WO2023121415A1 - 안전성이 강화된 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2023121415A1
WO2023121415A1 PCT/KR2022/021251 KR2022021251W WO2023121415A1 WO 2023121415 A1 WO2023121415 A1 WO 2023121415A1 KR 2022021251 W KR2022021251 W KR 2022021251W WO 2023121415 A1 WO2023121415 A1 WO 2023121415A1
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blocking member
battery module
battery
flame
cell assembly
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PCT/KR2022/021251
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김광모
성준엽
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • 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, and more particularly, to a battery module with enhanced safety, a battery pack including the battery module, and a vehicle.
  • 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.
  • lithium secondary batteries can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of an exterior material.
  • a plurality of secondary batteries may constitute one battery module by being accommodated together in a module case in a state in which a plurality of them are electrically connected.
  • a plurality of such battery modules may be connected to form one battery pack.
  • a thermal chain reaction between the battery modules may be vulnerable. For example, when an event such as thermal runaway occurs inside one battery module, propagation of such thermal runaway to another battery module needs to be suppressed. If the propagation of thermal runaway between battery modules is not suppressed, an event occurring in a specific battery module may cause a chain reaction in several battery modules, causing an explosion or fire, or increasing the scale of the event.
  • a flame or the like may be discharged to the outside. At this time, if the discharge of the flame is not properly controlled, the flame is discharged toward the other battery module, and there is a high possibility of causing a thermal chain reaction of the other battery module.
  • module terminals for supplying and charging electrical energy or module connectors for sensing voltage or temperature are often provided in a form exposed to the outside.
  • holes must be formed in the module frame, and gaps are formed between these holes and module terminals or module connectors due to tolerances, so that flames or sparks are discharged to the outside. There is a risk.
  • an electrically insulating injection molding material may be wrapped around the module terminal to secure an insulation distance or watertightness with other parts.
  • thermal runaway there is a high risk of flames ejecting toward these module terminals or module connectors.
  • these insulative extrusions may melt, leaving voids where they are located.
  • such an empty space becomes a passage through which a large amount of flame is ejected, and may propagate a thermal runaway situation to other battery modules or cause a fire with respect to other external components.
  • this empty space may be a passage through which external air or the like is introduced into the inside. Therefore, there is a risk of causing a fire with respect to the battery module or increasing the scale of the fire.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and a battery module having an improved structure so that heat propagation due to a flame or the like generated inside the battery module can be effectively suppressed, a battery pack including the same, and a vehicle. intended to provide
  • a battery module for achieving the above object includes a cell assembly including one or more battery cells; a body frame configured to accommodate the cell assembly in an inner space and having an open portion formed on at least one side; an end frame coupled to the open portion of the body frame and provided with at least one of a terminal portion and a connector portion; and a blocking member interposed between the end frame and the cell assembly and configured to block the progress of flame.
  • the cell assembly may include a plurality of pouch-type batteries arranged in a horizontal direction with electrode leads disposed toward the open portion of the body frame.
  • the blocking member may be configured to block the progress of flame with respect to at least one of the terminal part and the connector part.
  • the blocking member may have a breathable structure.
  • the blocking member may include a fabric portion configured in a form in which a plurality of fibers are woven.
  • the fabric part may use at least one of silica fibers and glass fibers.
  • the blocking member may further include a body portion.
  • the fabric part may be located on a part of the body part.
  • the blocking member may be configured to have partially different air permeability.
  • the blocking member may have an upper air permeability lower than a lower air permeability.
  • the blocking member may be configured such that the number of upper layers is greater than the number of lower layers.
  • an upper end of the blocking member may be bent toward the cell assembly.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • thermal propagation between battery modules can be effectively suppressed.
  • a flame or the like including a spark may be generated inside the battery cell along with a large amount of venting gas. can be suppressed and its direction regulated.
  • the venting gas is smoothly discharged, while the flame, which can act as a heat source, which is one of the three conditions of fire, is blocked, thereby effectively preventing fire from occurring or spreading. there is.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each implementation configuration, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a front side perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a rear side perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of portion A2 in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing some configurations of a cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a functional configuration of a blocking member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a functional configuration of a blocking member included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view schematically illustrating configurations of different parts of one blocking member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a blocking member included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 are perspective views schematically showing the configuration of a blocking member included in a battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from the front and rear.
  • FIG. 13 is a perspective view of a configuration of a blocking member included in a battery module according to another embodiment of the present invention viewed from the rear side.
  • FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of portion A6 in FIG. 13 .
  • 15 is an enlarged cross-sectional view of some components of a blocking member according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • the term inner or outer may be used for each component, unless otherwise specified, the inner means a direction toward the center of the battery module in each component, and the outer means the opposite direction. can mean
  • FIG. 1 is a perspective view of a front side of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a rear side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module according to the present invention includes a cell assembly 100, a body frame 200, an end frame 300, and a blocking member 400.
  • the cell assembly 100 includes one or more battery cells 110 .
  • the battery cell 110 may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the battery cell 110 may be a pouch type secondary battery.
  • a plurality of battery cells 110 may be included in the cell assembly 100 .
  • a plurality of pouch-type batteries may be arranged side by side in a stacked form in a horizontal direction (left-right direction, Y-axis direction) in a state in which they are erected in the vertical direction (Z-axis direction). there is.
  • Each battery cell 110 may include an electrode lead 111 .
  • the electrode leads 111 may be located at both ends or at one end of each battery cell 110 .
  • the plurality of battery cells 110 may be electrically connected to each other in series and/or parallel through electrode leads 111 .
  • the electrode leads 111 of each battery cell 110 may be directly connected by contacting each other, or may be indirectly connected through a bus bar or the like.
  • a secondary battery in which electrode leads 111 protrude in both directions may be referred to as a bidirectional cell.
  • a secondary battery in which the electrode lead 111 protrudes in one direction may be referred to as a unidirectional cell.
  • the present invention is not limited by the specific type or form of the secondary battery, and various types of secondary batteries known at the time of filing the present invention may be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • the body frame 200 may have an empty space formed therein so as to accommodate the cell assembly 100 in this inner space. Also, the body frame 200 may have an open portion formed on at least one side.
  • the body frame 200 may have a hollow tubular shape, as shown in FIGS. 1 to 3 . More specifically, the body frame 200 may be formed in a square tube shape.
  • the body frame 200 of this type may be referred to as a mono frame. At this time, the body frame 200, the upper, lower, left and right parts are closed around the inner space, and open parts may be formed in the front and rear.
  • the body frame 200 may be made of a material having a certain level of rigidity or more to stably protect the cell assembly 100 accommodated therein.
  • the body frame 200 may be made of a plastic material or a metal material such as steel, SUS, or aluminum.
  • the end frame 300 may be coupled to the open portion of the body frame 200 .
  • an opening as indicated by O1 is formed at the front of the body frame 200
  • an opening as indicated by O2 may be formed at the rear of the body frame 200.
  • the end frame 300 may also be configured to be coupled to the front opening part O1 and the rear opening part O2 of the body frame 200, respectively.
  • the end frame 300 may include a front frame 310 and a rear frame 320 .
  • the end frame 300 may be coupled to the body frame 200 by various methods such as welding or bolting. And, the end frame 300 is coupled to the open portion of the body frame 200 in this way, so that the inner space of the body frame 200 can be closed.
  • the end frame 300 may be made of plastic or metal.
  • the end frame 300 may be made of the same or similar material as the body frame 200 or may be provided with such a material. In this case, when welding or attaching the end frame 300 to the body frame 200, coupling properties may be improved.
  • the end frame 300 may have a terminal portion, as indicated by T in FIG. 1 .
  • the terminal portion T is a portion for connecting the battery module to other external components, such as other battery modules or pack terminals, and may be a terminal through which charging/discharging power flows.
  • the terminal part T may include a positive terminal and a negative terminal. As shown in FIG. 1 , these positive and negative terminals may be formed together on one end frame 300, for example, on the front frame 310 side. As another example, the positive and negative terminals may be respectively formed on different frames, for example, the front frame 310 and the rear frame 320 .
  • the terminal portion T formed on the end frame 300 may be configured in a form in which module terminals on the side of the cell assembly 100 are exposed to the outside.
  • a module terminal made of a metallic material as indicated by T2 may be provided in the cell assembly 100 .
  • the module terminal T2 may be connected to the electrode lead 111 of the battery cell 110 .
  • the module terminal T2 may be made of an electrically conductive material, for example, a metal material such as copper, aluminum, or nickel.
  • a terminal hole having a shape indicated by T1 may be formed in the end frame 300 so that the module terminal T2 may be exposed to the outside.
  • two terminal holes T1 may be formed in the front frame 310, and the positive terminal and the negative terminal may be exposed to the outside through the terminal holes T1.
  • the end frame 300 may have a connector part formed thereon.
  • the connector part (C) may be configured to transmit and receive information between internal components and external components of the battery module.
  • a control unit such as a battery management system (BMS) may be provided outside the battery module.
  • BMS battery management system
  • the BMS may be connected to the connector unit C to collect information about voltage or current of the cell assembly 100, internal or external temperature of the battery module, and the like.
  • the connector part C formed on the end frame 300 may be configured in a form in which a connector terminal on the side of the cell assembly 100 is exposed to the outside.
  • a connector terminal may be provided on the rear side of the cell assembly 100 .
  • a connector hole having a shape as indicated by C1 may be formed in the end frame 300 so that the connector terminal may be exposed to the outside.
  • one connector hole C1 may be formed in the rear frame 320, and a connector terminal on the side of the cell assembly 100 may be exposed to the outside through the connector hole C1.
  • the blocking member 400 may be interposed between the end frame 300 and the cell assembly 100 .
  • the blocking member 400 may be interposed between the front side of the cell assembly 100 and the front frame 310 .
  • the blocking member 400 may be interposed between the rear side of the cell assembly 100 and the rear frame 320 .
  • the blocking member 400 may be configured to block a flame. This will be described in more detail with further reference to FIGS. 4 and 5 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional configuration taken along the line A1-A1' of FIG. 1 and may be said to show a cross-sectional configuration of the front side of the battery module.
  • 5 is an enlarged view of portion A2 in FIG. 4 .
