WO2023158139A1 - 내부 공간 구획을 위한 가림막을 적용한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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battery
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fitting plate
assembly
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이정훈
김광모
성준엽
윤석은
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more specifically, to a chain of battery cells by preventing combustion discharge, flame, heat, etc. generated from ignited battery cells from being easily transferred to other battery cells when the battery module internally ignites. It relates to a battery module for maximally delaying ignition.
  • Secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • secondary batteries Accordingly, the application of secondary batteries to various devices is increasing. For example, it is widely used as an energy source for wireless mobile devices or wearable devices, which are multifunctional small products, as well as electric vehicles and hybrid vehicles that are presented as alternatives to conventional gasoline and diesel vehicles. It is also used as an energy source for electric vehicles or as an energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system
  • Lithium secondary batteries which have been widely used recently, have an operating voltage of about 2.5V to 4.5V per battery. Therefore, in the case of an electric vehicle or power storage device requiring large capacity and high output, a battery module in which a plurality of lithium secondary batteries are connected in series and / or parallel, and a battery pack in which the battery modules are connected in series and / or parallel are configured, and this use as an energy source
  • the number of lithium secondary batteries included in one battery module or the number of battery modules included in one battery pack may increase.
  • venting gas when an event such as a short circuit between lithium secondary batteries or an abnormal temperature rise occurs in some battery modules, a large amount of venting gas may be generated from the lithium secondary batteries, and when the deterioration intensifies, the venting gas and the electrode active material and aluminum High-temperature sparks containing particles and the like may be ejected. At this time, the venting gas and the high-temperature spark cause thermal damage to other secondary batteries adjacent to it, and because of this, if an additional event occurs to other secondary batteries, the battery module is explosively engulfed in flames, which reduces the time for users to evacuate. not being able to secure enough.
  • the present invention was devised in consideration of the above problems, and when a specific battery cell of a battery module ignites, combustion discharge, flame, heat, etc. generated from the specific battery cells are not easily transferred to other battery cells.
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of maximally delaying chain ignition of battery cells.
  • a battery module includes a cell assembly having a cell stack composed of a plurality of battery cells stacked in one direction; a module case accommodating the cell assembly therein; and a shielding unit provided to partition an inner space formed between one side surface of the cell assembly where the electrode leads of the battery cells are located and one side surface of the module case facing therefrom into left and right sides.
  • the shield unit may include: a screen plate having a width corresponding to the distance between the one side surface of the cell assembly and the one side surface of the module case and a height corresponding to the height of the one side surface of the cell assembly; and an upper fitting plate part extending by a predetermined length from an upper end of the cover plate part in a direction crossing the cover plate part, and a lower fitting plate part extending by a predetermined length from the lower end of the cover plate part.
  • the covering plate part may be disposed in the inner space, and the upper fitting plate part and the lower fitting plate part may be disposed to contact upper and lower ends of the cell stack.
  • the cell assembly has lead slots through which electrode leads of the battery cells pass, is provided in a plate shape covering the front or rear of the cell stack, and is a bus bar frame forming one side surface of the cell assembly. ; and a plurality of bus bars disposed on the bus bar frame in the same direction as the stacking direction of the battery cells and electrically connected to the electrode leads.
  • the bus bar frame may include a frame groove portion provided to insert a corner portion of one side of the screen portion in the width direction between a predetermined bus bar among the plurality of bus bars and an adjacent bus bar.
  • the module case includes a case body having an open end and having a hollow shape so that the cell assembly can be inserted therein along a longitudinal direction; and a case cover facing one side surface of the cell assembly and coupled to the open end of the case body.
  • the case body may be configured such that the cell assembly is press-fitted in a longitudinal direction.
  • the case body is provided on an inner surface of the upper plate, and extends from the open end in a longitudinal direction and includes a first assembly guide groove formed to correspond to the width and thickness of the upper fitting plate; and a second assembly guide groove provided on an inner surface of the lower plate, extending in a longitudinal direction from the open end portion, and formed to correspond to the width and thickness of the lower fitting plate portion.
  • the cover unit may be configured such that the upper fitting plate part and the lower fitting plate part are slidably coupled to the first assembly guide groove part and the second assembly guide groove part, respectively.
  • the case cover includes a cover body contacting the other edge portion in the width direction of the covering plate part; an upper end of the cover formed with a third assembly guide groove that is slidably coupled to an end of the upper fitting plate; and a lower end of the cover formed with a fourth assembly guide groove that is slidably coupled to an end of the lower fitting plate.
  • the upper fitting plate part may have a width extending in a first direction based on the covering plate part, and the lower fitting plate part may have a width extending in a direction opposite to the first direction.
  • a plurality of the shield units may be spaced apart from each other along the stacking direction of the battery cells in the cell assembly.
  • the covering unit may be detachably provided from the cell assembly.
  • a battery pack including one or more of the battery modules described above may be provided.
  • a vehicle including the battery pack may be provided.
  • a battery module capable of maximizing delay may be provided.
  • the remaining space inside the battery module (the space between the cell assembly and the case cover) through which heat, venting gas, high-temperature particle particles, flame, etc. generated when a specific battery cell is ignited can move. It is partitioned into units. Heat, high-temperature particle particles, flames, etc., generated from a battery cell that is blocked by such a shielding unit are not easily transferred to other battery cells nearby, so that chain ignition or explosion of battery cells can be prevented or delayed as much as possible.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of main components of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the shielding unit of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view schematically showing an assembly example of a case body and a shielding unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view of a cell assembly equipped with a shield unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a portion of a cell assembly to which a shielding unit according to another embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8 as a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the main configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of main components of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a shielding unit of FIG. 2 .
  • the battery module 10 includes a cell assembly 100, a module case 200, and a shield unit 300.
  • the shield unit 300 partitions and separates the remaining internal space (see S1 and S2 in FIG. 6) inside the battery module 10, so that the battery module ( 10)
  • the shield unit 300 partitions and separates the remaining internal space (see S1 and S2 in FIG. 6) inside the battery module 10, so that the battery module ( 10)
  • the sequential ignition of the battery cells 111 may be delayed as much as possible during internal ignition.
