WO2022060002A1 - 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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윤형철
김재상
손영수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack, and a vehicle including the same, and more particularly, to a battery module with increased safety against fire or explosion, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • This application is an application for priority claiming Korean Patent Application No. 10-2020-0121768 filed on September 21, 2020, and all contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated herein by reference.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free, The self-discharge rate is very low and the energy density is high, attracting attention.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses 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 each coated with a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an exterior material for sealing and housing this 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 the electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet.
  • Such a large-capacity battery module has a plurality of battery cells, and when a fire or explosion occurs in some of the plurality of battery cells, fragments of the high-temperature electrode assembly, flame, and high-temperature gas are discharged to other adjacent battery cells. could increase the temperature of Accordingly, there is a problem in that thermal runaway, fire, etc. of other adjacent battery cells may be propagated and a secondary explosion may occur, thereby increasing the damage.
  • an object of the present invention is to provide a battery module having improved safety against fire or explosion, a battery pack including the same, and a vehicle, as devised to solve the above problems.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object,
  • a module case accommodating the plurality of battery cells therein and having a plurality of exposure holes configured to expose upper or lower portions of the battery cells;
  • the module case has a plate shape, and includes a screen member provided with ventilation holes, each having a size smaller than the size of the exposure hole.
  • two or more of the ventilation holes may be provided in an area facing the exposure hole.
  • vent may be configured to have a diameter gradually decreasing toward the outside.
  • the ventilation hole may have a shape in which the screen member penetrates in a zigzag manner.
  • a body portion interposed between the screen member and the module case having electrical conductivity, and having a plate shape extending in a horizontal direction, a connection portion extending from the body portion to contact the electrode terminals, and a portion of the body portion It may further include a connection plate formed with the opening and having a connection port configured to position the connection part inside the opening.
  • connection plate
  • An extension portion protruding from the outer periphery of the connector in a horizontal direction may be provided to cover a portion of the connector.
  • a plurality of cover parts protruding from the outer periphery of each of the plurality of exposure holes toward the connection plate and having a hollow top and having an open top may be provided.
  • the bent part may be bent and extended in a horizontal direction from an open end to cover a portion of the connection hole of the connection plate.
  • the battery pack of the present invention for achieving the above object includes one or more of the battery modules.
  • the vehicle of the present invention for achieving the above object includes one or more of the battery modules.
  • the battery module of the present invention is provided with a screen member.
  • This structure can suppress the movement to adjacent battery cells even if the high-temperature active material is discharged from the battery cell in which the explosion occurred while maintaining the gas and flame ejection function generated when the battery cell is ignited. Accordingly, when any one of the plurality of battery cells exhibits abnormal behavior (electrical short circuit, thermal runaway), when an internal material is ejected to the outside by explosion, gas and flame are ejected through the exposure port, but the screen member Since the high-temperature active material movement is suppressed by this, it is possible to prevent the internal material ejected from the other adjacent battery cells from moving through the other adjacent exposure ports.
  • the present invention can prevent thermal runaway, chain ignition such as propagation of fire or explosion to other battery cells, thereby greatly improving safety.
  • 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 a state of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a state of a battery cell of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view schematically illustrating a state of a screen member of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing the state of the screen member of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing the state of the screen member of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial perspective view schematically illustrating a state of a connection plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a part cut along the line C-C′ of FIG. 1 .
  • FIG. 9 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing a part 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 a state of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state of a battery cell of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 100 includes a plurality of battery cells 110 , a module case 130 , and a screen member 140 .
  • the battery cell 110 may include an electrode assembly 116 , a battery can 112 , and a cap assembly 113 .
  • the battery cell 110 may be a cylindrical battery cell.
  • the battery cell 110, the electrode terminal 111 may be located on each of the upper and lower portions.
  • the plurality of battery cells 110 may be electrically connected to each other by a connection plate 120 made of a metal material.
  • the plurality of battery cells 110 may be electrically connected in series, in parallel, or in series and in parallel through the connection plate 120 .
  • the electrode assembly 116 may have a structure in which a separator is interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate and wound up, and a positive electrode tab 114 is attached to the positive electrode plate to be connected to the cap assembly 113, and the negative electrode tab to the negative electrode plate A 115 may be attached and connected to the lower end of the battery can 112 .
  • the battery can 112 may have an empty space formed therein to accommodate the electrode assembly 116 .
  • the battery can 112 may have a cylindrical shape and an open top.
  • the battery can 112 may be made of a metal material such as steel or aluminum to secure rigidity.
  • the battery can 112 has a negative electrode tab attached to a lower end thereof, so that the battery can 112 itself as well as the lower portion of the battery can 112 may function as a negative electrode terminal.
  • the cap assembly 113 may be coupled to the upper open portion of the battery can 112 to seal the open end of the battery can 112 .
  • the cap assembly 113 may have a circular or prismatic shape depending on the shape of the battery can 112, and includes sub-components such as a top cap C1, a vent unit C2, and a gasket C3. can do.
  • the top cap C1 may be positioned at the top of the cap assembly 113 and configured to protrude upward.
  • the top cap C1 may function as a positive terminal in the battery cell 110 .
  • the top cap C1 may be electrically connected to another battery cell 110 or a charging device through an external device, for example, the connection plate 120 .
  • the top cap C1 may be formed of, for example, a metal material such as stainless steel or aluminum. In the case of a severe explosion or fire of the battery cell 110 , at least a part of the top cap C1 may be torn or detached from the battery can 112 to the outside, and the battery can 112 may be opened.
  • the vent unit C2 when the internal pressure of the battery cell 110, that is, the internal pressure of the battery can 112 increases to a predetermined level or more, the shape of the vent unit C2 is deformed (breaking) As a result, the gas inside the battery can 112 may be discharged to the outside through the opening D of the top cap C1.
