WO2023038437A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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WO2023038437A1
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WO
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battery module
battery
prevention member
flame propagation
propagation prevention
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/013464
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English (en)
French (fr)
Inventor
김광모
박명기
박원경
성준엽
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/296—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by terminals of battery packs
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    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/527—Flameproof cases
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle, and more particularly, to a battery module capable of preventing flames from being discharged to the outside of the battery module, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and an exterior material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator and electrolyte interposed therebetween.
  • a lithium secondary battery Lithium Ion Battery, LIB
  • a lithium polymer battery Polymer Lithium Ion Battery
  • the electrodes of these lithium secondary batteries are formed by coating a positive electrode or negative electrode active material on a current collector such as an aluminum or copper sheet, mesh, film, or foil, and then drying the electrode.
  • various types of secondary batteries are provided with a case capable of protecting the battery cells, and include a battery module in which a plurality of battery cells are stacked and inserted into the case, and a battery pack including a plurality of battery modules.
  • a battery module or battery pack is coupled with a connector for transmitting data such as voltage or temperature to the outside.
  • the connector is usually made of an injection-molded material, when a flame is generated by a thermal event inside the battery module, the connector melts and is damaged.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is a battery module that can prevent flames from being discharged to the outside of the battery module by maintaining the sealing structure of the fastening portion between the connector and the case even if a flame occurs inside the battery module, including this to provide battery packs and automobiles.
  • a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a case in which the battery cell laminate is accommodated; And a battery module including a connector coupled to the case and having a flame propagation prevention member may be provided.
  • the connector a first body coupled to the case; a flame propagation prevention member coupled to the first body; A second body coupled to the flame propagation prevention member; and at least one connecting pin provided to pass through the first body, the flame propagation prevention member, and the second body.
  • the flame propagation prevention member is interposed between the first body and the second body, and may be provided as a plate made of a material having heat resistance and fire resistance.
  • the flame propagation prevention member may be provided with a SUS plate.
  • the flame propagation prevention member may be provided with a number of pinholes corresponding to the number of the connection pins to pass through the connection pins.
  • connection pins are provided, and one through hole through which all of the plurality of connection pins can pass may be formed at the center of the flame propagation prevention member.
  • the same number of fastening holes are formed at the same positions of the first body, the flame propagation prevention member, and the second body, respectively, and the connector may be coupled to the case by the fastening member.
  • a sealing groove is formed at a corner of the second body, and a sealing member may be coupled to the sealing groove.
  • sealing member may be provided with rubber or silicone.
  • a battery pack including the battery module described above may be provided, and a vehicle including the battery module may be provided.
  • Embodiments of the present invention even if a flame occurs inside the battery module by the connector equipped with a flame propagation prevention member, the sealing structure of the fastening portion between the connector and the case is maintained to prevent the flame from being discharged to the outside of the battery module. It works.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a battery module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a connector in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a combined perspective view of the connector of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view viewed along direction A of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a connector in a battery module according to a second embodiment of the present invention.
  • each component or a specific part constituting the component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of explanation. Therefore, the size of each component does not fully reflect the actual size. If it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such description will be omitted.
  • the term 'coupling' or 'connection' refers to the case where one member and another member are directly coupled or directly connected, as well as when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly Including cases connected to
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a battery module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a connector in a battery module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a connector of FIG. 2 It is a combined perspective view
  • FIG. 4 is a view viewed along the direction A of FIG. 2 .
  • a battery module 10 includes a battery cell stack 100, a case 200, and a connector 300.
  • a plurality of battery cells 110 equipped with electrode leads are provided and stacked.
  • the electrode lead provided in the battery cell 110 is a kind of terminal exposed to the outside and connected to an external device, and a conductive material may be used.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in opposite directions with respect to the length direction of the battery cell 110, or the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in the same direction with respect to the length direction of the battery cell 110. may be located.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be made of various materials.