  • the cell assembly 100 which is one of the main components of the battery module 10, the cell assembly 100 includes a cell stack 110, a bus bar frame 120, and a plurality of bus bars 130. ).
  • the cell stack 110 is an assembly of battery cells 111 formed by stacking a plurality of battery cells 111 . That is, as shown in FIG. 2 , the cell stack 110 may be composed of a plurality of pouch-type battery cells 111 stacked in one direction (X direction) with their wide sides erected.
  • the pouch type battery cell 111 includes an electrode assembly, a pouch case accommodating the electrode assembly, and a pair of electrode leads 112 connected to the electrode assembly and pulled out to the outside of the pouch case to function as electrode terminals. .
  • the pair of electrode leads 112 are pulled out in opposite directions in the longitudinal direction ( ⁇ Y direction) of the battery cell 111 .
  • the pouch type battery cell 111 may have a form in which the electrode lead 112 is located only at one end in the Y-axis direction, for example, at an end in the +Y-axis direction.
  • the present invention is not limited by the specific type or form of the battery cell 111, and various battery cells 111 known at the time of filing the present invention are employed to construct the cell stack 110 of the present invention. It can be.
  • the bus bar frame 120 can be injection molded from an electrically insulating material and is provided in the form of a plate body of a size capable of covering the front (+Y direction) or the rear (-Y direction) of the cell stack 110. . Accordingly, in this embodiment, one side surface of the cell assembly 100 may be configured in a form in which the bus bar frame 120 is mounted on the front or rear of the cell stack 110 .
  • the bus bar frame 120 includes a plurality of lead slots 122 through which the electrode leads 112 of the pouch type battery cells 111 pass in the +Y axis or -Y axis direction.
  • the plurality of lead slots 122 may be provided along the stacking direction (X direction) of the battery cells 111 .
  • the bus bar frame 120 of this embodiment is configured to fix a plurality of bus bars 130, and although not shown, additional components such as connectors or other printed circuit boards (PCBs) in the space above the bus bars 130 and may be configured to have a support plate 121 for supporting and fixing the additional parts.
  • PCBs printed circuit boards
  • the bus bar frame 120 will be described later between a predetermined bus bar 130 among a plurality of bus bars 130 and a bus bar 130 adjacent thereto.
  • a frame groove 123 into which the covering plate 310 of the covering unit 300 may be partially inserted may be provided. That is, the frame groove portion 123 may be configured such that the corner portion 310a on one side of the cover plate portion 310 in the width direction (-Y direction) can be inserted by a predetermined depth.
  • the support plate 121 has a cutout 121a so that the protruding support plate 121 does not interfere. ) is provided.
  • the plurality of bus bars 130 are made of an electrically conductive material such as copper, aluminum, nickel, etc., and electrode leads 112 of a predetermined number of battery cells 111 are welded to the surface of the predetermined bus bar 130. Fixed and electrically connected.
  • the bus bars 130 of this embodiment are provided in a rectangular bar shape with a hole in the middle so that the electrode lead 112 can pass through, and the open part communicates with the lead slot 122 of the bus bar frame 120. It is placed on the bar frame 120.
  • the bus bars 130 are disposed on the bus bar frame 120 along the same direction as the stacking direction of the battery cells 111 .
  • Certain battery cells 111 are pulled out in front of the bus bar 130 by passing the bus bar frame 120 back and forth through the lead slot 122 at the corresponding position with the electrode leads 112 overlapping, and the drawn out part is It may be bent and welded to be fixed to the surface of the bus bar 130 .
  • the module case 200 is a component for protecting the cell assembly 100 from external impact, and may be preferably made of a material having excellent mechanical strength. As shown in FIGS. 1 and 2 , the module case 200 according to this embodiment includes a case body 210 and a case cover 220 .
  • the case body 210 has an open end portion O with both ends open in the longitudinal direction and has a rectangular tube shape made of a hollow structure with an empty inside so that the cell assembly 100 can be inserted into the inside along the longitudinal direction. can be provided. That is, the case body 210 may be configured to allow the cell assembly 100 to be inserted therein in a sliding or force-fitting manner.
  • the case body 210 is provided on the inner surface of the top plate 211 and extends along the longitudinal direction (Y direction) from the open end portion O, and is fitted at the top of the shield unit 300 to be described later
  • the first assembly guide groove 211a formed to correspond to the width and thickness of the plate portion 320 and the shielding unit provided on the inner surface of the lower plate 212 and extending in the longitudinal direction from the open end portion O and described later ( 300) includes a second assembly guide groove portion 212a formed to correspond to the width and thickness of the lower fitting plate portion 330.
  • the gap between the upper end of the cell stack 110 and the upper plate 211 of the case body 210, and between the lower end of the cell stack 110 and the case body 210 It may be configured so that a gap hardly occurs between the lower plates 212 of the. A more detailed description of this will be described later.
  • the case cover 220 is a side portion of the cell assembly 100 where the electrode leads 112 of the battery cells 111 are located, that is, the electrode leads 112 are fixed to the bus bars 130 on the bus bar frame 120. In order to prevent the highly connected part from being exposed to the outside, it may be provided so as to face one side surface of the cell assembly 100 and be coupled to the open end O of the case body 210 .
  • the case cover 220 may be configured such that, for example, an inner portion is made of an insulating material and an outer portion is made of a metal material, and is fixedly coupled to the case body 210 by welding.
  • case cover 220 is a third assembly that is slidably coupled with the cover body 221 in contact with the other corner portion 310b in the width direction of the cover plate portion 310 and the end of the upper fitting plate portion 320 It includes an upper end 222 of the cover having a guide groove 222a and a lower end 223 of the cover having a fourth assembly guide groove 223a slidably coupled to the end of the lower fitting plate 330 .
  • the third assembly guide groove part 222a and the fourth assembly guide groove part 223a are coaxial with the first assembly guide groove part 211a and the second assembly guide groove part 212a (see FIG. 2), respectively.