  • the predetermined level of the internal pressure may be 5 to 10 atmospheres.
  • the cap assembly 113 when the battery cell 110 explodes due to an abnormal behavior, the cap assembly 113 may be detached from the battery can 112 .
  • the gas generated therein and the fragments of the electrode assembly 116 may be ejected to the outside.
  • the gasket C3 may be made of a material having electrical insulation properties so that the edge portions of the top cap C1 and the vent unit C2 can be insulated from the battery can 112 .
  • the cap assembly 113 may further include a current blocking member C4.
  • the current interrupting member C4 is also called a CID (Current Interrupt Device), and when the internal pressure of the battery increases due to gas generation and the shape of the vent unit C2 is reversed, between the vent unit C2 and the current interrupting member C4 is cut off or the current blocking member C4 is damaged, the electrical connection between the vent unit C2 and the electrode assembly 116 may be blocked.
  • CID Current Interrupt Device
  • the battery module 100 according to the present invention is not limited to the configuration of the battery cell 110 having a specific shape. That is, various types of battery cells known at the time of filing of the present invention may be employed in the battery module 100 according to the present invention.
  • the module case 130 may be configured to accommodate the plurality of battery cells 110 therein.
  • the module case 130 may include an upper frame 133 and a lower frame 134 .
  • Each of the upper frame 133 and the lower frame 134 may include a plurality of hollows 135 configured to insert a portion of the plurality of battery cells 110 .
  • the module case 130 may be provided with a plurality of exposure holes 131 .
  • Each of the plurality of exposure holes 131 may be formed by perforating a portion of the module case 130 so that the upper and lower portions of each of the plurality of battery cells 110 are exposed to the outside.
  • the upper and lower surfaces of the upper frame 133 so that the electrode terminals 111 provided on the upper and lower portions of the plurality of battery cells 110 can be exposed to the outside.
  • a plurality of exposure holes 131 may be provided on each lower surface of the frame 134 .
  • the exposure hole 131 may be formed at a position corresponding to the vent unit C2 of the battery cell 110 . For example, in the battery cell 110 of FIG.
  • the exposure hole 131 may be provided at the upper end of the battery cell 110 . More specifically, the exposure hole 131 may be provided at a position adjacent to the opening D of the top cap C1 through which the gas discharged from the vent unit C2 is discharged to the outside of the battery can 112 . .
  • the exposure hole 131 may be formed to have a size that can cover all of the openings D of the battery can 112 .
  • a ring-shaped opening D may be provided in the top cap C1 of the battery can 112 .
  • the diameter of the exposure hole 131 may be configured to be greater than or equal to the diameter of the ring-shaped opening D.
  • the screen member 140 may be located on any one or more of the upper and lower portions of the module case 130 .
  • each of the two screen members 140 may be positioned at the upper and lower portions of the module case 130 .
  • the screen member 140 may include a material having high thermal conductivity while being electrically insulating.
  • the screen member 140 may include a silicone resin.
  • the screen member 140 may have a plate shape as a whole.
  • the screen member 140 may have a plate shape extending in a horizontal direction so as to cover a portion in which the plurality of exposure holes 131 of the module case 130 are formed.
  • the screen member 140 may be provided with ventilation holes 141 each having a size smaller than the size of the exposure hole 131 .
  • the ventilation hole 141 may have a size of 10% to 80% of the size of the exposure hole 131 , for example.
  • the vent 141 may be configured to have a size smaller than the size of the opening of the opened portion when the battery cell 110 is configured to open a specific portion due to an explosion.
  • the battery module 100 includes the screen member 140 .
  • This structure can physically block the movement of the high-temperature active material discharged from the exploded battery cell to the adjacent battery cell while maintaining the gas and flame ejection function, ie, venting, generated when the battery cell is ignited. Accordingly, when any one of the plurality of battery cells 110 behaves abnormally, when the battery cell 110 explodes and internal materials are ejected to the outside, gas and flame are ejected through the exposure hole 131 , but , since the high-temperature active material movement is suppressed by the screen member 140 , it is possible to prevent the internal material ejected from the other adjacent battery cells 110 from moving through the other adjacent exposure ports 131 .
  • the screen member 140 forms the ventilation hole 141 smaller than the exposure hole 131 , so that the high-temperature gas ejected through the exposure hole 131 passes through the ventilation hole 141 , but is ejected.
  • the fragments of the electrode assembly may be prevented from passing through the vent 141 . Accordingly, according to the present invention, it is possible to prevent chain fires such as thermal runaway, fire or explosion propagating to other battery cells 110 , thereby greatly improving safety.
  • FIG. 4 is a plan view schematically illustrating a state of a screen member of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the ventilation hole 141 faces the exposure hole 131 (A) ) may be provided with two or more.
  • the screen member 140 may have six areas A facing the six exposure holes 131 .
  • approximately six ventilation holes 141 may be positioned in each of the six areas A facing the six exposure holes 131 of the screen member 140 .
  • the screen member 140 of the present invention is provided with two or more ventilation holes 141 at positions corresponding to the exposure holes 131, so that when the battery cell 110 explodes, While the ejected gas is effectively discharged, the accompanying fragments of the electrode assembly may be screened to prevent passage of the vent 141 . That is, a portion of the plurality of vents 141 may be formed at a spaced position such that the battery cell 110 does not face the opening generated in the battery cell 110 when the battery cell 110 explodes, so that scattering solid materials are formed in the It may be prevented from passing through the vent 141 .
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing the state of the screen member of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the ventilation hole 141 is in an outward direction (a direction away from the battery cell 110 ,
  • the diameter may be configured to gradually decrease toward the upper side). That is, a tapered structure K may be provided on the inner surface of the vent 141 .
