WO2023282711A1 - 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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WO2023282711A1
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protrusion
battery
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module
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김광모
성준엽
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery, and more particularly, to a battery module and battery pack with enhanced safety, and a vehicle including the same.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and an exterior material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • 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 these secondary batteries may constitute one battery module in a form in which a plurality of them are stored together in a module case in a state in which they 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 the 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.
  • gas or flame may be discharged to the outside. At this time, if the discharge of gas or flame is not properly controlled, gas or flame may be discharged toward other battery modules, causing a thermal chain reaction of other battery modules. Moreover, when a thermal event occurs inside the battery module, a large amount of combustible gas and factors that can cause ignition, such as sparks, electrode discharges, and carbides, may occur together. In addition, when these ignition triggers are discharged to the outside during gas discharge, there is a risk of causing a fire by encountering oxygen.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and a battery module having an improved structure so that safety can be improved by appropriately controlling discharge of gas or spark when a thermal event occurs inside the battery module, and It is an object of the present invention to provide a battery pack and a vehicle including a battery pack.
  • a battery module for achieving the above object includes a cell assembly including one or more battery cells; a module case accommodating the cell assembly in an internal space and having a venting hole through which venting gas generated from the cell assembly can be discharged; and a venting channel provided on the outside of the module case so that the venting gas discharged from the venting hole can flow in and be discharged to the outside, and is configured to protrude from the inside of the venting channel toward the outer surface of the module case. and a venting unit having a protrusion.
  • a plurality of protrusions may be disposed along a flow direction of the venting gas.
  • venting unit may further include a plate portion formed in a plate shape and having the protrusion on an inner surface thereof, and an rim portion protruding from an edge of the plate portion toward an outer surface of the module case and coupled to the outer surface of the module case. there is.
  • the protruding portion may have a width equal to or greater than a width in a direction perpendicular to the flow direction of the venting gas.
  • venting unit may be configured in a form in which an empty space is formed inside the protrusion.
  • venting unit may be concavely formed in a direction in which an outer surface of a portion where the protrusion is formed faces an outer surface of the module case.
  • venting unit may have a protrusion or a groove formed on a surface of the protrusion.
  • the venting unit may further include an adhesive member made of an adhesive material and disposed on an inner surface of the venting channel.
  • the protruding portion may be configured in a form in which the width increases toward the inner end.
  • 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 battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes one or more battery modules; a pack housing accommodating the one or more battery modules in an inner space and having a pack hole; and a protrusion mounted on the pack housing, having a venting channel formed so that the venting gas discharged from the pack hole can be introduced and discharged to the outside, and configured to protrude from the inside of the venting channel toward the outer surface of the pack housing. It includes a venting unit provided.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the discharge path of the venting gas is formed non-linearly, so that gas and heat are quickly discharged, while highly linear sparks, electrode discharges, carbides, etc. are discharged to the outside of the module. can be suppressed.
  • the generated flame is suppressed from being discharged to the outside of the battery module, thereby preventing a thermal event from spreading to other battery modules.
  • the effect of controlling the venting of the battery module and preventing heat/flame propagation between the battery modules can be implemented.
  • 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 combined perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of some components in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a cross-sectional configuration of the venting unit of FIG. 3 attached to a module case as viewed from the front.
  • FIG. 5 is an enlarged view illustrating a configuration of a portion in which a protrusion is formed in a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating some configurations of a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating some configurations of a venting unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the configuration of the venting unit of FIG. 7 attached to the module case as viewed from above.
  • FIG. 9 is an upper cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a protrusion according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view schematically illustrating some configurations of a venting unit including a protrusion shape according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view of a cross-sectional shape along the line B1-B1' viewed from above in a state in which the venting unit of FIG. 10 is coupled to the module case.
  • FIG. 12 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which a venting unit is coupled to a module case according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which a venting unit is coupled to a module case according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which a venting unit is coupled to a module case according to another embodiment of the present invention.
  • 15 and 16 are perspective views schematically illustrating the configuration of a venting unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 20 is a view of a battery pack according to another embodiment of the present invention viewed from above.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of some components in FIG. 1 .
  • the battery module according to the present invention includes a cell assembly 100 , a module case 200 and a venting unit 300 .
  • the cell assembly 100 may include one or more battery cells.
  • each battery cell may mean a secondary battery.
  • a secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the battery cells included in the cell assembly 100 may be pouch-type secondary batteries.
  • other types of secondary batteries such as cylindrical batteries or prismatic batteries, may also be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • a plurality of secondary batteries may form the cell assembly 100 in a stacked form.
  • a plurality of secondary batteries may be stacked in a state in which each is erected in a vertical direction (z-axis direction in the drawing) and arranged in a horizontal direction (x-axis direction in the drawing).
  • Each battery cell may have an electrode lead, and the electrode lead may be located at both ends or at one end of each battery cell.
  • a secondary battery with electrode leads protruding in both directions is referred to as a bidirectional cell, and a secondary battery with electrode leads protruding in one direction is 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 of the present invention may be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • the module case 200 may have an empty space formed therein so as to accommodate the cell assembly 100 in the inner space.
  • the module case 200 includes an upper plate, a lower plate, a left plate, a right plate, a front plate, and a back plate, and may be configured to define an internal space.
  • at least two or more of the upper plate, the lower plate, the left plate, the right plate, the front plate, and the back plate may be configured in an integrated form.
  • the module case 200 may be configured in a monoframe shape having a tubular shape by integrally forming an upper plate, a lower plate, a left plate, and a right plate.
  • the front plate and the back plate may be configured in the form of being coupled to the front and rear openings of the monoframe to seal them.
  • a venting hole may be formed on at least one side of the module case 200 .
  • a venting hole H1 may be formed in each of the left and right plates of the module case 200 .
  • the venting hole H1 may be configured such that, when the venting gas is generated and ejected from the cell assembly 100 accommodated in the internal space, the generated venting gas can be discharged to the external space of the module case 200 .
  • the venting hole H1 may be formed in a completely open form so as to pass through the module case 200 in an inward and outward direction.
  • the venting hole H1 may not be completely opened, but may be configured in a form that is closed in a normal state and can be opened according to a change in pressure or temperature.
  • the venting hole H1 may be formed to extend in one direction.
  • the venting hole H1 may be formed to elongate in the vertical direction.
  • the venting hole H1 may be formed on the side surfaces of the module case 200, particularly the left and right sides.
  • such a venting hole H1 may be formed on another part of the module case 200, such as the upper surface, the lower surface, the front surface, and/or the rear surface.
  • the configuration of the venting hole H1 formed in the module case 200 may be configured in various other shapes other than these shapes.
  • the venting unit 300 may be provided outside the module case 200 .
  • the venting unit 300 may be attached to a portion of the module case 200 where the venting hole H1 is formed.
  • the venting unit 300 is formed on the left and right sides of the module case 200, respectively. Can be attached externally.
  • venting unit 300 may have a venting channel, as indicated by V in FIG. 2 .
  • the venting channel V may be configured such that the venting gas discharged from the venting hole H1 of the module case 200 is introduced and discharged to the outside.
  • venting unit 300 The configuration of the venting unit 300 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 .
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of a venting unit 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional configuration of the venting unit 300 of FIG. 3 attached to the module case 200.
  • This is a schematic drawing of the form viewed from the front.
  • the venting unit 300 of FIGS. 3 and 4 the venting unit 300 located on the left side of the module case 200 is the center of the two venting units 300 shown in FIGS. 1 and 2 . It can be said that it is a drawing represented by .
  • the venting unit 300 may have a venting channel V so that the venting gas discharged from the venting hole H1 flows in and is discharged to the outside.
  • the venting unit 300 may include a protrusion 310 inside the venting channel V.
  • the protrusion 310 may protrude from the inside of the venting channel V toward the outer surface of the module case 200 .
  • the protrusion 310 is provided on the right surface, which can be referred to as the inner surface. And, this protrusion 310 may be formed to protrude in the right direction.
  • the venting gas may flow in a bent form by the protruding portion 310 . That is, when the venting gas flows into the venting channel V of the venting unit 300 from the venting hole H1 of the module case 200, the venting gas flows inside the venting channel V and then flows into the venting channel V. ) may be discharged to the outside through the outlet (Vo). At this time, when the venting gas flows through the inner space of the venting channel V, it collides with the protruding portion 310, and as a result, the flow direction may be bent at a predetermined portion instead of flowing only in a straight direction. Therefore, when the venting gas flows inside the venting channel V, as indicated by arrows in FIG. 3 , it may flow in a bent form at least once. In other words, it can be said that the venting unit 300 is configured so that the venting gas flows non-linearly through the protruding portion 310 .
  • the flow direction of the venting gas is formed in a non-linear form, discharge of sparks, electrode discharges, carbides, etc. with strong straightness to the outside of the venting unit 300 together with the venting gas can be effectively suppressed. can Therefore, in this case, a problem in which high-temperature sparks, electrode discharges, carbides, etc. come into contact with oxygen outside the venting unit 300 and act as an ignition source can be prevented.
  • the inside may mean a portion toward the center of the battery module, and the outside may mean the opposite direction.
  • the inner direction of the venting unit 300 may mean a direction toward the module case 200 .
  • the protrusion 310 may be configured to contact the outer surface of the module case 200 .
