WO2022265360A1 - 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 일측에 전극 리드가 구비된 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하는 수용 공간을 가지고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키도록 구성되고 상기 복수의 배터리 셀의 상기 전극 리드가 형성된 적어도 일측에 위치된 배출구를 구비한 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징의 적어도 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 이동하는 통로가 내부에 형성된 가스 벤팅 부재를 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 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 06월 17일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0078997에 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.
한편, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 팩은, 이차전지 셀을 구비한 배터리 모듈을 다수개 포함하였다. 이렇게 자동차에 탑재된 대용량의 배터리 팩은, 다수의 배터리 모듈의 전기 충방전 중에 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생될 수 있다. 이때, 배터리 모듈로부터 외부로 배출된 고온의 가스, 화염, 스파크가 인접한 다른 배터리 모듈로 이동되어, 다른 배터리 모듈의 열폭주나, 또는 2차 가스 폭발을 유발시키는 원인이 되었다. 이에 따라, 초기에 발생된 가스 폭발이, 연쇄 폭발로 이어지는 등의 사고의 규모와 위험이 더욱 커지는 문제가 발생되었다.
따라서, 다수의 배터리 모듈 중, 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생하더라도, 인접한 다른 배터리 모듈로 가스가 이동되는 것을 최소화하는 방안이 필요한 실정이다.
또한, 대용량의 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀이 내부에 수용되어 있으므로, 일부 배터리 셀의 가스 폭발 내지 열폭주 발생시, 내부의 다른 배터리 셀들로 그 고온의 가스, 스파크(입자), 및 화염이 전달되어, 열폭주 내지 화재가 전파되는 문제가 있었다.
이에 따라, 하나의 배터리 모듈 내에 수납된 배터리 셀들 간의 열폭주나, 화재가 전파되는 것을 최소화할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 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,
적어도 일측에 전극 리드가 구비된 복수의 배터리 셀;
상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하는 수용 공간을 가지고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키도록 구성되고 상기 복수의 배터리 셀의 상기 전극 리드가 형성된 적어도 일측에 위치된 배출구를 구비한 모듈 하우징; 및
상기 모듈 하우징의 적어도 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 이동하는 통로가 내부에 형성된 가스 벤팅 부재를 포함한다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀은, 일 방향으로 적층되어 배터리 셀 그룹을 형성하고,
상기 가스 벤팅 부재는,
상기 배출구로부터 배출된 가스가 유입되는 가스 인렛;
상기 가스 인렛으로 유입된 가스가 이동하는 상기 통로가 다수개 형성된 가스 채널; 및
상기 가스 채널과 연통되고 상기 가스 채널의 상기 가스의 이동 방향의 말단에 형성되며 가스가 외부로 배출되도록 개구되어 형성된 가스 아웃렛을 구비하고,
상기 배출구는, 상기 배터리 셀 그룹의 상기 전극 리드가 위치한 적어도 일측에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 벤팅 부재는,
상기 가스 채널이 적어도 둘 이상 형성되고,
적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 유입된 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성될 수 있다.
또한, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널 중, 어느 하나 이상의 상기 가스 채널은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간에서 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향으로 연장되고, 다른 하나 이상의 상기 가스 채널은, 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 일측에서 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간을 향해 연장될 수 있다.
더욱이, 상기 가스 벤팅 부재는, 상기 가스 아웃렛을 적어도 둘 이상 구비하고,
상기 적어도 둘 이상의 가스 아웃렛 중, 하나의 가스 아웃렛은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간에 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅 부재의 단부에 형성되고, 다른 가스 아웃렛은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대면하는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징의 내부 공간에 탑재되고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이에 위치되고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스가 상기 배출구로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹 사이를 구획하도록 구성된 격벽부를 구비한 보강 빔을 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 보강 빔은,
적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구가 형성되고,
상기 복수의 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 채널은,
내부에 이동하는 가스와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기들이 소정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차는, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키도록 구성되고 복수의 배터리 셀의 적어도 일측에 위치된 적어도 하나 이상의 배출구를 구비한 모듈 하우징, 및 배출구로부터 배출된 가스를 이동시키도록 구성된 가스 벤팅 부재를 포함함으로써, 인접한 다른 배터리 모듈의 위치에서 멀리 떨어진 곳(즉, 의도된 위치)으로 가스나 고온의 스파크를 배출 시킬 수 있어, 배터리 팩 내부의 다수의 배터리 모듈이 탑재된 경우, 인접한 다른 배터리 모듈로 고온의 가스가 이동되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀 중, 일부 이상 거동이 발생되어, 복수의 배터리 셀의 전극 리드가 형성된 적어도 일측을 통해 가스가 배출될 경우, 복수의 배터리 셀의 전극 리드가 형성된 적어도 일측에 위치된 배출구를 통해 최단 거리로 가스를 모듈 하우징 밖으로 배출 시킬 수 있는 바, 정상 작동하는 다른 배터리 셀들로 고온의 가스가 이동되어 다른 배터리 셀의 열폭주나 또는 연쇄 가스 폭발이 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 배터리 셀의 열폭주나 연쇄 가스 폭발에 대한 안전성을 높일 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 가스 벤팅 부재가 모듈 하우징의 적어도 일측을 커버하도록 구성되어, 모듈 하우징의 기계적 강성을 높일 수 있는 바, 배터리 모듈에 외부 충격이 발생될 경우, 모듈 하우징에 수납된 복수의 배터리 셀을 외부 충격으로부터 안전하게 보호할 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 2 및 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도들이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 벤팅 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 5는, 도 2의 A 영역에 따른 가스 벤팅 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8는, 도 6의 B 영역을 확대하여 개략적으로 나타낸 부분 확대도이다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도들이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 채널의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 배터리 모듈과 일부 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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 2 및 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도들이다. 