  • the inner inlet of the vent 141 close to the battery cell 110 may be larger than the outer outlet.
  • the vent 141 may have an inner surface inclined toward the center of the diameter of the opening from the inner inlet to the outer outlet.
  • the present invention is configured to gradually decrease in diameter toward the outside, so that when the battery cell 110 explodes, the ejected gas (G) is effectively discharged while accompanying
  • the fragments of the electrode assembly may be blocked by the inclined inner surface of the vent 141 to prevent passage. That is, when the vent 141 has an inner surface of the tapered structure K whose diameter gradually decreases toward the outside, the area capable of screening the fragments of the electrode assembly may be further increased, so that the scattering solid material may prevent them from passing through the vent 141 more effectively.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing the state of the screen member of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the ventilation hole 141 is formed along the thickness direction of the screen member 140 . It may have a shape penetrating the screen member 140 in a zigzag manner.
  • the vent 141 may have a shape that is inclined and penetrated in one direction from an inlet formed close to the battery cell 110, and the direction of penetrating through the other side is changed to be inclined in the other direction. .
  • the screen member 140 of the present invention is provided with the ventilation hole 141 in a zigzag shape, so that when the battery cell 110 explodes, the gas ejected is the ventilation hole 141 .
  • the accompanying fragments of the electrode assembly may be blocked by the inclined inner surface of the vent 141 to prevent passage. Accordingly, in the present invention, the fragments of the high-temperature electrode assembly do not move to another adjacent battery cell 110 due to the explosion of the battery cell 110, and thermal runaway or fire occurs due to the moved electrode assembly fragments. can be prevented from becoming
  • the battery module 100 of the present invention may further include a connection plate 120 .
  • the connection plate 120 may be interposed between the screen member 140 and the module case 130 .
  • the connection plate 120 may have electrical conductivity.
  • the connection plate 120 may include a metal such as aluminum, copper, or nickel.
  • connection plate 120 may include a body portion 121 , a connection portion 122 , and a connection port 123 .
  • the main body 121 may have a plate shape extending in a horizontal direction.
  • the main body 121 may be mounted on the upper or lower portion of the module case 130 .
  • each of the two connection plates 120 may be mounted on the upper and lower portions of the module case 130 .
  • connection part 122 may be formed to extend from the main body part 121 so as to contact the electrode terminal 111 .
  • the connection part 122 may have a bifurcated structure protruding from the body part 121 .
  • the connection part 122 may be welded to the electrode terminal 111 .
  • resistance welding can be used, for example.
  • the connector 123 may be configured such that a portion of the main body 121 is opened and the connecting part 122 is positioned inside the opening.
  • the connector 123 may have an approximately circular shape.
  • the connector 123 may be configured to face the exposure hole 131 of the module case 130 .
  • FIG. 7 is a partial perspective view schematically illustrating a state of a connection plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the connection plate 120 may include an extension part 124 configured to cover a portion of the connection hole 123 .
  • the extension part 124 may have a shape that protrudes from the edge of the connector 123 in a horizontal direction.
  • the extension part 124 may be a portion protruding toward the connection part 122 from the edge of the connection hole 123 .
  • the connection plate 120 may be provided in a form in which five extension parts 124 protrude from the edge of the connection hole 123 toward the connection part 122 . there is.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a part cut along the line C-C′ of FIG. 1 .
  • a plurality of cover parts 132 may be provided on the upper or lower surface of the module case 130 .
  • the plurality of cover parts 132 may have a rib shape protruding from the outer periphery of each of the plurality of exposure holes 131 toward the connection plate 120 .
  • the cover part 132 may be formed with a hollow penetrating in the vertical direction.
  • the cover part 132 formed on the upper surface of the module case 130 may have an open top.
  • the module case 130 includes six pieces of the module case 130 protruding from the upper surface of the module case 130 toward the bonding plate to cover the six exposure holes 131 .
  • a cover part 132 may be provided.
  • connection plate 120 may be mounted on the upper end of the cover part 132 . That is, the upper surface of the cover part 132 may be in contact with the lower surface of the connection plate 120 . Also, the screen member 140 may be mounted on the upper surface of the connection plate 120 .
  • the exposure hole 131 , the connection hole 123 , and the ventilation hole 141 may be configured to communicate with each other. Therefore, ultimately, the vent unit C2 of the battery cell 110 , the opening D of the top cap C1 , the exposure hole 131 , and the ventilation hole 141 are all located on the same line. can be Accordingly, the exhaust path of the gas is minimized, and the gas can be smoothly discharged to the outside of the battery cell 110 .
  • a space between the upper surface of the upper frame 133 and the connection plate 120 may serve as a venting space in front of the battery cell 110 .
  • the cover part 132 may explode and the internal material is ejected to the outside, the other adjacent battery cell 110 through the other adjacent exposure hole 131 . It may be configured to prevent the material inside the furnace from moving.
  • the cover part 132 may have a cylindrical shape to surround the exposure hole 131 .
  • the module case 130 included in the battery module 100 according to the present invention protrudes from the outer periphery of the exposure hole 131 toward the connection plate 120, the cover portion 132 ) is provided.
  • This structure can physically block the movement of the high-temperature active material discharged from the exploded battery cell to the adjacent battery cell while maintaining the gas and flame ejection function, ie, venting, generated when the battery cell is ignited. Accordingly, when an abnormal behavior of the battery cell 110 occurs, when an internal material is ejected to the outside due to an explosion, gas and flame are ejected through the exposure hole 131 , but a high-temperature active material is caused by the cover part 132 .
  • the present invention can greatly improve safety.
