WO2022015030A1 - 벤팅 홀 단자를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

벤팅 홀 단자를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a venting hole terminal, and a battery pack and a vehicle including the same, and more specifically, having a venting hole terminal that can serve as a venting hole and a module terminal at the same time It relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a battery module constituting a battery pack used in an electric vehicle or a hybrid vehicle typically electrically connects a plurality of battery cells to each other using a bus bar frame, and connects a pair of module terminals to a plurality of battery cells constituting a battery cell stack. It has a form electrically connected to the outermost battery cell among the battery cells.
  • a pair of module terminals provided in the battery module has a shape exposed to the outside of the module housing.
  • venting structure that allows venting gas to be discharged to the battery module itself while preventing foreign substances and/or moisture from penetrating into the battery module. There is a need to improve the structure.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and applies a venting structure that allows venting gas to be discharged to the battery module itself while preventing foreign substances and/or moisture from penetrating, and also provides an electrical connection between a plurality of battery modules.
  • One purpose is to enable the connection process to be simplified.
  • a battery module for solving the above-described problems includes: a cell stack including a plurality of electrically connected battery cells; a module housing accommodating the cell stack and having a pair of module holes formed on one surface thereof; and a pair of venting hole terminals having a terminal hole communicating with the module hole and electrically connected to the cell stack; includes
  • One of the pair of venting hole terminals may be connected to the first electrode of the cell stack, and the other of the pair of venting hole terminals may be connected to the second electrode of the cell stack.
  • the first electrode and the second electrode may have different polarities.
  • the venting hole terminal may include a conductive elastic member fixed on an inner circumferential surface of the terminal hole.
  • the battery module may further include a bus bar frame that connects the plurality of battery cells constituting the cell stack in series, parallel, or a mixture of series and parallel.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems includes a cell stack including a plurality of electrically connected battery cells, and a pair of module holes that accommodate the cell stack and are formed on one surface a module assembly including a plurality of battery modules including a module housing including a pack housing accommodating the module assembly and having at least one pack hole communicating with an accommodation space of the module assembly; a flow path bracket fixed on one surface of the inner accommodating space of the pack housing; and a plurality of venting hole studs fixed on the flow path bracket and inserted into the module hole and the terminal hole.
  • the venting hole stud may include a stud hole communicating with the module hole and the terminal hole.
  • the flow path bracket may include a plurality of bracket holes communicating with the stud holes.
  • the flow path bracket may include a venting gas flow path formed along a longitudinal direction, and the venting gas flow path may communicate with each of the plurality of bracket holes.
  • the venting gas flow path may communicate with the pack hole.
  • An insulating member may be interposed between the venting hole stud and the flow path bracket.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems includes the battery module and/or the battery pack according to the embodiment of the present invention as described above.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an internal structure of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a bottom surface of the battery module shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a venting hole terminal applied to the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an internal structure of the battery pack shown in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a flow path bracket and a venting hole stud applied to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a process of mounting the battery module using the venting hole stud of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an insulating member applied to the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a connection relationship between a flow path bracket and a pack hole applied to the present invention.
  • the battery module 100 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the battery module 100 includes a plurality of battery cells 10 , a pair of venting hole terminals 30 , and a module housing 40 .
  • the battery module 100 may further include a bus bar frame 20 for electrical connection between the plurality of battery cells 10 .
  • the battery module 100 may further include an end plate 50 depending on the shape of the module housing 40 .
  • each battery cell 10 for example, a pouch-type battery cell may be used.
  • each battery cell 10 includes a pair of electrode leads 11 having opposite polarities.
  • the plurality of battery cells 10 are stacked to face each other to form a single cell stack.
  • the plurality of battery cells 10 may be connected to each other in series or parallel, or a mixture of series and parallel.