그리고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 벤팅 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다. 참고로, 도 1에 개시된 X축 방향은, 우 방향이고, Y축 방향은 후 방향이며, Z축 방향은 상 방향이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110), 모듈 하우징(120), 및 가스 벤팅 부재(130)를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 셀(110)은, 예를 들면, 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 배터리 셀(110)이 적용될 수 있다. 상기 파우치 타입의 배터리 셀(110)들은 도 2와 같이, 상하방향(Z축 방향)으로 세워져 전후 방향(Y축 방향)으로 적층된 형태로 배터리 셀 그룹(G1)을 형성할 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 좌우 방향의 양 단부 각각에 위치된 전극 리드(111)가 구비될 수 있다. 그러나, 본 실시예와 달리, 본 발명의 배터리 셀(110)은, 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니고, 직육면의 각형 배터리 셀(110)들이나 원통형 배터리 셀(110)이 사용될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 전기 전도성의 금속을 구비한 버스바에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바의 형태를 금속 막대 또는 금속 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 버스바는 복수의 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결하도록 구성된 공지된 일반적인 접속 부재가 적용될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 이에 대해 구체적으로 서술하지 않는다.
또한, 상기 모듈 하우징(120)은, 복수 개의 배터리 셀(110)들을 수납하기 위한 구성요소로서 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들을 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 소재로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(120)은, 상부 하우징(122) 및 하부 하우징(121)을 구비할 수 있다. 상기 하부 하우징(121)은, 배터리 셀(110)들의 하부를 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 상부 하우징(122)은, 상기 배터리 셀(110)들의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 상부 하우징(122)과 하부 하우징(121)은 대략 U자형 플레이트 형태로 마련될 수 있다. 상기 상부 하우징(122)의 하단과 상기 하부 하우징(121)의 상단 각각의 테두리 부분이 볼팅 및/또는 용접으로 상호 결합될 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 하우징(120)은, 복수 개의 배터리 셀(110)들을 수납하기 위한 구성요소로서 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들을 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 소재로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 상기 모듈 하우징(120)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)을 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 하우징(120)은, 내부가 비어 있는 수용 공간을 가질 수 있다. 상기 모듈 하우징(120)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키는 적어도 하나 이상의 배출구(123)가 구비될 수 있다. 상기 배출구(123)는, 상기 복수의 배터리 셀(110)을 기준으로 적어도 일측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 배출구(123)는 상기 복수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 형성된 적어도 일측에 위치될 수 있다. 다시 말해, 상기 배출구(123)는 상기 복수의 배터리 셀(110)의 일측에 형성된 공간과 연통되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 배터리 셀(110)이 전후 방향으로 적층되어 배터리 셀 그룹(G1)을 형성할 수 있다. 상기 모듈 하우징(120)에 형성된 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 좌측 및 우측 각각에 위치한 공간과 연통되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(120)은, 상기 배출구(123)는, 제1 배출구(123a) 제2 배출구(123b), 제3 배출구(123c), 및 제4 배출구(123d)를 구비할 수 있다. 상기 배터리 모듈(100)이 좌우 방향으로 이격되어 배치된 2개의 배터리 셀 그룹(G1)을 포함할 경우, 상기 모듈 하우징(120)은, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 일측 및 타측 중 어느 하나 이상에 배출구(123)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 배출구들(123a, 123b, 123c, 123d)이 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 각각의 일측 및 타측에 위치할 수 있다. 즉, 제1 배출구(123a) 및 제2 배출구(123b)는, 상기 모듈 하우징(120)의 상면의 좌우 방향의 중심에 형성될 수 있다. 제3 배출구(123c)는, 상기 모듈 하우징(120)의 상면의 좌측단에 형성되고, 제4 배출구(123d)는 상기 모듈 하우징(120)의 상면의 우측단에 형성될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제1 배출구(123a)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 전극 리드가 형성된 우측에 위치하고, 상기 제2 배출구(123b)는, 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 전극 리드가 형성된 좌측에 위치하며, 상기 제3 배출구(123c)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 전극 리드가 형성된 우측에 위치하며, 상기 제4 배출구(123d)는, 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 전극 리드가 형성된 좌측에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 모듈 하우징(120)의 적어도 일측을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 기계적 강성이 우수한 금속 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 모듈 하우징(120)의 상측에 위치할 수 있다. 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 모듈 하우징(120)의 상면과 대응되는 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 가스 벤팅 부재(130)는 상기 모듈 하우징(120)의 일측면을 커버할 수 있는 평면 크기를 가질 수 있다.