  • the connection plate 120 Even if an explosion occurs in some of the plurality of battery cells 110 by bringing the top surface of the cover part 132 into contact with the lower surface of the connection plate 120 , the connection plate 120 and the Through the empty space between the module case 130 , it is possible to prevent the high-temperature active material, gas, and flame from moving to the adjacent battery cell 110 .
  • the space between the upper surface of the upper frame 133 and the connection plate 120 serves as a venting space in front of 110 , and the cover part 132 extends this venting space upward of the battery cell 110 . While maintaining, the side of the battery cell 110 is made independent for each battery cell 110 .
  • the cover part 132 can suppress the discharge of the high-temperature active material to the adjacent battery cell 110 while maintaining the gas and flame ejection functions generated during ignition.
  • the cover part 132 constitutes an isolated mechanism structure for each battery cell 110 so that the scattering of the active material mass can be suppressed. Through this, since the chain ignition can be suppressed, the safety of the battery module 100 of the present invention can be greatly improved.
  • FIG. 9 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing a part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the cover part 132 may further include a bent part 132a.
  • the bent part 132a may be configured to cover a portion of the exposure hole 131 of the module case 130 .
  • the bent part 132a may extend from an upper end of the cover part 132 to be bent in a horizontal direction.
  • the bent part 132a may be configured to cover a portion of the open end formed by the hollow of the cover part 132 .
  • the bent part 132a may be bent from the upper open end of the cover part 132 toward the center so that the opening of the open end becomes narrower.
  • the present invention in the present invention, even if an explosion occurs in some of the plurality of battery cells 110 and an internal material (eg, an active material) is ejected, by the bent part 132a, It is possible to effectively reduce the amount discharged to the outside of the module case 130 . Accordingly, it is possible to effectively reduce the movement of the internal material ejected from the battery cell 110 in which the explosion has occurred to another adjacent battery cell 110 . Ultimately, the present invention can provide the battery module 100 with greatly improved safety.
  • an internal material eg, an active material
  • the battery pack may include one or more of the battery modules 100 and a battery management system (BMS) electrically connected to the battery modules 100 .
  • the BMS may include various circuits or devices to control charging and discharging of the plurality of battery cells.
  • a vehicle (not shown separately) may include one or more of the battery modules 100 and a vehicle body having an accommodating space for accommodating the battery modules 100 .
  • the vehicle may be an electric vehicle, an electric scooter, an electric wheelchair, or an electric bike.

Abstract

본 발명은 화재나 폭발에 대한 안정성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차를 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 각각이 상부 및 하부 각각에 형성된 전극 단자가 구비된 복수의 전지셀; 상기 복수의 전지셀을 내부에 수용하며, 상기 전지셀의 상부 또는 하부를 노출시키도록 구성된 복수의 노출구가 구비된 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 중, 어느 하나 이상에 위치되고, 플레이트 형상을 가지며, 각각이 상기 노출구의 크기보다 작은 크기를 가진 통기구가 구비된 스크린 부재를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 팩, 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 팩, 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재나 폭발에 대한 안정성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 9월 21일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2020-0121768호에 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 전극조립체와, 이러한 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
특히, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 모듈의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 모듈은 복수의 전지셀을 구비하고 있어, 복수의 전지셀의 일부에 화재나 폭발이 발생될 경우, 고온의 전극조립체의 파편, 화염, 및 고온의 가스가 배출되어 인접한 다른 전지셀의 온도를 상승시킬 수 있었다. 이에 따라, 인접한 다른 전지셀의 열폭주, 화재 등이 전파되어, 2차 폭발이 발생될 수 있어, 그 피해가 가중되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재나 폭발에 대한 안정성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차를 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,
각각이 상부 및 하부 각각에 형성된 전극 단자가 구비된 복수의 전지셀;
상기 복수의 전지셀을 내부에 수용하며, 상기 전지셀의 상부 또는 하부를 노출시키도록 구성된 복수의 노출구가 구비된 모듈 케이스; 및
상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 중, 어느 하나 이상에 위치되고, 플레이트 형상을 가지며, 각각이 상기 노출구의 크기보다 작은 크기를 가진 통기구가 구비된 스크린 부재를 포함한다.
또한, 상기 통기구는, 상기 노출구와 대면하고 있는 영역에 둘 이상이 구비될 수 있다.
그리고, 상기 통기구는, 외부 방향으로 갈수록 지름이 점진적으로 작아지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 통기구는 상기 스크린 부재가 지그재그로 관통된 형태를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 스크린 부재 및 상기 모듈 케이스 사이에 개재되고, 전기 전도성을 가지며, 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가진 본체부, 상기 전극 단자와 접촉하도록 상기 본체부로부터 연장된 접속부, 및 상기 본체부의 일부분이 개구되어 형성되고 개구 내부에 상기 접속부가 위치하도록 구성된 접속구를 구비한 접속 플레이트를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 접속 플레이트는,
상기 접속구의 일부분을 가리도록 상기 접속구의 외주로부터 수평 방향으로 돌출 연장된 연장부가 구비될 수 있다.