  • the positive electrode lead may be made of aluminum and the negative electrode lead may be made of copper.
  • the electrode lead may be electrically coupled to a bus bar (not shown).
  • the battery cell 110 is a unit cell arranged in the order of positive plate-separator-negative plate or a bi-cell arranged in the order of positive plate-separator-negative plate-separator-positive plate-separator-negative plate. It may have a structure in which a plurality of layers are stacked according to capacity.
  • the battery cell stack 100 may be configured such that a plurality of battery cells 110 are stacked on each other.
  • the battery cell 110 may have various structures, and the plurality of battery cells 110 may be stacked in various ways.
  • the battery cell stack 100 may include a plurality of cartridges (not shown) accommodating each battery cell 110 .
  • Each cartridge (not shown) may be manufactured by injection molding of plastic, and a plurality of cartridges (not shown) formed with a storage part capable of accommodating the battery cell 110 may be stacked.
  • a terminal element may be provided in a cartridge assembly in which a plurality of cartridges (not shown) are stacked.
  • the terminal element is a main terminal connected to the battery cell 110 and includes a positive terminal and a negative terminal, and the terminal element is provided with a terminal bolt to be electrically connected to the outside.
  • the battery cell 110 may have various shapes.
  • the battery cell stack 100 or the cartridge assembly in which the battery cell stack 100 is accommodated is accommodated in the case 200 .
  • the case 200 may be provided to surround the battery cell stack 100 .
  • the case 200 surrounds the battery cell stack 100 or the plurality of cartridge assemblies, thereby protecting the battery cell stack 100 or the cartridge assembly from external vibration or impact.
  • the case 200 may be formed in a shape corresponding to the shape of the battery cell stack 100 or the cartridge assembly.
  • the case 200 may also be provided in a hexahedral shape to correspond thereto.
  • the case 200 may be manufactured by, for example, bending a metal plate or may be manufactured by plastic injection molding. And, the case 200 may be manufactured integrally or separately.
  • a through portion (not shown) through which the terminal element described above may be exposed to the outside may be formed in the case 200 . That is, the terminal element may be electrically connected to a predetermined external part or member, and a through portion may be formed in the case 200 so that the electrical connection is not hindered by the case 200 .
  • the connector 300 is provided with various types of electrical connecting parts or connecting members to be connected to a BMS (Battery Management System, not shown) capable of providing data on the voltage or temperature of the battery cells 110 inside the module. . And, the connector 300 is coupled to the case 200 to transmit data on voltage or temperature to the outside. And, the flame propagation prevention member 320 is provided in the connector 300 .
  • BMS Battery Management System
  • the connector 300 may include a first body 310, a flame propagation prevention member 320, a second body 330, and a connection pin 340.
  • the first body 310 is coupled to the case 200 in various ways.
  • the first body 310 may be coupled to the case 200 by a fastening member 400 (see FIGS. 1 and 3) such as a bolt or a screw.
  • a first fastening hole 312 through which the fastening member 400 passes may be formed in the first body 310 .
  • a first pin hole 311 through which the connection pin 340 passes may be formed in the first body 310 .
  • the connection pin 340 may be introduced into the case 200 through the first pin hole 311 of the first body 310 .
  • the flame propagation prevention member 320 is coupled to the first body 310 .
  • a third fastening hole 322 may be formed in the flame propagation prevention member 320 .
  • a third pin hole 321 provided to allow the connection pin 340 to pass may be formed in the flame propagation prevention member 320 .
  • the flame propagation prevention member 320 is interposed between the first body 310 and the second body 330.
  • the flame propagation prevention member 320 may be provided as a plate made of a material having heat resistance and fire resistance.
  • the flame propagation prevention member 320 may be provided with a SUS plate.
  • the material of the flame propagation prevention member 320 is not limited to SUS.
  • SUS means stainless steel as Steel Use Stainless.