나아가, 상기 가스 벤팅 부재(130)는 상기 모듈 하우징(120)의 배출구(123)로부터 배출된 가스가 의도된 방향으로 배출되도록 유도할 수 있다. 또한, 상기 가스 벤팅 부재(130)는 상기 배출구(123)로부터 배출된 가스가 이동하는 통로(보이지 않음)가 내부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 발생된 가스를 내부 통로를 통해 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있는 곳으로 이동 시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110) 중, 일부 이상 거동이 발생되어, 상기 복수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 형성된 적어도 일측을 통해 가스가 배출될 경우, 상기 복수의 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(111)가 형성된 적어도 일측에 위치된 배출구(123)를 통해 최단 거리로 가스를 모듈 하우징(120) 밖으로 배출 시킬 수 있는 바, 정상 작동하는 다른 배터리 셀(110)들로 고온의 가스가 이동되어 다른 배터리 셀(110)의 열폭주나 또는 연쇄 가스 폭발이 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 배터리 셀(110)의 열폭주나 연쇄 가스 폭발에 대한 안전성을 높일 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 가스 벤팅 부재(130)가 상기 모듈 하우징(120)의 적어도 일측을 커버하도록 구성되어, 모듈 하우징(120)의 기계적 강성을 높일 수 있는 바, 배터리 모듈(100)에 외부 충격이 발생될 경우, 모듈 하우징(120)에 수납된 복수의 배터리 셀(110)을 외부 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있다.
도 5는, 도 2의 A 영역에 따른 가스 벤팅 부재의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 절개 사시도이다.
다시 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 가스 인렛(132), 가스 채널(131), 및 가스 아웃렛(133)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)로 배출된 가스가 유입되도록 상기 가스 벤팅 부재(130)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 상기 가스 인렛(132)은, 상기 모듈 하우징(120)의 배출구(123)와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 인렛(132)은 상기 배출구(123)와 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)가 상기 모듈 하우징(120)의 상면에 형성될 경우, 상기 배출구(123)와 대면하는 위치인 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 제1 가스 인렛(132a), 제2 가스 인렛(132b), 제3 가스 인렛(132c), 및 제4 가스 인렛(132d)을 구비할 수 있다. 상기 제1 가스 인렛(132a) 및 상기 제2 가스 인렛(132b)은 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 좌우 방향의 중심에 위치할 수 있다. 상기 제3 가스 인렛(132c)은 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 좌측단에 형성될 수 있다. 상기 제4 가스 인렛(132d)은 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 우측단에 형성될 수 있다.
상기 가스 인렛(132)은, 전후 방향으로 길게 연장된 개구를 가질 수 있다. 그리고, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 전단으로부터 전후 방향의 중심까지 연장될 수 있다. 또는, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 후단으로부터 전후 방향의 중심까지 연장될 수 있다. 예를 들면, 도 4에서와 같이, 상기 제1 가스 인렛(132a) 및 상기 제2 가스 인렛(132b)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 전단으로부터 전후 방향의 중심까지 연장된 개구를 가질 수 있다. 상기 제3 가스 인렛(132c) 및 상기 제4 가스 인렛(132d)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 하면의 후단으로부터 전후 방향의 중심까지 연장된 개구를 가질 수 있다.
그리고, 상기 가스 채널(131)은, 상기 가스 인렛(132)으로 유입된 가스가 이동하는 통로가 형성된 부분일 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 다수의 중공 구조를 가질 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 길이와 너비가 상부 하우징(122)의 상면의 길이와 너비와 대응되는 크기일 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 내부가 비어 있어 가스가 유동할 수 있게 통로(137)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 가스 채널(131)의 내부에는 너비 방향으로 상호 이격되고 길이 방향으로 길게 연장된 복수 개의 격판(134)들이 구비되어 있어 내부 공간이 구획될 수 있다. 이러한 가스 채널(131)은 상기 가스 인렛(132)을 통해 유입된 고온의 가스, 스파크, 화염 등이 좁은 통로(137)를 이동하는 중에 에너지가 분산되어, 열이 낮아지거나, 화염의 규모를 축소하는 효과를 발휘할 수 있다. 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 제1 가스 채널(131a) 및 제2 가스 채널(131b)을 구비할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 가스 채널(131)의 내부는 격판(134)들로 구획되고 상기 격판(134)들 사이마다 좁은 통로(137)가 형성되어 있다. 이러한 여러 개의 좁은 통로(137)들은 가스의 이동 속도를 증가시키는데 효과적으로 작용한다. 또한, 상기 좁은 통로(137)들은 고온의 스파크 또는 화염의 이동을 제한하는데 효과적으로 작용할 수 있다. 또한, 상기 좁은 통로(137)나 가스 인렛(132)에 금속 메쉬망(미도시)을 개재해 고온의 스파크 또는 화염의 이동을 추가적으로 제한할 수도 있다.