나아가, 상기 모듈 케이스는,
상기 복수의 노출구 각각의 외주로부터 상기 접속 플레이트를 향해 돌출되고 중공이 형성되며 상단이 개방된 형태를 가진 복수의 커버부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 커버부는,
상기 접속 플레이트의 접속구의 일부분을 가리도록 개방단으로부터 수평 방향으로 절곡 연장된 절곡 파트를 가질 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차는, 상기 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 스크린 부재를 구비한다. 이러한 구조는 전지셀 발화시 발생하는 가스 및 화염 분출 기능은 유지하면서도 폭발이 발생한 전지셀로부터 고온의 활물질이 토출되더라도 인접 전지셀로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 복수의 전지셀 중 어느 하나의 전지셀이 이상 거동(전기 단락, 열폭주)이 발생할 경우, 폭발하여 내부 물질이 외부로 분출될 경우, 노출구를 통하여 가스 및 화염은 분출되지만, 스크린 부재에 의해 고온의 활물질 이동은 억제되므로, 인접한 다른 노출구를 통해 인접한 다른 전지셀로 분출된 내부 물질이 이동되지 않도록 막을 수 있다. 즉, 스크린 부재는 통기구를 노출구보다 작게 형성시킴으로써, 노출구를 통해 분출되는 고온의 가스는 통기구를 통과시키지만, 분출된 전극조립체의 파편은 통기구를 통과하지 못하도록 막을 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 열폭주나, 화재나 폭발 등이 다른 전지셀로 전파되는 것과 같은 연쇄 발화를 방지할 수 있어, 안전성을 크게 향상시킬 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 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전지셀의 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 접속 플레이트의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은, 도 1의 C-C'의 선을 따라 절단된 일부 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 모습을 개략적으로 나타낸 부분 수직 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 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전지셀의 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110), 모듈 케이스(130), 및 스크린 부재(140)를 포함한다.
구체적으로, 여기서, 상기 전지셀(110)은, 전극조립체(116), 전지 캔(112) 및 캡 조립체(113)를 구비할 수 있다. 일 예를 들어 상기 전지셀(110)은 원통형 전지셀일 수 있다. 또한, 상기 전지셀(110)은, 상부 및 하부 각각에 전극 단자(111)가 위치할 수 있다. 복수의 전지셀(110)은, 금속 소재를 구비한 접속 플레이트(120)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 복수의 전지셀(110)은, 상기 접속 플레이트(120)를 통해 전기적으로 직렬, 또는 병렬, 또는, 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다.
상기 전극조립체(116)는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 권취된 구조를 가질 수 있으며, 양극판에는 양극 탭(114)이 부착되어 캡 조립체(113)에 접속되고, 음극판에는 음극 탭(115)이 부착되어 전지 캔(112)의 하단에 접속될 수 있다.
상기 전지 캔(112)은, 내부에 빈 공간이 형성되어, 전극조립체(116)를 수납할 수 있다. 특히, 상기 전지 캔(112)은, 원통형으로서, 상단이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전지 캔(112)은, 강성 등의 확보를 위해 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지 캔(112)은, 하단에 음극 탭이 부착되어, 전지 캔(112)의 하부는 물론이고, 전지 캔(112) 자체가 음극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 캡 조립체(113)는, 전지 캔(112)의 상단 개방부에 결합되어, 전지 캔(112)의 개방단을 밀폐시킬 수 있다. 이러한 캡 조립체(113)는, 전지 캔(112)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등의 형태를 가질 수 있으며, 탑 캡(C1), 벤트 유닛(C2) 및 가스켓(C3) 등의 하위 구성을 포함할 수 있다.
여기서, 탑 캡(C1)은, 캡 조립체(113)의 최상부에 위치하여, 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 탑 캡(C1)은, 전지셀(110)에서 양극 단자로서 기능할 수 있다. 따라서, 탑 캡(C1)은, 외부 장치, 이를테면 접속 플레이트(120) 등을 통해 다른 전지셀(110)나 충전 장치와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 탑 캡(C1)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 이러한 탑 캡(C1)은, 전지셀(110)이 심한 폭발이나 화재가 발생할 경우, 적어도 일부가 뜯겨지거나, 전지 캔(112)으로부터 외부로 탈리되어, 전지 캔(112)이 개방될 수 있다.
또한, 상기 벤트 유닛(C2)은, 전지셀(110)의 내압, 즉, 전지 캔(112)의 내부 압력이 소정 수준 이상으로 증가하는 경우, 상기 벤트 유닛(C2)의 형태가 변형(파단)되어, 전지 캔(112) 내부의 가스를 탑 캡(C1)의 개구(D)를 통해 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 내부 압력의 소정 수준은, 5 기압 내지 10 기압일 수 있다. 이때, 상기 전지셀(110)은, 이상 거동에 의해 폭발할 경우, 상기 전지 캔(112)으로부터 캡 조립체(113)가 탈리될 수 있다. 또한, 상기 전지셀(110)은 가스 폭발시, 내부에 발생된 가스와 전극조립체(116)의 파편들이 외부로 분출될 수 있다.
더욱이, 상기 가스켓(C3)은, 탑 캡(C1) 및 벤트 유닛(C2)의 테두리 부분이 전지 캔(112)과 절연될 수 있도록 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 캡 조립체(113)는 전류차단부재(C4)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류차단부재(C4)는 CID(Current Interrupt Device)라고도 불리며, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 벤트 유닛(C2)의 형상이 역전되면, 벤트 유닛(C2)과 전류차단부재(C4) 사이의 접촉이 끊어지거나, 전류차단부재(C4)가 파손되어, 벤트 유닛(C2)과 전극조립체(116) 사이의 전기적 접속은 차단될 수 있다.