  • Stainless steel includes, but is not limited to, alloys of iron and chromium with nickel of at least 12% chromium added.
  • the flame propagation prevention member 320 is made of a material having heat resistance and fire resistance, such as a SUS plate, when a flame is generated inside the case 200, a portion of the first body 310 is damaged by the flame. Even if it is, the second body 330 is not damaged from the flame, and the flame is blocked by the SUS plate and cannot be discharged to the outside of the case 200.
  • the flame propagation prevention member 320 is provided with a number corresponding to the number of connecting pins 340 so that the connecting pins 340 can pass through, that is, a third pin hole 321 is formed.
  • the number of third pinholes 321 corresponding to the number of connection pins 340 may mean the same number of third pinholes 321 as the number of connection pins 340, but is not necessarily limited thereto.
  • the number of third pinholes 321 may be greater than the number of connection pins 340 .
  • connection pin 340 made of metal since the connection pin 340 made of metal is inserted into the third pin hole 321, the flame generated inside the case 200 is blocked by the SUS plate and the connection pin 340 and discharged to the outside. can't
  • the second body 330 is coupled to the flame propagation prevention member 320 .
  • a second fastening hole 332 through which the fastening member 400 passes may be formed in the second body 330 .
  • a second pin hole 331 through which the connection pin 340 passes may be formed in the second body 330 .
  • a sealing groove 333 is formed at a corner of the second body 330 , and the sealing member 350 may be coupled to the sealing groove 333 .
  • the sealing member 350 may be made of rubber or silicon to prevent leakage of gas generated inside the case 200, but is not limited thereto.
  • connection pins 340 are provided, and are provided to pass through the first body 310, the flame propagation prevention member 320, and the second body 330. That is, the connection pin 340 passes through the first pinhole 311 of the first body 310, passes through the third pinhole 321 of the flame propagation prevention member 320, and also passes through the second body It is provided to pass through the second pinhole 331 of (330).
  • the same number of fastening holes 312, 322, and 332 are formed at the same positions of the first body 310, the flame propagation prevention member 320, and the second body 330, respectively, and bolts or nuts
  • the connector 300 may be coupled to the case 200 by the same fastening member 400 .
  • four fastening holes 312, 322, and 332 are respectively formed in the first body 310, the flame propagation prevention member 320, and the second body 330, but are not limited thereto.
  • the case 200 of the battery module 10 is coupled with a connector 300 for transmitting data such as voltage or temperature of the battery cells 110 to the outside.
  • the flame propagation prevention member 320 is provided in the connector 300 .
  • the connector 300 includes a first body 310, a second body 330, and a connecting pin 340, and a flame propagation prevention member between the first body 310 and the second body 330 ( 320) is interposed.
  • the flame propagation prevention member 320 may be provided with, for example, a SUS plate having heat resistance and fire resistance. In this way, since the flame propagation prevention member 320 having heat resistance and fire resistance is interposed between the first body 310 and the second body 330, the flame generated inside the case 200 is generated between the SUS plate and the connecting pin ( 340) and cannot be discharged to the outside.
  • the flame generated in any one battery module 10 is discharged to the outside of the battery module 10. Since the flame is not generated, only the battery module 10 in which the flame is generated is damaged and the flame is not propagated to the other battery modules 10, thereby protecting the other battery modules 10 in which the flame is not generated from the flame.
  • FIG 5 is an exploded perspective view of the connector 300 in the battery module 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • connection pins 340 are provided, and one through hole 323 through which all of the plurality of connection pins 340 can pass is formed in the center of the flame propagation prevention member 320. there is.
  • the third pinholes 321 provided in a number corresponding to the number of connection pins 340 are formed in the flame propagation prevention member 320, but in the second embodiment, the number of connection pins 340 There is a difference from the first embodiment in that one through hole 323 is formed regardless of .