나아가, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)의 좁은 통로의 말단에 형성될 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)의 말단 부분에 형성된 개구일 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 일측에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 벤팅 부재(130)는 제1 가스 아웃렛(133a), 제2 가스 아웃렛(133b), 제3 가스 아웃렛(133c), 및 제4 가스 아웃렛(133d)을 구비할 수 있다. 상기 제1 가스 아웃렛(133a)은 상기 가스 벤팅 부재(130)의 상면의 좌측단에 형성될 수 있다. 상기 제2 가스 아웃렛(133b)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 상면의 우측단에 형성될 수 있다. 상기 제3 가스 아웃렛(133c) 및 상기 제4 가스 아웃렛(133d)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 상면의 좌우 방향의 중앙 부분에 위치할 수 있다. 상기 제3 가스 아웃렛(133c) 및 상기 제4 가스 아웃렛(133d)은 서로 좌우 방향의 소정 거기로 이격되어 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키도록 구성되고 상기 복수의 배터리 셀(110)의 적어도 일측에 위치된 적어도 하나 이상의 배출구(123)를 구비한 모듈 하우징(120), 및 상기 배출구(123)로부터 배출된 가스를 이동시키도록 구성된 가스 벤팅 부재(130)를 포함함으로써, 인접한 다른 배터리 모듈(100)의 위치에서 멀리 떨어진 곳(즉, 의도된 위치)으로 가스나 고온의 스파크를 배출 시킬 수 있어, 배터리 팩(1000) 내부의 다수의 배터리 모듈(100)이 탑재된 경우, 인접한 다른 배터리 모듈(100)로 고온의 가스가 이동되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
다시 도 2 및 도 3과 함께 도 6을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)이 일 방향(전후 방향)으로 적층되어 배터리 셀 그룹(G1)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 배터리 셀(110)은, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 좌우 방향으로 나란하게 배치된 배터리 셀 그룹들(G1, G2)을 구비할 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)은, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 배터리 셀 그룹들(G1, G2)은 좌우 방향의 소정 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 구성된 복수의 배터리 셀(110) 각각의 전극 리드(111)가 좌단부 및 우단부 각각에 위치될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(110)로부터 가스가 배출될 경우, 전측 및 후측에 비해 전극 리드(111)가 형성된 좌측, 및 우측 중 어느 하나 이상으로 가스가 배출될 가능성이 높을 수 있다.
또는, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)는, 일부 배터리 셀(110)에서 가스가 분출될 경우, 상기 가스는 상기 전극 리드(111)가 위치한 방향으로 이동할 가능성이 높을 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)들이 상기 전극 리드(111)가 형성되지 않은 부분을 서로 마주보도록 적층되어 있는 바, 상대적으로 상기 복수의 배터리 셀(110)들이 밀집되어 있지 않은 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 일측 또는 타측으로 가스가 이동되기 쉬울 수 있다.
더욱이, 상기 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 상기 전극 리드(111)가 위치한 적어도 일측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 배출구(123)는 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하여 위치될 수 있다. 즉, 상기 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 상대적으로 가스 배출이 일어날 확률이 높은 곳과 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 스웰링 현상이나, 열폭주가 발생될 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)으로 가스가 배출되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 파우치 타입의 배터리 셀(110)을 구비할 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간으로 가스가 배출되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀(110)이 파우치형 배터리 셀(110)인 경우, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하는 배터리 셀(110)의 실링부는 상대적으로 다른 부분의 실링부 보다 실링력이 약하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)와 연통되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 가스 인렛(132)은, 배터리 셀 그룹(G1)의 일측으로부터 배출된 가스의 이동의 이동 동선을 최소화할 수 있도록, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대면하여 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 상기 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 상기 전극 리드(111)가 위치한 적어도 일측에 형성됨으로써, 복수의 배터리 셀(110) 중, 일부 배터리 셀(110)로부터 가스가 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 적어도 일측에 배출되더라도 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 일측에 형성된 배출구(123)를 통해 최단 거리로 가스를 상기 모듈 하우징(120) 밖으로 배출 시킬 수 있는 바, 정상 작동하는 다른 배터리 셀(110)들 또는 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스가 이동되어 다른 배터리 셀(110)의 열폭주나 또는 연쇄 폭발이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 다시 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 가스 채널(131)이 적어도 둘 이상 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 4에서와 같이, 제1 가스 채널(131a)은, 상기 제1 가스 인렛(132a)을 통해 유입된 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌 단부에 형성된 제1 가스 아웃렛(133a)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 가스 채널(131a)은, 상기 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌우 방향의 중심에서 좌 방향으로 이동시키도록 좌 방향으로 연장된 통로(보이지 않음)가 형성될 수 있다. 제2 가스 채널(131b)은, 상기 제2 가스 인렛(132b)으로 유입된 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 우 단부에 형성된 제2 가스 아웃렛(133b)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제2 가스 채널(131b)은, 상기 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌우 방향의 중심에서 우 방향으로 이동시키도록 우 방향으로 연장된 통로가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 3에서와 같이, 제3 가스 채널(131c)은, 상기 제3 가스 인렛(132c)으로 유입된 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌우 방향의 중심에 형성된 제3 가스 아웃렛(133c)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제3 가스 채널(131c)은, 상기 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌측단에서 좌우 방향의 중심으로 이동시키도록 우 방향으로 연장된 통로가 형성될 수 있다. 제4 가스 채널(131d)은, 제4 가스 인렛(132d)으로 유입된 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 좌우 방향의 중심에 형성된 제4 가스 아웃렛(133d)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제4 가스 채널(131d)은, 상기 가스를 상기 가스 벤팅 부재(130)의 우측단에서 좌우 방향의 중심으로 이동시키도록 좌 방향으로 연장된 통로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131)은 유입된 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성될 수 있다. 