  • the blocking member 400 may be configured to block the progress of flame generated at the cell assembly 100 side. More specifically, referring to FIG. 4 first, when a thermal event such as thermal runaway occurs in some of the battery cells 110 provided in the cell assembly 100, as indicated by arrow B1, flames are discharged together with venting gas. It can be. At this time, the flame discharged together with the venting gas may move in various directions, and the movement may be blocked at least when it reaches the blocking member 400 . For example, referring to FIG. 5 , when the flame traveling as indicated by arrow B1 reaches the blocking member 400, it collides with the blocking member 400 to prevent its movement, and as indicated by arrow B2, , the direction can be turned to the inside where the cell assembly is located.
  • discharge of flames and the like ejected from the cell assembly 100 to the outside of the battery module can be suppressed.
  • the blocking member 400 since the blocking member 400 is located inside the end frame 300, even if a flame is generated from the cell assembly 100, such flame is prevented from being discharged toward the end frame 300. It can be prevented. Therefore, problems such as propagation of thermal runaway or fire to other elements located outside the battery module can be prevented.
  • connection parts for transmitting power or data may exist. According to the above embodiment of the present invention, it is possible to prevent propagation of a thermal runaway situation to the battery module or to protect connection parts.
  • the cell assembly 100 may include a plurality of pouch-type batteries as the battery cells 110 .
  • the plurality of pouch-type batteries may be arranged side by side in a horizontal direction, for example, in a left-right direction in a state in which each is erected in a vertical direction.
  • each pouch type battery may include an electrode lead 111 .
  • the electrode leads 111 of each pouch-type battery may be disposed toward the opening of the body frame 200 .
  • a plurality of pouch-type batteries are bidirectional cells, and positive and negative leads may be located at both front and rear ends. At this time, both front and rear ends of the body frame 200, as indicated by O1 and O2, may be configured in an open form, respectively.
  • the electrode lead 111 is disposed so as to face the open portion of the body frame 200 .
  • the end frame 300 is positioned on the side of the open portion of the body frame 200 , and the blocking member 400 may be positioned inside the end frame 300 . Therefore, it can be said that the cell assembly 100 is disposed such that the side surface on which the electrode lead 111 is provided faces the blocking member 400 .
  • the blocking member 400 may be disposed outside the electrode lead 111 .
  • the electrode leads 111 protrude from the front and rear sides of the cell assembly 100
  • two blocking members 400 may be positioned on the front and outside of the cell assembly 100, respectively.
  • the venting gas or the like may be concentrated on a terrace portion, such as a portion marked E in FIG. 4 .
  • the terrace part E may mean a sealing part interposed with the electrode lead 111 among several sealing parts formed on the edge of the pouch type battery.
  • the space where the terrace part E is located in the cell assembly 100 has more empty space than other parts, flames and the like tend to gather toward the terrace part E.
  • the flame or the like has a high temperature characteristic, and an upper sealing portion of each battery cell 110 is located on the upper side of the cell assembly 100 . Therefore, after moving to the upper side of the cell assembly 100, the flame moves in the front-back direction through the upper space of the cell assembly 100 and concentrates toward the terrace portion E, as indicated by arrow B4 in FIG. 4 . easy to become
  • the blocking member 400 is positioned outside the terrace portion E, even if the flame is concentrated on the terrace portion E, it is possible to block the flame from advancing towards the end frame 300. Therefore, it is possible to more effectively suppress flames from being discharged to the outside of the battery module through the end frame 300 .
  • the blocking member 400 may be configured to block the propagation of flame with respect to the terminal part (T) and/or the connector part (C). That is, the blocking member 400 may be configured to block flames from being directed toward the end frame 300, particularly toward the terminal portion T or the connector portion C.
  • the terminal part T or the connector part C may be formed in a form in which a structure in the form of a hole is formed in the end frame 300, and a terminal located on the side of the cell assembly 100 is exposed to the outside through the hole. there is. At this time, there is a high risk that flames or sparks may be discharged into a hole formed in the end frame 300, for example, a terminal hole T1 or a connector hole C1. In particular, in a configuration in which the module terminal T2 or the connector terminal is exposed through the terminal hole T1 or the connector hole C1, there is a high possibility that flames may be exposed due to tolerances or gaps. Therefore, as in the above embodiment, it is preferable that the blocking member 400 preferentially blocks the flame from moving toward the terminal part T or the connector part C from the cell assembly 100 side.
  • the risk of flame being exposed to the outside of the battery module can be further reduced. Accordingly, it is possible to prevent heat propagation between modules due to exposure to flame or damage or fire to other external components.
  • a path through which charging and discharging power of the battery module flows may be connected to the terminal portion T, it is possible to prevent such a charging and discharging power path from being blocked or damaged by a fire or the like. Accordingly, it is possible to prevent a complete shutdown of the device to which the battery module belongs.
  • a cable or the like for transmitting data related to the battery module may be connected to the connector part C. According to the configuration described above, it is possible to prevent or reduce a problem in which related information such as a thermal runaway state is not properly transmitted due to damage to such a cable due to a fire or the like.
  • the terminal part T or the connector part C may be located on the upper side of the battery module, particularly the end frame 300 . Therefore, as shown in FIGS. 3 and 4 , the terminal portion T may be configured to cover the upper side inside the end frame 300 . That is, the blocking member 400 is configured to elongate from the top of the cell assembly 100 to the bottom, but does not extend to the bottom of the cell assembly 100, but only extends to the center of the cell assembly 100. can be made in the form of That is, the blocking member 400 may be configured to cover the central portion and the upper portion of the inner side of the end frame 300 .
  • the flame may be blocked from being directed toward the terminal part (T) to the connector part (C) by the blocking member 400 located on the upper side.
  • the venting gas may detour and move toward the end frame 300 through a lower space where the blocking member 400 is not provided. Therefore, flames (sparks, etc.) with strong linearity are restricted from moving toward the end frame 300, particularly the terminal part T or the connector part C, by the blocking member 400, while the venting gas, etc. ) It can be smoothly moved and discharged toward the end frame 300 through the lower part.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing some components of the cell assembly 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the cell assembly 100 may further include a bus bar unit 120 .
  • the bus bar unit 120 may include a bus bar terminal 121 and a bus bar housing 122 .
  • the bus bar terminal 121 may be made of an electrically conductive material, for example, a metal material such as copper, aluminum, or nickel. Also, the bus bar terminal 121 may be in direct contact with the electrode lead 111 to electrically connect two or more electrode leads 111 to each other. At this time, as a coupling fixing method between the electrode lead 111 and the bus bar terminal 121, a method such as laser welding or ultrasonic welding may be used, but various other fastening methods may be applied.
  • bus bar terminal 121 may be connected to one or more electrode leads 111 to transmit sensing information to a control unit such as a battery management system (BMS). Moreover, the bus bar terminal 121 may be connected to a connector terminal.
  • BMS battery management system
  • the bus bar housing 122 may be made of an electrically insulating material, such as a plastic material. And, the bus bar housing 122 may be configured such that the bus bar terminal 121 is seated and fixed. Moreover, the bus bar housing 122 may be formed with a slit. In addition, the bus bar terminal 121 may be attached to the outside of the bus bar housing 122, for example, to the front side. In this case, the electrode lead 111 may pass through the slit of the bus bar housing 122 and contact the bus bar terminal 121 located outside. In particular, the electrode lead 111 may be coupled and fixed to the bus bar terminal 121 alone or in a stacked state of two or more.
  • the bus bar unit 120 may include a module terminal T2.
  • the module terminal T2 may be provided as a part of the bus bar terminal 121, or may be configured to be connected to the bus bar terminal 121 as a separate configuration from the bus bar terminal 121.
  • bus bar unit 120 located on the front side of the battery module is shown, but the bus bar unit 120 of a similar form may be provided on the rear side of the battery module.
  • the blocking member 400 may have a breathable structure. That is, the blocking member 400 may be configured to block flame while allowing venting gas generated from the battery cell 110 in the module to pass through. This will be described in more detail with further reference to FIG. 7 .
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a functional configuration of a blocking member 400 according to an embodiment of the present invention.
  • venting gas and flame when venting gas and flame (spark) are generated in a specific battery cell 110 among a plurality of battery cells 110 included in the cell assembly 100, the generated gas or flame is indicated by an arrow. It can be ejected and moved as indicated by B1. In particular, as shown in FIG. 7 , venting gas and flames (sparks) may be gathered in the terrace portion E, which is indicated by E.
  • the venting gas composed of pure gas may pass through the blocking member 400 and continue to proceed toward the end frame 300 as indicated by arrow B3 in FIG. 7 .
  • the blocking member 400 may be formed of a material or shape having a permeable function so that gas can pass therethrough.
  • the blocking member 400 may be configured to have micropores or gaps through which venting gas can pass.
  • the blocking member 400 may be formed in a form having pores of 1 mm or less, more 100 ⁇ m or less, and even more 10 ⁇ m or less.
  • venting gas can be discharged while suppressing discharge of flame or the like toward the end frame 300 . Accordingly, while preventing the occurrence or spread of fire due to flame discharge, the internal gas of the battery module in which the event has occurred is quickly discharged to the outside, thereby preventing the battery module from exploding and mitigating the thermal runaway phenomenon.
  • the blocking member 400 may include a fabric part.
  • the fabric part may be configured in a form in which a plurality of fibers are woven.
  • the fabric part may be configured in the form of a flat body having a predetermined area by densely weaving the warp and weft yarns crossing each other up and down.
  • This fabric part may be configured in the form of fibers or woven fabrics.
  • manufacturing of the blocking member 400 can be made more easily.
  • a configuration in which pores are formed to pass venting gas while blocking flames can be easily implemented. That is, by manufacturing a fabric (fiber) in which weft and warp yarns intersect, micropores having a size of several tens of ⁇ m to hundreds of ⁇ m can be naturally formed in the blocking member 400, and a separate process or structure for forming micropores, etc. do not need
  • the blocking member 400 may be made of a material that can withstand a high temperature, for example, a temperature of 400 degrees or higher.
  • the blocking member 400 may be formed of a material or shape having strong heat resistance and fire resistance so as not to be damaged by high-temperature venting gas or flame (spark).
  • the blocking member 400 may be manufactured using at least one of silica fiber and glass fiber.
  • the blocking member 400 may be formed in a woven form in which silica fibers or glass fibers are densely woven. In this case, a blocking configuration capable of stably enduring high temperatures while blocking flames (including sparks) and smoothly discharging venting gas can be easily implemented.