  • the right end of the protrusion 310 contacts the left surface of the module case 200. can be configured to
  • an empty space may not be formed between the protrusion 310 and the module case 200 . Accordingly, an empty space in which the venting gas can flow inside the venting channel V may be limited between the protrusions 310 as indicated by V1 in FIG. 4 . Therefore, in this case, a configuration in which the flow direction of the venting gas in the venting channel V is in a non-linear form, that is, in a bent form, can be achieved more easily and reliably.
  • a plurality of protrusions 310 may be disposed along the flow direction of the venting gas.
  • the flow direction of the venting gas may be referred to as a direction from the venting hole H1 toward the outlet Vo of the venting unit 300 .
  • the flow direction of the venting gas may be referred to as the -X axis direction.
  • a plurality of protrusions 310 are provided on the right surface of the left venting unit 300, and in particular, several protrusions 310 may be disposed in the -X-axis direction.
  • the plurality of protrusions 310 disposed along the flow direction of the venting gas may be configured to be spaced apart from each other by a predetermined distance. And, the venting gas may flow through the separation space. Also, the plurality of protrusions 310 may be alternately arranged along the flow direction of the venting gas. For example, in the case of the venting unit 300 coupled to the left and right sides of the module case 200, a plurality of protrusions 310 are disposed in the front and rear directions, respectively, and the adjacent protrusions 310 are at different heights. It can be configured to be positioned.
  • a configuration in which the flow direction of the venting gas is bent several times can be more easily implemented through a configuration in which a plurality of protrusions 310 are disposed along the flow direction of the venting gas.
  • a plurality of protrusions 310 may be disposed along a direction orthogonal to the flow direction of the venting gas.
  • a direction orthogonal to the flow direction of the venting gas may be referred to as a vertical direction (Z-axis direction).
  • a plurality of protrusions 310 may be arranged in a vertical direction.
  • venting unit 300 may further include a plate portion 301 and an edge portion 302 as shown in FIGS. 3 and 4 .
  • the plate portion 301 may be formed in a plate shape and may have a protruding portion 310 located on an inner surface.
  • the plate portion 301 may be formed in the form of a plate erected in an up and down direction, and the protrusion 310 is such a plate portion 301 may be located on the right surface (surface in the -Y axis direction) of
  • the edge portion 302 may protrude from the edge of the plate portion 301 toward the outer surface of the module case 200 and be coupled to the outer surface of the module case 200 .
  • the edge portion 302 includes an upper end (+Z axis direction end) and a lower end ( ⁇ Z axial end) and the front end (+X-axis direction end) protrudes in the right direction, and may be coupled to the left surface of the module case 200.
  • the rim portion 302 and the module case 200 may be coupled by welding.
  • the present invention is not necessarily limited to this type of coupling, and they may be coupled in various other ways such as bolting or adhesion.
  • the structure and shape of the venting unit 300 is simple, so that the manufacturing or assembly of the venting unit 300 can be performed very easily.
  • the venting unit 300 is configured such that one side, that is, the right surface of the venting channel V is completely open, so that the entire open portion is the venting channel V. It can function as an inlet (Vi) of. Accordingly, the position of the venting hole H1 in the module case 200 may not be greatly affected. That is, according to the embodiment, since the inlet Vi of the venting channel V is formed to be very large, the venting unit 300 is positioned at the venting hole H1 on the surface of the module case 200. There is no need to spend a lot of effort to accurately align the inlet Vi.
  • the process of providing the protrusion 310 in the inner space of the venting channel V can be achieved very easily.
  • the protrusion 310 is completely exposed to the outside before the venting unit 300 is attached to the module case 200 . Therefore, since the protruding portion 310 can be formed through the exposed side surface, a manufacturing or design process for providing the protruding portion 310 in various shapes or arrangements inside the venting channel V can be smoothly performed.
  • the venting device is provided for the battery module by simply attaching the venting unit 300 having a simple structure to the side surface of the module case 200 where the venting hole H1 is formed. It can be implemented very easily. Therefore, in this case, if the venting hole H1 is formed in the module case 200, the battery module according to the present invention can be easily implemented without changing the configuration or design of the corresponding module case 200. .
  • the edge portion 302 may not be formed on some edges of the plate portion 301, or the protruding height of some edge portions 302 may be formed to be small.
  • the edge portion 302 may not be formed at the rear corner. there is.
  • the edge portion 302 may be formed at the remaining three corners of the four corners of the plate portion 301 .
  • the rear side edge of the square plate portion 301 as indicated by Vo, may function as an outlet of the venting channel V.
  • venting channel V is closed on the left side, top, bottom and front side, the right side is open to function as an inlet (Vi), and the rear side is open to function as an outlet (Vo). ) can be said to function as
  • the protrusion 310 may have a width equal to or greater than a width in a direction perpendicular to the flow direction of the venting gas. This will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
  • FIG 5 is an enlarged view of a configuration of a portion where a protrusion 310 is formed in a venting unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the protrusion 310 when looking at the venting unit 300 from the side of the module case 200, the protrusion 310 may have a figure shape having a certain area such as a rectangle.
  • W1 the same width in the forward and backward direction as the flow direction (X-axis direction) of the venting gas
  • Z the vertical direction orthogonal to the flow direction of the venting gas inside the venting channel V
  • W1 and W2 may be configured to form the following size relationship.
  • the width of the protrusion 310 in the same direction as the flow direction of the venting gas may be equal to or larger than the width in the direction perpendicular to the flow direction of the venting gas.
  • the protruding portion 310 may stably maintain its shape without being deformed even under high pressure of the venting gas. That is, when the venting gas flows inside the venting channel V, a high pressure may be instantaneously applied to the protrusion 310 . At this time, according to the embodiment, even when a large force is applied by gas pressure, the protruding portion 310 stably maintains its shape, so that the non-linear flow direction of the venting gas can continue.
  • the contact area between the end of the protruding portion 310 and the module case 200 can be widened. Therefore, it is possible to prevent sparks or ejected materials from leaking easily into the gap between the end of the protrusion 310 and the module case 200 .
  • heat can be better transferred from the module case 200 to the outside of the venting unit 300 through the protrusion 310, cooling performance of the battery module by the protrusion 310 can be increased.
  • venting unit 300 may be configured in a form in which an adhesive is interposed between the end of the protrusion 310 and the module case 200 .
  • an adhesive intervening configuration can be more easily implemented.
  • the protrusion 310 may be formed in the form of a quadrangular pillar having an approximate square shape when viewed from the front, but such a shape may be implemented in various ways.
  • the protrusion 310 may be formed into a circle, an ellipse, or other polygonal shape when viewed from the front. That is, the protrusion 310 may be formed in the form of a cylinder, an elliptical pillar, or a polygonal pillar.
  • the corner or vertex portion may be configured in a rounded shape.
  • the venting unit 300 may be configured in a form in which an empty space is formed inside the protrusion 310 . This will be described in more detail with reference to FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing some configurations of a venting unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 may be a diagram schematically illustrating a cross-sectional configuration of the protrusion 310 provided in the venting unit 300 when viewed from above.
  • FIG. 6 may be a diagram schematically illustrating a cross-sectional configuration of the protrusion 310 provided in the venting unit 300 when viewed from above.
  • the protruding portion 310 is formed in a form protruding from the venting unit 300 toward the module case 200, and an empty space may be formed therein, as indicated by E1. In addition, air or the like may exist in the empty space inside.
  • a heat insulating layer is formed by the empty space E1 inside the protrusion 310, so that heat transfer through the protrusion 310 can be reduced.
  • a hole may be formed in the protrusion 310 to communicate with the inner space E1.
  • a hole may be formed on at least one side of the protrusion 310.
  • the protrusion 310 generally has an internal space E1 limited thereto, and the internal space E1 may be connected to the venting channel V through the inlet hole H2.
  • the inflow hole H2 of the protrusion 310 may be formed in a direction opposite to the direction in which the venting gas flows.
  • the inlet hole of the protruding part 310 (H2) may be formed on the front side surface.
  • the effect of preventing discharge of sparks, electrode discharge materials, carbides, etc. by the protruding portion 310 can be further increased.
  • the spark or electrode discharge material having a strong linearity moves through the inlet hole H2 to the protruding part 310. It may flow into the inner space (E1).
  • sparks or electrode discharge materials introduced into the inner space E1 of the protruding part 310 are retained in the inner space E1 so that they are blocked from being discharged to the outside of the venting unit 300 together with the venting gas.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing some configurations of a venting unit 300 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the configuration of the state in which the venting unit 300 of FIG. 7 is attached to the module case 200 viewed from the top.
  • FIG. 8 may be referred to as a modified example of the configuration of FIG. 6 .
  • This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the venting unit 300 may be concave in a direction in which the outer surface of the portion where the protrusion 310 is formed faces the outer surface of the module case 200, as indicated by G1.
  • the protrusion 310 can be said to be formed in a convex shape toward the outer surface of the module case 200 when the inner surface of the venting unit 300 is the reference, but the outer surface of the venting unit 300 is the reference. It can be said that it is formed in a concave shape toward the outer surface of the module case 200.
  • the concave portion G1 of the venting unit 300 may be formed by the protruding portion 310 of the venting unit 300, it may have a shape corresponding to the protruding portion 310 of the venting unit 300.
  • the protrusion 310 may be formed in a substantially rectangular shape, and thus the concave portion G1 formed on the outer surface of the venting unit 300 may also be formed in a substantially rectangular shape.
  • the configuration of forming the protrusion 310 in the venting unit 300 can be implemented simply.