  • the other side edge 310b in the width direction of the cover plate portion 310 of the cover unit 300, which is formed and will be described later, may contact one surface of the cover body 221 and prevent it from flowing in that state.
  • case cover 220 may be partially provided with holes or slits to expose parts that need to be exposed to the outside, such as the positive and negative terminals or connectors of the battery module 10. .
  • the shielding unit 300 is a component for left and right partitioning of an internal space formed between one side surface of the cell assembly 100 and one side surface of the module case 200 facing the cell assembly 100, and the inside of the battery module 10 During ignition, it serves to partition the internal space so that heat generated from the ignited battery cell 111, high-temperature particle particles, flame, etc. are not propagated to other battery cells 111 through the internal space.
  • the covering unit 300 is a material having low thermal conductivity and excellent heat resistance (ex: silicone, mica), and as shown in FIGS. It includes the fitting plate part 320 and the bottom fitting plate part 330 and is provided in an approximately ⁇ shape to be detachably attached to the cell assembly 100 .
  • the cover plate part 310 is disposed in the inner space and has a width (D in FIG. 3) corresponding to a distance at which one side surface of the cell assembly 100 and one side surface of the module case 200 face each other and the cell assembly ( 100) may be provided to have a height corresponding to the height of one side portion.
  • one side of the cell assembly 100 is the bus bar frame 120 and one side of the module case 200 is the case cover 220 .
  • the upper fitting plate part 320 is provided in the form of a plate extending by a predetermined length from the upper end of the covering plate part 310 in a direction crossing the covering plate part 310, and the lower fitting plate part 330 is the covering plate part It is provided in the form of a plate extending by a predetermined length in the same direction as the upper fitting plate portion 320 at the lower end of 310.
  • the shield unit 300 pushes the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 into the cell assembly 100 so as to contact the upper and lower ends of the cell stack 110, It may be mounted on the cell assembly 100.
  • one corner portion 310a of the cover plate portion 310 is fitted into the frame groove portion 123 of the bus bar frame 120 described above, and the upper fitting plate portion 320 and the lower fitting plate portion 330 are the cell It is configured to slightly press the upper and lower ends of the laminate 110, so that the shield unit 300 can be well fixed to the cell assembly 100.
  • cover unit 300 is configured so that the upper fitting plate portion 320 and the lower fitting plate portion 330 are slidably coupled to the first assembly guide groove portion 211a and the second assembly guide groove portion 212a, respectively It can be.
  • the thickness and width of the upper fitting plate part 320 coincide with the first assembly guide groove part 211a
  • the thickness and width of the lower fitting plate part 330 correspond to the second assembly guide groove part ( 212a)
  • the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 are slidably coupled to the first assembly guide groove part 211a and the second assembly guide groove part 212a, respectively.
  • the case body 210 and the cell assembly 100 can be easily inserted, and after insertion, the top of the cell stack 110 and the case body There is no gap between the upper plate 211 of the 210 and between the lower end of the cell stack 110 and the lower plate 212 of the case body 210 .
  • the cover unit 300 may not be rotated or twisted.
  • the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 are slide-coupled to the first assembly guide groove part 211a and the second assembly guide groove part 212a of the case body 210, and the remaining part is the case cover. It may be configured to be slidably coupled to the third assembly guide groove portion 222a and the fourth assembly guide groove portion 223a formed in the 220 .
  • the cover plate part 310 may be configured to vertically contact the inner surface of the case cover (220). According to the configuration described above, the shielding unit 300 of the present embodiment may have enhanced fixation while contacting the case cover 220 .
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a portion of the battery module 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a portion of the battery module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • a cross-sectional view, and FIG. 7 is a front view of the cell assembly 100 to which the shielding unit 300 according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • the user of the battery module 10 can recognize this before the fire spreads when the battery module 10 internally ignites, and can evacuate in a safer situation or take measures to extinguish the fire.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a portion of the cell assembly 100 to which the shield unit 300 according to another embodiment of the present invention is mounted
  • FIG. 9 is a configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention, It is a view corresponding to FIG. 8, and
  • FIG. 10 is a perspective view showing the main configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the upper fitting plate portion 320 of the covering unit 300 based on the covering plate portion 310 has a width in the first direction (-X direction)
  • the lower fitting plate portion 330 has a difference in that the width is formed in the direction opposite to the first direction (+X direction). That is, as shown in FIG. 8 , the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 of the covering unit 300 have opposite widths, so that the covering unit 300 is implemented in a substantially 'Z' shape.
  • the battery module is configured such that a plurality of shield units 300 are spaced apart from each other in the cell assembly 100 along the stacking direction (X direction) of the battery cells 111 .
  • another battery module 10 of the present invention is a module case facing one side of the cell assembly 100 by three shield units 300A, 300B, and 300C.
  • the inner space formed between (200) can be partitioned into four spaces.
  • the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 have an extended width and length compared to the above-described embodiment. 300D).
  • the length of the upper fitting plate part 320 and the lower fitting plate part 330 of the shield unit 300D corresponds to the length of the cell stack 110, and the width thereof corresponds to the cell stack 110
  • the shielding plate portion 310 of the cell stack 110 of the left side or the right side can be configured to be formed to be expanded enough to cover all.
  • the upper and lower ends of the cell stack 110 are covered by the upper fitting plate portion 320 and the lower fitting plate portion 330, when an event occurs in an arbitrary battery cell 111, the arbitrary battery cell 111 There is an effect that can more reliably block heat, high-temperature particle particles, flames, etc. generated from propagation to other battery cells 111 through the top or bottom side of the cell stack 110.
  • a battery pack (not shown) according to the present invention may include one or more battery modules described above.
  • the battery pack according to the present invention may further include a master battery management system (BMS) for integrally controlling charging and discharging of one or more battery modules, a current sensor, a fuse, and a pack case for accommodating the aforementioned components.