상기 가스 벤팅 부재(130)의 전후 방향의 중심을 기준으로 전측에 형성된 가스 채널(131a)과, 후측에 형성된 가스 채널(131c)은, 서로 가스 이동 방향이 서로 반대로 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 가스 채널(131a)은 가스의 이동 방향이 좌측이고, 상기 제3 가스 채널(131c)은 가스 방향이 우 방향일 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 상부에 위치한 상기 제2 가스 채널(131b) 및 상기 제4 가스 채널(131d)은 가스의 이동 방향이 서로 반대일 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 가스 채널(131b)은 가스의 이동 방향이 우측이고, 상기 제4 가스 채널(131d)은 가스 방향이 좌 방향일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가스 채널(131)이 적어도 둘 이상 형성되고, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131)은 유입된 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성됨으로써, 하나의 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스 영향을 최소화하면서, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 가스 채널(131)의 가스 이동 경로를 최대한 길게 설정할 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 인접한 상기 가스 인렛(132)으로 가스가 유입되고 유입된 가스는 서로 다른 가스 이동 방향이 설정된 가스 채널을 통해 최대한 긴 이동 경로로 이동하게 되어, 고온의 가스, 스파크, 화염 등의 에너지를 분산시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 배터리 모듈(100) 외부로 배출되는 고온의 가스, 스파크, 화염의 규모를 축소시키거나 소멸되도록 할 수 있는 바, 배출된 가스, 스파크, 및 화염 등으로 인한 2차 피해를 최소화 시킬 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 6을 참조하면, 적어도 둘 이상의 상기 배출구(123) 중 어느 하나 이상은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하여 위치에 형성될 수 있다. 나머지 다른 하나 이상의 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 일측에 형성된 공간(S2)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배출구(123a), 및 제2 배출구(123b)는, 2개의 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 제3 배출구(123c)는 상기 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)과 대향하는 방향의 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 좌측에 형성된 공간(도시 하지 않음)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 제4 배출구(123d)는 상기 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)과 대향하는 방향의 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 우측에 형성된 공간(S2)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 좌측 또는 우측에는 전극 리드(111)가 위치할 수 있고, 상기 전극 리드(111)가 위치한 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 좌측 또는 우측에는 가스가 이동할 수 있는 소정 공간이 형성될 수 있다.
한편, 다시 도 2 내지 도 4, 및 도 6을 참조하면, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131) 중, 어느 하나 이상의 상기 가스 채널(131)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대응되는 위치에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 방향(외측)으로 연장될 수 있다. 나머지 다른 하나 이상의 상기 가스 채널(131)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 일측(외측)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해(내측을 향해) 연장될 수 있다. 예를 들면, 도 2, 도 3, 및 도 6에서와 같이, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 상부에는 제1 가스 채널(131a) 및 제3 가스 채널(131c)이 위치할 수 있다. 상기 제1 가스 채널(131a)은, 2개의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 방향(좌 방향)으로 연장될 수 있다. 상기 제3 가스 채널(131c)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 일측(좌측)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해 연장될 수 있다.
예를 들면, 도 2, 도 3, 및 도 6에서와 같이, 상기 배터리 셀 그룹(G2)의 상부에는 제2 가스 채널(131b) 및 제4 가스 채널(131d)이 위치할 수 있다. 상기 제2 가스 채널(131b)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 방향(우 방향)으로 연장될 수 있다. 상기 제4 가스 채널(131d)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 일측(우측)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해 연장될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131) 중, 어느 하나 이상의 상기 가스 채널(131)이, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 방향으로 연장되고, 다른 하나 이상의 상기 가스 채널(131)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대향하는 일측에서 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해 연장됨으로써, 하나의 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스 영향을 최소화하면서, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 가스 채널의 가스 이동 경로를 최대한 길게 설정할 수 있다. 즉, 하나의 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 인접한 상기 가스 인렛(132)으로 가스가 유입되고 유입된 가스는 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해 이동되거나, 반대로, 상기 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)의 대향 방향(외측)으로 이동될 수 있어, 상기 고온의 가스, 스파크, 화염 등이 가스 채널을 통해 최대한 긴 이동 경로로 이동될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 발생된 고온의 가스, 스파크, 화염 등의 에너지를 상기 가스 채널을 이동하면서 분산시킬 수 있는 바, 상기 배터리 모듈(100) 외부로 배출되는 고온의 가스, 스파크, 화염의 규모를 축소시키거나 소멸되도록 할 수 있다. 궁극적으로, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)의 이상 거동으로 인해 발생된 고온의 가스, 스파크, 및 화염 등으로 인한 2차 피해를 최소화 시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 가스 아웃렛(133)을 적어도 둘 이상 구비할 수 있다. 상기 적어도 둘 이상의 가스 아웃렛(133) 중, 하나의 가스 아웃렛(133)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅 부재(130)의 단부에 형성될 수 있다. 나머지 다른 가스 아웃렛(133)은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하는 상기 가스 벤팅 부재(130)의 중앙에 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 제1 가스 아웃렛(133a), 제2 가스 아웃렛(133b), 제3 가스 아웃렛(133c), 및 제4 가스 아웃렛(133d)을 구비할 수 있다. 상기 제1 가스 아웃렛(133a) 및 상기 제2 가스 아웃렛(133b)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에 대향하는 방향(좌우 방향)의 상기 가스 벤팅 부재(130)의 양 단부에 형성될 수 있다. 상기 제3 가스 아웃렛(133c) 및 상기 제4 가스 아웃렛(133d)은, 2개의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 가스 아웃렛(133) 중, 하나의 가스 아웃렛(133)은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅 부재(130)의 단부에 형성되고, 다른 가스 아웃렛(133)은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하는 위치에 형성됨으로써, 하나의 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스 영향을 최소화하면서, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 가스 채널(131)의 가스 이동 경로를 최대한 길게 설정할 수 있다.