  • connection pins 340 pass through one through hole 323, and also, the first pinhole 311 of the first body 310 and the second pinhole 331 of the second body 330 ) pass through
  • the flame propagation preventing member 320 is in contact with the circumferences of the first body 310 and the second body 330 and Since the connection pin 340 made of metal is located in the through hole 323, the flame generated inside the case 200 cannot be discharged to the outside.
  • a battery pack (not shown) according to an embodiment of the present invention may include one or more battery modules 10 according to embodiments of the present invention as described above.
  • the battery pack includes, in addition to the battery module 10, a housing for accommodating the battery module 10 and various devices for controlling charging and discharging of the battery module 10, such as a BMS, current Sensors, fuses, and the like may be further included.
  • a vehicle (not shown) may include the above-described battery module 10 or a battery pack (not shown), and the battery module 10 may be included in the battery pack (not shown). this may be included.
  • the battery module 10 according to an embodiment of the present invention is applied to the vehicle (not shown), for example, a predetermined vehicle (not shown) prepared to use electricity such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. can
  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and an automobile, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들이 적층되는 배터리 셀 적층체; 배터리 셀 적층체가 수납되는 케이스; 및 케이스에 결합되고, 화염전파방지부재가 구비된 커넥터를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2021년 09월 13일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2021-0122087호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이차 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다. 그리고, 다양한 종류의 이차 전지는 배터리 셀을 보호할 수 있는 케이스가 구비되며, 복수의 배터리 셀들이 적층되어 케이스에 인입된 배터리 모듈과, 복수의 배터리 모듈들이 포함된 배터리 팩을 포함한다.
일반적으로 배터리 모듈 또는 배터리 팩에는 전압 내지 온도와 같은 데이터를 외부로 전송하기 위한 커넥터가 결합되어 있다. 그런데, 통상 커넥터는 사출물로 제작되므로 배터리 모듈 내부의 열적 이벤트에 의해 화염이 발생하는 경우 커넥터가 녹으면서 손상이 발생된다.
그리고, 커넥터와 모듈 케이스의 체결부의 밀폐 구조가 화염에 의해 붕괴되면서 배터리 모듈 내부의 화염이 외부로 방출되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈 내부에 화염이 발생하더라도 커넥터와 케이스 사이의 체결부의 밀폐구조가 유지되어 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀들이 적층되는 배터리 셀 적층체; 상기 배터리 셀 적층체가 수납되는 케이스; 및 상기 케이스에 결합되고, 화염전파방지부재가 구비된 커넥터를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 커넥터는, 상기 케이스에 결합되는 제1 본체; 상기 제1 본체에 결합되는 화염전파방지부재; 상기 화염전파방지부재에 결합되는 제2 본체; 및 상기 제1 본체와 상기 화염전파방지부재와 상기 제2 본체를 통과하도록 마련된 적어도 하나의 연결핀을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 화염전파방지부재는 상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 개재되며, 내열성과 내화성을 가지는 재질로 제작된 플레이트로 마련될 수 있다.
또한, 상기 화염전파방지부재는 SUS 플레이트로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 화염전파방지부재에는 상기 연결핀이 통과할 수 있도록 상기 연결핀의 개수에 대응되는 개수로 마련된 핀홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 연결핀은 복수개가 구비되며, 상기 화염전파방지부재의 중심부에는 상기 복수개의 연결핀이 모두 통과할 수 있는 1개의 관통공이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 본체와, 상기 화염전파방지부재와, 상기 제2 본체의 동일 위치에 동일 개수의 체결홀이 각각 형성되며, 체결부재에 의해 상기 커넥터가 상기 케이스에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제2 본체의 모서리에는 실링홈이 형성되며, 상기 실림홈에 실링부재가 결합될 수 있다.
그리고, 상기 실링부재는 고무 또는 실리콘으로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 화염전파방지부재가 구비된 커넥터에 의해 배터리 모듈 내부에 화염이 발생하더라도 커넥터와 케이스 사이의 체결부의 밀폐구조가 유지되어 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 커넥터의 분리 사시도이다.