  • the bus bar frame 20 is formed in the longitudinal direction ( The direction parallel to the X-axis) may be provided on only one side, or it may be provided on both one side and the other side in the longitudinal direction of the cell stack. Although not specifically shown in the drawings, the bus bar frame 20 includes at least one bus bar. The bus bar connects between the electrode leads 11 of each of the adjacent battery cells 10 .
  • the bus bar frame 20 may be omitted. That is, the electrical connection between the plurality of battery cells 10 does not necessarily have to be made through the bus bar frame 20 , and may be made by at least one bus bar, and adjacent battery cells without applying a medium for electrical connection. (10) It may be made in a manner of directly contacting each electrode lead 11 .
  • the venting hole terminal 30 is electrically connected to the cell stack and is disposed on one surface of the module housing 40 .
  • the vent hole terminal 30 may be disposed on the bottom surface of the module housing 40 , for example.
  • the venting hole terminal 30 includes a terminal hole 30a communicating with the module hole 40a formed through one surface of the module housing 40 .
  • a pair of the venting hole terminals 30 is provided.
  • One of the pair of venting hole terminals 30 is connected to the first electrode of the cell stack, and the other is connected to the second electrode of the cell stack.
  • the first electrode and the second electrode are electrodes having opposite polarities.
  • one of the pair of venting hole terminals 30 has a pair of electrode leads 11 provided in the battery cell 10 positioned at the outermost side of one side in the stacking direction (parallel to the Y-axis). By being combined with the electrode lead 11 (hereinafter, referred to as a first electrode lead) having a first polarity among them, it may be electrically connected to the cell stack.
  • the other one of the pair of venting hole terminals 30 has a first polarity and By being combined with the electrode lead 11 (hereinafter referred to as a second electrode lead) having a second polarity that is opposite to the polarity, it may be electrically connected to the cell stack.
  • the venting hole terminal 30 may be electrically connected to the cell stack through a bus bar (not shown) provided in the bus bar frame 20 .
  • the pair of venting hole terminals 30 function as a positive terminal and a negative terminal of the battery module 100, respectively, and at the same time, when gas is generated by venting of the battery cell 10 in the module housing 40, gas It functions as a passage for discharging the module housing 40 to the outside.
  • the venting hole terminal 30 may be made of a conductive metal material and may have a hollow cylindrical shape having a terminal hole 30a formed along a height direction (parallel to the Z-axis).
  • the venting hole terminal 30 may include a conductive elastic member 31 fixed on an inner circumferential surface of the terminal hole 30a.
  • the conductive elastic member 31 may have a substantially donut shape through which a central portion is penetrated, and a generally used contact spring may be used as the conductive elastic member 31 , for example.
  • the conductive elastic member 31 presses the outer peripheral surface of the inserted terminal to fix it.
  • the module housing 40 accommodates the cell stack body, the bus bar frame 20 and a pair of venting terminals 30 therein.
  • the module housing 40 is provided with a pair of module holes 40a formed on both sides of the bottom surface in the width direction (parallel to the Y axis) as described above.
  • the pair of module holes 40a are formed at positions corresponding to the terminal holes 30a, whereby the inner space and the outer space of the module housing 40 communicate through the terminal hole 30a and the module hole 40a. do.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a module assembly including a plurality of battery modules 100 according to an embodiment of the present invention, a pack housing 200, a flow path bracket 300, and a plurality of venting hole studs ( 400) is included.
  • the pack housing 200 accommodates the module assembly, the flow path bracket 300 and the venting hole stud 400 therein.
  • the pack housing 200 includes at least one pack hole 200a for discharging the venting gas discharged from the battery module 100 to the outside.
  • the pack hole 200a is formed on the side surface (a surface parallel to the X-Z plane) of the pack housing 200 is illustrated, but the formation position of the pack hole 200a is not limited thereto.
  • the flow path bracket 300 has a shape extending along the width direction (parallel to the Y axis) of the battery pack, and has an empty space inside which the venting gas can move, that is, the venting gas flow path P.
  • the venting gas flow path P is formed to penetrate between both ends of the flow path bracket 300 in the longitudinal direction.