  • the blocking member 400 may be made of such a silica fiber or glass fiber material, or may be configured in a form including such a material.
  • the blocking member 400 may be made of various other materials in addition to these silica fibers or glass fibers, or may be configured in a form including these materials.
  • the blocking member 400 may include at least one of mica, silicon, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic), and an airgel blanket.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • GFRP Glass Fiber Reinforced Plastic
  • airgel blanket an airgel blanket.
  • the blocking member 400 may be formed in a form in which micropores are formed in GFRP. In this case, the flame can be effectively blocked while venting gas is discharged through the blocking member 400 .
  • the blocking member 400 may partially have a different air permeability. This will be described in more detail with reference to FIG. 8 .
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of a blocking member 400 included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • venting gas and a flame may be discharged from the side of the battery cell 110 as indicated by an arrow B1 and directed toward the blocking member 400 . At this time, the flame may be blocked from moving outward without passing through the blocking member 400, as indicated by arrow B2.
  • the venting gas unlike the flame, can pass through the blocking member 400 at least partially, as indicated by arrow B3'.
  • the blocking member 400 may be configured such that the venting gas permeability, that is, whether the venting gas can pass through or not, partially differs.
  • the venting gas passing configuration is indicated by an arrow B3'.
  • the degree of passage of the venting gas is indicated by being divided by the length difference of the arrow B3'. That is, in FIG. 8 , the higher the air permeability of the venting gas, the longer the length of the arrow.
  • the blocking member 400 may have a different configuration for whether or not the venting gas passes or the degree of passage of the venting gas for each part, the effect of blocking or controlling the direction of the venting gas or flame may be further enhanced.
  • the venting gas discharge performance may be further increased by widening pores.
  • the blocking member 400 may be configured to extend from the upper end of the battery cell 110 to the lower end.
  • the blocking member 400 may be easily configured in a form extending from the upper end of the battery cell 110 to the lower end.
  • a configuration capable of blocking the flame while passing the venting gas may be provided as a whole from the upper end to the lower end of the end frame 300 .
  • the configuration of partially different air permeability with respect to the blocking member 400 may be implemented in various forms.
  • the pore size may be partially configured to be different.
  • it may be configured to include a material having a partially different air permeability.
  • it may be configured to partially vary in thickness. In this case, the thin portion may have higher air permeability than the thick portion.
  • the blocking member 400 may be configured in a woven form, but the thickness of the weft and/or warp may be partially different. In this case, the thick portion of the weft or warp yarn may have a lower porosity than the thin portion.
  • the blocking member 400 may have an upper air permeability lower than a lower air permeability.
  • the blocking member 400 may be configured such that air permeability gradually increases from top to bottom.
  • the air permeability of the upper part of the blocking member 400 may be approximately 50% or less of the air permeability of the lower part.
  • the blocking member 400 may be configured so that the air permeability of the upper portion is smaller than that of the lower portion, for example, 30% or less.
  • the blocking member 400 may be configured such that air permeability becomes 0 at the uppermost stage. In this case, the upper end of the blocking member 400 may be completely blocked without air permeability.
  • the amount of venting gas passing through the top of the blocking member 400 is small or not, and the venting gas is vented at the bottom of the blocking member 400. There may be a large amount of gas passing through.
  • venting gas is passed through the upper side of the blocking member 400, but the amount thereof is not large, thereby minimizing the discharge of flame or the like through pores or gaps in the blocking member 400.
  • the lower side of the blocking member 400 increases the venting gas discharge effect rather than the flame blocking effect, so that the venting gas can be discharged more rapidly.
  • the flame may have a strong property of moving to the upper side of the blocking member 400, according to the embodiment, it may be more advantageous to suppress the discharge of the flame.
  • the upper side of the blocking member 400 is likely to face the terminal portion T or the connector portion C of the end frame 300, the flame directed toward the upper side of the blocking member 400 is suppressed as much as possible, Exposure of flame to the terminal part (T) or the connector part (C) can be blocked.
  • a passenger such as a driver may be located on the upper side. Therefore, in the case of blocking the flame toward the upper side as in the above embodiment, the safety of the occupants can be further improved.
  • the blocking member 400 may be partially configured with a different number of layers.
  • the blocking member 400 may have a structure in which the number of upper layers is greater than the number of lower layers. This will be described in more detail with reference to FIG. 9 .
  • FIG. 9 is an enlarged view schematically showing configurations of different parts of one blocking member 400 according to an embodiment of the present invention.
  • (a) of FIG. 9 is an example of an enlarged configuration for the upper portion of the blocking member 400, such as A3 of FIG. 8, and (b) of FIG. 9 is a lower portion of the blocking member 400, such as It may be an example of an enlarged configuration for the A4 part of Fig. 8.
  • the blocking member 400 may be at least partially composed of a plurality of layers.
  • the upper side of the blocking member 400 may be composed of three laminated structures, as indicated by L1, L2, and L3.
  • each unit layer may be configured in the same form or in a different form.
  • each of the three unit layers may be configured in a form in which silica fibers or glass fibers are woven.
  • the three unit layers may be configured to have pores of different sizes.
  • the three unit layers may be arranged in a staggered manner so that the pores are not arranged side by side with each other in the horizontal direction.
  • the upper side of the blocking member 400 may have low air permeability.
  • another part of the blocking member 400 may be composed of one layer.
  • the lower side of the blocking member 400 may have a single-layer structure, as indicated by L1.
  • the unit layer shown in FIG. 9(b) may be one of the three unit layers shown in FIG. 9(a). That is, in the embodiment of FIGS. 8 and 9 , the blocking member 400 has three unit layers of L1, L2, and L3 at the top, but only one unit layer, L1, extends to the bottom. can be configured.
  • the lower side of the blocking member 400 may have a relatively higher air permeability than the upper side.
  • a configuration in which the blocking member 400 has partially different air permeability can be easily implemented.
  • a partial difference in air permeability can be easily derived only by partially differently arranging the number of layers of the blocking member 400 configured in the form of a fiber.
  • partially different air permeability of the blocking member 400 may be implemented in various other ways.
  • the upper fabric portion and the lower fabric portion may have micropores having different sizes.
  • the fabric portion on the upper side may be woven with fibers having a greater thickness than the fabric portion on the lower side.
  • the size of micropores in the upper fabric portion may be smaller than that of the lower fabric portion.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a blocking member 400 included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the blocking member 400 may further include a body portion 420 together with a fabric portion 410 .
  • the body part 420 may have a different shape from the fabric part 410 .
  • the body portion 420 may be configured in a form with lower air permeability than the fabric portion 410 .
  • the body portion 420 may be configured to have zero air permeability so that venting gas does not pass through.
  • the body portion 420 may be configured to have air permeability above a certain level.
  • the body portion 420 may be configured to form micropores.
  • the body portion 420 may be made of various materials that can block flames and withstand high temperatures.
  • the body part 420 may be configured in the form of an injection molding of heat-resistant plastic.
  • the body portion 420 may be made of Mica or silicon.
  • the body portion 420 may be made of a material such as CFRP or GFRP.
  • the body portion 420 is easy to configure in a form advantageous to flame blocking compared to the fabric portion 410.
  • the body portion 420 may be advantageous in having structural stability compared to the fabric portion 410 . Accordingly, the body portion 420 may serve to stably maintain the position and shape of the fabric portion 410 inside the battery module.
  • the fabric part 410 is composed of a woven type, it may be difficult to maintain the shape, but when the body part 420 is provided together, the structure of the fabric part 410 can be maintained more stably.
  • the fabric portion 410 may be located on a portion of the body portion 420 .
  • the fabric part 410 may be located at the lower end of the body part 420 .
  • the fabric part 410 may be coupled and fixed to the body part 420 in various forms.
  • the fabric part 410 is provided only at the lower end of the body part 420, and may be coupled and fixed to the lower part of the body part 420 in various ways such as bolting, adhesion, welding, insertion, or hook coupling. .
  • the flame blocking effect is stably achieved through the body portion 420, while the fabric portion 410 Through this, the discharge effect of the venting gas can be performed smoothly.
  • the flame has a property to go toward the upper side, and the terminal part T or the connector part C is easy to be located on the upper side, when the body part 420 is located on the upper side of the blocking member 400, It may be more suitable for securing safety through flame blocking.
  • the fabric part 410 and the body part 420 are positioned only on a portion of the blocking member 400, thereby reducing the weight of the battery module or reducing production cost.
  • the fabric part 410 may be inserted into the body part 420 .
  • the body part 420 may be made of a plastic material, and the fabric part 410 made of silica fiber or glass fiber may be manufactured in an insert-injected form.
  • the entire inside of the body portion 420 that is, from the top to the bottom of the body portion 420, the long fabric portion 410 may be inserted into the form.
  • the coupling between the fabric part 410 and the body part 420 is secured more stably, while the flame blocking effect in the body part 420 can be further improved.
  • the fabric part 410 allows the venting gas to be discharged smoothly, so that the expeditiousness of the venting gas can be ensured.
  • the blocking member 400 may be configured such that an upper end is bent toward the cell assembly 100 . This will be described in more detail with further reference to FIGS. 11 and 12 .
  • FIGS. 11 and 12 are perspective views schematically showing the configuration of the blocking member 400 included in the battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from the front and rear.
  • FIGS. 11 and 12 may be enlarged views of the configuration of the blocking member 400 disposed on the front side of the battery module in FIG. 3 .
  • the blocking member 400 may have a cover portion configured in a substantially raised plate shape to cover the front of the cell assembly 100, as indicated by D1.
  • a through hole may be formed in the cover part D1, as indicated by H1.
  • the module terminal T2 or the connector terminal of the cell assembly 100 described above may pass through the through hole H1.
  • the blocking member 400 may have an upper end bent portion bent from the upper end of the cover portion D1 toward the rear side (-X axis direction) toward the battery cell 110. .
  • the upper bent portion D2 of the blocking member 400 may be configured to surround the upper side end of the cell assembly 100 .
  • coupling between the cell assembly 100 and the blocking member 400 can be further improved.
  • the top bent portion D2 of the blocking member 400 may be disposed as indicated by A5 in the exemplary embodiment of FIG. 8 .
  • flames directed toward the blocking member 400 from the battery cell 110 side are blocked by the blocking member 400 and then bent upward as indicated by arrow B2.
