수 있다. 예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 파이프 유닛(234)의 단부는 제1 밀폐부(241) 및 제2 밀폐부(242) 사이의 분리된 부분을 관통하여, 상기 연결 유닛(232)의 삽입구(P) 내부로 삽입될 수 있다. 상기 실링 부재(240)는 상기 삽입구(P)에 삽입된 파이프 유닛(234)의 단부가 다시 외부로 분리되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 상기 실링 부재(240)는 삽입된 파이프 유닛(234)에 의해 압착된 상태에서 원 형태로 복귀하려는 탄성력이 발휘되어 상기 파이프 유닛(234)의 단부를 가압할 수 있다. 이때, 상기 실링 부재(240)와 상기 파이프 유닛(234) 간에는 큰 마찰력을 발휘되어, 상기 파이프 유닛(234)이 상기 삽입구(P)의 외부로 분리되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 실링 부재(240)는 상기 연결 유닛(232)의 삽입구(P)와 상기 파이프 유닛(234)의 단부 사이로 가스가 새어 나오지 않도록 상기 연결 유닛(232)의 삽입구(P)와 상기 파이프 유닛(234)의 단부 사이를 밀폐하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 실링 부재(240)는, 상기 파이프 유닛(234)이 상기 삽입구(P)에 삽입되지 않을 경우, 상기 삽입구(P)를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 적어도 2 이상의 밀폐부(241, 242)는, 상기 파이프 유닛(234)이 상기 삽입구(P)에 삽입되지 않을 경우, 서로 밀착되어 상기 삽입구(P)를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 실링 부재(240)의 제1 밀폐부(241), 및 제2 밀폐부(242)는 상기 파이프 유닛(234)이 상기 삽입구(P)에 삽입되지 않을 경우, 제1 밀폐부(241), 및 제2 밀폐부(242)가 상기 삽입구(P) 내에 채워져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 실링 부재(240)를 구비함으로써, 상기 파이프 유닛(234)과 연결 유닛(232) 간의 조립 공정을 손쉽게 이루어지도록 할 수 있어, 제조 효율을 높일 수 있다. 더욱이, 가스 파이프(230) 내부로 이동하는 가스가 연결 유닛(232)과 파이프 유닛(234) 사이의 틈새로 새어 나오지 않아 가스 배출을 원할 하게 할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 조립 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상판의 모습을 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
한편, 다시 도 4와 함께, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 상판(226)을 더 포함할 수 있다. 상기 상부 케이스(224)는 상기 수용 공간(224a)의 일측이 개방된 형태일 수 있다. 상기 상판(226)은, 상기 상부 케이스(224)의 수용 공간(224a)의 개방된 일측을 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 상부 케이스(224)에는 상기 상판(226)과 상기 상부 케이스(224)의 사이에는 가스켓(224g)이 구비될 수 있다. 상기 가스켓(224g)은 상기 상판(226)과 상기 상부 케이스(224)의 사이 틈새로, 가스가 새어 나가는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 상판(226)은 상기 상부 케이스(224)의 일측과 결합될 수 있다. 예를 들면 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 볼트(T)가, 상판(226)에 형성된 제3 체결홈(C3), 상부 케이스(224)에 형성된 제2 체결홈(C2), 및 하부 케이스(222)에 형성된 제1 체결홈(C1) 각각에 체결된 후, 너트(N)를 사용해 체결될 수 있다.
더욱이, 상기 상판(226)은 가스를 외부로 배출하도록 배출구(H2)가 형성될 수 있다. 상기 배출구(H2)는 모듈 하우징(220)의 내부와 외부가 연통되도록 천공된 형태일 수 있다. 상기 배출구(H2)는 상기 가스 파이프(230)의 타단(가스 이동 경로의 말단, 도 5의 232t)과 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은 상부 케이스(224)의 수용 공간(224a)의 일측을 커버하도록 구성된 상판(226)을 구비함으로써, 상기 가스 파이프(230)는 모듈 하우징(220) 내부에 안전하게 보관할 수 있을 뿐만 아니라, 화재나 폭발이 발생할 경우, 발생된 가스가 상기 가스 파이프(230)를 통해 이동하지 못하고 새어 나가게 되더라도 상기 수용 공간(224a) 내부에서 안전하게 수용될 수 있다. 궁극적으로, 배터리 모듈(200)의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 다시 도 4를 보면, 상기 상부 케이스(224)는, 적어도 하나 이상의 제1 고정홈(G1)이 구비될 수 있다. 상기 제1 고정홈(G1)은, 상기 연결 유닛(232)의 상하 방향의 일단부(232b)가 삽입되도록 상부 케이스(224)의 일부분이 몸체의 내부 방향으로 내입된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 고정홈(G1)은 상기 연결 유닛(232)의 상하 방향의 일단부를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 고정홈(G1)은 상기 연결 유닛(232)의 위치를 고정하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 다시 도 10을 보면, 상기 상판(226)은, 상기 연결 유닛(232)의 상하 방향의 타단부(232a)가 삽입되도록 구성된 제2 고정홈(G2)이 구비될 수 있다. 상기 제2 고정홈(G2)은 상판(226)의 일부분이 몸체의 내부 방향으로 내입될 수 있다. 상기 제2 고정홈(G2)은 상기 연결 유닛(232)의 상하 방향의 타단부(232a)를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 고정홈(G2)은 상기 연결 유닛(232)의 위치를 고정하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 상부 케이스(224)에 형성된 제1 고정홈(G1), 및 상기 상판(226)에 형성된 제2 고정홈(G2)을 구비함으로써, 상기 연결 유닛(232)을 위치 고정 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 연결 유닛(232)의 상하 방향의 일단부(232b) 및 타단부(232a) 중 어느 하나 이상을 밀폐시킬 수 있어, 상기 연결 유닛(232)이 발생된 가스의 압력을 상하 방향으로 분산(흡수)시킬 수 있어, 가스 폭발력을 완화시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
다시 도 5와 함께 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200A)은, 도 5의 배터리 모듈(200)과 비교하여, 가스 파이프(230A)의 가스 이동 경로의 길이가 동일할 경우에도, 연결 유닛(232) 및 파이프 유닛(234)의 개수가 적을 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200A)은, 도 5의 배터리 모듈(200)과 비교할 경우, 가스 파이프(230A)의 연결 유닛(232)의 개수가 적을 수 있다.