  • the venting unit 300 is generally formed in a plate shape, and a plurality of parts in the center are pressed inward, so that the protrusion 310 may be formed.
  • the outer surface area of the venting unit 300 can be widened. Accordingly, the cooling performance of the venting gas or high-temperature gas discharged from the inside of the module case 200 and flowing through the venting channel V may be improved.
  • heat dissipation performance for heat transferred from the module case 200 to the venting unit 300 may be further improved.
  • cooling or heat dissipation efficiency according to this embodiment of the present invention may be further increased.
  • the venting unit 300 may have a protrusion or groove formed on the surface of the protrusion 310 . This will be described in more detail with reference to FIGS. 9 to 11 .
  • FIG. 9 is an upper cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a protrusion 310 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 can be regarded as another modified example of the configuration of FIG. 6 .
  • This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the protruding part 310 of the venting unit 300 may have a groove formed on the side facing the venting gas, as indicated by G2 . That is, as indicated by arrow A2 in FIG. 9 , when the venting gas flows from the front end to the rear end of the venting unit 300 , a groove G2 may be formed on the front surface of the protrusion 310 . That is, the groove G2 of the protrusion 310 may be formed on a side surface facing the venting gas, that is, a side surface facing the venting hole H1.
  • the flow of the venting gas may be disturbed or the flow direction may be changed by the groove G2 formed in the protrusion 310 .
  • particles such as sparks or discharged material from an electrode can be collected in the groove G2 formed in the protruding portion 310 . Accordingly, according to this configuration, the effect of preventing sparks or discharged substances from flowing out to the outside of the venting channel V can be further improved.
  • FIG. 10 is a front view schematically illustrating a part of a configuration of a venting unit 300 including a protruding portion 310 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view of a cross-sectional shape along the line B1-B1' viewed from the top in a state in which the venting unit 300 of FIG. 10 is coupled to the module case 200. This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • a groove may be formed on an inner end surface of the protrusion 310, that is, an end surface of the protrusion 310 facing the module case 200, as indicated by G3.
  • the groove G3 may form a certain space between the end of the protruding portion 310 and the outer surface of the module case 200 .
  • the opening of the groove G3 may be formed on a side of the protrusion 310 facing the venting gas. That is, in the configurations of FIGS. 10 and 11 , when the venting gas flows from the front end to the rear end as indicated by arrow A3, the groove G3 of the protrusion 310 is the part of the protrusion 310 that directly encounters the venting gas.
  • the groove G3 of the protrusion 310 may not extend to the rear end of the protrusion 310 and may be configured to stop at a predetermined portion. That is, the groove G3 formed at the end of the protrusion 310 may be concave to a predetermined point instead of penetrating the protrusion 310 .
  • the groove G3 of the protrusion 310 has a rear end side bent in a direction orthogonal to the flow direction of the venting gas, such as an upper direction (+Z axis direction) or a lower direction ( ⁇ Z axis direction). may consist of
  • the groove G3 formed on the inner end surface of the protruding portion 310 by the groove G3 formed on the inner end surface of the protruding portion 310, sparks or discharges moving together with the venting gas are collected and discharged to the outside of the venting channel V more effectively. can be suppressed
  • the effect of collecting sparks or discharges introduced into the gap between the inner end surface of the protrusion 310 and the module case 200 in the groove G3 can be improved.
  • the venting unit 300 may further include a porous member 320 as shown in FIG. 9 .
  • the porous member 320 may be configured in a form in which a plurality of pores are retained therein. In particular, these internal pores may be configured to communicate with the outside. That is, the pores held in the pore member 320 may be referred to as empty spaces filled only with gas, and these pores may be configured to communicate with the outside rather than in a closed form.
  • the porous member 320 may be configured in a form in which a plurality of wires, in particular, a plurality of wires made of materials such as metal or polymer are entangled with each other.
  • the porous member 320 may be configured to be inserted into the groove G2 of the protrusion 310 .
  • sparks or discharges that come into contact with the surface of the protrusion 310 or flow into the groove G2 of the protrusion 310 are collected by the porous member 320, and the venting channel V Exhaust to the outside can be blocked more reliably.
  • protrusions may be formed on the surface of the protruding portion 310 .
  • these protrusions may be formed to obstruct the flow direction of the venting gas flowing on the surface of the protrusion 310 .
  • the projections may be configured to generate disturbances or eddy currents to the flow of venting gas flowing along the surface of the projections 310 . In this case, external discharge such as sparks or ejected materials can be more suppressed.
  • FIG. 12 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which the venting unit 300 is coupled to the module case 200 according to another embodiment of the present invention. This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the venting unit 300 may further include an adhesive member 330 .
  • the adhesive member 330 may be made of an adhesive material and positioned on the inner surface of the venting channel V.
  • the adhesive member 330 may be made of only an adhesive material or may be configured in the form of an adhesive tape having an adhesive material on the surface of a substrate.
  • the adhesive member 330 may be configured to be positioned on a side of the protruding part 310 facing the venting gas.
  • the adhesive member 330 may be attached to the front end side surface of the protrusion 310 so as to face the venting gas.
  • the surface direction of the adhesive member 330 may be orthogonal to the flow direction of the venting gas.
  • the adhesiveness of the adhesive member 330 may be continuously developed in a normal state, or may be developed only in a high temperature state such as when a venting gas is flowing.
  • fine particles included in the venting gas such as sparks or ejected substances, can be better collected due to the adhesiveness of the adhesive member 330 . Therefore, in this case, the effect of suppressing the discharge of sparks or expelled materials to the outside of the venting channel V can be further improved.
  • the adhesive member 330 has been described based on a configuration in which the adhesive member 330 is formed on the side surface of the protruding portion 310 toward the venting hole, for example, the front end surface of the protruding portion 310.
  • Member 330 may be formed on the other side surface of protrusion 310 , such as an upper side surface and/or a lower side surface of protrusion 310 .
  • FIG. 13 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which the venting unit 300 is coupled to the module case 200 according to another embodiment of the present invention. This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the protruding portion 310 of the venting unit 300 may have a shape in which the width increases toward the inner end. That is, as shown in FIG. 13 , when the width of the outer end of the protrusion 310 is W3 and the width of the inner end of the protrusion 310 is W4, W4 may be larger than W3. That is, the protruding portion 310 may be configured to increase in width from the outside toward the inside.
  • the protrusion 310 it is possible to prevent the protrusion 310 from being deformed even under high pressure of the venting gas.
  • the end of the protrusion 310 is stable by the surface of the module case 200 even when the venting gas flows. supported and not deformed.
  • the protrusion 310 may receive force in the A5 direction, and the inner end of the protrusion 310 has a large surface area and is close to the outer surface of the module case 200. Since they are in contact, the protrusion 310 may not be easily bent in the A5 direction. Therefore, in this case, the venting control configuration by the protruding portion 310 of the venting unit 300 can be continuously maintained.
  • FIG 14 is an upper cross-sectional view schematically showing some configurations in which the venting unit 300 is coupled to the module case 200 according to another embodiment of the present invention. This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the protrusion 310 of the venting unit 300 may be configured in a substantially plate shape, unlike the previous embodiments. At this time, at least one surface of both wide surfaces of the plate-shaped protrusion 310 may be configured to face the flow direction of the venting gas. For example, as indicated by arrow A6 in FIG. 14 , when the venting gas flows from the front to the rear of the battery module, one surface of the protrusion 310 is configured to face forward and the other surface is configured to face backward. It can be.
  • the protrusion 310 has a side end facing the outer surface of the module case 200 in a direction opposite to the flow direction of the venting gas, that is, in a direction toward the venting hole H1. It can be configured to be extended.
  • the protrusion 310 moves backward even under high pressure of the venting gas. It is possible to stably contact the surface of the module case 200 without being pushed. Moreover, in this embodiment, by increasing the contact area between the protrusion 310 and the module case 200, coupling and heat transfer between the protrusion 310 and the module case 200 can be further improved. Particularly, in this case, an adhesive may be interposed between the protrusion 310 and the module case 200 to further increase the bonding force between the protrusion 310 and the module case 200.
  • FIG. 15 and 16 are perspective views schematically illustrating the configuration of a venting unit 300 according to still other embodiments of the present invention. This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiment.
  • each of the plurality of protrusions 310 may be formed in a plate shape. That is, in the foregoing various embodiments, when the venting unit 300 is viewed from the side of the module case 200, the description has been focused on the configuration of the protrusion 310 having a three-dimensional shape such as a square, but the protrusion 310 It may also be configured in a form having a straight line shape. Particularly, the protruding portion 310 may be configured such that some edges are fixed to the plate portion 301 and the edge portion 302 and the other edges are not fixed within the venting unit 300 .
  • At least some of the other edges of the protrusion 310 that are not fixed within the venting unit 300 are configured to contact the surface of the module case 200 when the venting unit 300 is coupled to the module case 200. It can be. Furthermore, as shown in FIG. 15 , the plate-like protruding portion 310 may be inclined at a predetermined angle from the direction of the edge portion 302 . According to this configuration of the present invention, with a relatively simple structure, the effect of suppressing discharge such as sparks and expelled substances can be ensured.
  • the protruding portion 310 may be configured in a plate shape, but may be configured in a shape in which a predetermined portion is bent. That is, when looking at the open inlet side of the venting unit 300 from the side of the module case 200, the protruding part 310 may be configured in a form having a bent straight shape.