  • BMS master battery management system
  • the battery pack according to the present invention can be applied to an energy storage device or to a vehicle such as an electric scooter, an electric vehicle or a hybrid vehicle.

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 이루어진 셀 적층체를 구비한 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치한 상기 셀 어셈블리의 일측면부와 그와 마주하는 상기 모듈 케이스의 일측면부 사이에 형성되는 내부 공간을 좌우로 구획하도록 마련된 가림막 유닛을 포함한다.

Description

내부 공간 구획을 위한 가림막을 적용한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈의 내부 발화시, 발화한 배터리 셀들에서 발생하는 연소 토출물, 화염, 열기 등이 다른 배터리 셀들로 쉽게 옮겨가지 않도록 하여 배터리 셀들의 연쇄발화를 최대한 지연시키기 위한 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 02월 18일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0021342호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
이에, 다양한 디바이스에 대한 이차전지의 적용이 증가하고 있다. 예를 들어, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
최근 많이 사용하고 있는 리튬 이차전지는 하나당 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 대용량 및 고출력이 요구되는 전기자동차나 전력저장장치의 경우, 다수의 리튬 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 팩을 구성하고 이를 에너지원으로 사용한다.
전기자동차에 요구되는 배터리 팩의 출력이나 용량에 따라 하나의 배터리 모듈에 들어가는 리튬 이차전지의 개수가 증가하거나 하나의 배터리 팩에 들어가는 배터리 모듈의 개수가 증가할 수 있다.
그러나 이처럼 많은 개수의 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 화재 및 폭발이 발생하는 경우 그 피해는 더욱 커질 수 밖에 없다.
예컨대, 일부 배터리 모듈에서 리튬 이차전지 간의 쇼트 또는 비이상적 온도 상승 등과 같은 이벤트가 발생할 경우, 상기 리튬 이차전지들에서 다량의 벤팅 가스가 발생할 수 있으며, 열화가 심화되면 벤팅 가스와 더불어 전극 활물질과 알루미늄 입자 등을 포함한 고온의 스파크가 분출될 수 있다. 이때 상기 벤팅 가스 및 고온의 스파크가 인접 다른 이차전지들에 열적 데미지를 주게 되고 이 때문에 다른 이차전지들까지 추가 이벤트가 발생하면 배터리 모듈이 폭발적으로 화염에 휩싸이게 되어 사용자가 대피할 수 있는 시간을 충분히 확보하지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 특정 배터리 셀이 발화할 경우, 상기 특정 배터리 셀들에서 발생하는 연소 토출물, 화염, 열기 등이 다른 배터리 셀들로 쉽게 옮겨가지 않도록 하여 배터리 셀들의 연쇄발화를 최대한 지연시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 이루어진 셀 적층체를 구비한 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치한 상기 셀 어셈블리의 일측면부와 그와 마주하는 상기 모듈 케이스의 일측면부 사이에 형성되는 내부 공간을 좌우로 구획하도록 마련된 가림막 유닛을 포함할 수 있다.
상기 가림막 유닛은, 상기 셀 어셈블리의 일측면부와 상기 모듈 케이스의 일측면부가 서로 마주하는 거리에 대응하는 너비와 상기 셀 어셈블리의 일측면부의 높이에 대응하는 높이를 갖는 가림판부; 및 상기 가림판부와 교차하는 방향으로 상기 가림판부의 상단에서 소정 길이만큼 연장된 상단 끼움판부와, 상기 가림판부의 하단에서 소정 길이만큼 연장된 하단 끼움판부를 구비할 수 있다.
상기 가림판부는 상기 내부 공간에 배치되고, 상기 상단 끼움판부와 상기 하단 끼움판부는 상기 셀 적층체의 상단과 하단에 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 셀 어셈블리는, 상기 배터리 셀들의 전극 리드들을 통과시킬 수 있는 리드 슬롯들을 구비하고 상기 셀 적층체의 전방 또는 후방을 커버하는 판상체 형태로 마련되며 상기 셀 어셈블리의 일측면부를 형성하는 버스바 프레임; 및 상기 배터리 셀들의 적층 방향과 같은 방향을 따라 상기 버스바 프레임에 배치되고 상기 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 복수 개의 버스바들을 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임은 상기 복수 개의 버스바들 중 미리 정해진 버스바와 그와 이웃한 버스바 사이에 상기 가림판부의 너비 방향 일측 모서리 부분을 삽입할 수 있게 마련된 프레임 홈부를 구비할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 개방단부를 구비하고 중공 형상으로 마련되어 상기 셀 어셈블리를 길이 방향을 따라 내부에 삽입시킬 수 있게 마련된 케이스 본체; 및 상기 셀 어셈블리의 일측면부와 마주하며 상기 케이스 본체의 상기 개방단부에 결합되는 케이스 커버를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체는 상기 셀 어셈블리가 길이 방향으로 억지 끼움되도록 구성될 수 있다.
상기 케이스 본체는 상판 내측면에 마련되며, 상기 개방단부로부터 길이 방향을 따라 연장되고 상기 상단 끼움판부의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제1 조립 가이드 홈부; 및 하판 내측면에 마련되며, 상기 개방단부로부터 길이 방향을 따라 연장되고 상기 하단 끼움판부의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제2 조립 가이드 홈부를 포함할 수 있다.
상기 가림막 유닛은 상기 상단 끼움판부와 상기 하단 끼움판부가 각각 상기 제1 조립 가이드 홈부와 상기 제2 조립 가이드 홈부에 슬라이드 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 케이스 커버는 상기 가림판부의 너비 방향 타측 모서리 부분과 접촉하는 커버 본체; 상기 상단 끼움판부의 단부와 슬라이드 결합되는 제3 조립 가이드 홈부가 형성된 커버 상단; 및 상기 하단 끼움판부의 단부와 슬라이드 결합되는 제4 조립 가이드 홈부가 형성된 커버 하단을 포함할 수 있다.
상기 가림막 유닛은, 상기 가림판부를 기준으로 상기 상단 끼움판부는 너비가 제1 방향으로 확장 형성되고, 상기 하단 끼움판부는 너비가 상기 제1 방향의 반대 방향으로 확장 형성될 수 있다.