이러한 전지셀(110)의 구성은, 본 발명의 출원 시점에 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 보다 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 원통형 전지셀(110)의 일례를 도시하였으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 특정한 형태의 전지셀(110)의 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 전지셀이 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)에 채용될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(130)는, 상기 복수의 전지셀(110)을 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 케이스(130)는, 상부 프레임(133) 및 하부 프레임(134)을 구비할 수 있다. 상기 상부 프레임(133) 및 하부 프레임(134) 각각은 상기 복수의 전지셀(110)의 일부분이 삽입되도록 구성된 복수의 중공(135)이 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 케이스(130)는, 복수의 노출구(131)가 구비될 수 있다. 상기 복수의 노출구(131) 각각은, 복수의 전지셀(110) 상부 및 하부 각각을 외부로 노출될 수 있도록 상기 모듈 케이스(130)의 일부분이 천공되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전지셀(110) 상부 및 하부 각각에 구비된 전극 단자(111)가 외부로 노출될 수 있도록 상기 상부 프레임(133)의 상면 및 상기 하부 프레임(134)의 하면 각각에 복수의 노출구(131)가 구비될 수 있다. 상기 노출구(131)는 상기 전지셀(110)의 벤트 유닛(C2)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 전지셀(110)에서는 벤트 유닛(C2)이 전지셀(110)의 상단부에 위치하고 있으므로, 상기 노출구131)는 전지셀(110)의 상단부 측에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 노출구(131)는, 상기 벤트 유닛(C2)에서 배출된 가스가 전지 캔(112) 외부로 배출되는 탑 캡(C1)의 개구(D)와 인접한 위치에 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 노출구(131)는, 상기 전지 캔(112)의 개구(D)를 모두 커버할 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 예시로 들어 설명하면, 상기 전지 캔(112)의 탑 캡(C1)에는, 링 형상의 개구(D)가 구비될 수 있다. 이 때, 상기 노출구(131)의 직경이, 링 형상의 상기 개구(D)의 직경보다 크거나 같도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 스크린 부재(140)는, 상기 모듈 케이스(130)의 상부 및 하부 중, 어느 하나 이상에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 스크린 부재(140) 각각은, 상기 모듈 케이스(130)의 상부 및 하부에 위치될 수 있다. 상기 스크린 부재(140)는, 전기 절연성이면서도 열 전도율이 높은 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 스크린 부재(140)는, 실리콘(silicone) 수지를 구비할 수 있다.
상기 스크린 부재(140)는 전체적으로 플레이트 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 스크린 부재(140)는, 상기 모듈 케이스(130)의 복수의 노출구(131)가 형성된 부분을 커버할 수 있도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 스크린 부재(140)는 각각이 상기 노출구(131)의 크기보다 작은 크기를 가진 통기구(141)가 구비될 수 있다. 상기 통기구(141)는 예를 들면, 상기 노출구(131)의 크기를 기준으로 10% 내지 80%의 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 통기구(141)는, 상기 전지셀(110)이 폭발에 의해 특정 일부분이 개방되도록 구성될 경우, 상기 개방된 일부분의 개구 크기보다 작은 크기를 가지도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 스크린 부재(140)를 구비한다. 이러한 구조는 전지셀 발화시 발생하는 가스 및 화염 분출 기능, 즉 벤팅은 유지하면서도 폭발이 발생한 전지셀로부터 토출되는 고온의 활물질은 인접 전지셀로 이동하는 것을 물리적으로 차단할 수 있다. 이로써, 상기 복수의 전지셀(110) 중 어느 하나의 전지셀(110)이 이상 거동이 발생할 경우, 폭발하여 내부 물질이 외부로 분출될 경우, 노출구(131)를 통하여 가스 및 화염은 분출되지만, 스크린 부재(140)에 의해 고온의 활물질 이동은 억제되므로, 인접한 다른 노출구(131)를 통해 인접한 다른 전지셀(110)로 분출된 내부 물질이 이동되지 않도록 막을 수 있다. 즉, 상기 스크린 부재(140)는 상기 통기구(141)를 상기 노출구(131)보다 작게 형성시킴으로써, 상기 노출구(131)를 통해 분출되는 고온의 가스는 상기 통기구(141)를 통과시키지만, 분출된 전극조립체의 파편은 상기 통기구(141)를 통과하지 못하도록 막을 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 열폭주나, 화재나 폭발 등이 다른 전지셀(110)로 전파되는 것과 같은 연쇄 방화를 방지할 수 있어, 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2와 함께 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 스크린 부재(140)는, 상기 통기구(141)가 상기 노출구(131)와 대면하고 있는 영역(A)에 둘 이상이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스크린 부재(140)는, 6개의 노출구(131)와 대면하고 있는 6군데의 영역(A)을 가질 수 있다. 이때, 상기 스크린 부재(140)의 6개의 노출구(131)와 대면하고 있는 6군데의 영역(A) 각각에 대략적으로 6개의 통기구(141)가 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 스크린 부재(140)는, 노출구(131)와 대응되는 위치에 둘 이상의 통기구(141)를 구비함으로써, 상기 전지셀(110)의 폭발시, 분출된 가스는 효과적으로 배출하면서, 동반된 전극조립체의 파편들은 상기 통기구(141)를 통과하지 못하도록 스크린할 수 있다. 즉, 상기 복수의 통기구(141)들의 일부는 상기 전지셀(110)이 폭발시 상기 전지셀(110)에 생성된 개구와 대면하지 않도록 이격된 위치에 형성될 수 있어, 비산하는 고체 물질들이 상기 통기구(141)를 통과하지 못하도록 막을 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 2와 함께 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 스크린 부재(140)는, 상기 통기구(141)가 외부 방향(전지셀(110)에서 멀어지는 방향, 본 실시예에서는 상방)으로 갈수록 지름이 점진적으로 작아지도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 통기구(141)의 내면에 테이퍼 구조(K)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전지셀(110)에 가까운 상기 통기구(141)의 내측의 입구는 외측의 출구보다 클 수 있다. 