즉, 하나의 배터리 셀 그룹(G1)에서 가스가 발생될 경우, 상기 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)과 대면하는 위치에 형성된 가스 인렛(132)으로 가스가 유입되고, 이렇게 유입된 가스는 상기 가스 채널(131)을 통해 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)에 대향하는 방향의 일측에 형성된 가스 아웃렛(133)을 통해 가스를 외부로 배출할 수 있다. 반대로, 상기 배터리 셀 그룹(G1, G2)의 사이 공간(S1)과 대향하는 위치에 형성된 가스 인렛(132)을 통해 가스가 유입될 경우, 유입된 가스는 상기 가스 채널(131)을 통해 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)을 향해 이동되고, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S1)과 대면하여 위치한 상기 가스 아웃렛(133)을 통해 외부로 가스가 배출될 수 있다.
궁극적으로, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 발생된 고온의 가스, 스파크, 화염 등이 상기 가스 벤팅 부재(130)의 가스 채널(131)을 통해 최대한 긴 이동 경로로 이동될 수 있다. 이에 따라, 발생된 고온의 가스, 스파크, 화염 등의 에너지를 상기 가스 벤팅 부재(130)를 통해 분산시킬 수 있는 바, 상기 배터리 모듈(100) 외부로 배출되는 고온의 가스, 스파크, 화염의 규모를 축소시키거나 소멸되도록 할 수 있다. 궁극적으로, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)의 이상 거동으로 인해 발생된 고온의 가스, 스파크, 및 화염 등으로 인한 2차 피해를 최소화 시킬 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 8는, 도 6의 B 영역을 확대하여 개략적으로 나타낸 부분 확대도이다.
다시 도 2 및 도 6과 함께 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 보강 빔(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 상기 모듈 하우징(120)의 내부 공간에 탑재될 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(120)의 내부 공간의 중앙에 상기 보강 빔(150)이 위치할 수 있다. 그리고, 상기 보강 빔(150)은, 좌우 방향으로 배치된 배터리 셀 그룹들(G1, G2)의 이격된 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 보강 빔(150)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하도록 구성될 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이를 구획하도록 구성된 격벽부(150a)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보강 빔(150)은, 상기 배출구(123)가 위치한 상부를 향해 연장된 격벽부(150a)를 구비할 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 하부가 상기 하부 하우징(121)과 결합되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 격벽부(150a)는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)이 탑재되는 수용 공간을 2개의 공간으로 구획할 수 있다. 상기 격벽부(150a)는, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중 어느 하나(G2)에서 배출된 고온의 가스가 나머지 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 이동되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이를 구획하도록 구성된 격벽부(150a)를 구비한 보강 빔(150)을 더 포함함으로써, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2)에서 발생된 고온의 가스를 상기 배출구(123)로 이동할 수 있도록 가이드 할 수 있다. 더욱이, 상기 보강 빔(150)의 격벽부(150a)에 의해, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중 어느 하나(G2)에서 배출된 고온의 가스(A)가 나머지 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 이동되는 것을 차단할 수 있어, 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 열폭주나 가스 폭발이 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도들이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 보강 빔(150)은, 도 8의 보강 빔(150)과 비교할 경우, 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성되고, 개폐 부재(151)를 더 구비할 수 있다. 그외 나머지 구성들은, 도 1에 나타낸 배터리 모듈(100) 구성들과 동일할 수 있다.