도 3은 도 2의 커넥터의 결합 사시도이다.
도 4는 도 2의 A 방향을 따라 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에서 커넥터의 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 커넥터의 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 커넥터의 결합 사시도이고, 도 4는 도 2의 A 방향을 따라 바라본 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 적층체(100)와, 케이스(200)와, 커넥터(300)를 포함한다.
배터리 셀 적층체(100)는 전극 리드가 구비된 배터리 셀(110)이 복수로 마련되어 적층된다. 배터리 셀(110)에 구비되는 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자로서 전도성 재질이 사용될 수 있다.
전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다.
양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 다양한 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 양극 전극 리드는 알루미늄 재질로 제작되고, 음극 전극 리드는 구리 재질로 제작될 수 있다.
전극 리드는 버스바(미도시)에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 셀(110)은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 복수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는 복수의 배터리 셀(110)들이 서로 적층되도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(110)은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 또한, 복수의 배터리 셀(110)들은 다양한 방식으로 적층될 수 있다.
배터리 셀 적층체(100)는 각각의 배터리 셀(110)을 수납하는 카트리지(미도시)가 복수로 구비될 수 있다. 각각의 카트리지(미도시)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 복수의 카트리지들(미도시)이 적층될 수 있다.
복수의 카트리지들(미도시)이 적층된 카트리지 조립체에는 단자 요소가 구비될 수 있다. 단자 요소는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 배터리 셀(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 케이스(200)에는 배터리 셀 적층체(100) 또는, 배터리 셀 적층체(100)가 수납된 카트리지 조립체가 수납된다. 예를 들어, 케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100)를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100) 또는 복수의 카트리지 조립체들의 전체를 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체를 보호한다.
케이스(200)는 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 적층체(100) 또는 카트리지 조립체가 육면체 형상으로 마련되는 경우 케이스(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다.
케이스(200)는 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있고 또는 플라스틱 사출물에 의해 제조될 수도 있다. 그리고, 케이스(200)는 일체형으로 제조될 수도 있고, 또는 분리형으로 제조될 수도 있다.
케이스(200)에는 전술한 단자 요소가 외부로 노출될 수 있는 관통부(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 단자 요소는 외부의 소정 부품 내지 부재와 전기적으로 연결될 수 있는데, 이러한 전기적 연결이 케이스(200)에 의해 방해되지 않도록 케이스(200)에 관통부가 형성될 수 있다.
커넥터(300)는 모듈 내부의 배터리 셀(110)들의 전압 내지 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재로 마련된다. 그리고, 커넥터(300)는 전압 내지 온도에 대한 데이터를 외부로 전송하기 위해 케이스(200)에 결합된다. 그리고, 커넥터(300)에는 화염전파방지부재(320)가 구비된다.
커넥터(300)는 제1 본체(310)와, 화염전파방지부재(320)와, 제2 본체(330)와, 연결핀(340)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 본체(310)는 다양한 방식으로 케이스(200)에 결합된다. 예를 들어, 제1 본체(310)는 볼트, 나사 등의 체결부재(400, 도 1 및 도 3 참조)에 의해 케이스(200)에 결합될 수 있다.
제1 본체(310)에는 체결부재(400)가 통과하도록 마련된 제1 체결홀(312)이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 본체(310)에는 연결핀(340)이 통과하도록 마련된 제1 핀홀(311)이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 본체(310)의 제1 핀홀(311)을 통해 연결핀(340)이 케이스(200) 내부로 인입될 수 있다.
화염전파방지부재(320)는 제1 본체(310)에 결합된다. 화염전파방지부재(320)에는 제3 체결홀(322)이 형성될 수 있다. 그리고, 화염전파방지부재(320)에는 연결핀(340)이 통과하도록 마련된 제3 핀홀(321)이 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 화염전파방지부재(320)는 제1 본체(310)와 제2 본체(330) 사이에 개재된다. 여기서, 화염전파방지부재(320)는 내열성과 내화성을 가지는 재질로 제작된 플레이트로 마련될 수 있다.