더욱이, 상기 통기구(141)는 내측 입구로부터 상기 외측 출구까지 개구의 지름의 중심을 향해 기울어지도록 경사진 내면을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 외부 방향으로 갈수록 지름이 점진적으로 작아지도록 구성됨으로써, 상기 전지셀(110)의 폭발시, 분출된 가스(G)는 효과적으로 배출하면서, 동반된 전극조립체의 파편들은 상기 통기구(141)의 기울어진 내면에 의해 막혀 통과하지 못하도록 할 수 있다. 즉, 상기 통기구(141)의 외부 방향으로 갈수록 지름이 점진적으로 작아지는 테이퍼 구조(K)의 내면을 가질 경우, 상기 전극조립체의 파편들을 스크린할 수 있는 면적이 더 늘어날 수 있어, 비산하는 고체 물질들이 상기 통기구(141)를 더욱 효과적으로 통과하지 못하게 할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 스크린 부재의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 2와 함께 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 스크린 부재(140)는, 상기 통기구(141)가 상기 스크린 부재(140)의 두께 방향을 따라 상기 스크린 부재(140)를 지그재그로 관통하는 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 통기구(141)는, 전지셀(110)에 가까이 형성된 입구로부터 일측 방향으로 기울어져 관통되고, 다시 타측으로 관통된 방향이 전환되어 타측 방향으로 기울어져 관통된 형상을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 스크린 부재(140)는, 지그재그 형태의 통기구(141)를 구비함으로써, 상기 전지셀(110)의 폭발시, 분출된 가스는 상기 통기구(141)를 통과할 수 있지만, 동반된 전극조립체의 파편들은 상기 통기구(141)의 기울어진 내면에 의해 막혀 통과하지 못하도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 상기 전지셀(110)의 폭발로 인해 인접한 다른 전지셀(110)로 고온의 전극조립체의 파편들이 이동되지 않아, 이동된 전극조립체 파편들로 인해 열폭주나 화재가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 접속 플레이트(120)를 더 포함할 수 있다. 상기 접속 플레이트(120)는 상기 스크린 부재(140) 및 상기 모듈 케이스(130) 사이에 개재될 수 있다. 상기 접속 플레이트(120)는 전기 전도성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 접속 플레이트(120)는 알루미늄, 구리, 니켈 등의 금속을 구비할 수 있다.
또한, 상기 접속 플레이트(120)는 본체부(121), 접속부(122), 및 접속구(123)를 구비할 수 있다. 상기 본체부(121)는, 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 본체부(121)는 상기 모듈 케이스(130)의 상부 또는 하부에 탑재될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 접속 플레이트(120) 각각은, 상기 모듈 케이스(130)의 상부 및 하부에 탑재될 수 있다.
더욱이, 상기 접속부(122)는 상기 전극 단자(111)와 접촉하도록 상기 본체부(121)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 접속부(122)는, 상기 본체부(121)로부터 돌출 연장된 2 갈래로 분지된 구조를 가질 수 있다. 상기 접속부(122)는, 상기 전극 단자(111)와 용접될 수 있다. 이때, 용접 방법은, 예를 들면, 저항 용접을 이용할 수 있다.
그리고, 상기 접속구(123)는, 상기 본체부(121)의 일부분이 개구되어 형성되고 개구 내부에 상기 접속부(122)가 위치하도록 구성될 수 있다. 상기 접속구(123)는 대략적으로 원 형태를 가질 수 있다. 상기 접속구(123)는 상기 모듈 케이스(130)의 노출구(131)와 대면하도록 구성될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 접속 플레이트의 모습을 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 접속 플레이트(120)는, 상기 접속구(123)의 일부분을 가리도록 구성된 연장부(124)를 구비할 수 있다. 상기 연장부(124)는 상기 접속구(123)의 테두리로부터 수평 방향으로 돌출 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 연장부(124)는 상기 접속구(123)의 테두리로부터 상기 접속부(122)를 향해 돌출된 부분일 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접속 플레이트(120)는, 5개의 연장부(124)가 상기 접속구(123)의 테두리로부터 상기 접속부(122)를 향해 돌출된 형태로 구비될 수 있다.
도 8은, 도 1의 C-C'의 선을 따라 절단된 일부 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
다시 도 1 및 도 2와 함께 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 상기 모듈 케이스(130)의 상면 또는 하면에 복수의 커버부(132)가 구비될 수 있다. 상기 복수의 커버부(132)는, 상기 복수의 노출구(131) 각각의 외주로부터 상기 접속 플레이트(120)를 향해 돌출된 리브 형상을 가질 수 있다. 상기 커버부(132)는 상하 방향으로 관통된 중공이 형성될 수 있다. 상기 모듈 케이스(130)의 상면에 형성된 상기 커버부(132)는 상단이 개방된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 케이스(130)는, 6개의 노출구(131)를 커버하도록 상기 모듈 케이스(130)의 상면으로부터 상기 접합 플레이트를 향해 돌출된 형태의 6개의 커버부(132)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 접속 플레이트(120)는, 상기 커버부(132) 상단부 상에 탑재될 수 있다. 즉, 상기 커버부(132)의 상단면은 상기 접속 플레이트(120)의 하면과 접촉될 수 있다. 또한, 상기 스크린 부재(140)는 상기 접속 플레이트(120)의 상면에 탑재될 수 있다. 상기 노출구(131), 상기 접속구(123)와 상기 통기구(141)는 서로 연통되도록 구성될 수 있다. 따라서, 궁극적으로, 상기 전지셀(110)의 벤트 유닛(C2), 상기 탑 캡(C1)의 개구(D), 상기 노출구(131) 및 상기 통기구(141)는 모두 대략 동일 선 상에 위치될 수 있다. 따라서, 가스의 배출 경로가 최소화되어, 가스가 전지셀(110) 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 상기 상부 프레임(133)의 상면과 상기 접속 플레이트(120) 사이의 공간은 전지셀(110) 전방의 벤팅 공간 역할을 할 수 있다.