예를 들면, 도 5의 배터리 모듈(200)은 연결 유닛(232)의 개수가 24개이지만, 도 11의 가스 파이프(230A)는 연결 유닛(232)의 개수가 16개일 수 있다. 그러나, 도 11의 가스 파이프(230A)의 가스가 이동하는 수평 방향의 전체 길이는 대략적으로 동일하다고 볼 수 있다. 이유는, 도 5 및 도 11 각각의 가스 파이프(230A)의 배출 경로는 유사하기 때문이다.
이렇듯, 도 11의 배터리 모듈(200A)과 같이, 도 5의 배터리 모듈(200)과 비교하여, 전지 용량이 상대적으로 적거나, 가스 폭발력이 작을 경우, 가스 파이프(230A)의 연결 유닛(232)의 개수를 줄일 수 있다. 또한, 연결 유닛(232)의 개수가 줄어든 것에 따라, 파이프 유닛(234)의 개수가 줄어들 수 있다. 상기 파이프 유닛(234)은 길이를 연장시킨 상태로 상기 연결 유닛(232)과 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 가스 파이프(230A)의 연결 유닛(232)과 파이프 유닛(234)의 개수를 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(210)의 가스 폭발력에 따라 조절 가능하도록 구성 시킴으로써, 불필요한 부속을 줄여, 배터리 모듈의 무게를 줄이고, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 다시 도 6과 도 8을 참조하면, 상기 가스 파이프(230)는, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(210)의 가스 폭발력에 따라 길이가 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 파이프 유닛(234)은 길이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 8을 참조하면, 상기 파이프 유닛(234)은 3개의 파이프부들(234a, 234b, 234c)을 구비할 수 있다. 도 8에서 좌측에 위치한 파이프부(234a)와 우측에 위치한 파이프부(234c)의 구경은 서로 동일할 수 있다. 중앙에 위치한 나머지 파이프부(234b)는 상대적으로 2개의 파이프부(234a, 234c) 보다 구경이 작을 수 있다. 상기 중앙에 위치한 파이프부(234b)는 일부분 및 타부분 각각이 좌측 파이프부(234a)와 우측 파이프부(234c) 내부로 삽입이 가능하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은, 필요에 따라, 중앙에 위치한 파이프부(234b)를 좌측 파이프부(234a)와 우측 파이프부(234c)의 내부로부터 인출하여 파이프 유닛(234)의 길이를 증가시키거나, 또는, 중앙에 위치한 파이프부(234b)를 좌측 파이프부(234a)와 우측 파이프부(234c) 각각의 내부로 삽입하여 파이프 유닛(234)의 전체 길이를 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가스 파이프(230)는, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(210)의 가스 폭발력에 따라 길이가 조절 가능하도록 구성됨으로써, 배터리 모듈(200)의 폭발력이나, 가스 배기 경로에 알맞게 가스 파이프(230)의 길이와 위치를 변경할 수 있다.
즉, 배터리 모듈(200)의 규모와 형태에 따라, 가스 파이프(230)의 길이와 위치를 변경할 수 있어, 가스 파이프(230)를 표준화된 부품으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)이 다양한 용량 내지 형태가 변경될 경우에도, 가스 파이프(230)의 별도 제작이 불필요하여, 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 12를 참조하면, 도 12의 배터리 모듈(200B)은, 도 11의 배터리 모듈(200A)의 가스 파이프(230A)와 비교할 경우, 상기 상판(226)의 형성된 배출구(미도시)와 연결된 가스 파이프(230B)의 말단부(232t)의 위치가 다를 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 가스 파이프(230B)의 말단부(232t)는 상판(226)의 후방 좌측에 위치한 배출구(미도시)와 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 도 12의 가스 파이프(230B)는 가스의 이동 경로 중, 전후 방향의 이동 경로가 길어지도록 구성될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 13을 참조하면, 도 13의 배터리 모듈(200C)은, 도 11의 배터리 모듈(200A)의 가스 파이프(230A)와 비교할 경우, 상기 상판(226)의 형성된 배출구(미도시)와 연결된 가스 파이프(230C)의 말단부(232t)의 위치가 다를 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 가스 파이프(230)의 말단부(232t)는 상판(226)의 전방 우측에 위치한 배출구(미도시)와 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 도 13의 가스 파이프(230C)는 가스의 이동 경로 중, 좌우 방향의 이동 경로가 길어지도록 구성될 수 있다.