예를 들어, 화염전파방지부재(320)는 SUS 플레이트로 마련될 수 있다. 다만, 화염전파방지부재(320)의 재질이 SUS에 한정되는 것은 아니다. 여기서, SUS는 Steel Use Stainless로 스테인레스 강을 의미한다.
스테인리스 강은 크롬 12% 이상의 니켈을 첨가한 철과 크롬의 합금을 포함하며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 화염전파방지부재(320)가 SUS 플레이트와 같이 내열성과 내화성을 가지는 재질로 마련되면, 케이스(200) 내부에서 화염이 발생한 경우 화염에 의해 제1 본체(310)의 일부에 손상이 발생하더라도 제2 본체(330)는 화염으로부터 손상되지 않으며, 또한, 화염이 SUS 플레이트에 막혀 케이스(200) 외부로 배출될 수 없다.
즉, 화염전파방지부재(320)가 구비된 커넥터(300)에 의해 배터리 모듈(10) 내부에 화염이 발생하더라도 커넥터(300)와 케이스(200) 사이의 체결부의 밀폐구조가 유지되어 화염이 배터리 모듈(10) 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 2를 참조하면, 화염전파방지부재(320)에는 연결핀(340)이 통과할 수 있도록 연결핀(340)의 개수에 대응되는 개수로 마련된 핀홀, 즉, 제3 핀홀(321)이 형성될 수 있다. 여기서, 연결핀(340)의 개수에 대응되는 개수의 제3 핀홀(321)은 연결핀(340)의 개수와 동일한 개수의 제3 핀홀(321)을 의미할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 핀홀(321)의 개수가 연결핀(340)의 개수보다 많아도 무방하다.
도 2를 참조하면, 제3 핀홀(321)에는 금속 재질의 연결핀(340)이 삽입되어 있으므로, 케이스(200) 내부에서 발생된 화염은 SUS 플레이트와 연결핀(340)에 막혀 외부로 배출될 수 없다.
제2 본체(330)는 화염전파방지부재(320)에 결합된다. 제2 본체(330)에는 체결부재(400)가 통과하도록 마련된 제2 체결홀(332)이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 본체(330)에는 연결핀(340)이 통과하도록 마련된 제2 핀홀(331)이 형성될 수 있다.
제2 본체(330)의 모서리에는 실링홈(333)이 형성되며, 실링홈(333)에 실링부재(350)가 결합될 수 있다. 여기서, 실링부재(350)는 케이스(200) 내부에서 발생된 가스의 누출을 방지하기 위해 고무 또는 실리콘으로 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
연결핀(340)은 하나 이상으로 마련되며, 제1 본체(310)와 화염전파방지부재(320)와 제2 본체(330)를 통과하도록 마련된다. 즉, 연결핀(340)은 제1 본체(310)의 제1 핀홀(311)을 통과하고, 또한, 화염전파방지부재(320)의 제3 핀홀(321)을 통과하며, 또한, 제2 본체(330)의 제2 핀홀(331)을 통과하도록 마련된다.
즉, 제1 본체(310)와, 화염전파방지부재(320)와, 제2 본체(330)의 동일 위치에 동일 개수의 체결홀(312, 322, 332)이 각각 형성되며, 볼트 또는 너트와 같은 체결부재(400)에 의해 커넥터(300)가 케이스(200)에 결합될 수 있다. 도 2에서는 제1 본체(310)와, 화염전파방지부재(320)와, 제2 본체(330)에 4개의 체결홀(312, 322, 332)이 각각 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도면들을 참조하면, 배터리 모듈(10)의 케이스(200)에는 배터리 셀(110)들의 전압 내지 온도와 같은 데이터를 외부로 전송하기 위한 커넥터(300)가 결합된다. 여기서, 커넥터(300)에는 화염전파방지부재(320)가 구비된다. 커넥터(300)는 제1 본체(310)와, 제2 본체(330)와, 연결핀(340)을 포함하며, 제1 본체(310)와 제2 본체(330) 사이에 화염전파방지부재(320)가 개재된다.