  • the flame blocked by the blocking member 400 may be suppressed from being directed toward the upper side of the battery module by the bent upper end portion D2 of the blocking member 400 . Therefore, it may be more advantageous to protect occupants and the like located on the upper side of the battery module.
  • the blocking member 400 may include a side bent portion bent toward the battery cell 110 from the side of the cover portion D1, as indicated by D3 in FIGS. 11 and 12 .
  • the blocking member 400 of FIGS. 11 and 12 is a member positioned on the front side of the cell assembly 100, the left end and the right end end the cell assembly 100 as indicated by D3. It may be configured in a form bent toward the rear.
  • the side bent portion D3 of the blocking member 400 may be configured to surround the ends of the left and right portions of the cell assembly 100 .
  • FIG. 13 is a perspective view of a configuration of a blocking member 400 included in a battery module according to another embodiment of the present invention viewed from the rear side.
  • FIG. 13 may be referred to as a modified example of FIG. 12 .
  • 14 is an enlarged cross-sectional view of portion A6 in FIG. 13 .
  • the blocking member 400 may include a blocking rib as indicated by R around the through hole H1 .
  • a module terminal T2 or the like may pass through the through hole H1 of the blocking member 400 .
  • the blocking rib R may protrude inward from the periphery of the through hole H1 to where the cell assembly 100 is located.
  • a blocking rib R may be provided on an inner surface of the blocking rib R protruding backward (in the -X-axis direction).
  • the module terminal T2 and the connector terminal are located on the upper side of the battery module.
  • the through hole H1 may be located on the upper side of the blocking member 400 .
  • the blocking rib R may be positioned below the through hole H1. Therefore, it can be seen that the blocking rib R is positioned below the module terminal T2 or the connector terminal.
  • the blocking rib R may block the flame from directly heading to the through hole H1. Further, the flame may be reflected from the inner surface of the blocking member 400 and continue to propagate, as indicated by arrow B2. According to the above embodiment, flames traveling in a form reflected from the inner surface of the blocking member 400 are also blocked, so that the flames can be minimized from being discharged to the outside through the through-holes H1.
  • FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of some components of a blocking member 400 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 may be a modified example of the embodiment of FIG. 14 .
  • the blocking member 400 includes a blocking rib R, and an end portion of the blocking rib R may be configured in a bent shape.
  • the blocking rib R is formed in the form of protruding and extending horizontally inward from the cover portion D1 of the blocking member 400, and has an inner end bent downward, as shown at A7. can have a shape.
  • the effect of suppressing flame discharge in the through hole H1 of the blocking rib R can be further increased.
  • flames reaching the lower surface of the blocking rib R can be directed downward, as indicated by an arrow B5, by an inward bent portion of the blocking rib R. Therefore, since the flame is further away from the through hole H1, the possibility of the flame being exposed through the through hole H1 may be further reduced.
  • 16 is a diagram schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules M according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention can effectively prevent a thermal event from propagating between battery modules.
  • a venting gas may be discharged from a specific battery module indicated by M1, as indicated by A8 in FIG. 16 .
  • a heat source such as a flame (spark, etc.) may not exist in the venting gas as indicated by X. Accordingly, damage caused by flame or propagation of thermal runaway between the battery modules M may be prevented.
  • the battery pack according to the present invention in addition to the battery module, other various components, such as a BMS (Battery Management System) or bus bar (connection between battery modules, connection between battery modules and pack terminals, etc.), relays, current sensors It may further include components of various battery packs known at the time of filing of the present invention, such as the like.
  • BMS Battery Management System
  • bus bar connection between battery modules, connection between battery modules and pack terminals, etc.
  • relays current sensors
  • current sensors may further include components of various battery packs known at the time of filing of the present invention, such as the like.
  • components such as a BMS, a bus bar, a relay, and a current sensor may be included as components of the battery module according to the present invention.
  • components such as a BMS, a bus bar, a relay, and a current sensor may be located inside a module case having a body frame 200 and an end frame 300 .
  • the battery module may be referred to as a battery pack
  • the module case may be referred to as a pack case or a pack housing.
  • the battery module according to the present invention can be applied to vehicles such as electric vehicles or hybrid vehicles. That is, the vehicle according to the present invention may include the battery module according to the present invention or the battery pack according to the present invention. In addition, the vehicle according to the present invention may further include various other components included in the vehicle in addition to the battery module or the battery pack. For example, a vehicle according to the present invention may further include a control device such as a vehicle body, a motor, and an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • a control device such as a vehicle body, a motor, and an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • ECU electronice control unit
  • bus bar terminal 121: bus bar terminal, 122: bus bar housing
  • T1 terminal hole
  • T2 module terminal
  • D1 cover part
  • D2 upper bent part
  • D3 side bent part

Landscapes

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Abstract

본 발명은 안전성이 강화된 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하도록 구성되며 적어도 일측에 개방부가 형성된 본체 프레임; 상기 본체 프레임의 개방부에 결합되며, 단자부 및 커넥터부 중 적어도 하나가 마련된 엔드 프레임; 및 상기 엔드 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되어, 화염의 진행을 차단하도록 구성된 차단 부재를 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 모듈
본 출원은 2021년 12월 23일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0186634호에 대한 우선권 주장 출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.
스마트폰, 노트북, 웨어러블 기기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용하는 경우가 많다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해질과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지(배터리 셀)는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되는 경우, 배터리 모듈 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생한 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 모듈로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 열폭주 전파가 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈에서 발생한 이벤트는 여러 배터리 모듈의 연쇄적인 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으키거나 그 규모를 크게 할 우려가 있다.
특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 화염 등이 외부로 배출될 수 있다. 이때, 화염의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 화염이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 가능성이 크다.
배터리 모듈의 경우, 내부에 수납된 셀 어셈블리를 중심으로, 상부, 하부, 좌측, 우측, 전방 및 후방의 6면이 프레임에 의해 감싸진 형태로 구성되어 있다. 하지만, 종래 배터리 모듈의 경우, 내부에서 열 폭주 등이 발생한 상황에서는, 화염 등을 완전히 차단하지 못하고, 화염 등이 외부로 노출될 가능성이 매우 많다.
특히, 통상적인 배터리 모듈에서는, 전기 에너지의 공급과 충전을 위한 모듈 단자나 전압이나 온도 등의 센싱을 위한 모듈 커넥터가 외부로 노출된 형태로 구비되는 경우가 많다. 그런데, 모듈 단자나 모듈 커넥터가 외부로 노출되기 위해서는, 모듈 프레임에 홀이 형성되어야 하고, 공차로 인해 이러한 홀과 모듈 단자 내지 모듈 커넥터 사이에 틈이 형성되어, 화염이나 스파크 등이 외부로 배출될 위험성이 있다.
더욱이, 모듈 단자나 모듈 커넥터 주변에는, 다른 부분과의 절연 거리 내지 수밀성 등의 확보를 위해, 전기 절연성 사출물로 감싸져 있을 수 있다. 그러나, 열폭주 등의 상황에서는, 이러한 모듈 단자나 모듈 커넥터 측으로 화염이 분출될 위험성이 많다. 더욱이, 가스 및 열에 노출되면, 이러한 절연성 사출물은 용융되어, 절연성 사출물이 위치한 자리는 빈 공간으로 남게 될 수 있다. 그리고, 이러한 빈 공간은, 다량의 화염이 분출되는 통로가 되어, 다른 배터리 모듈로 열 폭주 상황을 전파시키거나, 외부의 다른 구성요소에 대하여 화재를 일으킬 수 있다. 또한, 이러한 빈 공간은, 외부의 공기 등이 내부로 유입되는 통로가 될 수 있다. 따라서, 해당 배터리 모듈에 대하여 화재를 일으키거나 화재의 규모를 크게 할 우려도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 발생된 화염 등에 의한 열 전파가 효과적으로 억제될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하도록 구성되며 적어도 일측에 개방부가 형성된 본체 프레임; 상기 본체 프레임의 개방부에 결합되며, 단자부 및 커넥터부 중 적어도 하나가 마련된 엔드 프레임; 및 상기 엔드 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되어, 화염의 진행을 차단하도록 구성된 차단 부재를 포함한다.
여기서, 상기 셀 어셈블리는, 상기 본체 프레임의 개방부 측으로 전극 리드가 배치된 형태로 수평 방향으로 배열된 다수의 파우치형 전지를 구비할 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 상기 단자부 및 상기 커넥터부 중 적어도 하나에 대하여 화염의 진행을 차단하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 통기성 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 다수의 파이버가 직조된 형태로 구성된 직물부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 직물부는, 실리카 파이버 및 글라스 파이버 중 적어도 하나의 파이버를 이용할 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 바디부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 직물부는, 상기 바디부의 일부분에 위치할 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 부분적으로 다른 통기도를 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 상부의 통기도가 하부의 통기도보다 낮게 구성될 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 상부의 적층 수가 하부의 적층 수보다 많게 구성될 수 있다.
또한, 상기 차단 부재는, 상단이 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 간 열 전파(thermal propagation)가 효과적으로 억제될 수 있다.
특히, 열적 이벤트가 발생하게 되면, 배터리 셀 내부에서 다량의 벤팅 가스와 함께 스파크가 포함된 화염 등이 발생할 수 있는데, 본 발명의 상기 측면에 의하면, 벤팅 가스는 외부로 배출하면서 화염 내지 스파크의 방출을 억제하고 그 방향을 규제할 수 있다.
더욱이, 배터리 셀로서 파우치형 전지가 채용된 배터리 모듈의 경우, 열적 이벤트 발생 시, 전극 리드가 있는 전방 및 후방 측 부분에서 가스나 화염 등이 집중적으로 방출될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스와 함께 화염 내지 스파크 등은 배터리 셀의 테라스 부분으로 포집될 가능성이 많다. 그런데, 본 발명의 상기 측면에 의하면, 이러한 경우에 대해서도, 효과적인 화염 제어가 가능할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스는 원활하게 배출되도록 하면서도, 화재의 3 조건 중 하나인 열원으로서 작용할 수 있는 화염 등은 차단되도록 함으로써, 화재가 발생하거나 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
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 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면도이다.