도 14는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 파이프의 일부 구성의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 가스 파이프(230D)의 파이프 유닛(234D)은, 내부에 다수의 간섭 돌기(K)가 구비될 수 있다. 상기 다수의 간섭 돌기(K)는 가스가 이동하는 이동 공간에 가스가 이동되는 것을 저지하도록 구성될 수 있다. 상기 다수의 간섭 돌기(K)는 파이프 유닛(234D)의 내면으로부터 상기 가스의 이동 방향(G)의 반대 방향을 향해 경사지게 연장될 수 있다. 상기 다수의 간섭 돌기(K)는 이동하는 가스와 마찰을 일으켜 가스 이동 속도를 낮출 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 가스 파이프(230D) 내부에 다수의 간섭 돌기(K)를 형성시킴으로써, 가스 이동의 속도를 저감 시켜, 상기 가스 파이프(230D)를 통해 외부로 배출되는 가스 폭발력을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 안전성을 효과적으로 증대 시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함한다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스(미도시)는 상술한 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함한다. 상기 전자 디바이스는, 배터리 팩을 수납하기 위한 수납 공간이 구비된 디바이스 하우징(미도시) 및 사용자가 배터리 팩의 충전 상태를 확인할 수 있는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 배터리 팩을 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 자동차는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 차체 내에 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 내부에 탑재할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 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.
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.
[부호의 설명]
200: 배터리 모듈 210: 셀 어셈블리
211: 이차전지 220: 모듈 하우징
222: 하부 케이스 224: 상부 케이스
226: 상판 222a, 224a: 내부 공간, 수용 공간
H1, H2: 연결구, 배출구
230: 가스 파이프
232: 연결 유닛 234: 파이프 유닛
P: 삽입구
240: 실링 부재 241, 242: 제1 밀폐부, 제2 밀폐부
G1, G2: 제1 고정홈, 제2 고정홈
K: 간섭 돌기

Claims (10)

  1. 복수의 이차전지를 구비한 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리;
    발생된 가스가 이동하도록 구성된 가스 파이프; 및
    일측이 개방되고 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리가 수납되는 내부 공간이 구비된 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스의 개방된 일측을 커버하도록 상기 하부 케이스의 일측에 결합되고 상기 가스 파이프를 수용하는 수용 공간이 구비되며 상기 가스 파이프와 상기 내부 공간이 연통되도록 상기 가스 파이프의 일단이 연결된 연결구가 구비된 상부 케이스를 구비하는 모듈 하우징
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 파이프는,
    상하 방향으로 연장된 파이프 형태를 가지고, 상기 연결구와 연결되도록 구성된 적어도 하나 이상의 연결 유닛; 및
    수평 방향으로 길게 연장되고 단부가 상기 연결 유닛과 연결되도록 구성된 파이프 유닛
    을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 유닛은,
    상기 파이프 유닛의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입구가 구비되고,
    상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입될 경우, 상기 삽입구를 개방하고, 상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입되지 않을 경우, 상기 삽입구를 밀폐하도록 구성된 실링 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실링 부재는, 상기 삽입구에 위치된 적어도 2 이상의 밀폐부를 구비하고,
    상기 적어도 2 이상의 밀폐 유닛은, 상기 파이프 유닛이 상기 삽입구에 삽입되지 않을 경우, 서로 밀착되어 상기 삽입구를 밀폐하도록 구성되고,
    상기 적어도 2 이상의 밀폐 유닛은, 상기 파이프 유닛의 단부가 삽입될 경우, 둘 사이가 벌어져 상기 삽입구를 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 수용 공간의 일측이 개방되고,
    상기 상부 케이스의 수용 공간의 개방된 일측을 커버하도록 상기 상부 케이스의 일측과 결합되며, 가스를 외부로 배출하도록 상기 가스 파이프의 타단과 연결된 배출구가 구비된 상판을 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 케이스는,
    상기 연결 유닛의 상하 방향의 일단부가 삽입되도록 내부 방향으로 내입된 제1 고정홈이 구비되고,
    상기 상판은,
    상기 연결 유닛의 상하 방향의 타단부가 삽입되도록 내부 방향으로 내입된 제2 고정홈이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 가스 파이프는, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리의 가스 폭발력에 따라 길이가 조절 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 파이프는,
    가스가 이동하는 이동 공간에 가스가 이동되는 것을 저지하도록 구성된 다수의 간섭 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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