구체적으로, 도 9의 상기 보강 빔(150)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성될 수 있다. 상기 연통구(H)는, 상기 보강 빔(150)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 또는, 도 9에서와 같이, 상기 연통구(H)는, 상기 보강 빔(150)의 상단이 하부로 내입되어 형성된 홈 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 보강 빔(150)은, 도 10에서와 같이, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재(151)를 더 포함할 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는, 소정 온도 이상으로 상승될 경우, 부피가 팽창하는 열 팽창 소재일 수 있다. 상기 개폐 부재(151)의 열 팽창 소재는, 예를 들면 Saint-Gobain사의 FS1000 제품의 소재일 수 있다. 또는 상기 열 팽창 소재는 소정 온도에서 부피 팽창하는 흑연 조각(Graphite Flake)을 구비할 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는 상기 연통구(H)에 구비될 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는, 상기 배터리 셀(110)로부터 고온의 가스가 배출될 경우, 상기 열팽창 소재가 승온되고 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 보강 빔(150)에 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성되고, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재(151)를 더 포함함으로써, 배터리 모듈(100)이 정상 작동 시에는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 간의 공기 이동을 원활하게 하여, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 간의 열 평형이 잘 이뤄지도록 할 수 있다. 그리고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중, 어느 한 그룹에 가스 폭발이 발생될 경우, 상기 개폐 부재(151)에 의해 상기 보강 빔(150)에 형성된 연통구(H)를 밀폐시킬 수 있는 바, 나머지 반대편의 정상 작동하는 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 일부 배터리 셀(110)의 가스 폭발로 인해, 다른 배터리 셀 그룹(G1)의 2차 가스 폭발이 유발되는 것을 방지할 수 있어, 피해를 최소화할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 채널의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 8과 함께 도 11을 참조하면, 상기 가스 채널(131)의 내부에 고온의 가스, 스파크, 화염 등과 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기(K)들이 소정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 다수의 돌기(K)들은 좁은 통로(137)의 내면으로부터 내측 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 다수의 돌기(K)들은, 가스(A)의 이동 방향으로 기울어진 형상을 가질 수 있다. 즉, 이러한 다수의 돌기(K)들은, 의도된 이동 방향으로 가스(A)를 이동을 허용하면서, 가스(A)의 이동 속도를 감소 시킬 수 있다. 더불어, 이러한 다수의 돌기(K)들은, 가스가 역 방향(의도된 방향과 반대 방향)으로 이동하여 다시 모듈 하우징(120) 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 상기 가스 채널(131)의 내부에 이동하는 가스(A)와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기(K)들이 소정 간격으로 이격되어 형성됨으로써, 상기 가스 채널(131)을 이동하는 가스(A)의 이동 속도와 가스 압력을 효과적으로 줄일 수 있다. 더욱이, 상기 다수의 돌기(K)들은, 상기 가스 채널(131)의 의도한 가스(A)의 이동 방향이 아닌 역방향으로 이동(역류)하는 것을 억제할 수 있는 바, 상기 가스 채널(131)을 이동하는 가스(A)가 다시 모듈 하우징(120) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 고온의 가스(A)가 모듈 하우징(120) 내부로 역류하는 것으로 인해 복수의 배터리 셀(110)이 승온되는 것을 방지할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 상기 배터리 모듈(100)을 적어도 하나 이상, 및 복수의 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 팩 케이스(200)를 구비할 수 있다. 상기 팩 케이스(200)는 배터리 모듈(100)들을 수납하기 위한 구성품으로서, 좌측 사이드 프레임(230), 우측 사이드 프레임(240), 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각의 하부와 결합되는 베이스 플레이트(210), 및 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각의 상부와 결합되는 탑 플레이트(220), 상기 팩 케이스(200)의 전면 벽체를 형성하는 프런트 커버(250), 및 후면 벽체를 형성하는 리어 커버(260)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은, 도시하진 않았으나 예를 들면, 복수개가 전후 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1000)의 전면부에는, 상기 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅 부재(130)의 가스 아웃렛(133)과 연통된 토출구(O)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅 부재(130)는, 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각에 구비된 가스 배출 유로(보이지 않음)와 연통될 수 있다. 그리고, 상기 가스 배출 유로의 말단은, 상기 토출구(O)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 배출 유로는 상기 좌측 사이드 프레임(230)의 연장 방향으로 따라 길게 연장된 가스 통로일 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 배터리 모듈과 일부 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 1과 함께 도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 우측 사이드 프레임(240)은, 배터리 모듈(100)의 높이 방향으로 연장된 수직 프레임부(241)와, 상기 수직 프레임부(241)에서 수평 방향(좌측 방향)으로 연장되고 상기 가스 벤팅 부재(130)와 연결되게 마련된 모듈 연결 프레임부(242)를 포함할 수 있다. 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 중공 구조로 형성됨으로써 내부에 가스 이동통로(FP)를 구비한다.
또한, 상기 배터리 팩(1000)이 다수의 배터리 모듈(100)을 구비할 경우, 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 간격마다 형성되는 복수 개의 흡인구(244)들과, 프런트 커버(250) 쪽 일단부에 하나의 토출구(O)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 14에서와 같이, 각 상기 흡인구(244)는 각 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅 부재(130)의 가스 아웃렛(133b)과 대면하도록 위치될 수 있다. 각 상기 흡인구(244)와 가스 아웃렛(133b)의 접촉 계면에는 실링과 밀림 방지를 위해 가스켓이 적용될 수 있다. 또한, 고온의 스파크 또는 화염의 외부 유출 방지를 위해 금속 메쉬망이 각 상기 흡인구(244)에 적용될 수도 있다.
더욱이, 본 실시예의 우측 사이드 프레임(240)의 모듈 연결 프레임부(242)는 상기 가스 벤팅 부재(130)의 상부에 배치된다. 다시 말하면, 모듈 연결 프레임부(242)는 그 일단부가 가스 채널(131)의 상면 우측 가장자리 위에 놓이고 흡인구(244)가 제2 가스 아웃렛(133b)에 수직으로 매칭됨으로써 가스 벤팅 부재(130)와 연통된 구조를 이룬다.