더욱이, 상기 커버부(132)는, 상기 전지셀(110)의 이상 거동이 발생할 경우, 폭발하여 내부 물질이 외부로 분출될 경우, 인접한 다른 노출구(131)를 통해 인접한 다른 전지셀(110)로 내부 물질이 이동되지 않도록 막을 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 커버부(132)는, 상기 노출구(131)를 감싸도록 원통형을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)에 포함되는 모듈 케이스(130)가 노출구(131)의 외주부로부터 접속 플레이트(120)를 향해 돌출된, 커버부(132)를 구비한다. 이러한 구조는 전지셀 발화시 발생하는 가스 및 화염 분출 기능, 즉 벤팅은 유지하면서도 폭발이 발생한 전지셀로부터 토출되는 고온의 활물질은 인접 전지셀로 이동하는 것을 물리적으로 차단할 수 있다. 이로써, 상기 전지셀(110)의 이상 거동이 발생할 경우, 폭발하여 내부 물질이 외부로 분출될 경우, 노출구(131)를 통하여 가스 및 화염은 분출되지만, 커버부(132)에 의해 고온의 활물질 이동은 억제되므로, 인접한 다른 노출구(131)를 통해 인접한 다른 전지셀(110)로 내부 물질이 이동되지 않도록 막을 수 있어, 열폭주나, 화재나 폭발 등이 다른 전지셀(110)로 전파되는 것과 같은 연쇄 발화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 상기 커버부(132)의 상단면이 상기 접속 플레이트(120)의 하면과 접촉함으로써, 상기 복수의 전지셀(110) 중 일부에서 폭발이 발생되더라도, 상기 접속 플레이트(120)와 상기 모듈 케이스(130) 사이의 빈 공간을 통해, 고온의 활물질, 가스, 및 화염 등이 인접 전지셀(110)로 이동되지 않도록 막을 수 있다. 상기 상부 프레임(133)의 상면과 상기 접속 플레이트(120) 사이의 공간은 (110) 전방의 벤팅 공간 역할을 하는데, 상기 커버부(132)는 이러한 벤팅 공간을 전지셀(110)의 상방으로는 유지하면서도 전지셀(110)의 측면으로는 전지셀(110)마다 독립되어지도록 한다. 따라서, 상기 커버부(132)는 발화시 발생하는 가스 및 화염 분출 기능은 유지하면서 고온의 활물질이 토출하여 인접 전지셀(110)로 이동하는 것은 억제할 수 있다. 상기 커버부(132)는 활물질 덩어리 비산은 억제할 수 있도록 하는, 각 전지셀(110)마다의 고립된 기구 구조를 구성하게 된다. 이를 통해 연쇄 발화를 억제할 수 있으므로 본 발명의 배터리 모듈(100)의 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 모습을 개략적으로 나타낸 부분 수직 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 도 8의 커버부와 비교할 경우, 상기 커버부(132)가 절곡 파트(132a)를 더 구비할 수 있다. 상기 절곡 파트(132a)는, 상기 모듈 케이스(130)의 노출구(131)의 일부분을 가리도록 구성될 수 있다. 상기 절곡 파트(132a)는, 상기 커버부(132)의 상부 방향으로 돌출된 단부로부터 수평 방향으로 절곡된 형태로 연장된 부분일 수 있다. 상기 절곡 파트(132a)는, 상기 커버부(132)의 중공에 의해 형성된 개방단의 일부분을 가리도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 절곡 파트(132a)는, 상기 커버부(132)의 상부의 개방단으로부터 중심 방향으로 절곡되어 개방단의 개구가 좀더 좁아지도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 복수의 전지셀(110) 중, 일부에서 폭발이 발생되어 내부 물질(예: 활물질)이 분출되더라도, 상기 절곡 파트(132a)에 의해, 상기 모듈 케이스(130)의 외부로 배출되는 양을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 폭발이 발생된 전지셀(110)로부터 분출된 내부 물질이 인접한 다른 전지셀(110)로 이동되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다. 궁극적으로, 본 발명은, 안전성을 크게 높인 배터리 모듈(100)을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 상기 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)과 전기적으로 연결되는 BMS(battery Management System)를 포함할 수 있다. 상기 BMS는 상기 복수의 전지셀의 충방전을 제어하도록 각종 회로나 소자 등을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(별도 도시하지 않음)는, 하나 이상의 상기 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 수용 공간을 가진 차체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자동차는, 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 휠체어, 또는 전기 바이크 등일 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.

Claims (10)

  1. 각각이 상부 및 하부 각각에 형성된 전극 단자가 구비된 복수의 전지셀;
    상기 복수의 전지셀을 내부에 수용하며, 상기 전지셀의 상부 또는 하부를 노출시키도록 구성된 복수의 노출구가 구비된 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 중, 어느 하나 이상에 위치되고, 플레이트 형상을 가지며, 각각이 상기 노출구의 크기보다 작은 크기를 가진 통기구가 구비된 스크린 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통기구는, 상기 노출구와 대면하고 있는 영역에 둘 이상이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통기구는, 외부 방향으로 갈수록 지름이 점진적으로 작아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통기구는 상기 스크린 부재가 지그재그로 관통된 형태를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 부재 및 상기 모듈 케이스 사이에 개재되고, 전기 전도성을 가지며, 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가진 본체부, 상기 전극 단자와 접촉하도록 상기 본체부로부터 연장된 접속부, 및 상기 본체부의 일부분이 개구되어 형성되고 개구 내부에 상기 접속부가 위치하도록 구성된 접속구를 구비한 접속 플레이트를 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접속 플레이트는,
    상기 접속구의 일부분을 가리도록 상기 접속구의 외주로부터 수평 방향으로 돌출 연장된 연장부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    상기 복수의 노출구 각각의 외주로부터 상기 접속 플레이트를 향해 돌출되고 중공이 형성되며 상단이 개방된 형태를 가진 복수의 커버부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버부는,
    상기 접속 플레이트의 접속구의 일부분을 가리도록 개방단으로부터 수평 방향으로 절곡 연장된 절곡 파트를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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