도 5는, 도 4의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 부재의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 차단 부재의 서로 다른 부분에 대한 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재의 구성을 전방 및 후방에서 바라본 형태로 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재의 구성을 후방 측에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 14는, 도 13의 A6 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차단 부재의 일부 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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 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.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다. 특히, 각 도면에서, X축 방향은 전후 방향, Y축 방향은 좌우 방향, Z축 방향은 상하 방향을 각각 나타낸다고 할 수 있다.
그리고, 본 명세서에서는, 각 구성요소에 대하여 내측 또는 외측이라는 용어가 사용될 수 있는데, 특별한 다른 설명이 없는 한, 내측은 각 구성요소에서 배터리 모듈의 중심을 향하는 방향을 의미하고, 외측은 그 반대 방향을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 여러 실시예가 포함될 수 있으며, 각 실시예에 대해서는, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 사시도이다. 또한, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 본체 프레임(200), 엔드 프레임(300) 및 차단 부재(400)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 배터리 셀(110)을 구비한다. 배터리 셀(110)은, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 배터리 셀(110)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 더욱이, 배터리 셀(110)은 셀 어셈블리(100)에 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 파우치형 전지가 상하 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태에서, 수평 방향(좌우 방향, Y축 방향)으로 적층된 형태로 나란하게 배열될 수 있다.
각각의 배터리 셀(110)은, 전극 리드(111)를 구비할 수 있다. 이때, 전극 리드(111)는, 각 배터리 셀(110)의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 다수의 배터리 셀(110)은, 전극 리드(111)를 통해 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는, 서로 접촉하여 직접 연결될 수도 있고, 버스바 등을 통해 간접적으로 연결될 수도 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 리드(111)가 양방향으로 돌출된 이차 전지는 양방향 셀이라고 할 수 있다. 반면, 전극 리드(111)가 일방향으로 돌출된 이차 전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다.
다만, 본 발명은 이러한 이차 전지의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지가 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
상기 본체 프레임(200)은, 내부에 빈 공간이 형성되어, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수납하도록 구성될 수 있다. 그리고, 본체 프레임(200)은 적어도 일측에 개방부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 본체 프레임(200)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 중공이 형성된 관 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 본체 프레임(200)은, 사각 관 형태로 형성될 수 있다. 이러한 형태의 본체 프레임(200)은, 모노 프레임과 같은 용어로 지칭될 수 있다. 이때, 본체 프레임(200)은, 내부 공간을 중심으로, 상부, 하부, 좌측부 및 우측부가 폐쇄되고, 전방 및 후방에 개방부가 형성될 수 있다.
상기 본체 프레임(200)은, 내부에 수납된 셀 어셈블리(100)를 안정적으로 보호하기 위해, 일정 수준 이상의 강성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본체 프레임(200)은, 플라스틱 재질, 또는 스틸, SUS, 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
상기 엔드 프레임(300)은, 본체 프레임(200)의 개방부에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 3 등에 도시된 바와 같이, 본체 프레임(200)의 전방에 O1으로 표시된 바와 같은 개방부가 형성되고, 본체 프레임(200)의 후방에 O2로 표시된 바와 같은 개방부가 형성될 수 있다. 이때, 엔드 프레임(300) 역시 본체 프레임(200)의 전방 개방부(O1) 및 후방 개방부(O2)에 각각 결합되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 엔드 프레임(300)은, 전방 프레임(310) 및 후방 프레임(320)을 구비할 수 있다.
엔드 프레임(300)은, 용접이나 볼팅 등 다양한 방법으로 본체 프레임(200)에 결합될 수 있다. 그리고, 엔드 프레임(300)은, 이와 같이 본체 프레임(200)의 개방부에 결합됨으로써, 본체 프레임(200)의 내부 공간이 폐쇄되도록 할 수 있다.
상기 엔드 프레임(300)은, 플라스틱이나 금속 재질로 구성될 수 있다. 특히, 엔드 프레임(300)은, 본체 프레임(200)과 동일하거나 유사한 재질로 이루어지거나 그러한 재질을 구비할 수 있다. 이 경우, 엔드 프레임(300)은, 본체 프레임(200)과의 용접 내지 부착 시, 결합성이 향상될 수 있다.
상기 엔드 프레임(300)은, 도 1에서 T로 표시된 부분과 같이, 단자부가 형성될 수 있다. 상기 단자부(T)는, 배터리 모듈을 외부의 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 모듈 또는 팩 단자와 연결되기 위한 부분으로서, 충방전 전원이 흐르는 단자일 수 있다. 상기 단자부(T)는, 양극 단자 및 음극 단자를 구비할 수 있다. 이러한 양극 단자와 음극 단자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 엔드 프레임(300), 이를테면 전방 프레임(310) 측에 함께 형성될 수 있다. 다른 예로, 양극 단자와 음극 단자는, 서로 다른 프레임, 이를테면 전방 프레임(310)과 후방 프레임(320)에 각각 형성될 수 있다.
엔드 프레임(300)에 형성된 단자부(T)는, 셀 어셈블리(100) 측의 모듈 단자가 외부로 노출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 T2로 표시된 바와 같은 금속성 재질의 모듈 단자가 구비될 수 있다. 모듈 단자(T2)는, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 이때, 모듈 단자(T2)는, 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 알루미늄, 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 엔드 프레임(300)에는 이러한 모듈 단자(T2)가 외부로 노출될 수 있도록 T1으로 표시된 바와 같은 형태의 단자 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전방 프레임(310)에는, 2개의 단자 홀(T1)이 형성되어, 양극 단자와 음극 단자가 이러한 단자 홀(T1)을 통해 각각 외부로 노출될 수 있다.
또한, 상기 엔드 프레임(300)은, 도 2에서 C로 표시된 바와 같이, 커넥터부가 형성될 수 있다. 상기 커넥터부(C)는, 배터리 모듈 내부의 구성요소와 외부의 구성요소 사이의 정보를 송수신하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 배터리 모듈 외부에는 BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛이 마련될 수 있다. 이때, BMS는 커넥터부(C)에 연결되어, 셀 어셈블리(100)의 전압이나 전류, 배터리 모듈 내부 또는 외부의 온도 등에 대한 정보를 수집할 수 있다.
엔드 프레임(300)에 형성된 커넥터부(C)는, 셀 어셈블리(100) 측의 커넥터 단자가 외부로 노출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에 커넥터 단자가 구비될 수 있다. 그리고, 엔드 프레임(300)에는, 이러한 커넥터 단자가 외측으로 노출될 수 있도록 C1로 표시된 바와 같은 형태의 커넥터 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 후방 프레임(320)에는, 1개의 커넥터 홀(C1)이 형성되어, 셀 어셈블리(100) 측의 커넥터 단자가 이러한 커넥터 홀(C1)을 통해 외부로 노출될 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 엔드 프레임(300)과 셀 어셈블리(100) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 부재(400)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측과 전방 프레임(310) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 차단 부재(400)는, 셀 어셈블리(100)의 후방 측과 후방 프레임(320) 사이에 개재될 수 있다.
특히, 상기 차단 부재(400)는, 화염을 차단하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4 및 도 5를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면 구성으로서, 배터리 모듈의 전방 측 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다. 또한, 도 5는, 도 4의 A2 부분에 대한 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 차단 부재(400)는, 셀 어셈블리(100) 측에서 발생된 화염의 진행을 차단하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 먼저 살펴보면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 일부 배터리 셀(110)에서 열 폭주 등과 같은 열적 이벤트가 발생하는 경우, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스와 함께 화염이 배출될 수 있다. 이때, 벤팅 가스와 함께 배출된 화염은, 여러 방향으로 이동할 수 있는데, 적어도 차단 부재(400)에 이르러서는 그 이동이 차단될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이 진행하는 화염은, 차단 부재(400)에 도달하는 경우, 차단 부재(400)에 부딪혀 그 이동이 저지되고, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리가 위치하는 내측으로 방향이 전환될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100) 측에서 분출된 화염 등이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것이 억제될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 엔드 프레임(300)의 내측에 차단 부재(400)가 위치하므로, 셀 어셈블리(100)로부터 화염이 발생하더라도, 엔드 프레임(300) 측으로 이러한 화염이 배출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 외측에 위치하는 다른 구성들에 대하여, 열폭주 내지 화재 등이 전파되는 문제가 예방될 수 있다.
더욱이, 엔드 프레임(300) 측에는, 다른 배터리 모듈이 위치하거나 전원 또는 데이터의 전송을 위한 다양한 연결 부품이 존재할 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 배터리 모듈로 열폭주 상황이 전파되는 것을 방지하거나, 연결 부품에 대한 보호가 가능할 수 있다.
한편, 본 명세서에 기재된 화염이라는 용어의 경우, 기체가 연소하면서 발광되는 형태 뿐 아니라, 고체나 액체 물질이 가열된 형태도 포함될 수 있다. 예를 들어, 열 폭주 시 배터리 셀(110)로부터 벤팅 가스와 함께 배출되는 스파크나 고온의 활물질 입자 등도, 넓은 의미로서 차단 부재(400)에 의해 차단되는 화염에 포함될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)로서, 파우치형 전지를 다수 구비할 수 있다. 여기서, 다수의 파우치형 전지는, 각각 수직 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향, 이를테면 좌우 방향으로 나란하게 배열될 수 있다. 특히, 각각의 파우치형 전지는, 전극 리드(111)를 구비할 수 있다. 그리고, 각 파우치형 전지의 전극 리드(111)는, 본체 프레임(200)의 개방부 측을 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 다수의 파우치형 전지는, 양방향 셀로서, 양극 리드와 음극 리드가 전방 및 후방 양단에 위치할 수 있다. 이때, 본체 프레임(200)의 전후방 양단은, O1 및 O2로 표시된 바와 같이, 각각 개방된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 전극 리드(111)는, 본체 프레임(200)의 개방부를 향하도록 배치된다고 할 수 있다. 더욱이, 본체 프레임(200)의 개방부 측에는 엔드 프레임(300)이 위치하며, 이러한 엔드 프레임(300)의 내측에는 차단 부재(400)가 위치할 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)는, 전극 리드(111)가 구비된 측면이 차단 부재(400)에 대면되는 형태로 배치된다고 할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 차단 부재(400)는, 전극 리드(111)의 외측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 대하여 전방 및 후방 측에 전극 리드(111)가 돌출 배치된 경우, 2개의 차단 부재(400)가 셀 어셈블리(100)의 전방 외측 및 후방 외측에 각각 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 화염의 차단 성능이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 배터리 셀(110) 내부에서 다량의 벤팅 가스 등이 발생하게 되면, 벤팅 가스 등은, 도 4에서 E로 표시된 부분과 같은 테라스부로 집중될 수 있다. 여기서, 테라스부(E)는, 파우치형 전지의 테두리에 형성된 여러 실링부 중, 전극 리드(111)가 개재된 실링부를 의미할 수 있다. 배터리 셀(110)의 내압이 일정 수준을 넘어서게 되면, 테라스부(E) 측이 파열 내지 손상되어, 내부의 벤팅 가스와 함께 화염이 외부로 배출될 수 있다. 또는, 셀 어셈블리(100)에서 테라스부(E)가 위치하는 공간은 다른 부분에 비해 빈 공간이 많으므로, 화염 등은 이러한 테라스부(E) 측으로 모이기 쉽다. 또한, 배터리 모듈 내부에서 화염 등이 발생되면, 화염 등은 고온의 특성을 가지며, 셀 어셈블리(100)의 상부 측에는 각 배터리 셀(110)의 상단 실링부가 위치한다. 따라서, 화염 등은, 셀 어셈블리(100)의 상부 측으로 이동한 후, 도 4에서 화살표 B4로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부 공간을 통해 전후 방향으로 이동하여 테라스부(E) 측으로 집중되기 쉽다.