  • a plurality of bent straight protrusions 310 may be arranged spaced apart from each other by a predetermined distance along the flow direction of the venting gas, for example, in the front and rear direction (X-axis direction) of the module case 200 .
  • a plurality of bent linear protrusions 310 may be disposed at a predetermined distance apart in a direction perpendicular to the flow direction of the venting gas, for example, in the vertical direction (Z-axis direction) of the module case 200.
  • FIG. 17 is a perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • the venting unit 300 may be coupled to an upper portion of the module case 200 .
  • a protrusion 310 may be provided on an inner surface of the venting unit 300 .
  • the venting unit 300 may be attached to the upper part of the module case 200 corresponding to the location of the venting hole H1.
  • the venting holes H1 are formed on the left and right sides of the upper surface of the module case 200, respectively
  • the venting unit 300 is formed on the left and right sides of the upper part of the module case 200, respectively, as shown in FIG. can be attached
  • the venting gas when the venting gas is discharged from the venting hole H1, the venting gas may be discharged as indicated by an arrow in FIG. 17 .
  • FIG. 18 is a perspective view schematically illustrating the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. This embodiment will be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • venting units 300 are coupled to the left and right sides of the upper surface of the module case 200, respectively, and the venting directions of the respective venting units 300 may be configured to be in opposite directions. That is, the venting direction of the venting unit 300 provided on the left side of the upper surface of the module case 200 is configured to face backward, and the venting direction of the venting unit 300 provided on the upper right side of the module case 200 is forward. It can be configured to face.
  • the venting gas may be dispersed to prevent the venting gas from being concentrated in a specific part by differentiating the venting direction among the plurality of venting units 300 . Therefore, in this case, it is possible to prevent overheating of a specific part due to the concentration of the venting gas.
  • FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • a detailed description of parts to which the parts described in the previous embodiments can be applied identically or similarly will be omitted.
  • 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 may include a plurality of battery modules M according to the present invention.
  • each battery module M includes a cell assembly 100 , a module case 200 and a venting unit 300 .
  • the plurality of battery modules M may be accommodated inside the pack housing PH.
  • a venting unit 300 may be included, and venting gas may be discharged through the venting unit 300 as indicated by an arrow. . Therefore, ignition factors such as sparks, electrode discharges, and carbides are not included as much as possible in the venting gas discharged to the outside, thereby preventing ignition from occurring in other battery modules M as well as around the corresponding battery module M. can do.
  • venting gas can be prevented from being directly injected toward other battery modules.
  • FIG. 19 when a plurality of battery modules M are disposed in two rows, a left column and a right column, in a pack housing, a venting unit 300 is provided for the battery modules M in the left column.
  • the spraying direction of the venting unit 300 may be directed to the left, and the spraying direction of the venting unit 300 may be directed to the right for the battery module M in the right column.
  • venting gas is discharged from a specific battery module, for example, M4
  • the venting gas is not directed toward other battery modules, so that the spread of a thermal event by the venting gas to other battery modules can be more effectively prevented.
  • the battery pack according to the present invention in addition to the battery module (M) or the pack housing (PH), other various components, such as BMS, bus bar, relay, current sensor, etc. of the present invention It may further include components of a battery pack known at the time of filing.
  • venting unit 300 applied to the battery module may also be applied to the battery pack. This will be further described with reference to FIG. 20 .
  • FIG. 20 is a view of a battery pack according to another embodiment of the present invention viewed from above.
  • FIG. 20 shows the internal configuration of the battery pack according to the present invention in a state where the upper side of the pack housing PH is removed.
  • This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • a hole may be formed in at least one side of the pack housing PH in which the plurality of battery modules M are accommodated, as indicated by H3.
  • the pack hole H3 may be formed in a form in which the inner space and the outer space of the pack housing PH communicate with each other.
  • the pack hole H3 may function as a passage through which gas or the like existing in the inner space of the pack housing PH is discharged to the outside.
  • the above-described venting unit 300 may be mounted on the pack housing PH.
  • the venting unit 300 when the pack hole H3 is formed in the pack housing PH, the venting unit 300 is located outside the pack housing PH, where the pack hole H3 is formed. can be attached
  • the battery pack according to this embodiment of the present invention includes one or more battery modules (M), a pack housing (PH) accommodating the one or more battery modules (M) in an inner space and having a pack hole (H3) formed therein, and these Mounted on the pack housing (PH), a venting channel (V) is formed so that the venting gas discharged from the pack hole (H3) flows in and is discharged to the outside, and inside the venting channel (V), the pack housing ( It can be said to include a venting unit 300 having a protruding portion 310 configured to protrude toward the outer surface of the PH).
  • the venting gas generated from any battery module M passes through the pack hole H3, as indicated by an arrow in FIG. 20, and enters the venting unit 300 located outside the pack housing PH. can flow into Then, as described above, by the venting unit 300, external discharge of sparks, electrode discharged materials, carbides, and the like can be suppressed.
  • the venting unit 300 in an implementation configuration in which the venting unit 300 is mounted on the pack housing PH, the venting unit 300 includes several of the venting unit 300 described above as mounted on the module case 200. Exemplary configurations may be applied identically or similarly.
  • the venting unit 300 may not be included in each battery module M. However, as shown in FIG. 19 , the venting unit 300 may be separately attached to each battery module M as well.
  • the cell assembly 100 is accommodated inside the module case 200 and provided inside the pack housing PH in a modular form.
  • the cell assembly 100 is not accommodated in the module case 200, but is directly mounted on the pack housing PH in a cell to pack form.
  • the battery module M described above may include only the cell assembly 100 without including the module case 200 .
  • a control device such as a battery management system (BMS) and electric components such as a relay and a current sensor may be accommodated together.
  • BMS battery management system
  • electric components such as a relay and a current sensor
  • the battery module according to the present invention or the battery pack 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

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트 발생 시 벤팅의 적절한 제어를 통해 안전성이 향상될 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 외측에 구비되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부를 구비하는 벤팅 유닛을 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩
본 출원은 2021년 7월 9일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0090554호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 등에 관한 것이다.
노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 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 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
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 전지는 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 발생하는 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, 가스나 화염 등이 외부로 배출될 수 있다. 이때, 가스나 화염 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 우려가 있다. 더욱이, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트(thermal event) 발생 시, 다량의 가연성 가스와 함께 스파크(spark)를 비롯한 전극 토출물, 탄화물 등 발화를 유발할 수 있는 인자들이 함께 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 발화 유발 인자들은, 가스 배출 시 외부로 함께 배출되는 경우, 산소와 만나게 되어 화재를 발생시킬 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트 발생 시 가스나 스파크 등의 배출을 적절하게 제어하여 안전성이 향상될 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; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 외측에 구비되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부를 구비하는 벤팅 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 돌출부는, 상기 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 다수 배치될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 판상으로 형성되며 내측 표면에 상기 돌출부가 위치하는 플레이트부 및 상기 플레이트부의 테두리에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출되어 상기 모듈 케이스의 외면에 결합된 테두리부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출부는, 벤팅 가스의 흐름 방향과 동일한 방향의 폭이 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향의 폭 이상의 크기로 구성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부의 내부에 빈 공간이 형성된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부가 형성된 부분의 외면이 상기 모듈 케이스의 외면을 향하는 방향으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부의 표면에 돌기 또는 홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 접착성을 갖는 물질을 구비하여 상기 벤팅 채널의 내부 표면에 위치하는 접착 부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출부는, 내측 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 구성될 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 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈; 상기 하나 이상의 배터리 모듈을 내부 공간에 수납하며 팩 홀이 형성된 팩 하우징; 및 상기 팩 하우징에 장착되고, 상기 팩 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 팩 하우징의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부를 구비하는 벤팅 유닛을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 특정 배터리 모듈이나 배터리 팩의 내부에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 가스 및 열은 외부로 신속하게 배출되고 화재 발생이나 확산은 억제될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 벤팅 가스의 배출 경로가 비직선적으로 형성됨으로써, 가스 및 열은 신속하게 배출되도록 하면서도, 직진성이 강한 스파크, 전극 토출물, 탄화물 등이 모듈 외부로 배출되는 것은 억제되도록 할 수 있다.
따라서, 이 경우, 발화 요인이 될 수 있는 스파크나 전극 토출물 등의 물질이 모듈 외부의 산소와 만나게 되는 것을 억제함으로써, 배터리 모듈 외부에서 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 화염이 발생하더라도, 발생된 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것이 억제됨으로써, 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 간단한 구조로서, 배터리 모듈의 벤팅을 제어하고 배터리 모듈 간 열/화염 전파를 방지하는 효과가 구현될 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 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 부착된 상태의 단면 구성을 정면에서 바라본 형태의 개략적인 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛에서 돌출부가 형성된 부분의 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 7의 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 부착된 상태의 구성을 상부에서 바라본 형태의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부의 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 돌출부 형태를 포함하는 벤팅 유닛의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 11은, 도 10의 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 결합된 상태에서, B1-B1'선에 대한 단면 형태를 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛이 모듈 케이스에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.