즉, 배터리 셀 그룹(G2)에서 발생한 가스는 제2 배출구(도 2의 123b)를 통해 가스 벤팅 부재(130)로 유입되고 가스 채널(131b)을 따라 우측 방향으로 수평하게 이동하고 제2 가스 아웃렛(133b)에서 상승하여 우측 사이드 프레임(240)의 흡인구(244)를 통해 상기 우측 사이드 프레임(240) 내부로 유입될 수 있다. 그리고, 이동된 가스는 다시 우측 사이드 프레임(240)의 가스 이동통로(FP)를 따라 팩 케이스(200)의 프런트 커버(250) 쪽으로 이동하고, 그리고 모듈 연결 프레임부(242)의 토출구(O)를 통해 팩 케이스(200) 밖으로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 배터리 셀 그룹(G2)에서 발생한 고온의 스파크 또는 화염의 경우, 제2 배출구(123b)와 제2 가스 인렛(132b)의 수직 연결 구조에 의해 1차로 이동 경로의 방향이 전환되고, 가스 채널(131)의 내부의 여러 개의 좁은 통로 구조에 의해 2차로 스파크 또는 화염이 분산되며 제2 가스 아웃렛(133b)과 흡인구(244) 간의 수직 연결 구조에 의해 3차로 스파크 또는 화염의 이동 방향이 전환될 수 있다. 따라서, 이러한 고온의 스파크나 화염의 이동 방향이 여러 차례 전환되고 분산되는 과정을 통해 고온의 스파크나 화염이 소실될 수 있는 바, 스파크와 화염이 팩 케이스(200) 외부로 배출되지 않도록 막을 수 있다. 궁극적으로, 본 발명의 배터리 팩(1000)은, 배터리 팩(1000) 바깥 주변의 화재 위험을 현저히 낮출 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 좌측 사이드 프레임(230)은, 우측 사이드 프레임(240)과 마찬가지로, 상기 가스 벤팅 부재(130)의 제1 가스 아웃렛(133a)과 연통되는 흡인구가 구비될 수 있다. 상기 좌측 사이드 프레임(230)은, 배터리 모듈(100)의 높이 방향으로 연장된 수직 프레임부와, 상기 수직 프레임부에서 수평 방향(우측 방향)으로 연장되고 상기 가스 벤팅 부재(130)와 연결되게 마련된 모듈 연결 프레임부를 포함할 수 있다. 상기 모듈 연결 프레임부는 중공 구조로 형성됨으로써 내부에 가스 이동통로를 구비한다. 또한, 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 프런트 커버(250) 쪽 일단부에 하나의 토출구(O)를 구비한다. 상기 좌측 사이드 프레임(230)의 상기 흡인구는 각 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅 부재(130)의 가스 아웃렛(133)과 대면하도록 위치될 수 있다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(10)는, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(보이지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 자동차는 예를 들면, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 탑재한 배터리 팩(1000)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.
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.

Claims (10)

  1. 적어도 일측에 전극 리드가 구비된 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하는 수용 공간을 가지고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키도록 구성되고 상기 복수의 배터리 셀의 상기 전극 리드가 형성된 적어도 일측에 위치된 배출구를 구비한 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징의 적어도 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 이동하는 통로가 내부에 형성된 가스 벤팅 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은, 일 방향으로 적층되어 배터리 셀 그룹을 형성하고,
    상기 가스 벤팅 부재는,
    상기 배출구로부터 배출된 가스가 유입되는 가스 인렛;
    상기 가스 인렛으로 유입된 가스가 이동하는 상기 통로가 다수개 형성된 가스 채널; 및
    상기 가스 채널과 연통되고 상기 가스 채널의 상기 가스의 이동 방향의 말단에 형성되며 가스가 외부로 배출되도록 개구되어 형성된 가스 아웃렛
    을 구비하고,
    상기 배출구는, 상기 배터리 셀 그룹의 상기 전극 리드가 위치한 적어도 일측에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 벤팅 부재는,
    상기 가스 채널이 적어도 둘 이상 형성되고,
    적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 유입된 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 둘 이상의 상기 가스 채널 중, 어느 하나 이상의 상기 가스 채널은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간에서 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향으로 연장되고, 다른 하나 이상의 상기 가스 채널은, 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 일측에서 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간을 향해 연장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 벤팅 부재는, 상기 가스 아웃렛을 적어도 둘 이상 구비하고,
    상기 적어도 둘 이상의 가스 아웃렛 중, 하나의 가스 아웃렛은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간에 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅 부재의 단부에 형성되고, 다른 가스 아웃렛은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대면하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 내부 공간에 탑재되고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이에 위치되고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스가 상기 배출구로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹 사이를 구획하도록 구성된 격벽부를 구비한 보강 빔을 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보강 빔은,
    적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구가 형성되고,
    상기 복수의 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가스 채널은,
    내부에 이동하는 가스와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기들이 소정 간격으로 이격되어 형성된 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. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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