이때, 테라스부(E)의 외측에 차단 부재(400)가 위치하면, 테라스부(E)에 화염이 집중되더라도, 엔드 프레임(300) 측으로 화염이 진행하는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 엔드 프레임(300)을 통해 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
더욱이, 상기 차단 부재(400)는, 단자부(T) 및/또는 커넥터부(C)에 대하여 화염의 진행을 차단하도록 구성될 수 있다. 즉, 차단 부재(400)는, 엔드 프레임(300) 중에서, 특히 단자부(T)나 커넥터부(C) 측으로 화염이 향하는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
단자부(T)나 커넥터부(C)는, 엔드 프레임(300)에 홀 형태의 구조가 형성되고, 이러한 홀을 통해 셀 어셈블리(100) 측에 위치하는 단자가 외부로 노출되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 엔드 프레임(300)에 형성된 홀, 이를테면 단자 홀(T1)이나 커넥터 홀(C1)로 화염이나 스파크 등이 배출될 위험성이 높다. 특히, 단자 홀(T1)이나 커넥터 홀(C1)에 모듈 단자(T2)나 커넥터 단자가 노출되는 구성에서는, 공차 내지 빈 틈으로 인해, 화염이 노출될 가능성이 많다. 따라서, 상기 실시 구성과 같이, 차단 부재(400)는, 셀 어셈블리(100) 측에서 단자부(T)나 커넥터부(C)로 화염이 향하는 것을 우선적으로 차단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 외부로 화염이 노출될 위험성을 더욱 낮출 수 있다. 따라서, 화염 노출로 인한 모듈 간 열 전파나, 외부에 위치하는 다른 구성요소에서 손상 내지 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 단자부(T)에는 배터리 모듈의 충방전 전원이 흐르는 경로가 연결될 수 있으므로, 화염 등에 의해 이러한 충방전 전원 경로가 차단되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈이 속한 장치의 전체적인 셧 다운 등을 방지할 수 있다. 또한, 커넥터부(C)에는 배터리 모듈에 관련된 데이터를 전달하기 위한 케이블 등이 접속될 수 있다. 상기 실시 구성에 의하면, 화염 등으로 인해 이러한 케이블이 손상되어, 열 폭주 상태 등의 관련 정보가 제대로 전달되지 못하는 문제를 예방하거나 감소시킬 수 있다.
단자부(T)나 커넥터부(C)는, 배터리 모듈, 특히 엔드 프레임(300)에서 상부 측에 위치할 수 있다. 따라서, 단자부(T)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 엔드 프레임(300)의 내측에서, 상부 측을 커버하는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 차단 부재(400)는, 셀 어셈블리(100)의 상단에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성되되, 셀 어셈블리(100)의 하단까지 연장되지 않고, 셀 어셈블리(100)의 중앙 부분까지만 연장된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 차단 부재(400)는, 엔드 프레임(300)의 내측에서, 중앙 부분 및 상부를 커버하는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 상부 측에 위치하는 차단 부재(400)에 의해, 화염이 단자부(T) 내지 커넥터부(C) 측으로 향하는 것이 차단될 수 있다. 그리고, 벤팅 가스 등은, 차단 부재(400)가 마련되지 않는 하부 공간을 통해 엔드 프레임(300) 측으로 우회하여 이동할 수 있다. 따라서, 직진성이 강한 화염(스파크 등)은 차단 부재(400)에 의해 엔드 프레임(300), 특히 단자부(T)나 커넥터부(C) 측으로 이동하는 것이 제한되면서도, 벤팅 가스 등은 차단 부재(400)의 하부를 통해 엔드 프레임(300) 측으로 원활하게 이동 배출될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어셈블리(100)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 6을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는, 버스바 유닛(120)을 더 구비할 수 있다.
상기 버스바 유닛(120)은, 버스바 단자(121) 및 버스바 하우징(122)을 구비할 수 있다. 버스바 단자(121)는, 전기적으로 전도성 재질, 이를테면 구리나 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 단자(121)는, 전극 리드(111)에 직접 접촉되어, 둘 이상의 전극 리드(111) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이때, 전극 리드(111)와 버스바 단자(121) 사이의 결합 고정 방식은, 레이저 용접 또는 초음파 용접 등의 방식이 이용될 수 있으나, 그 밖의 다른 다양한 체결 방식이 적용될 수도 있다.
또한, 버스바 단자(121)는, 하나 이상의 전극 리드(111)에 연결되어, BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛으로 센싱 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 버스바 단자(121)는, 커넥터 단자에 연결될 수 있다.
버스바 하우징(122)은, 전기적으로 절연성 재질, 이를테면 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(122)은, 버스바 단자(121)가 안착되어 고정되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 버스바 하우징(122)은, 슬릿이 형성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(122)의 외측, 이를테면 전방 측에 버스바 단자(121)가 부착될 수 있다. 이 경우, 전극 리드(111)는, 버스바 하우징(122)의 슬릿을 관통하여 외측에 위치한 버스바 단자(121)에 접촉될 수 있다. 특히, 전극 리드(111)는, 단독으로 또는 둘 이상이 적층된 상태에서, 버스바 단자(121)와 결합 고정될 수 있다.
또한, 버스바 유닛(120)은, 모듈 단자(T2)를 구비할 수 있다. 이때, 모듈 단자(T2)는, 버스바 단자(121)의 일부로서 마련될 수도 있고, 버스바 단자(121)와는 별도의 구성으로서 버스바 단자(121)와 연결되도록 구성될 수도 있다.
한편, 도 6에서는, 배터리 모듈의 전방 측에 위치하는 버스바 유닛(120)이 도시되어 있으나, 배터리 모듈의 후방 측에도 이와 유사한 형태의 버스바 유닛(120)이 구비될 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 통기성 구조로 구성될 수 있다. 즉, 상기 차단 부재(400)는, 모듈 내 배터리 셀(110)로부터 발생되는 벤팅 가스는 통과하도록 하면서도 화염은 차단하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 부재(400)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 포함된 다수의 배터리 셀(110) 중 특정 배터리 셀(110)에서 벤팅 가스 및 화염(스파크) 등이 발생한 경우, 발생된 가스나 화염 등은, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이 분출되어 이동할 수 있다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 벤팅 가스 및 화염(스파크) 등은, E로 표시된 부분인 테라스부(E)에 모일 수 있다.
이때, 테라스부(E)에 포집된 화염 등은, 도 7에서 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 차단 부재(400)에 의해 반사되어 외측으로의 이동이 제한될 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 화염이 엔드 프레임(300) 측으로 진행하여 외부로 화염이 노출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 순수 기체로 구성된 벤팅 가스 등은, 도 7에서 화살표 B3로 표시된 바와 같이, 차단 부재(400)를 통과하여 엔드 프레임(300) 측으로 계속해서 진행할 수 있다. 이를 위해 차단 부재(400)는, 가스는 통과할 수 있도록 투과성 기능을 갖는 재질이나 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(400)는, 벤팅 가스가 통과할 수 있도록 미세 기공이나 틈을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 차단 부재(400)는, 1mm 이하, 더욱이 100㎛ 이하, 더 나아가 10㎛ 이하의 기공을 갖는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 엔드 프레임(300) 측으로 화염 등의 배출은 억제하면서도 벤팅 가스는 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 화염 배출에 의한 화재 발생 내지 확산을 방지하면서도, 이벤트가 발생한 배터리 모듈의 내부 가스는 외부로 신속히 배출하여, 해당 배터리 모듈의 폭발을 차단하고 열 폭주 현상을 완화시킬 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 직물부를 구비할 수 있다. 직물부는, 다수의 파이버가 직조된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 직물부는, 날실과 씨실이 서로 아래위로 교차하여 촘촘하게 짜여짐으로써, 소정 넓이를 갖는 평면체 형태로 구성될 수 있다. 이러한 직물부는, 섬유 내지 직포 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)의 제조가 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 화염은 차단하면서도 벤팅 가스는 통과시킬 수 있도록 기공이 형성되는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 즉, 씨실과 날실이 교차하는 직물(섬유)을 제조함으로써, 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛ 크기를 갖는 미세 기공이 차단 부재(400)에 자연스럽게 형성될 수 있으며, 미세 기공 등을 형성하는 별도의 공정 내지 구조가 필요 없다.
상기 차단 부재(400)는, 높은 온도, 이를테면 400도 이상의 온도에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 차단 부재(400)는, 고온의 벤팅 가스나 화염(스파크) 등에 손상되지 않도록, 내열성 및 내화성이 강한 재질 또는 형태로 구성될 수 있다.