상기 가림막 유닛은 상기 셀 어셈블리에 상기 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 복수 개가 이격 배치될 수 있다.
상기 가림막 유닛은 상기 셀 어셈블리에 탈부착 가능하게 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 특정 배터리 셀이 발화할 경우, 상기 특정 배터리 셀들에서 발생하는 연소 토출물, 화염, 열기 등이 다른 배터리 셀들로 쉽게 옮겨가지 않도록 하여 배터리 셀들의 연쇄발화를 최대한 지연시킬 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 특정 배터리 셀의 발화시 발생하는 열기, 벤팅 가스, 고온의 파티클 입자, 화염 등이 이동할 수 있는 배터리 모듈 내부의 잔여 공간(셀 어셈블리와 케이스 커버 사이 공간)이 가림막 유닛으로 구획 분리되어 있다. 이러한 가림막 유닛에 막혀, 발화한 배터리 셀에서 발생하는 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등은 주변의 다른 배터리 셀들로 쉽게 옮겨가지 못하게 되어 배터리 셀들의 연쇄 발화 내지 폭발이 저지 내지 최대한 지연될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 가림막 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 본체와 가림막 유닛의 조립예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일 부분에 대한 개략적인 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일 부분에 대한 개략적인 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가림막 유닛이 장착된 셀 어셈블리의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가림막 유닛이 장착된 셀 어셈블리의 일 부분을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성으로서, 도 8에 대응하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 가림막 유닛의 개략적인 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 가림막 유닛(300)을 포함한다.
자세히 후술하겠지만, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 가림막 유닛(300)이 배터리 모듈(10) 내부의 잔여 내부 공간(도 6의 S1,S2 참조)을 구획 및 분리하고 있어, 배터리 모듈(10) 내의 특정 배터리 셀(111)이 발화시 상기 특정 배터리 셀(111)에서 발생하는 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등이 상기 가림막 유닛(300)에 가로 막혀 다른 배터리 셀(111)들로 쉽게 옮겨가지 못하게 되어 있다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 모듈은 내부 발화시 배터리 셀(111)들의 연쇄적인 발화가 최대한 지연될 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)의 주요 구성들 중 하나인 셀 어셈블리(100)에 대해 먼저 살펴보면, 상기 셀 어셈블리(100)는 셀 적층체(110)와 버스바 프레임(120), 다수의 버스바(130)들을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 셀 적층체(110)는 복수 개의 배터리 셀(111)들을 적층하여 형성한 배터리 셀(111)들의 집합체이다. 즉, 상기 셀 적층체(110)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 넓은 면이 세워져 일 방향(X 방향) 적층된 복수 개의 파우치형 배터리 셀(111)들로 구성될 수 있다.
상기 파우치형 배터리 셀(111)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 파우치 케이스의 외측으로 인출되어 전극 단자로 기능하는 한 쌍의 전극 리드(112)를 포함한다. 상기 한 쌍의 전극 리드(112)는, 배터리 셀(111)의 길이 방향(±Y 방향)으로 서로 반대 방향으로 인출된다.
필요에 따라 상기 파우치형 배터리 셀(111)은 전극 리드(112)가 Y축 방향 일단, 이를테면 +Y축 방향의 단부에만 위치하는 형태를 가질 수도 있다. 한편, 본 발명은 이러한 배터리 셀(111)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(111)이 본 발명의 셀 적층체(110)를 구성하는데 채용될 수 있다.
버스바 프레임(120)은 전기 절연성 소재로 사출 성형될 수 있고 상기 셀 적층체(110)의 전방(+Y방향) 또는 후방(-Y방향)을 커버할 수 있는 사이즈의 판상체 형태로 마련된다. 이에 본 실시예에서 셀 어셈블리(100)의 일측면부는 셀 적층체(110)의 전방 또는 후방에 버스바 프레임(120)이 장착된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 버스바 프레임(120)은 파우치형 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)를 +Y축 또는 -Y축 방향으로 통과시킬 수 있는 다수의 리드 슬롯(122)들을 구비한다. 상기 다수의 리드 슬롯(122)들은 배터리 셀(111)들의 적층 방향(X 방향)을 따라 구비될 수 있다.
본 실시예의 버스바 프레임(120)은 다수의 버스바(130)들을 고정시킬 수 있게 구성되고, 미도시 하였으나 버스바(130)들 윗쪽 공간에 커넥터나 기타 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 추가 부품을 설치할 수 있고 상기 추가 부품들을 지지 및 고정시키기 위한 지지 플레이트(121)를 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 버스바 프레임(120)은, 도 2와 같이, 복수 개의 버스바(130)들 중 미리 정해진 버스바(130)와 그와 이웃한 버스바(130) 사이에 후술할 가림막 유닛(300)의 가림판부(310)가 부분적으로 삽입될 수 있는 프레임 홈부(123)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 프레임 홈부(123)는 상기 가림판부(310)의 너비 방향(-Y방향) 일측 모서리 부분(310a)이 소정 깊이만큼 삽입될 수 있게 구성될 수 있다. 또한, 상기 프레임 홈부(123)에 상기 가림판부(310)의 일측 모서리 부분(310a)을 삽입할 때, 돌출되어 있는 지지 플레이트(121)가 간섭되지 않도록 상기 지지 플레이트(121)는 절개부(121a)를 구비한다.
다수의 버스바(130)들은 전기 전도성 재질 이를테면 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속으로 제작되고, 정해진 개수의 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)들이 정해진 버스바(130)의 표면에 용접되어 고정되고 전기적으로 연결된다. 본 실시예의 버스바(130)들은 전극 리드(112)를 통과시킬 수 있게 가운데가 뚫려 있는 직사각 막대 형상으로 마련되고, 뚫려 있는 부분이 버스바 프레임(120)의 리드 슬롯(122)과 연통하도록 버스바 프레임(120)에 배치된다. 또한, 상기 버스바(130)들은 배터리 셀(111)들의 적층 방향과 같은 방향을 따라 상기 버스바 프레임(120)에 배치된다. 소정의 배터리 셀(111)들은 전극 리드(112)들이 포개져 대응하는 위치의 리드 슬롯(122)을 통해 버스바 프레임(120)을 전후로 통과하여 버스바(130) 앞으로 인출되고 이렇게 인출된 부분은 절곡되어 버스바(130)의 표면에 고정되게 용접될 수 있다.