도 15 및 도 16은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태의 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 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 벤팅 유닛(300)을 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 배터리 셀을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)에 구비된 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
다수의 이차 전지는 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 다수의 이차 전지는, 각각 상하 방향(도면의 z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향(도면의 x축 방향)으로 배열된 형태로 적층될 수 있다. 각각의 배터리 셀은, 전극 리드를 구비할 수 있는데, 이러한 전극 리드는, 각 배터리 셀의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 전극 리드가 양방향으로 돌출된 이차 전지는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드가 일방향으로 돌출된 이차 전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 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 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간이 형성되어 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)는, 상판, 하판, 좌측판, 우측판, 전판 및 후판을 구비하여, 내부 공간을 한정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상판, 하판, 좌측판, 우측판, 전판 및 후판 중 적어도 둘 이상은 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 모듈 케이스(200)는, 상판, 하판, 좌측판 및 우측판이 일체로 형성되어 관 형태를 갖는 모노프레임 형상으로 구성될 수 있다. 그리고, 전판 및 후판이 이러한 모노프레임의 전단 및 후단 개방부에 결합되어 밀폐시키는 형태로 구성될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 도 2에서 H1으로 표시된 바와 같이, 적어도 일측에 벤팅 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)의 좌측판 및 우측판에 각각 벤팅 홀(H1)이 형성될 수 있다. 이러한 벤팅 홀(H1)은, 내부 공간에 수납된 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스가 생성되어 분출된 경우, 생성된 벤팅 가스가 모듈 케이스(200)의 외부 공간으로 배출 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)를 내외부 방향으로 관통하도록, 완전히 개방된 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 벤팅 홀(H1)은 완전히 개방되지 않고, 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가 압력이나 온도 등의 변화에 따라 개방 가능한 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 벤팅 홀(H1)은 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 벤팅 홀(H1)은 상하 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)의 측면, 특히 좌측면과 우측면에 형성될 수 있다. 다만, 이러한 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)의 다른 부분, 이를테면 상면, 하면, 전면 및/또는 후면에 형성될 수 있다. 이 밖에, 모듈 케이스(200)에 형성된 벤팅 홀(H1)의 구성은, 이러한 형태 이외에 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 외측에 구비될 수 있다. 특히, 상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 벤팅 홀(H1)이 형성된 부분에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 벤팅 홀(H1)이 모듈 케이스(200)의 좌측면과 우측면에 형성된 경우, 벤팅 유닛(300)은 모듈 케이스(200)의 좌측면과 우측면 각각의 외부에 부착될 수 있다.
그리고, 벤팅 유닛(300)은, 도 2에서 V로 표시된 부분과 같이, 벤팅 채널이 형성될 수 있다. 이러한 벤팅 채널(V)은, 모듈 케이스(200)의 벤팅 홀(H1)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.
이러한 벤팅 유닛(300)의 구성에 대해서는, 도 3 및 도 4를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 부착된 상태의 단면 구성을 정면에서 바라본 형태의 개략적인 도면이다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 벤팅 유닛(300)은, 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 벤팅 유닛(300) 중, 모듈 케이스(200)의 좌측에 위치한 벤팅 유닛(300)을 중심으로 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바를 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)은, 벤팅 홀(H1)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출되도록 벤팅 채널(V)이 형성될 수 있다. 특히, 상기 벤팅 유닛(300)은, 벤팅 채널(V) 내부에 돌출부(310)를 구비할 수 있다. 상기 돌출부(310)는, 벤팅 채널(V) 내부에서 모듈 케이스(200)의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 구성을 중심으로 설명하면, 모듈 케이스(200)의 좌측면에 부착된 벤팅 유닛(300)의 경우, 내측 표면이라 할 수 있는 우측 표면에 돌출부(310)가 구비되며, 이러한 돌출부(310)는 우측 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)에 의해 벤팅 가스가 절곡된 형태로 흐를 수 있다. 즉, 모듈 케이스(200)의 벤팅 홀(H1)로부터 벤팅 유닛(300)의 벤팅 채널(V) 내부로 벤팅 가스가 유입된 경우, 벤팅 가스는 벤팅 채널(V) 내부에서 흐르다가 벤팅 채널(V)의 배출구(Vo)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때, 벤팅 가스는 벤팅 채널(V) 내부 공간을 흐를 때, 돌출부(310)에 부딪히게 되고 이로 인해 직선 방향으로만 흐르지 못하고 소정 부분에서 흐름 방향이 꺾일 수 있다. 따라서, 벤팅 가스는, 벤팅 채널(V) 내부를 흐를 때, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같이, 적어도 1회 이상 절곡된 형태로 흐를 수 있다. 다시 말해, 벤팅 유닛(300)은, 돌출부(310)에 의해 벤팅 가스가 비직선적으로 흐르도록 구성되어 있다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 벤팅 가스의 흐름 방향이 비직선 형태로 형성됨으로써, 직진성이 강한 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등이 벤팅 가스와 함께 벤팅 유닛(300) 외부로 배출되는 것이 효과적으로 억제될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 고온의 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등이 벤팅 유닛(300) 외부의 산소와 접하게 되어 발화원으로 작용할 수 있는 문제가 예방될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 내측과 외측의 구분에 대해서는, 특별한 설명이 없는 한, 내측은 배터리 모듈의 중심을 향하는 부분, 외측은 그 반대 방향을 의미한다고 할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(300)의 내측 방향은, 모듈 케이스(200)를 향하는 방향을 의미할 수 있다.
상기 돌출부(310)는, 모듈 케이스(200)의 외면과 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 모듈 케이스(200)의 좌측에 부착된 벤팅 유닛(300)의 경우, 돌출부(310)의 우측 단부는, 모듈 케이스(200)의 좌측 표면에 접촉되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200) 사이에는 빈 공간이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스가 흐를 수 있는 빈 공간은, 도 4에서 V1으로 표시된 바와 같이, 돌출부(310) 사이로 한정될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 방향이 비직선 형태, 즉 절곡된 형태가 되도록 하는 구성이 보다 용이하고 확실하게 달성될 수 있다.
상기 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 다수 배치될 수 있다. 여기서, 벤팅 가스의 흐름 방향은, 벤팅 홀(H1)로부터 벤팅 유닛(300)의 배출구(Vo)를 향하는 방향이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 벤팅 가스의 흐름 방향은, -X축 방향이라 할 수 있다. 이때, 좌측 벤팅 유닛(300)의 우측 표면에는 다수의 돌출부(310)가 구비되며, 특히 -X축 방향으로 여러 개의 돌출부(310)가 배치될 수 있다. 더욱이, 이러한 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 배치된 다수의 돌출부(310)는, 서로 소정 거리 이격된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 이격 공간에 의해, 벤팅 가스가 흐를 수 있다. 또한, 다수의 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 엇갈리게 배열될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)의 좌측면 및 우측면에 결합되는 벤팅 유닛(300)의 경우, 각각 전후 방향으로 다수의 돌출부(310)가 배치되되, 인접하는 돌출부(310)는 서로 다른 높이에 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 돌출부(310)가 다수 배치된 구성을 통해, 벤팅 가스의 흐름 방향이 수 회 절곡되는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향을 따라 다수 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바를 참조하면, 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향은, 상하 방향(Z축 방향)이라 할 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)의 벤팅 채널(V) 내부에는, 상하 방향으로 다수의 돌출부(310)가 배치된 형태로 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의할 때에도, 벤팅 가스의 흐름이 비직선적으로 이루어지는 형태가 보다 용이하게 달성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛(300)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플레이트부(301) 및 테두리부(302)를 더 구비할 수 있다.
상기 플레이트부(301)는, 판상으로 형성되며, 내측 표면에 돌출부(310)가 위치하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 좌측 벤팅 유닛(300)의 구성을 참조하면, 플레이트부(301)는 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 돌출부(310)는 이러한 플레이트부(301)의 우측 표면(-Y축 방향 표면)에 위치할 수 있다.
상기 테두리부(302)는, 플레이트부(301)의 테두리에서 모듈 케이스(200)의 외면을 향하여 돌출되어, 모듈 케이스(200)의 외면에 결합된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 좌측 벤팅 유닛(300)의 구성을 참조하면, 테두리부(302)는, 플레이트부(301)의 상단부(+Z축 방향 단부), 하단부(-Z축 방향 단부) 및 전단부(+X축 방향 단부)에서 우측 방향으로 돌출되어, 모듈 케이스(200)의 좌측 표면에 결합될 수 있다. 이때, 테두리부(302)와 모듈 케이스(200)는, 용접 방식으로 결합될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 결합 형태로 한정되는 것은 아니며, 이들은 볼팅 체결이나 접착 등 다른 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)의 구조 및 형태가 간단하여 벤팅 유닛(300)의 제조나 조립이 매우 쉽게 이루어질 수 있다. 특히, 도 3 및 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(300)은 벤팅 채널(V)의 일측면, 즉 우측 표면이 완전히 개방되게 구성되어, 이러한 개방 부분 전체가 벤팅 채널(V)의 유입구(Vi)로서 기능할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(200)에서 벤팅 홀(H1)의 위치에 크게 구애받지 않을 수 있다. 즉, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V)의 유입구(Vi)가 매우 크게 형성되어 있다고 볼 수 있으므로, 모듈 케이스(200)의 표면에서 벤팅 홀(H1)의 위치에 벤팅 유닛(300)의 유입구(Vi)를 정확하게 맞추기 위해 큰 노력을 들일 필요가 없다.
뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V)의 내부 공간에 돌출부(310)를 마련하는 공정이 매우 쉽게 달성될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 부착되기 전에는 돌출부(310)가 외부로 완전히 노출된다고 볼 수 있다. 따라서, 이러한 노출 측면을 통해 돌출부(310)가 형성될 수 있으므로, 벤팅 채널(V) 내부에 다양한 형태나 배치로 돌출부(310)를 마련하기 위한 제조나 설계 공정이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 간단한 구조를 갖는 벤팅 유닛(300)을 벤팅 홀(H1)이 형성된 모듈 케이스(200)의 측면 부분에 부착시키기만 하면, 배터리 모듈에 대하여 벤팅 디바이스가 마련되는 구성이 매우 쉽게 구현될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 홀(H1)이 형성되어 있는 모듈 케이스(200)라면, 해당 모듈 케이스(200)의 구성이나 설계 등을 변경하지 않더라도, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 쉽게 구현되도록 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 실시 구성에서, 플레이트부(301)의 일부 테두리에는 테두리부(302)가 형성되지 않거나, 일부 테두리부(302)의 돌출 높이가 작게 형성되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 실시 구성을 참조하면, 사각 형태를 갖는 플레이트부(301)의 4개의 모서리 중, 적어도 하나의 모서리, 이를테면 후단 측 모서리에는 테두리부(302)가 형성되지 않을 수 있다. 그리고, 이러한 플레이트부(301)의 4개의 모서리 중 나머지 3개의 모서리에는 테두리부(302)가 형성될 수 있다. 이 경우, 사각 플레이트부(301)의 후단 측 모서리는, Vo로 표시된 바와 같이, 벤팅 채널(V)의 배출구로서 기능할 수 있다. 이러한 벤팅 유닛(300)의 구성에서, 벤팅 채널(V)은, 좌측면, 상면, 하면 및 전단면이 폐쇄되고, 우측면이 개방되어 유입구(Vi)로서 기능하며, 후단면이 개방되어 배출구(Vo)로서 기능한다고 할 수 있다.
상기 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향과 동일한 방향의 폭이 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향의 폭 이상의 크기로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)에서 돌출부(310)가 형성된 부분의 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 모듈 케이스(200) 측에서 벤팅 유닛(300)을 바라볼 때, 돌출부(310)는 사각형과 같은 일정 면적을 갖는 도형 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 이러한 돌출부(310)에 대하여, 벤팅 가스의 흐름 방향(X축 방향)과 동일한 전후 방향의 폭을 W1이라 하고, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 상하 방향(Z축 방향)의 폭을 W2라 할 때, W1과 W2는 다음과 같은 크기 관계를 형성하도록 구성될 수 있다.
W1≥W2
즉, 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향과 동일한 방향의 폭이 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향의 폭과 같거나 그보다 크게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스의 높은 압력에도 돌출부(310)가 변형되지 않고 안정적으로 그 형태가 유지될 수 있다. 즉, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스가 흐를 때에는 순간적으로 높은 압력이 돌출부(310)에 인가될 수 있다. 이때, 상기 실시 구성에 의하면, 가스 압력에 의해 큰 힘이 인가되더라도 돌출부(310)는 그 형태를 안정적으로 유지하여, 벤팅 가스의 흐름 방향이 비직선적으로 형성되는 기능이 지속되도록 할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 접촉 면적이 넓어지도록 할 수 있다. 따라서, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 틈으로 스파크나 토출물 등이 쉽게 새어나가지 않도록 할 수 있다. 또한, 이 경우, 모듈 케이스(200)로부터 돌출부(310)를 통해 벤팅 유닛(300)의 외부로 열이 보다 잘 전달될 수 있으므로, 돌출부(310)에 의한 배터리 모듈 냉각 성능이 증대될 수 있다.
더욱이, 상기 벤팅 유닛(300)은, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이에 접착제가 개재된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 실시 구성과 같이, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 접촉 면적이 넓어지게 형성될 경우, 이러한 접착제 개재 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.
이처럼, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이에 접착제가 개재된 실시 구성에 의할 경우, 벤팅 유닛(300)과 모듈 케이스(200) 사이의 결합성이 보다 향상될 수 있다. 더욱이, 이 경우, 돌출부(310)의 단부에 접착제를 도포하거나 부착시킨 상태에서 벤팅 유닛(300)을 모듈 케이스(200)의 표면에 접촉시키기만 하면, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200) 사이가 고정될 수 있다. 따라서, 테두리부(302)를 모듈 케이스(200)에 용접 등의 방식으로 결합시킬 때, 벤팅 유닛(300)이 움직이지 않을 수 있으므로, 용접 등의 공정이 보다 원활하게 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이에 개재된 접착제로 인해, 이러한 사이 공간으로 스파크나 토출물 등이 새어 나가는 것이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 돌출부(310)는, 정면에서 바라본 형태가 대략 사각형인 사각 기둥 형태로 형성될 수 있으나, 이러한 형상은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(310)는, 정면에서 바라본 형태가 원이나 타원, 또는 다른 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(310)는, 원기둥이나 타원 기둥, 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 다각 기둥 형태로 형성된 경우, 모서리나 꼭지점 부분은 라운딩 처리된 형태로 구성될 수도 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 돌출부(310)의 내부에 빈 공간이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 6은, 벤팅 유닛(300)에 구비된 돌출부(310)를 상부에서 바라볼 때의 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이라 할 수 있다. 본 실시예를 포함하여, 본 명세서에 포함된 여러 실시예들에 대해서는, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 경우에 대해서는 상세한 설명을 생략하며, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 돌출부(310)는, 벤팅 유닛(300)에서 모듈 케이스(200) 방향으로 돌출된 형태로 형성되되, E1으로 표시된 부분과 같이, 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 내부의 빈 공간에는 공기 등이 존재할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310) 내부의 빈 공간(E1)에 의해 단열층이 형성되어, 돌출부(310)를 통한 열 전달이 감소되도록 할 수 있다.
특히, 이와 같은 실시 구성에서, 돌출부(310)에는, 내부 공간(E1)과 연통될 수 있도록 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시 구성을 참조하면, H2로 표시된 바와 같이, 돌출부(310)의 적어도 일측에 홀이 형성될 수 있다. 이 경우, 돌출부(310)는 대체로 내부 공간(E1)이 한정되되, 유입홀(H2)을 통해 그러한 내부 공간(E1)이 벤팅 채널(V)과 연결될 수 있다.
특히, 돌출부(310)의 유입홀(H2)은, 벤팅 가스가 흐르는 방향에 대향하는 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 구성에서, 벤팅 가스는 화살표 A1으로 표시된 바와 같이 벤팅 유닛(300)의 전단 측에서 후단 측 방향(-X축 방향)으로 흐르는 경우, 돌출부(310)의 유입홀(H2)은 전단 측 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)에 의한 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등의 배출 저지 효과가 보다 증대될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 화살표 A1으로 표시된 바와 같이 벤팅 가스와 함께 스파크나 전극 토출물 등이 이동하는 경우, 직진성이 강한 스파크나 전극 토출물 등은 유입홀(H2)을 통해 돌출부(310)의 내부 공간(E1)으로 유입될 수 있다. 그리고, 이와 같이 돌출부(310)의 내부 공간(E1)으로 유입된 스파크나 전극 토출물 등은 그 내부 공간(E1)에 보유됨으로써 벤팅 가스와 함께 벤팅 유닛(300)의 외부로 배출되는 것이 차단될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 8은, 도 7의 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 부착된 상태의 구성을 상부에서 바라본 형태의 단면도이다. 특히, 도 8은 도 6의 구성에 대한 변형예라 할 수도 있다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)은, G1으로 표시된 부분과 같이, 돌출부(310)가 형성된 부분의 외면이 모듈 케이스(200)의 외면을 향하는 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(310)는, 벤팅 유닛(300)의 내측 표면을 기준으로 할 때에는 모듈 케이스(200)의 외면을 향해 볼록한 형태로 형성되어 있다고 할 수 있으나, 벤팅 유닛(300)의 외측 표면을 기준으로 할 때에는 모듈 케이스(200)의 외면을 향해 오목한 형태로 형성되어 있다고 할 수 있다. 더욱이, 이러한 벤팅 유닛(300)의 오목한 부분(G1)은, 벤팅 유닛(300)의 돌출부(310)에 의해 형성될 수 있으므로, 벤팅 유닛(300)의 돌출부(310)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출부(310)는 대략 사각 형태로 형성될 수 있으며, 이로 인해 벤팅 유닛(300)의 외면에 형성된 오목부(G1) 역시 대략 사각 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)에 돌출부(310)를 형성하는 구성이 간단하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(300)은 대체로 플레이트 형태로 형성되되, 중앙에서 다수의 부분이 내측 방향으로 프레스됨으로써, 돌출부(310)가 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)의 외부 표면적이 넓어질 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(200)의 내부로부터 배출되어 벤팅 채널(V)을 흐르는 벤팅 가스나 고온의 기체에 대한 냉각 성능이 보다 좋아질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)로부터 벤팅 유닛(300) 측으로 전달된 열에 대한 방열 성능이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 벤팅 유닛(300) 외부에 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 유로가 위치하는 경우, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의한 냉각 또는 방열 효율은 더욱 증대될 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 돌출부(310)의 표면에 돌기 또는 홈이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부(310)의 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다. 