특히, 상기 차단 부재(400)는, 실리카 파이버(Silica fiber) 및 글라스 파이버(Glass fiber) 중 적어도 하나의 파이버를 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 부재(400)는, 실리카 파이버 또는 글라스 파이버가 촘촘하게 짜여진 직조 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 화염(스파크 등 포함)은 차단하면서 벤팅 가스는 원활히 배출되도록 하고, 높은 온도에서도 안정적으로 견딜 수 있는 차단 구성이 용이하게 구현될 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 이러한 실리카 파이버나 글라스 파이버 재질로 이루어지거나, 이러한 재질을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 차단 부재(400)는, 이러한 실리카 파이버나 글라스 파이버 이외에, 다른 다양한 재질로 이루어지거나, 이러한 재질을 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
예를 들어, 차단 부재(400)는, 미카(Mica), 실리콘(Silicone), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 및 에어로젤 블랑켓(Aerogel blanket) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 상기 차단 부재(400)는, GFRP에 미세 기공이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 차단 부재(400)를 통해 벤팅 가스는 배출되도록 하면서 화염은 효과적으로 차단되도록 할 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 부분적으로 통기도가 다르게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재(400)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 셀(110) 측에서 벤팅 가스와 화염 등이 화살표 B1으로 표시된 바와 같이 배출되어, 차단 부재(400) 측으로 향할 수 있다. 이때, 화염은, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 차단 부재(400)를 통과하지 못하고 외측으로 이동하는 것이 차단될 수 있다. 반면, 벤팅 가스는, 화염과 달리, 화살표 B3'으로 표시된 바와 같이, 적어도 부분적으로 차단 부재(400)를 통과할 수 있다.
특히, 차단 부재(400)는, 벤팅 가스의 통기도, 즉 벤팅 가스의 통과 가능 유무나 통과량이 부분적으로 다르도록 구성될 수 있다. 도 8에서는, 벤팅 가스의 통과 구성이 화살표 B3'으로 표시되어 있다. 그리고, 벤팅 가스의 통과 가능 정도는, 화살표 B3'의 길이 차이로 구분되어 표시되어 있다. 즉, 도 8에서는, 벤팅 가스의 통기도가 높을수록, 상대적으로 화살표의 길이가 길게 도시되어 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)에 대하여, 벤팅 가스의 통과 유무나 통과 정도 등을 부분 별로 다르게 구성할 수 있으므로, 벤팅 가스나 화염의 차단 내지 방향 제어 효과를 더욱 높일 수 있다. 예를 들어, 화염 등이 향하는 것을 확실하게 방지해야 하는 부분에 대해서는, 벤팅 가스의 통기도를 낮춤으로써, 차단 부재(400)의 기공 등을 통해 화염이 새어 나가는 것을 최대한 억제할 수 있다. 반면, 화염 차단 필요성이 상대적으로 낮은 부분에 대해서는, 기공 등을 넓혀 벤팅 가스의 배출 성능이 더욱 높아지도록 할 수 있다.
더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)가 배터리 셀(110)의 상단에서 하단까지 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 차단 부재(400)가 배터리 셀(110)의 상단에서 하단까지 길게 연장된 형태로 구성되기 용이하다. 이 경우, 벤팅 가스는 통과시키면서 화염은 차단할 수 있는 구성이, 엔드 프레임(300)의 상단에서 하단까지 전체적으로 마련될 수 있다.
상기 실시 구성에서, 차단 부재(400)에 대하여 부분적으로 통기도를 다르게 하는 구성은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(400)에 대하여, 부분적으로 기공 크기가 달라지도록 구성될 수 있다. 또는, 차단 부재(400)에 대하여, 부분적으로 통기도가 다른 재질을 구비하도록 구성될 수 있다. 또는, 차단 부재(400)에 대하여, 부분적으로 두께가 달라지도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 두께가 얇은 부분이 두꺼운 부분에 비해 높은 통기도를 가질 수 있다. 또한, 차단 부재(400)에 대하여, 직조 형태로 구성하되, 씨실 및/또는 날실의 두께가 부분적으로 달라지도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 씨실 내지 날실의 두께가 두꺼운 부분이 얇은 부분에 비해 낮은 기공도를 가질 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 상부의 통기도가 하부의 통기도보다 낮게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 차단 부재(400)는, 상부에서 하부 방향으로 갈수록 통기도가 점차 높아지도록 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 차단 부재(400)의 상부의 통기도는, 하부의 통기도에 비해 대략 50% 이하의 통기도를 갖도록 구성될 수 있다. 더욱이, 차단 부재(400)는, 상부의 통기도가 하부의 통기도보다 작게, 이를테면 30% 이하가 되도록 구성될 수 있다. 특히, 차단 부재(400)는, 최상단의 경우 통기도가 0이 되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 차단 부재(400)는, 상단이 통기성을 갖지 않고 완전히 막혀 있다고 볼 수도 있다.
이러한 실시 구성에서는, 유사한 양의 벤팅 가스가 차단 부재(400)의 상부와 하부에 각각 도달하더라도, 차단 부재(400)의 상부에서는 벤팅 가스의 통과량이 없거나 작고, 차단 부재(400)의 하부에서는 벤팅 가스의 통과량이 많을 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)의 상부 측으로는 벤팅 가스를 통과시키되 그 양은 많지 않도록 함으로써, 차단 부재(400)의 기공이나 틈을 통해 화염 등이 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 반면, 차단 부재(400)의 하부 측으로는 화염 등의 차단 효과보다는 벤팅 가스의 배출 효과를 높임으로써, 벤팅 가스의 보다 신속한 배출이 가능하도록 할 수 있다.
특히, 화염은 차단 부재(400)의 상부 측으로 이동하는 성질이 강할 수 있으므로, 상기 실시 구성에 의하면, 화염의 배출 억제에 보다 유리할 수 있다. 또한, 차단 부재(400)의 상부 측은, 엔드 프레임(300)의 단자부(T)나 커넥터부(C)에 대면할 가능성이 높으므로, 차단 부재(400)의 상부 측으로 향하는 화염을 최대한 억제하여, 단자부(T)나 커넥터부(C)로 화염이 노출되는 것을 차단할 수 있다. 더욱이, 자동차 등에 이용되는 배터리 모듈의 경우, 상부 측에는 운전자 등 탑승자가 위치할 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성과 같이, 상부 측으로 향하는 화염을 차단하는 경우, 탑승자의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 적층 개수가 부분적으로 다르게 구성될 수 있다. 특히, 차단 부재(400)는, 상부의 적층 수가 하부의 적층 수보다 많게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 차단 부재(400)의 서로 다른 부분에 대한 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다. 예를 들어, 도 9의 (a)는 차단 부재(400)의 상부, 이를테면 도 8의 A3 부분에 대한 확대 구성의 일례이고, 도 9의 (b)는 차단 부재(400)의 하부, 이를테면 도 8의 A4 부분에 대한 확대 구성의 일례일 수 있다.
먼저, 도 9의 (a)를 참조하면, 차단 부재(400)는 적어도 부분적으로 복수의 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(400)의 상부 측은, L1, L2 및 L3로 표시된 바와 같이, 3개의 적층 구조로 구성될 수 있다. 이때, 각각의 단위 층은, 서로 동일한 형태로 구성될 수도 있고, 서로 다른 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 3개의 단위 층은, 각각 실리카 파이버나 글라스 파이버가 직조된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 3개의 단위 층은, 서로 다른 크기의 기공을 갖도록 구성될 수 있다. 또는 3개의 단위 층은, 기공이 수평 방향으로 서로 나란하게 배열되지 않도록, 엇갈린 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 차단 부재(400)의 상부 측은, 통기도가 낮게 구성될 수 있다.
다음으로, 도 9의 (b)를 참조하면, 차단 부재(400)의 다른 부분은 하나의 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(400)의 하부 측은, L1로 표시된 바와 같이, 단층 구조로 구성될 수 있다. 이때, 도 9의 (b)에 도시된 단위 층은, 도 9의 (a)에 도시된 3개의 단위 층 중 하나일 수 있다. 즉, 도 8 및 도 9의 실시 구성에서, 차단 부재(400)는, 상단에는 L1, L2 및 L3의 3개의 단위 층을 구비하되, 그 중 하나의 단위 층인 L1만이 하부까지 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 차단 부재(400)의 하부 측은, 상부 측보다 통기도가 상대적으로 높게 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)에 대하여, 부분적으로 서로 다른 통기도를 갖도록 하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성과 같이, 섬유 형태로 구성된 차단 부재(400)의 적층 개수를 부분적으로 서로 다르게 배치하는 것만으로도, 통기도의 부분적 차이를 용이하게 도출할 수 있다.
한편, 차단 부재(400)의 통기도를 부분적으로 다르게 구성하는 것은, 다른 여러 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(400)가 직물부를 구비하는 형태로 구성되는 경우, 상부 측 직물부와 하부 측 직물부는 서로 다른 크기의 미세 기공을 갖도록 할 수 있다. 특히, 상부 측 직물부는 하부 측 직물부보다 두꺼운 두께의 파이버로 짜여지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상부 측 직물부는 하부 측 직물부보다 미세 기공의 크기가 작게 이루어질 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 차단 부재(400)는, 직물부(410)와 함께 바디부(420)를 더 구비할 수 있다. 상기 바디부(420)는, 직물부(410)와 다른 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 바디부(420)는, 직물부(410)보다 통기성이 낮은 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 바디부(420)는, 벤팅 가스가 통과하지 않도록 통기도가 0인 형태로 구성될 수도 있다. 또는, 바디부(420)는, 통기도가 일정 수준 이상 형성되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 바디부(420)는, 미세 기공이 형성되도록 구성될 수 있다.
상기 바디부(420)는, 화염 차단이 가능하며 높은 온도에도 견딜 수 있는 다양한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 바디부(420)는, 내열성 플라스틱의 사출물 형태로 구성될 수 있다. 또는, 바디부(420)는, 미카나 실리콘 재질로 구성될 수 있다. 또는, 바디부(420)는, CFRP나 GFRP 등의 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 바디부(420)는, 직물부(410)에 비해 화염 차단에 유리한 형태로 구성하기 쉽다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 바디부(420)는 직물부(410)에 비해 구조적 안정성을 갖기에 유리할 수 있다. 따라서, 바디부(420)는, 배터리 모듈 내부에서 직물부(410)의 위치 및 형태가 안정적으로 유지될 수 있도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 특히, 직물부(410)가 직조 타입으로 구성된 경우, 형체 유지에 어려움이 있을 수 있으나, 바디부(420)가 함께 구비되는 경우 직물부(410)의 구조가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 직물부(410)는, 바디부(420)의 일부분에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시 구성에서, 직물부(410)는, 바디부(420)의 하단에 위치할 수 있다. 이때, 직물부(410)는, 바디부(420)에 다양한 형태로 결합 고정될 수 있다. 예를 들어, 직물부(410)는, 바디부(420)의 하단에만 마련되며, 바디부(420)의 하단에 볼팅이나 접착, 용접, 삽입, 후크 결합 등, 다양한 방식으로 결합 고정될 수 있다.