모듈 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)를 외부 충격 등으로부터 보호하기 위한 구성요소로서 바람직하게는 기계적 강성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 본 실시예에 따른 모듈 케이스(200)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(210)와 케이스 커버(220)를 포함한다.
케이스 본체(210)는 길이 방향 양쪽 끝이 오픈된 개방단부(O)를 구비하고 내부가 비어 있는 중공 구조로 이루어진 사각 관 형상으로 이루어져 셀 어셈블리(100)를 길이 방향을 따라 내부에 삽입할 수 있게 마련될 수 있다. 즉, 케이스 본체(210)는 그 내부에 셀 어셈블리(100)를 슬라이드 내지 억지 끼움 방식으로 삽입시킬 수 있게 구성될 수 있다.
이러한 케이스 본체(210)를 적용한 배터리 모듈(10)은 케이스 본체(210)의 상판(211)과 셀 적층체(110)의 상단 사이에 갭이 거의 없고, 케이스 본체(210)의 하판(212)과 셀 적층체(110)의 하단 사이에도 갭이 거의 없으며, 케이스 본체(210)의 양쪽 측면판(213,214)과 셀 적층체(110)의 양쪽 측부에 사이에도 갭이 거의 없도록 구성될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 케이스 본체(210)는 상판(211) 내측면에 마련되며 상기 개방단부(O)로부터 길이 방향(Y방향)을 따라 연장되고 후술할 상기 가림막 유닛(300)의 상단 끼움판부(320)의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제1 조립 가이드 홈부(211a)와, 하판(212) 내측면에 마련되며 상기 개방단부(O)로부터 길이 방향을 따라 연장되고 후술할 상기 가림막 유닛(300)의 하단 끼움판부(330)의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제2 조립 가이드 홈부(212a)를 포함한다.
상기 제1 조립 가이드 홈부(211a)와 상기 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 의하면, 가림막 유닛(300)과의 조립 편의성이 향상될 수 있다. 또한 가림막 유닛(300)을 셀 어셈블리(100)에 장착하더라도 셀 적층체(110)의 상단과 케이스 본체(210)의 상판(211) 사이와, 셀 적층체(110)의 하단과 케이스 본체(210)의 하판(212) 사이에 갭이 거의 발생하지 않도록 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
케이스 커버(220)는 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)들이 위치한 셀 어셈블리(100)의 일측면부, 즉 버스바 프레임(120) 상의 버스바(130)들에 전극 리드(112)들이 고정되게 연결된 부분이 외부로 노출되지 않도록 하기 위해 상기 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 마주하며 상기 케이스 본체(210)의 개방단부(O)에 결합될 수 있게 마련될 수 있다. 상기 케이스 커버(220)는 예컨대 안쪽은 절연 소재로 이루지고 바깥쪽은 금속 소재로 이루어지도록 구성되고, 상기 케이스 본체(210)와 용접으로 고정 결합되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 케이스 커버(220)는 상기 가림판부(310)의 너비 방향 타측 모서리 부분(310b)과 접촉하는 커버 본체(221)와, 상기 상단 끼움판부(320)의 단부와 슬라이드 결합되는 제3 조립 가이드 홈부(222a)가 형성된 커버 상단(222) 및 상기 하단 끼움판부(330)의 단부와 슬라이드 결합되는 제4 조립 가이드 홈부(223a)가 형성된 커버 하단(223)을 포함한다.
상기 제3 조립 가이드 홈부(222a)와 상기 제4 조립 가이드 홈부(223a)는, (도 2 참조) 상기 제1 조립 가이드 홈부(211a) 및 상기 제2 조립 가이드 홈부(212a)와 각각 동축상에 형성되고 후술할 가림막 유닛(300)의 가림판부(310)의 너비 방향 타측 모서리(310b)가 커버 본체(221)의 일면에 접촉하고 그 상태에서 유동하지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.
한편, 도면의 편의상 미도시 하였으나, 케이스 커버(220)는 배터리 모듈(10)의 양극 터미널과 음극 터미널 또는 커넥터와 같이 외부로 노출이 필요한 부품의 노출을 위해 부분적으로 홀이나 슬릿을 구비할 수 있다.
가림막 유닛(300)은 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 그와 마주하는 모듈 케이스(200)의 일측면부 사이에 형성되는 내부 공간을 좌우로 구획하기 위한 구성요소로서, 배터리 모듈(10)의 내부 발화시,발화한 배터리 셀(111)에서 발생하는 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등이 상기 내부 공간을 통해 다른 배터리 셀(111)들로 전파되지 않도록 상기 내부 공간을 구획하는 역할을 한다.
본 실시예에 따른 가림막 유닛(300)은, 열전도성이 낮고 내열성이 우수한 소재(ex : 실리콘, 미카(mica))이고, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 가림판부(310), 상단 끼움판부(320) 및 하단 끼움판부(330)를 포함하고 대략 ⊂ 형태로 마련되어 셀 어셈블리(100)에 탈부착 가능하게 구성된다.
상기 가림판부(310)는 상기 내부 공간에 배치되고 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 모듈 케이스(200)의 일측면부가 서로 마주하는 거리에 대응하는 너비(도 3의 D)와 상기 셀 어셈블리(100)의 일측면부의 높이에 대응하는 높이를 갖도록 마련될 수 있다. 본 실시예에서 상기 셀 어셈블리(100)의 일측면부는 버스바 프레임(120)이고 상기 모듈 케이스(200)의 일측면부는 케이스 커버(220)를 의미한다.