특히, 도 9는, 도 6의 구성에 대한 또 다른 변형예라 할 수 있다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 9를 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)의 돌출부(310)는, G2로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스와 대향하는 측면에 홈이 형성될 수 있다. 즉, 도 9에서 화살표 A2로 표시된 바와 같이 벤팅 유닛(300)의 전단에서 후단 방향으로 벤팅 가스가 흐를 때, 돌출부(310)의 전방 측 표면에는, 홈(G2)이 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(310)의 홈(G2)은, 벤팅 가스를 마주보는 측 표면, 다시 말해 벤팅 홀(H1)을 향하는 측 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)에 형성된 홈(G2)에 의해 벤팅 가스의 흐름이 교란되거나 흐름 방향이 변경되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 돌출부(310)에 형성된 홈(G2)으로 스파크나 전극 토출물 등 입자가 포집되도록 할 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 스파크나 토출물 등의 벤팅 채널(V) 외부로의 유출에 대한 방지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 돌출부(310) 형태를 포함하는 벤팅 유닛(300)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 또한, 도 11은, 도 10의 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합된 상태에서, B1-B1'선에 대한 단면 형태를 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 돌출부(310)의 내측 단면, 즉 모듈 케이스(200)와 대면하는 돌출부(310)의 단부 표면에는, G3로 표시된 바와 같이, 홈이 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 홈(G3)은, 돌출부(310)의 단부와 모듈 케이스(200)의 외면 사이에 일정한 공간을 형성할 수 있다. 특히, 이러한 홈(G3)의 개구부는, 돌출부(310)에서 벤팅 가스에 대향하는 측에 형성될 수 있다. 즉, 도 10 및 도 11의 구성에서, 벤팅 가스가 화살표 A3로 표시된 바와 같이 전단에서 후단 방향으로 흐르는 경우, 돌출부(310)의 홈(G3)은, 벤팅 가스와 직접 마주치는 돌출부(310)의 내측 단면에서 전단 측부터 후방으로 소정 길이만큼 연장되게 형성될 수 있다. 다만, 이러한 돌출부(310)의 홈(G3)은, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 돌출부(310)의 후단까지 연장되지 않고, 소정 부분에서 멈추도록 구성될 수 있다. 즉, 돌출부(310)의 단부에 형성된 홈(G3)은, 돌출부(310)를 관통하는 형태가 아닌 소정 지점까지 오목하게 형성된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 이러한 돌출부(310)의 홈(G3)은, 후단 측 단부가 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향, 이를테면 상부 방향(+Z축 방향) 또는 하부 방향(-Z축 방향)으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)의 내측 단면에 형성된 홈(G3)에 의해, 벤팅 가스와 함께 이동하는 스파크나 토출물 등이 포집되어 벤팅 채널(V) 외부로 배출되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 돌출부(310)의 내측 단면과 모듈 케이스(200) 사이의 틈으로 유입된 스파크나 토출물 등이 홈(G3)에 포집되는 효과가 향상될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛(300)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 기공 부재(320)를 더 포함할 수 있다. 기공 부재(320)는, 내부에 다수의 기공이 보유된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 내부 기공들은 외부와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 기공 부재(320)에 보유된 기공들은 기체만 채워진 빈 공간이라 할 수 있는데, 이러한 기공들은 밀폐된 형태가 아닌, 외부와 연통 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 기공 부재(320)는, 다수의 와이어, 특히 금속이나 폴리머 등의 재질로 이루어진 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태로 구성될 수 있다. 특히, 기공 부재(320)는, 돌출부(310)의 홈(G2)에 삽입된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)의 표면에 접촉되거나 돌출부(310)의 홈(G2)으로 유입된 스파크나 토출물 등이 기공 부재(320)에 의해 포집되어, 벤팅 채널(V) 외부로 배출되는 것이 보다 확실하게 차단될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 돌출부(310)의 표면에 돌기가 형성될 수 있다. 특히, 이러한 돌기는, 돌출부(310)의 표면에서 흐르는 벤팅 가스의 흐름 방향을 방해하는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 돌기는, 돌출부(310)의 표면을 따라 흐르는 벤팅 가스의 흐름에 대하여 교란 또는 와류를 발생시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 스파크나 토출물 등의 외부 배출이 보다 억제될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 12를 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)은, 접착 부재(330)를 더 구비할 수 있다. 상기 접착 부재(330)는, 접착성을 갖는 물질로 구성되어 벤팅 채널(V)의 내부 표면에 위치할 수 있다. 여기서, 접착 부재(330)는, 접착 물질로만 이루어질 수도 있고, 기재의 표면에 접착 물질이 구비된 접착 테이프와 같은 형태로 구성될 수도 있다.
특히, 접착 부재(330)는, 돌출부(310)에서 벤팅 가스와 대향하는 측면에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 가스가 화살표 A4로 표시된 바와 같이 전단에서 후단 방향으로 흐를 때, 접착 부재(330)는, 벤팅 가스를 마주 보도록 돌출부(310)의 전단 측 표면에 부착될 수 있다. 이때, 접착 부재(330)의 표면 방향은 벤팅 가스의 흐름 방향과 직교하는 형태일 수 있다. 여기서, 접착 부재(330)의 접착성은, 정상적인 상태에서 계속해서 발현되도록 할 수도 있고, 벤팅 가스가 흐르는 상황과 같이 고온 상태에서만 발현되도록 할 수도 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 접착 부재(330)의 접착성에 의해, 벤팅 가스에 포함된 미립자, 이를테면 스파크나 토출물 등의 포집이 보다 잘 이루어질 수 있다. 따라서, 이 경우, 벤팅 채널(V) 외부로 스파크나 토출물 등이 배출되는 것을 억제하는 효과가 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 도 12의 실시 구성에서는, 접착 부재(330)가 돌출부(310)에서 벤팅홀을 향하는 측 표면, 예를 들어 돌출부(310)의 전단 측 표면에 형성되는 구성을 기준으로 설명되었으나, 접착 부재(330)는, 돌출부(310)의 다른 측 표면, 이를테면 돌출부(310)의 상부 측 표면 및/또는 하부 측 표면에 형성될 수도 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 13을 참조하면, 벤팅 유닛(300)에서 돌출부(310)는, 내측 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도 13에 표시된 바와 같이, 돌출부(310)의 외측 단부에 대한 폭을 W3라 하고 돌출부(310)의 내측 단부에 대한 폭을 W4라 할 때, W4는 W3보다 크게 구성될 수 있다. 즉, 돌출부(310)는, 외측에서 내측으로 향할수록 폭이 넓어지게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스의 높은 압력에도 돌출부(310)가 변형되는 것이 방지될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서는, 돌출부(310)의 내측 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 접촉 면적이 넓으므로, 벤팅 가스가 흐를 때에도 돌출부(310)의 단부가 모듈 케이스(200)의 표면에 의해 안정적으로 지지되어 변형되지 않을 수 있다. 예를 들어, 화살표 A5로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스가 흐르는 경우, 돌출부(310)는 A5 방향으로 힘을 받을 수 있는데, 돌출부(310)의 내측 단부가 넓은 표면적으로 모듈 케이스(200)의 외면과 접촉되어 있으므로, 돌출부(310)는 A5 방향으로 쉽게 휘어지지 않을 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 유닛(300)의 돌출부(310)에 의한 벤팅 제어 구성이 계속해서 유지될 수 있다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합된 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 14를 참조하면, 벤팅 유닛(300)의 돌출부(310)는, 앞선 여러 실시예들과 달리 대략 판상으로 구성될 수 있다. 이때, 판상의 돌출부(310)의 넓은 양 표면 중 적어도 한 표면은 벤팅 가스의 흐름 방향과 대면하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 화살표 A6로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스가 배터리 모듈의 전방에서 후방을 향하는 방향으로 흐를 때, 돌출부(310)의 일 표면은 전방을 향하고 타 표면은 후방을 향하는 방향으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(310)는, 도 14에서 F로 표시된 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 외면을 향하는 측 단부가 벤팅 가스의 흐름 방향에 대향하는 방향, 즉 벤팅 홀(H1)을 향하는 방향으로 연장되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합된 상태에서 벤팅 가스가 벤팅 유닛(300)의 내부에 흐를 때, 벤팅 가스의 높은 압력에도 돌출부(310)가 뒤로 밀리지 않고, 안정적으로 모듈 케이스(200)의 표면에 접촉되도록 할 수 있다. 더욱이, 이러한 실시 구성에서는, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200) 사이의 접촉 면적을 넓힘으로써, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200) 사이의 결합성 및 열전달성이 보다 향상될 수 있다. 특히, 이 경우, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200) 사이에 접착제를 개재시켜, 돌출부(310)와 모듈 케이스(200)의 결합력을 더욱 높이는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.