  • the flow path bracket 300 functions as a bracket for mounting the plurality of battery modules 100 , and at the same time functions as a passage for the venting gas discharged from the battery module 100 .
  • the flow path bracket 300 has a plurality of bracket holes 300a formed on its upper surface in the longitudinal direction to function as a passage for the venting gas. Each of the plurality of bracket holes 300a communicates with the venting gas passage P.
  • the plurality of bracket holes 300a are respectively formed at positions corresponding to the plurality of module holes 40a formed on the lower surface of the plurality of battery modules 100 mounted on the flow path bracket 300 .
  • the venting hole stud 400 is fixed on the flow bracket 300 , is inserted and fixed in the module hole 40a and the terminal hole 30a , and is electrically connected to the venting hole terminal 30 . do. Accordingly, the venting hole stud 400 is electrically connected to the cell stack.
  • the venting hole stud 400 includes a base portion 410 coupled to the upper surface of the flow path bracket 300 , and an insertion portion 420 inserted and fixed in the module hole 40a and the terminal hole 30a .
  • the venting hole stud 400 includes a stud hole 400a formed by penetrating the central portions of the base portion 410 and the insertion portion 420 in the height direction (parallel to the Z-axis).
  • the stud hole 400a communicates with the module hole 40a and the terminal hole 30a.
  • the stud hole 400a communicates with the bracket hole 300a. That is, each of the plurality of venting hole studs 400 is disposed at a position corresponding to the plurality of bracket holes 300a.
  • the venting hole studs 400 inserted into the module holes 40a formed in the battery module 100 are electrically connected to each other.
  • a connector 500 in the form of a metal bar may be used for electrical connection of a pair of adjacent venting hole studs 400 .
  • the connector 500 may be integrally formed with a pair of venting hole studs 400 .
  • the electrical connection between the pair of adjacent venting hole studs 400 is to connect the adjacent battery modules 100 in series.
  • a pair of venting hole studs 400 located at the outermost sides of both sides of the plurality of venting hole studs 400 spaced apart from each other along the longitudinal direction (parallel to the Y axis) of the flow path bracket 300 are Each serves as a positive terminal and a negative terminal of the battery pack, and the remaining venting hole studs 400 function as a connecting bar for connecting the plurality of battery modules 100 .
  • an insulating member 600 may be interposed between the base part 410 of the venting hole stud 400 and the upper surface of the flow path bracket 300 . This is to prevent all of the plurality of venting hole studs 400 made of a conductive metal material from being energized when the flow path bracket 300 is made of a metal material to ensure rigidity.
  • the insulating member 600 may be provided, for example, in a form coated on the surface of the flow path bracket 300 made of a conductive material. When the flow path bracket 300 is made of a non-conductive material, the application of the insulating member 600 may be omitted.
  • one end and/or the other end in the longitudinal direction of the flow path bracket 300 may be in close contact with the side wall of the pack housing 200 in which the pack hole 200a is formed, and the pack hole 200a and can be communicated.
  • the venting gas flow path P formed in the flow path bracket 300 and the pack hole 200a communicate directly, a problem occurs and the high temperature
  • the venting gas can be quickly discharged to the outside of the battery pack without contact, thereby improving safety in use of the battery pack.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention includes the battery module 100 and/or the battery pack according to the embodiment of the present invention as described above as a power source.
  • the battery module 100 includes a venting hole terminal 30, and the battery pack according to an embodiment of the present invention includes a stud hole 400a,
  • the mounting and electrical connection of the plurality of battery modules 100 for manufacturing the battery pack, and the formation of a flow path for discharging the venting gas can all be simultaneously performed.
  • the venting hole terminal 30 functioning as a module terminal is located in a direction substantially perpendicular to the drawing direction of the electrode lead 11, so that the battery cell 10 is It is possible to minimize the risk of event occurrence due to high temperature venting gas during venting.