상기 상단 끼움판부(320)는 상기 가림판부(310)와 교차하는 방향으로 상기 가림판부(310)의 상단에서 소정 길이만큼 연장된 플레이트 형태로 마련되고, 상기 하단 끼움판부(330)는 상기 가림판부(310)의 하단에서 상기 상단 끼움판부(320)와 같은 방향으로 소정 길이만큼 연장된 플레이트 형태로 마련된다.
이러한 가림막 유닛(300)은, 도 2와 같이 셀 적층체(110)의 상단과 하단에 접촉하도록 셀 어셈블리(100)에 상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)를 밀어넣어, 상기 셀 어셈블리(100)에 장착될 수 있다. 이때, 가림판부(310)의 일측 모서리 부분(310a)은 전술한 버스바 프레임(120)의 프레임 홈부(123)에 끼워지고 상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)는 상기 셀 적층체(110)의 상단과 하단을 약간 압박하도록 구성되어 있어 가림막 유닛(300)이 셀 어셈블리(100)에 잘 고정될 수 있다.
또한, 상기 가림막 유닛(300)은 상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)가 각각 상기 제1 조립 가이드 홈부(211a)와 상기 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 슬라이드 결합되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 4와 같이, 상기 상단 끼움판부(320)의 두께와 너비는 상기 제1 조립 가이드 홈부(211a)에 일치하고 상기 하단 끼움판부(330)의 두께와 너비는 상기 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 일치하도록 하고 상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)가 각각 상기 제1 조립 가이드 홈부(211a)와 상기 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 슬라이드 결합되도록 할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 가림막 유닛(300)을 셀 어셈블리(100)에 장착하더라도 케이스 본체(210) 셀 어셈블리(100)를 용이하게 삽입할 수 있고, 삽입 후 셀 적층체(110)의 상단과 케이스 본체(210)의 상판(211) 사이와, 셀 적층체(110)의 하단과 케이스 본체(210)의 하판(212) 사이에 갭이 발생하지 않는다.
또한, 상단 끼움판부(320)와 하단 끼움판부(330)가 각각 케이스 본체(210)의 제1 조립 가이드 홈부(211a)와 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 결합되어 구속되기 때문에 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 가림판부(310)에 벤팅 가스의 압력이 작용해도 가림막 유닛(300)이 회전하거나 비틀어지지 않을 수 있다.
상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)의 대부분은 케이스 본체(210)의 제1 조립 가이드 홈부(211a)와 제2 조립 가이드 홈부(212a)에 슬라이드 결합되고 나머지 부분은 케이스 커버(220)에 형성되어 있는 제3 조립 가이드 홈부(222a)와 제4 조립 가이드 홈부(223a)에 슬라이드 결합되게 구성될 수 있다.
그리고 상기 상단 끼움판부(320)와 상기 하단 끼움판부(330)의 나머지 부분이 상기 제3 조립 가이드 홈부(222a)와 제4 조립 가이드 홈부(223a)에 슬라이드되어 완전히 끼워지면 상기 가림판부(310)의 타측 모서리 부분(310b)이 케이스 커버(220)의 내측면에 수직하게 접촉하도록 구성될 수 있다. 상기 실시 구성에 의하면, 본 실시예의 가림막 유닛(300)은 케이스 커버(220)와 접촉하면서 고정성도 강화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 일 부분에 대한 개략적인 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 일 부분에 대한 개략적인 횡단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가림막 유닛(300)이 장착된 셀 어셈블리(100)의 정면도이다.
셀 어셈블리(100)에 가림막 유닛(300)을 장착하고 이어서 케이스 본체(210)와 케이스 커버(220)를 조립하게 되면 도 5 내지 도 7과 같이, 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 그와 마주하는 케이스 커버(220) 사이의 내부 공간이 가림막 유닛(300)에 의해 S1과 S2로 구획 분리된다. 이 경우, 도 6과 같이 특정 배터리 셀(K)에서 이벤트가 발생하였다고 가정하면, 상기 특정 배터리 셀(K)에서 발생하는 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등 (도 6, 도 7에 F 및 화살표시)이 가림판부(310)에 막혀 S1 에서 S2로 넘어가지 못하게 된다. 따라서 S2 영역 쪽에 위치한 배터리 셀(111)들과 그들의 전극 리드(112)들 및 버스바(130)들은 열적 데미지를 덜 받게 되어 모든 배터리 셀(111)들이 발화 내지 폭발하게 되는데 까지 걸리는 시간이 지연될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(10) 내부에서 특정 배터리 셀(111)이 발화할 경우 상기 특정 배터리 셀(111)들에서 발생하는 연소 토출물, 화염, 열기 등이 다른 배터리 셀(111)들로 쉽게 옮겨가지 않도록 할 수 있어 순간적으로 배터리 셀(111)들 폭발적으로 연쇄발화하는 것을 막을 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 사용자는 배터리 모듈(10)의 내부 발화시 화재가 확산되기 이전에 이를 인지하고 보다 안전한 상황에서 대피하거나 화재 진압을 위한 조치를 할 수 있다.
이어서 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 배터리 모듈의 다른 실시예들에 대해 간략히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가림막 유닛(300)이 장착된 셀 어셈블리(100)의 일 부분을 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성으로서, 도 8에 대응하는 도면이며, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 나타낸 사시도이다.
이전 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은 전술한 실시예와 비교할 때, 가림막 유닛(300)이 가림판부(310)를 기준으로 상단 끼움판부(320)는 너비가 제1 방향(-X방향)으로 확장 형성되고, 하단 끼움판부(330)는 너비가 상기 제1 방향의 반대 방향(+X방향)으로 확장 형성된 것에 차이가 있다. 즉, 도 8과 같이 가림막 유닛(300)의 상단 끼움판부(320)와 하단 끼움판부(330)의 너비가 서로 반대로 형성되어 가림막 유닛(300)이 대략 'Z' 형태로 구현된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 배터리 모듈은 가림막 유닛(300)이 배터리 셀(111)들의 적층 방향(X방향)을 따라 셀 어셈블리(100)에 복수 개가 이격 배치되도록 구성된다. 이를테면, 도 9의 실시 구성과 같이, 본 발명의 또 다른 배터리 모듈(10)은 3개의 가림막 유닛들(300A,300B,300C)에 의해 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 그와 마주하는 모듈 케이스(200) 사이에 형성되는 내부 공간이 4개의 공간으로 구획될 수 있다.