도 15 및 도 16은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
먼저, 도 15를 참조하면, 다수의 돌출부(310) 각각은, 판상으로 구성될 수 있다. 즉, 앞선 여러 실시예들에서는, 모듈 케이스(200) 측에서 벤팅 유닛(300)을 바라볼 때, 사각형과 같은 입체적 형상을 갖는 돌출부(310)의 구성을 중심으로 설명되었으나, 돌출부(310)는 직선 형상을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 특히, 이러한 돌출부(310)는 플레이트부(301)와 테두리부(302)에 일부 모서리가 고정되고, 나머지 다른 모서리는 벤팅 유닛(300) 내에서 고정되지 않은 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이 벤팅 유닛(300) 내에서 고정되지 않은 돌출부(310)의 다른 모서리 중 적어도 일부는, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 결합 시, 모듈 케이스(200)의 표면에 접촉하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 판상의 돌출부(310)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 테두리부(302)의 방향으로부터 소정 각도 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 비교적 간단한 구조로, 스파크나 토출물 등의 배출 억제 효과가 확보될 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면, 돌출부(310)는, 판상으로 구성되되, 소정 부분이 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(200) 측에서 벤팅 유닛(300)의 개방된 유입구 측을 바라볼 때, 돌출부(310)는 절곡된 직선 형상을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 이와 같이 절곡된 직선 형상의 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향, 이를테면 모듈 케이스(200)의 전후 방향(X축 방향)을 따라 소정 거리 이격된 형태로 다수 배치될 수 있다. 또한, 이와 같이 절곡된 직선 형상의 돌출부(310)는, 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향, 이를테면 모듈 케이스(200)의 상하 방향(Z축 방향)을 따라 소정 거리 이격된 형태로 다수 배치될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 돌출부(310)의 절곡된 형상을 통해, 벤팅 가스 내에 포함된 스파크나 토출물 등의 포집 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 17은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 17을 참조하면, 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 상부에 결합될 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)의 내측 표면에는 돌출부(310)가 구비될 수 있다. 특히, 벤팅 홀(H1)이 모듈 케이스(200)의 상면부에 위치하는 경우, 벤팅 유닛(300)은 이러한 벤팅 홀(H1)의 위치에 대응되게 모듈 케이스(200)의 상부에 부착될 수 있다. 더욱이, 벤팅 홀(H1)이 모듈 케이스(200)의 상면부 좌측과 우측에 각각 형성된 경우, 벤팅 유닛(300)은 도 17에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(200)의 상부에서 좌측과 우측에 각각 부착될 수 있다. 이때, 벤팅 홀(H1)로부터 벤팅 가스가 배출되는 경우, 벤팅 가스는 도 17에서 화살표로 표시된 바와 같이 배출될 수 있다.
도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 18을 참조하면, 2개의 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)의 상면에서 좌측과 우측에 각각 결합되되, 각 벤팅 유닛(300)의 벤팅 방향은 서로 반대 방향이 되도록 구성될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(200)의 상면 좌측에 구비된 벤팅 유닛(300)의 벤팅 방향은 후방을 향하도록 구성되고, 모듈 케이스(200)의 상면 우측에 구비된 벤팅 유닛(300)의 벤팅 방향은 전방을 향하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 벤팅 유닛(300) 간 벤팅 방향을 다르게 함으로써, 벤팅 가스를 분산시켜 벤팅 가스가 특정 부분에 집중되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 벤팅 가스의 집중으로 인한 특정 부분의 과열을 방지할 수 있다.
도 19는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 여러 실시예들에서 설명한 부분이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(M)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 용량 및/또는 출력 증대를 위하여, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(M)을 다수 포함할 수 있다. 이때, 각 배터리 모듈(M)에는, 앞서 설명한 여러 구성이 적용될 수 있다. 예를 들어, 각 배터리 모듈(M)에는, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 벤팅 유닛(300)이 포함된다. 그리고, 이러한 다수의 배터리 모듈(M)은, 팩 하우징(PH) 내부에 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 특정 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하더라도, 안전성이 일정 수준 이상 확보될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈(M)들의 경우, 벤팅 유닛(300)을 포함하고, 이러한 벤팅 유닛(300)을 통해, 화살표로 표시된 바와 같이 벤팅 가스가 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 외부로 배출되는 벤팅 가스 내에 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등과 같은 발화 요인이 최대한 포함되지 않도록 함으로써, 해당 배터리 모듈(M) 주변은 물론이고, 다른 배터리 모듈(M)에서 발화가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 각 배터리 모듈에 포함된 벤팅 유닛(300)을 통해 벤팅 방향 제어가 가능함으로써, 다른 배터리 모듈을 향해 직접적으로 벤팅 가스가 분사되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 팩 하우징 내에서 좌측 열과 우측 열, 2개의 열로 다수의 배터리 모듈(M)이 배치될 때, 좌측 열의 배터리 모듈(M)에 대해서는 벤팅 유닛(300)의 분사 방향이 좌측을 향하도록 하고, 우측 열의 배터리 모듈(M)에 대해서는 벤팅 유닛(300)의 분사 방향이 우측을 향하도록 할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 모듈, 이를테면 M4에서 벤팅 가스가 배출될 때, 벤팅 가스가 다른 배터리 모듈을 향하지 않도록 함으로써, 벤팅 가스에 의해 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 확산되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(M)이나 팩 하우징(PH) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 여러 실시예에서, 배터리 모듈에 적용된 벤팅 유닛(300)은, 배터리 팩에 적용될 수도 있다. 이에 대해서는, 도 20을 참조하여 추가로 설명한다.
도 20은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 예를 들어, 도 20은, 본 발명에 따른 배터리 팩에 대하여, 팩 하우징(PH)의 상부 측을 제거한 상태의 내부 구성을 나타낸다고 할 수 있다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 20을 참조하면, 다수의 배터리 모듈(M)이 수납된 팩 하우징(PH)의 적어도 일측에는, H3로 표시된 바와 같이, 홀이 형성될 수 있다. 이러한 팩 홀(H3)은, 팩 하우징(PH)의 내부 공간과 외부 공간이 연통된 형태로 형성될 수 있다. 특히, 팩 홀(H3)은, 팩 하우징(PH)의 내부 공간 존재하는 가스 등이 외부로 배출되는 통로로서 기능할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 팩 하우징(PH)에는, 앞서 설명된 본 발명에 따른 벤팅 유닛(300)이 장착될 수 있다. 특히, 도 20에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(PH)에 팩 홀(H3)이 형성된 경우, 벤팅 유닛(300)은, 팩 하우징(PH)의 외측에서, 팩 홀(H3)이 형성된 부분에 부착될 수 있다.
즉, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈(M), 하나 이상의 배터리 모듈(M)을 내부 공간에 수용하며 팩 홀(H3)이 형성된 팩 하우징(PH), 및 이러한 팩 하우징(PH)에 장착되고, 상기 팩 홀(H3)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널(V)이 형성되며, 상기 벤팅 채널(V) 내부에서 상기 팩 하우징(PH)의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부(310)를 구비하는 벤팅 유닛(300)을 포함한다고 할 수 있다.
이 경우, 임의의 배터리 모듈(M)로부터 생성된 벤팅 가스 등은, 도 20에서 화살표로 표시된 바와 같이, 팩 홀(H3)을 통과하여, 팩 하우징(PH)의 외측에 위치한 벤팅 유닛(300)으로 유입될 수 있다. 그러면, 앞서 설명한 바와 같이, 벤팅 유닛(300)에 의해, 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등의 외부 배출이 억제될 수 있다.
이러한 실시예와 같이, 팩 하우징(PH)에 벤팅 유닛(300)이 장착되는 실시 구성에서, 벤팅 유닛(300)에는 앞서 모듈 케이스(200)에 장착된 형태로 설명된 벤팅 유닛(300)의 여러 실시 구성이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
한편, 도 20에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 모듈(M)에는 벤팅 유닛(300)이 포함되지 않을 수 있다. 다만, 도 19에 도시된 바와 같이, 각 배터리 모듈(M)에도 벤팅 유닛(300)이 별도로 부착될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 20의 실시예에서는, 셀 어셈블리(100)가 모듈 케이스(200) 내부에 수납되어 모듈화된 형태로 팩 하우징(PH)의 내부에 구비되어 있다. 하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 경우, 셀 어셈블리(100)는 모듈 케이스(200)에 수납되지 않고, 셀투팩(cell to pack) 형태로 직접 팩 하우징(PH)에 장착될 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명된 배터리 모듈(M)은, 모듈 케이스(200)를 포함하지 않고, 셀 어셈블리(100)만 포함할 수도 있다. 한편, 팩 하우징(PH)의 내부 공간에는, BMS(Battery Management System)와 같은 제어 장치 및 릴레이와 전류 센서와 같은 전장 부품이 함께 수납될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩은, 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.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
100: 셀 어셈블리
200: 모듈 케이스
300: 벤팅 유닛
301: 플레이트부, 302: 테두리부
310: 돌출부
320: 기공 부재
330: 접착 부재
V: 벤팅 채널
Vi: 유입구, Vo: 배출구
H1: 벤팅 홀
H2: 유입 홀
M: 배터리 모듈
PH: 팩 하우징
H3: 팩 홀

Claims (12)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리;
    내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 외측에 구비되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부를 구비하는 벤팅 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 벤팅 가스의 흐름 방향을 따라 다수 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 판상으로 형성되며 내측 표면에 상기 돌출부가 위치하는 플레이트부 및 상기 플레이트부의 테두리에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출되어 상기 모듈 케이스의 외면에 결합된 테두리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는, 벤팅 가스의 흐름 방향과 동일한 방향의 폭이 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향의 폭 이상의 크기로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부의 내부에 빈 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부가 형성된 부분의 외면이 상기 모듈 케이스의 외면을 향하는 방향으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 돌출부의 표면에 돌기 또는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 접착성을 갖는 물질을 구비하여 상기 벤팅 채널의 내부 표면에 위치하는 접착 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는, 내측 단부로 갈수록 폭이 넓어지는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 하나 이상의 배터리 모듈;
    상기 하나 이상의 배터리 모듈을 내부 공간에 수납하며 팩 홀이 형성된 팩 하우징; 및
    상기 팩 하우징에 장착되고, 상기 팩 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 팩 하우징의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성된 돌출부를 구비하는 벤팅 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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