  • the venting hole terminal 30 of the present invention functions as a high-potential terminal of the battery module 100, and the high-potential terminal, where heat can be concentrated, is not located in the ejection direction of the high-temperature venting gas. (100) It can improve safety in use.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용하며, 일 면에 형성되는 한 쌍의 모듈 홀을 구비하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 홀과 연통되는 단자 홀을 구비하며, 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 벤팅 홀 단자; 를 포함한다.

Description

벤팅 홀 단자를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은, 벤팅 홀 단자를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 벤팅 홀의 역할과 모듈 단자의 역할을 동시에 할 수 있는 벤팅 홀 단자를 구비하는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 7월 14일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0086932호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 이용되는 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈은, 통상적으로 복수의 배터리 셀들을 버스바 프레임을 이용하여 서로 전기적으로 연결시키고, 한 쌍의 모듈 단자를 배터리 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀들 중 최 외각에 배치된 배터리 셀과 전기적으로 연결시킨 형태를 갖는다. 또한, 상기 배터리 모듈에 있어서, 배터리 모듈에 구비된 한 쌍의 모듈 단자는 모듈 하우징의 외측으로 노출된 형태를 갖는다.
한편, 이러한 형태의 배터리 모듈은, 모듈 자체에서는 별도의 벤팅 구조를 갖추고 있지 않은 것이 일반적이다. 따라서, 배터리 모듈 내부에서 셀 벤팅이 발생되는 경우 벤팅 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 구조를 마련하기 위해서는 모듈 하우징에 별도의 벤팅 홀을 형성하는 것이 필요한데, 이처럼 모듈 하우징에 벤팅 홀을 형성하는 경우 이물질 및/또는 수분의 침투 우려가 발생하게 된다.
또한, 종래의 배터리 모듈 구조에 따르면, 복수의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하여 배터리 팩을 제조하고자 하는 경우, 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 모듈 단자 사이를 커넥팅 바를 이용하여 연결해주는 별도의 공정이 추가적으로 요구된다.
따라서, 배터리 모듈 자체에 벤팅 가스의 배출이 가능하면서도 외부의 이물질 및/또는 수분이 침투할 수 없는 벤팅 구조를 적용하는 것이 요구되며, 또한 복수의 배터리 모듈 간의 전기적 연결 공정이 간소화 될 수 있도록 배터리 모듈 구조를 개선할 것이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 자체에 벤팅 가스의 배출이 가능하면서도 외부의 이물질 및/또는 수분이 침투할 수 없는 벤팅 구조를 적용하고, 또한 복수의 배터리 모듈 간의 전기적 연결 공정이 간소화 될 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용하며, 일 면에 형성되는 한 쌍의 모듈 홀을 구비하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 홀과 연통되는 단자 홀을 구비하며, 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 벤팅 홀 단자; 를 포함한다.
상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자 중 하나는 상기 셀 적층체의 제1 전극과 연결되고, 상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자 중 나머지 하나는 상기 셀 적층체의 제2 전극과 연결될 수 있다.
상기 제1 전극과 제2 전극은 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
상기 벤팅 홀 단자는, 상기 단자 홀의 내주면 상에 고정되는 전도성 탄성 부재를 구비할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀들을 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 연결하는 버스바 프레임을 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체, 상기 셀 적층체를 수용하며 일 면에 형성되는 한 쌍의 모듈 홀을 구비하는 모듈 하우징, 및 상기 모듈 홀과 연통되는 단자 홀을 구비하며 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 벤팅 홀 단자를 포함하는 배터리 모듈을 복수개 포함하는 모듈 집합체; 상기 모듈 집합체를 수용하며, 상기 모듈 집합체의 수용 공간과 연통되는 적어도 하나의 팩 홀을 구비하는 팩 하우징; 상기 팩 하우징의 내부 수용 공간의 일 면 상에 고정되는 유로 브라켓; 및 상기 유로 브라켓 상에 고정되며 상기 모듈 홀 및 단자 홀에 삽입되는 복수의 벤팅 홀 스터드; 를 포함한다.