이 경우 임의의 배터리 셀(111)에서 이벤트가 발생한 상황에서, 도 5 내지 도 7에 도시한 실시 구성에 비해, 상기 임의의 배터리 셀(111)에서 발생한 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등으로부터 더 많은 배터리 셀(111)들을 보호할 수 있다. 즉, 가림막 유닛들(300A,300B,300C)에 의해 셀 어셈블리(100)의 일측면부와 그와 마주하는 모듈 케이스(200) 사이에 형성되는 내부 공간 더 많이 구획됨에 따라 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등의 이동이 더욱 제한된다. 따라서 이벤트가 발생한 배터리 셀(111)을 기준으로 주변의 다른 배터리 셀(111)들로 열적 데미지가 전파되는 시간이 크게 지연될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 도 10에 도시한 바와 같이, 전술한 실시예에 비해 상단 끼움판부(320)와 하단 끼움판부(330)의 너비와 길이가 확장 형성된 가림막 유닛(300D)을 포함한다.
즉, 도 10과 같이, 가림막 유닛(300D)의 상단 끼움판부(320)와 하단 끼움판부(330)는 그 길이가 셀 적층체(110)의 길이에 대응하고 그 너비는 셀 적층체(110)의 가림판부(310)를 기준으로 셀 적층체(110)의 좌측편 또는 우측편을 모두 커버할 수 있을 만큼 확장 형성되게 구성될 수 있다. 이 경우, 상단 끼움판부(320)와 하단 끼움판부(330)에 의해 셀 적층체(110)의 상단과 하단이 커버됨으로 임의의 배터리 셀(111)에서 이벤트 발생시, 상기 임의의 배터리 셀(111)에서 발생한 열기, 고온의 파티클 입자, 화염 등이 셀 적층체(110)의 상단 또는 하단 쪽을 통해 다른 배터리 셀(111)들로 전파되는 것을 보다 확실히 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(미도시)은 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈의 충방전을 통합 제어하기 위한 마스터 BMS (Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등과 상술한 구성품을 수용하기 위한 팩 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 에너지 저장 디바이스에 적용되거나, 전기 스쿠터, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (15)

  1. 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 이루어진 셀 적층체를 구비한 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치한 상기 셀 어셈블리의 일측면부와 그와 마주하는 상기 모듈 케이스의 일측면부 사이에 형성되는 내부 공간을 좌우로 구획하도록 마련된 가림막 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가림막 유닛은,
    상기 셀 어셈블리의 일측면부와 상기 모듈 케이스의 일측면부가 서로 마주하는 거리에 대응하는 너비와 상기 셀 어셈블리의 일측면부의 높이에 대응하는 높이를 갖는 가림판부; 및
    상기 가림판부와 교차하는 방향으로 상기 가림판부의 상단에서 소정 길이만큼 연장된 상단 끼움판부와, 상기 가림판부의 하단에서 소정 길이만큼 연장된 하단 끼움판부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가림판부는 상기 내부 공간에 배치되고,
    상기 상단 끼움판부와 상기 하단 끼움판부는 상기 셀 적층체의 상단과 하단에 접촉하도록 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는,
    상기 배터리 셀들의 전극 리드들을 통과시킬 수 있는 리드 슬롯들을 구비하고 상기 셀 적층체의 전방 또는 후방을 커버하는 판상체 형태로 마련되며 상기 셀 어셈블리의 일측면부를 형성하는 버스바 프레임; 및
    상기 배터리 셀들의 적층 방향과 같은 방향을 따라 상기 버스바 프레임에 배치되고 상기 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 복수 개의 버스바들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은
    상기 복수 개의 버스바들 중 미리 정해진 버스바와 그와 이웃한 버스바 사이에 상기 가림판부의 너비 방향 일측 모서리 부분을 삽입할 수 있게 마련된 프레임 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    개방단부를 구비하고 중공 형상으로 마련되어 상기 셀 어셈블리를 길이 방향을 따라 내부에 삽입시킬 수 있게 마련된 케이스 본체; 및
    상기 셀 어셈블리의 일측면부와 마주하며 상기 케이스 본체의 상기 개방단부에 결합되는 케이스 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이스 본체는 상기 셀 어셈블리가 길이 방향으로 억지 끼움되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 케이스 본체는
    상판 내측면에 마련되며, 상기 개방단부로부터 길이 방향을 따라 연장되고 상기 상단 끼움판부의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제1 조립 가이드 홈부; 및
    하판 내측면에 마련되며, 상기 개방단부로부터 길이 방향을 따라 연장되고 상기 하단 끼움판부의 너비와 두께에 대응하도록 형성된 제2 조립 가이드 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가림막 유닛은
    상기 상단 끼움판부와 상기 하단 끼움판부가 각각 상기 제1 조립 가이드 홈부와 상기 제2 조립 가이드 홈부에 슬라이드 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 케이스 커버는
    상기 가림판부의 너비 방향 타측 모서리 부분과 접촉하는 커버 본체;
    상기 상단 끼움판부의 단부와 슬라이드 결합되는 제3 조립 가이드 홈부가 형성된 커버 상단; 및
    상기 하단 끼움판부의 단부와 슬라이드 결합되는 제4 조립 가이드 홈부가 형성된 커버 하단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 가림막 유닛은,
    상기 가림판부를 기준으로 상기 상단 끼움판부는 너비가 제1 방향으로 확장 형성되고, 상기 하단 끼움판부는 너비가 상기 제1 방향의 반대 방향으로 확장 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가림막 유닛은 상기 셀 어셈블리에 상기 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가림막 유닛은 상기 셀 어셈블리에 탈부착 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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