상기 실시 구성과 같이, 바디부(420)가 상부에 위치하고 직물부(410)가 하부에 위치하는 경우, 바디부(420)를 통해 화염 차단 효과가 안정적으로 달성되는 한편, 직물부(410)를 통해 벤팅 가스의 배출 효과가 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 특히, 화염은 상부 측으로 향하고자 하는 성질을 가지며, 상부 측에는 단자부(T)나 커넥터부(C)가 위치하기 쉬우므로, 바디부(420)가 차단 부재(400)의 상부측에 위치하는 경우, 화염 차단을 통한 안전성 확보에 보다 적합할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 직물부(410)와 바디부(420)가 차단 부재(400)의 일부분에만 각각 위치하도록 함으로써 배터리 모듈의 경량화 내지 생산 비용 절감에 보다 유리할 수 있다.
다른 예로, 직물부(410)는, 바디부(420)에 인서트된 형태로 구성될 수도 있다. 보다 구체적인 예로서, 바디부(420)는 플라스틱 재질로 구성되되, 실리카 파이버나 글라스 파이버로 구성된 직물부(410)가 인서트 사출된 형태로 제조될 수 있다. 더욱이, 이 경우, 바디부(420)의 내부 전체적으로, 이를테면 바디부(420)의 상부에서 하부까지 길게 직물부(410)가 삽입된 형태로 구성될 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 직물부(410)와 바디부(420)의 결합성이 보다 안정적으로 확보되는 한편, 바디부(420)에서 화염 차단 효과가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성의 경우, 직물부(410)에서는 벤팅 가스의 배출이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 벤팅 가스의 배출에 대한 신속성을 확보할 수 있다.
상기 차단 부재(400)는, 상단이 셀 어셈블리(100) 방향으로 절곡되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 및 도 12를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재(400)의 구성을 전방 및 후방에서 바라본 형태로 개략적으로 나타낸 사시도이다. 예를 들어, 도 11 및 도 12는, 도 3에서 배터리 모듈의 전방 측에 배치된 차단 부재(400)의 구성을 확대하여 나타낸 도면일 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 차단 부재(400)는, D1으로 표시된 부분과 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방을 커버하도록 대략 세워진 플레이트 형태로 구성된 커버부를 구비할 수 있다. 이때, 커버부(D1)에는, H1으로 표시된 바와 같이, 관통홀이 형성될 수 있다. 이러한 관통홀(H1)은, 앞서 설명된 셀 어셈블리(100)의 모듈 단자(T2)나 커넥터 단자가 관통될 수 있다. 그리고, 차단 부재(400)는, D2로 표시된 바와 같이, 이러한 커버부(D1)의 상단에서 배터리 셀(110)을 향해 후방(-X축 방향) 측으로 절곡된 형태의 상단 절곡부를 구비할 수 있다. 이 경우, 차단 부재(400)의 상단 절곡부(D2)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 측 단부를 감싸도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 차단 부재(400) 사이의 결합성이 보다 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110) 측에서 상부 측으로 화염 등이 향하는 것이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈 내부에서, 차단 부재(400)의 상단 절곡부(D2)는, 도 8의 실시 구성에서 A5로 표시된 부분과 같이 배치될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에서, 배터리 셀(110) 측에서 차단 부재(400)를 향하는 화염은, 차단 부재(400)에 의해 차단된 후, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 상부 측으로 꺾일 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성의 경우, 차단 부재(400)에 의해 차단된 화염이, 차단 부재(400)의 상단 절곡부(D2)에 의해, 배터리 모듈의 상부 측으로 향하는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 상부 측에 위치하는 탑승자 등의 보호에 보다 유리할 수 있다.
또한, 차단 부재(400)는, 도 11 및 도 12에서 D3로 표시된 부분과 같이, 커버부(D1)의 측부에서 배터리 셀(110)을 향해 절곡된 형태의 측부 절곡부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12의 차단 부재(400)가 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 부재인 경우, 좌측 단부와 우측 단부는, D3로 표시된 부분과 같이 셀 어셈블리(100)를 향해 후방으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 차단 부재(400)의 측부 절곡부(D3)는, 셀 어셈블리(100)의 좌측부 및 우측부의 단부를 감싸도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 차단 부재(400) 사이의 결합력을 높이는데 유리하며, 배터리 셀(110)로부터 분출된 화염이 차단 부재(400)와 본체 프레임(200) 사이의 틈으로 누출되는 것이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 차단 부재(400)의 구성을 후방 측에서 바라본 형태의 사시도이다. 예를 들어, 도 13은, 도 12의 변형예라 할 수 있다. 도 14는, 도 13의 A6 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 차단 부재(400)는 관통홀(H1) 주변에, R로 표시된 바와 같은 차단 리브를 구비할 수 있다. 여기서, 차단 부재(400)의 관통홀(H1)로는, 도 14에서 점선으로 표시된 바와 같이, 모듈 단자(T2) 등이 관통될 수 있다. 그리고, 차단 리브(R)는, 관통홀(H1)의 주변에서 셀 어셈블리(100)가 위치하는 내측 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 차단 부재(400)의 경우, 내측 표면에 후방(-X축 방향)으로 돌출 연장된 형태의 차단 리브(R)가 마련될 수 있다.
더욱이, 모듈 단자(T2)나 커넥터 단자는, 배터리 모듈의 상부 측에 위치하는 경우가 많다. 이 경우, 관통홀(H1)은, 차단 부재(400)의 상부 측에 위치할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 차단 리브(R)는, 관통홀(H1)의 하부에 위치할 수 있다. 따라서, 차단 리브(R)는, 모듈 단자(T2)나 커넥터 단자의 하부에 위치한다고 볼 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 차단 부재(400)의 관통홀(H1)로 화염 등이 유출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바를 참조하면, 배터리 셀(110)로부터 화염 등이 분출된 경우, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이, 진행할 수 있다. 이때, 차단 리브(R)는, 화염이 직접적으로 관통홀(H1)로 향하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 화염은, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 차단 부재(400)의 내측 표면으로부터 반사되어 계속 진행할 수 있다. 상기 실시 구성에 의하면, 이와 같이 차단 부재(400)의 내측 표면에서 반사된 형태로 진행하는 화염에 대해서도 차단되도록 함으로써, 화염이 관통홀(H1)을 통해 외부로 배출되는 것을 최대한 억제할 수 있다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차단 부재(400)의 일부 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다. 예를 들어, 도 15는, 도 14의 실시예에 대한 변형예일 수 있다.
도 15를 참조하면, 차단 부재(400)는 차단 리브(R)를 구비하되, 차단 리브(R)의 단부는, 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 차단 리브(R)는, 차단 부재(400)의 커버부(D1)에서 수평 내측 방향으로 돌출 연장된 형태로 형성되되, A7로 표시된 부분과 같이, 내측 단부가 하부 방향으로 절곡된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 차단 리브(R)의 관통홀(H1)에 대한 화염 배출 억제 효과가 더욱 높아질 수 있다. 예를 들어, 차단 리브(R)의 하부 표면에 도달한 화염은, 차단 리브(R)의 내측 절곡부에 의해, 화살표 B5로 표시된 바와 같이, 하부 방향으로 향할 수 있다. 따라서, 화염은 관통홀(H1)로부터 더욱 멀어지게 되므로, 관통홀(H1)로 화염이 노출될 가능성이 더욱 낮아질 수 있다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(M)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 다수의 배터리 모듈(M)이 팩 하우징(PH)의 내부에 포함된 경우, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈 간 열적 이벤트가 전파하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, M1으로 표시된 특정 배터리 모듈로부터, 도 16에서 A8로 표시된 부분과 같이 벤팅 가스가 배출될 수 있다. 하지만, 이 경우, 배출된 벤팅 가스에는, X로 표시된 바와 같이, 화염(스파크 등)과 같은 열원이 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(M) 간 화염에 의한 손상이나 열폭주 전파 등이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS(Battery Management System)나 버스바(배터리 모듈 사이 연결, 배터리 모듈과 팩 단자 사이 연결 등), 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
한편, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 구성요소로 포함될 수도 있다. 이 경우, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 본체 프레임(200) 및 엔드 프레임(300)을 구비하는 모듈 케이스 내부에 위치될 수 있다. 이때, 배터리 모듈은 배터리 팩으로 지칭될 수 있으며, 모듈 케이스는 팩 케이스 내지 팩 하우징으로 지칭될 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
100: 셀 어셈블리
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
120: 버스바 유닛
121: 버스바 단자, 122: 버스바 하우징
200: 본체 프레임
300: 엔드 프레임
310: 전방 프레임, 320: 후방 프레임
400: 차단 부재
410: 직물부, 420: 바디부
T: 단자부
T1: 단자 홀, T2: 모듈 단자
C: 커넥터부
C1: 커넥터 홀
E: 테라스부
D1: 커버부, D2: 상단 절곡부, D3: 측부 절곡부
H1: 관통홀
R: 차단 리브
M: 배터리 모듈
PH: 팩 하우징

Claims (14)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하도록 구성되며 적어도 일측에 개방부가 형성된 본체 프레임;
    상기 본체 프레임의 개방부에 결합되며, 단자부 및 커넥터부 중 적어도 하나가 마련된 엔드 프레임; 및
    상기 엔드 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되어, 화염의 진행을 차단하도록 구성된 차단 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는, 상기 본체 프레임의 개방부 측으로 전극 리드가 배치된 형태로 수평 방향으로 배열된 다수의 파우치형 전지를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 상기 단자부 및 상기 커넥터부 중 적어도 하나에 대하여 화염의 진행을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 통기성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 다수의 파이버가 직조된 형태로 구성된 직물부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직물부는, 실리카 파이버 및 글라스 파이버 중 적어도 하나의 파이버를 이용하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 바디부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 직물부는, 상기 바디부의 일부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 부분적으로 다른 통기도를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 상부의 통기도가 하부의 통기도보다 낮게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 상부의 적층 수가 하부의 적층 수보다 많게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 상단이 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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