상기 벤팅 홀 스터드는, 상기 모듈 홀 및 단자 홀과 연통되는 스터드 홀을 구비할 수 있다.
상기 유로 브라켓은, 상기 스터드 홀과 연통되는 복수의 브라켓 홀을 구비할 수 있다.
상기 유로 브라켓은, 길이 방향을 따라 형성된 벤팅 가스 유로를 구비하며, 상기 벤팅 가스 유로는 상기 복수의 브라켓 홀 각각과 연통될 수 있다.
상기 벤팅 가스 유로는 상기 팩 홀과 연통될 수 있다.
상기 벤팅 홀 스터드와 유로 브라켓 사이에는 절연 부재가 개재될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 자체에 벤팅 가스의 배출이 가능하면서도 외부의 이물질 및/또는 수분이 침투할 수 없게 되며, 또한 복수의 배터리 모듈 간의 전기적 연결 공정이 간소화될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 바닥면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 벤팅 홀 단자를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 배터리 팩의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 유로 브라켓 및 벤팅 홀 스터드를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 벤팅 홀 스터드를 이용하여 배터리 모듈을 마운팅 하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 절연 부재를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 유로 브라켓과 팩 홀의 연결 관계를 나타내는 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 일부 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.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 설명하기로 한다.
상기 배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀(10), 한 쌍의 벤팅 홀 단자(30) 및 모듈 하우징(40)을 포함한다. 상기 배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀(10) 간의 전기적 연결을 위한 버스바 프레임(20)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈(100)은 모듈 하우징(40)의 형태에 따라 엔드 플레이트(50)를 더 포함할 수도 있다.
상기 배터리 셀(10)로는, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀이 이용될 수 있으며, 이 경우 각각의 배터리 셀(10)은 서로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 전극 리드(11)를 구비한다. 상기 복수의 배터리 셀(10)은 서로 대면하여 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬다. 상기 복수의 배터리 셀(10)들은 서로 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 연결될 수 있다.
상기 버스바 프레임(20)은, 배터리 셀(10)에 구비된 한 쌍의 전극 리드(11)가 서로 동일한 방향으로 인출되는지, 아니면 서로 반대 방향으로 인출되는지 여부에 따라 셀 적층체의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측에만 구비될 수도 있고, 셀 적층체의 길이 방향 일 측과 타 측 모두에 구비될 수도 있다. 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 버스바 프레임(20)은, 적어도 하나의 버스바를 구비한다. 상기 버스바는 인접한 배터리 셀(10) 각각의 전극 리드(11) 사이를 연결한다.
한편, 상기 배터리 모듈(100)에 있어서, 버스바 프레임(20)은 생략될 수도 있다. 즉, 상기 복수의 배터리 셀(10)들 간의 전기적 연결은 반드시 버스바 프레임(20)을 통해 이루어져야 하는 것은 아니며, 적어도 하나의 버스바에 의해 이루어질 수도 있고, 전기적 연결을 위한 매개체의 적용 없이 인접한 배터리 셀(10) 각각의 전극 리드(11)를 직접 접촉시키는 방식으로 이루어질 수도 있는 것이다.