화염전파방지부재(320)는 내열성과 내화성을 가지는 예를 들어, SUS 플레이트로 마련될 수 있다. 이와 같이, 제1 본체(310)와 제2 본체(330) 사이에 내열성과 내화성을 가지는 화염전파방지부재(320)가 개재되어 있으므로, 케이스(200) 내부에서 발생한 화염이 SUS 플레이트와 연결핀(340)에 막혀 외부로 배출될 수 없다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 모듈(10)이 복수개로 배치된 경우 어느 하나의 배터리 모듈(10)에서 발생한 화염이 배터리 모듈(10)의 외부로 배출되지 않으므로, 화염이 발생한 배터리 모듈(10)만 손상될 뿐 다른 배터리 모듈(10)로 화염이 전파되지 않으며, 이에 의해, 화염이 발생하지 않은 다른 배터리 모듈(10)을 화염으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 커넥터(300)의 분리 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 설명한 부분과 공통되는 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
도 5를 참조하면, 연결핀(340)은 복수개가 구비되며, 복수개의 연결핀(340)이 모두 통과할 수 있는 1개의 관통공(323)이 화염전파방지부재(320)의 중심부에 형성되어 있다.
즉, 제 1실시예에서는 연결핀(340)의 개수에 대응되는 개수로 마련된 제3 핀홀(321)이 화염전파방지부재(320)에 형성되지만, 제2 실시예에서는 연결핀(340)의 개수와 무관하게 1개의 관통공(323)이 형성된다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
그리고, 복수의 연결핀(340) 모두는 1개의 관통공(323)을 통과하며, 또한, 제1 본체(310)의 제1 핀홀(311)과 제2 본체(330)의 제2 핀홀(331)을 통과한다.
이와 같이, 화염전파방지부재(320)의 중심부에 1개의 관통공(323)이 형성되어 있더라도 화염전파방지부재(320)가 제1 본체(310)와 제2 본체(330)의 둘레에 접촉되며 관통공(323)에는 금속 재질의 연결핀(340)이 위치하고 있으므로 케이스(200) 내부에서 발생한 화염이 외부로 배출될 수 없다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 하우징, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 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.
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 특히, 이차 전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀들이 적층되는 배터리 셀 적층체;
    상기 배터리 셀 적층체가 수납되는 케이스; 및
    상기 케이스에 결합되고, 화염전파방지부재가 구비된 커넥터를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 케이스에 결합되는 제1 본체;
    상기 제1 본체에 결합되는 화염전파방지부재;
    상기 화염전파방지부재에 결합되는 제2 본체; 및
    상기 제1 본체와 상기 화염전파방지부재와 상기 제2 본체를 통과하도록 마련된 적어도 하나의 연결핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화염전파방지부재는 상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 개재되며, 내열성과 내화성을 가지는 재질로 제작된 플레이트로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화염전파방지부재는 SUS 플레이트로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 화염전파방지부재에는 상기 연결핀이 통과할 수 있도록 상기 연결핀의 개수에 대응되는 개수로 마련된 핀홀이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연결핀은 복수개가 구비되며,
    상기 화염전파방지부재의 중심부에는 상기 복수개의 연결핀이 모두 통과할 수 있는 1개의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 본체와, 상기 화염전파방지부재와, 상기 제2 본체의 동일 위치에 동일 개수의 체결홀이 각각 형성되며, 체결부재에 의해 상기 커넥터가 상기 케이스에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 본체의 모서리에는 실링홈이 형성되며, 상기 실림홈에 실링부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실링부재는 고무 또는 실리콘으로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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