상기 벤팅 홀 단자(30)는 셀 적층체와 전기적으로 연결되며 모듈 하우징(40)의 일 면 상에 배치된다. 상기 벤팅 홀 단자(30)는, 예를 들어 모듈 하우징(40)의 바닥면 상에 배치될 수 있다. 상기 벤팅 홀 단자(30)는, 모듈 하우징(40)의 일 면을 관통하여 형성된 모듈 홀(40a)과 연통되는 단자 홀(30a)을 구비한다. 상기 벤팅 홀 단자(30)는 한 쌍이 구비된다. 상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자(30) 중 하나는 셀 적층체의 제1 전극과 연결되며, 나머지 하나는 셀 적층체의 제2 전극과 연결된다. 상기 제1 전극과 제2 전극은 서로 반대 극성을 갖는 전극이다. 예를 들어, 상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자(30) 중 하나는, 적층 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측 최 외각에 위치하는 배터리 셀(10)에 구비된 한 쌍의 전극 리드(11) 중 제1 극성을 갖는 전극 리드(11)(이하 제1 전극 리드라 칭함)와 결합됨으로써 셀 적층체와 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자(30) 중 나머지 하나는 셀 적층체의 적층 방향 타 측 최 외각에 위치하는 배터리 셀(10)에 구비된 한 쌍의 전극 리드(11) 중 제1 극성과 반대 극성인 제2 극성을 갖는 전극 리드(11)(이하 제2 전극 리드라 칭함)와 결합됨으로써 셀 적층체와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와는 달리, 상기 벤팅 홀 단자(30)는 버스바 프레임(20)에 구비된 버스바(미도시)를 통해 셀 적층체와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자(30)는 각각 배터리 모듈(100)의 양극 단자 및 음극 단자로서 기능함과 동시에 모듈 하우징(40) 내에서 배터리 셀(10)의 벤팅에 의한 가스가 발생되는 경우 가스를 모듈 하우징(40) 외부로 배출하기 위한 통로로서 기능한다.
상기 벤팅 홀 단자(30)는, 전도성의 금속 재질로 이루어지며, 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 형성된 단자 홀(30a)을 구비하는 속이 빈 원통형일 수 있다. 상기 벤팅 홀 단자(30)는, 단자 홀(30a)의 내주면 상에 고정되는 전도성 탄성 부재(31)를 구비할 수 있다. 상기 전도성 탄성 부재(31)는 대략 중심부가 관통된 도넛 형상을 가질 수 있으며, 이러한 전도성 탄성 부재(31)로는 예를 들어 일반적으로 사용되는 접촉 스프링(contact spring)이 이용될 수 있다. 상기 전도성 탄성 부재(31)는 복수의 배터리 모듈(100)을 전기적으로 연결하기 위해 속이 빈 관 형태의 외부 단자가 단자 홀(30a) 내에 삽입되었을 때 삽입된 단자의 외주면을 압박하여 고정시킨다.
상기 모듈 하우징(40)은, 셀 적층체, 버스바 프레임(20) 및 한 쌍의 벤팅 단자(30)를 내부에 수용한다. 상기 모듈 하우징(40)은, 상술한 바와 같이 그 바닥면의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측에 형성된 한 쌍의 모듈 홀(40a)을 구비한다. 상기 한 쌍의 모듈 홀(40a)은 단자 홀(30a)과 대응되는 위치에 형성되며, 이로써 모듈 하우징(40)의 내부 공간과 외부 공간은 단자 홀(30a)과 모듈 홀(40a)을 통해 연통된다.
다음은, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100) 복수개를 포함하는 모듈 집합체, 팩 하우징(200), 유로 브라켓(300) 및 복수의 벤팅 홀 스터드(400)를 포함한다.
상기 팩 하우징(200)은, 모듈 집합체, 유로 브라켓(300) 및 벤팅 홀 스터드(400)를 내부에 수용한다. 상기 팩 하우징(200)은, 배터리 모듈(100)로부터 배출된 벤팅 가스를 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 팩 홀(200a)을 구비한다. 본 발명의 도면에서는 상기 팩 홀(200a)이 팩 하우징(200)의 측면(X-Z 평면과 나란한 면)에 형성된 경우만을 도시하고 있으나, 팩 홀(200a)의 형성 위치는 이에 한정되지 않는다.
상기 유로 브라켓(300)은, 배터리 팩의 폭 방향(Y축과 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 가지며, 내부에 벤팅 가스가 이동할 수 있는 빈 공간, 즉 벤팅 가스 유로(P)를 구비한다. 상기 벤팅 가스 유로(P)는, 유로 브라켓(300)의 길이 방향 양 단 사이를 관통하여 형성된다.
상기 유로 브라켓(300)은, 복수의 배터리 모듈(100)의 마운팅을 위한 브라켓으로서 기능하며, 이와 동시에 배터리 모듈(100)로부터 배출된 벤팅 가스의 이동 통로로서 기능한다. 상기 유로 브라켓(300)은, 이러한 벤팅 가스의 이동 통로로서 기능할 수 있도록 길이 방향을 따라 그 상면에 형성된 복수의 브라켓 홀(300a)을 구비한다. 상기 복수의 브라켓 홀(300a) 각각은 벤팅 가스 유로(P)와 연통 된다. 상기 복수의 브라켓 홀(300a)은 유로 브라켓(300) 상에 마운팅 되는 복수의 배터리 모듈(100)의 하면에 형성된 복수의 모듈 홀(40a)과 대응되는 위치에 각각 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 벤팅 홀 스터드(400)는, 유로 브라켓(300) 상에 고정되며, 모듈 홀(40a) 및 단자 홀(30a) 내에 삽입 고정되어 벤팅 홀 단자(30)와 전기적으로 연결된다. 이로써, 벤팅 홀 스터드(400)는 셀 적층체와 전기적으로 연결된다.
상기 벤팅 홀 스터드(400)는, 유로 브라켓(300)의 상면에 결합되는 베이스부(410) 및 모듈 홀(40a)과 단자 홀(30a) 내에 삽입 고정되는 삽입부(420)를 포함한다. 상기 벤팅 홀 스터드(400)는 베이스부(410) 및 삽입부(420)의 중심부를 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 관통하여 형성되는 스터드 홀(400a)을 구비한다. 상기 스터드 홀(400a)은 모듈 홀(40a) 및 단자 홀(30a)과 연통된다. 또한, 상기 스터드 홀(400a)은 브라켓 홀(300a)과도 연통된다. 즉, 복수의 상기 벤팅 홀 스터드(400) 각각은 복수의 브라켓 홀(300a)과 대응되는 위치에 배치된다.
상기 복수의 벤팅 홀 스터드(400) 중에서 서로 이웃하는 한 쌍의 배터리 모듈(100) 중 어느 하나의 배터리 모듈(100)에 형성된 모듈 홀(40a)에 삽입되는 벤팅 홀 스터드(400)와 다른 하나의 배터리 모듈(100)에 형성된 모듈 홀(40a)에 삽입되는 벤팅 홀 스터드(400)는 서로 전기적으로 연결된다. 서로 이웃하는 한 쌍의 벤팅 홀 스터드(400)의 전기적 연결에는, 예를 들어, 금속 바 형태의 커넥터(500)가 이용될 수 있다. 상기 커넥터(500)는 한 쌍의 벤팅 홀 스터드(400)와 일체로 형성된 것일 수도 있다. 이처럼 서로 이웃하는 한 쌍의 벤팅 홀 스터드(400) 사이를 전기적으로 연결하는 것은, 서로 이웃하는 배터리 모듈(100) 간을 직렬로 연결하기 위함이다. 상기 유로 브라켓(300)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향)을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 벤팅 홀 스터드(400)들 중 양 측 최 외각에 위치하는 한 쌍의 벤팅 홀 스터드(400)는 각각 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자로서 기능하며, 나머지 벤팅 홀 스터드(400)는 복수의 배터리 모듈(100)을 연결하기 위한 커넥팅 바로서 기능하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 벤팅 홀 스터드(400)의 베이스부(410)와 유로 브라켓(300)의 상면 사이에는 절연 부재(600)가 개재될 수 있다. 이는, 유로 브라켓(300)이 강성 확보를 위해 금속 재질로 이루어진 경우에 있어서, 전도성 금속 재질로 이루어진 복수의 벤팅 홀 스터드(400) 전부가 통전되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 절연 부재(600)는, 예를 들어 전도성 재질의 유로 브라켓(300)의 표면에 코팅된 형태로 제공될 수 있다. 상기 유로 브라켓(300)이 비전도성 재질로 이루어지는 경우에는 절연 부재(600)의 적용이 생략될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 유로 브라켓(300)의 길이 방향 일 측 및/또는 타 측 단부는 팩 홀(200a)이 형성된 팩 하우징(200)의 측벽에 밀착될 수 있으며, 팩 홀(200a)과 연통될 수 있다. 이처럼 유로 브라켓(300)에 형성된 벤팅 가스 유로(P)와 팩 홀(200a)이 직접 연통되는 경우, 문제가 발생하여 가스를 배출한 배터리 모듈(100) 이 외의 다른 배터리 모듈(100)로 고온의 벤팅 가스가 접촉하지 않고 신속히 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있으며, 이로써 배터리 팩 사용 상의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 동력원으로서 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100) 및/또는 배터리 팩을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 벤팅 홀 단자(30)를 구비하고, 또한 본발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 스터드 홀(400a)을 구비함으로써, 배터리 팩 제조를 위한 복수의 배터리 모듈(100)의 마운팅과 전기적 연결, 그리고 벤팅 가스의 배출을 위한 유로의 형성이 모두 동시에 이루어질 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 모듈 단자로서 기능하는 벤팅 홀 단자(30)가 전극 리드(11)의 인출 방향과 대략 수직한 방향에 위치함으로써 배터리 셀(10)의 벤팅 시에 고온의 벤팅 가스로 인한 이벤트 발생의 위험을 최소화 할 수 있다. 즉, 본 발명의 벤팅 홀 단자(30)는, 배터리 모듈(100)의 고전위 단자로서 기능하는데, 발열이 집중될 수 있는 고전위 단자가 고온의 벤팅 가스의 분출 방향에 위치하지 않도록 함으로써 배터리 모듈(100) 사용상의 안전성을 향상시킬 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.

Claims (12)

  1. 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 수용하며, 일 면에 형성되는 한 쌍의 모듈 홀을 구비하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 홀과 연통되는 단자 홀을 구비하며, 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 벤팅 홀 단자;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자 중 하나는 상기 셀 적층체의 제1 전극과 연결되고,
    상기 한 쌍의 벤팅 홀 단자 중 나머지 하나는 상기 셀 적층체의 제2 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극과 제2 전극은 서로 다른 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 홀 단자는,
    상기 단자 홀의 내주면 상에 고정되는 전도성 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀들을 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 연결하는 버스바 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체, 상기 셀 적층체를 수용하며 일 면에 형성되는 한 쌍의 모듈 홀을 구비하는 모듈 하우징, 및 상기 모듈 홀과 연통되는 단자 홀을 구비하며 상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 벤팅 홀 단자를 포함하는 배터리 모듈을 복수개 포함하는 모듈 집합체;
    상기 모듈 집합체를 수용하며, 상기 모듈 집합체의 수용 공간과 연통되는 적어도 하나의 팩 홀을 구비하는 팩 하우징;
    상기 팩 하우징의 내부 수용 공간의 일 면 상에 고정되는 유로 브라켓; 및
    상기 유로 브라켓 상에 고정되며 상기 모듈 홀 및 단자 홀에 삽입되는 복수의 벤팅 홀 스터드;
    를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤팅 홀 스터드는,
    상기 모듈 홀 및 단자 홀과 연통되는 스터드 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유로 브라켓은,
    상기 스터드 홀과 연통되는 복수의 브라켓 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유로 브라켓은, 길이 방향을 따라 형성된 벤팅 가스 유로를 구비하며,
    상기 벤팅 가스 유로는 상기 복수의 브라켓 홀 각각과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 벤팅 가스 유로는 상기 팩 홀과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 벤팅 홀 스터드와 유로 브라켓 사이에는 절연 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 또는 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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