WO2024034875A1 - 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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WO2024034875A1
WO2024034875A1 PCT/KR2023/009794 KR2023009794W WO2024034875A1 WO 2024034875 A1 WO2024034875 A1 WO 2024034875A1 KR 2023009794 W KR2023009794 W KR 2023009794W WO 2024034875 A1 WO2024034875 A1 WO 2024034875A1
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battery
battery module
venting structure
gas discharge
plate
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PCT/KR2023/009794
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임소은
전보라
장병도
이형석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack, and a vehicle, and more specifically, to a battery module having a plurality of chargeable and dischargeable battery cells, and a battery pack and a vehicle including such a battery module.
  • secondary batteries refer to batteries that can be repeatedly charged and discharged, such as lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries.
  • the output voltage of a battery cell which is the most basic secondary battery, is approximately 2.5V to 4.2V.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery module that controls the direction of gas discharge from battery cells accommodated in the battery module in an intended direction, and a battery pack and vehicle including such a battery module.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is a battery module that can extend the heat propagation time when thermal runaway of a battery cell occurs and prevent sequential thermal runaway or ignition of other battery cells or other battery modules, and such a battery module.
  • the goal is to provide battery packs and cars that do this.
  • a battery module includes: a module case having an internal space and an opening connected to the internal space, and configured to accommodate a plurality of battery cells in the internal space; and a venting structure configured to divide the plurality of battery cells accommodated in the internal space into a plurality of cell groups each including at least one battery cell, and to provide an independent gas discharge passage for each cell group.
  • the venting structure includes: a first venting structure that covers the opening of the module case and is configured to divide the plurality of battery cells into the plurality of cell groups; and a second venting structure configured to be combined with the first venting structure to form a plurality of gas discharge passages corresponding to the plurality of cell groups.
  • each of the plurality of gas discharge passages may be configured to provide a gas movement path in a zigzag or meander shape.
  • the first venting structure includes: a first plate covering the opening; and at least one extending from the first surface of the first plate adjacent to the internal space toward the internal space, configured to divide the plurality of battery cells into the plurality of cell groups and block gas movement between the cell groups. It may include a blocking wall.
  • the first plate is provided with a plurality of gas inlets corresponding to the plurality of cell groups, and each of the plurality of gas inlets is located adjacent to a corresponding cell group among the plurality of cell groups. It may be provided and configured to be connected to one gas discharge passage among the plurality of gas discharge passages.
  • the first venting structure may further include a partition structure configured to protrude from a second surface of the first plate and be in close contact with the second venting structure to form the plurality of gas discharge passages. there is.
  • the first plate and the partition wall structure may be formed as one body.
  • the second venting structure may have an insertion groove configured to allow at least a portion of the partition wall structure to be inserted and come into close contact with the second venting structure.
  • the second venting structure may include a plurality of gas discharge ports corresponding to the plurality of gas discharge passages.
  • the second venting structure includes: a second plate facing a second surface of the first plate; and a partition structure configured to protrude from the second plate and be in close contact with the second surface of the first plate to form the plurality of gas discharge passages.
  • the second plate and the partition wall structure of the second venting structure may be formed integrally.
  • the module case may include at least one guide groove configured to insert and guide an edge portion of the at least one blocking wall.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes a battery module according to any one of the above-described embodiments.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention includes a battery module according to any one of the above-described embodiments.
  • the venting structure covering the opening of the module case divides the plurality of battery cells accommodated in the internal space of the module case into a plurality of cell groups each including at least one battery cell, and each cell
  • each cell By being configured to provide an independent gas discharge passage for each group, the discharge direction of the gas generated from the battery cell can be controlled in the intended direction, and if thermal runaway occurs in any one cell group among the plurality of cell groups, the other cell group It delays the heat propagation time to the group and prevents sequential thermal runaway or ignition of other cell groups or other battery modules.
  • the first venting structure included in the venting structure is coupled to the module case, covers the opening of the module case, and is configured to divide the plurality of battery cells into a plurality of cell groups, and is included in the venting structure.
  • the second venting structure is configured to combine with the first venting structure to form a plurality of gas discharge passages corresponding to each of the plurality of cell groups, thereby performing a manufacturing process of a battery module having an independent gas discharge passage for each cell group. It can be simplified and the manufacturing time and manufacturing cost of the battery module can be reduced.
  • the plurality of gas discharge passages are each configured to provide a zigzag or meander-shaped gas movement path, so that heat energy of high-temperature gas or flame moving through the gas discharge passage can be appropriately dispersed and outside the battery module. This can block the flame from being discharged.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an exploded perspective view showing the battery module shown in Figure 1.
  • Figure 3 is a perspective view showing a module case of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing a first venting structure of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a bottom perspective view showing the second venting structure of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a bottom perspective view showing a second venting structure according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A' of the battery module shown in FIG. 1.
  • Figure 8 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram showing a car according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 100 according to an embodiment of the present invention is shown in a perspective view.
  • the battery module 100 includes a module case 120 that accommodates a plurality of battery cells, and a venting structure that covers the opening of the module case 120. It may include (130, 140). Depending on the embodiment, the battery module 100 may further include an extension member 150.
  • the module case 120 may have an interior space and an opening connected to the interior space, and may be configured to accommodate a plurality of battery cells in the interior space. Additionally, the module case 120 may be provided with terminals 120a and 120b that are electrically connected to the battery cells accommodated in the internal space.
  • the venting structures 130 and 140 cover the opening of the module case 120 and divide a plurality of battery cells accommodated in the internal space of the module case 120 into a plurality of cell groups each including at least one battery cell. It can be configured to divide and provide an independent gas exhaust passage for each cell group.
  • an independent gas discharge passage is provided for each cell group, so that the discharge direction of the gas generated from the battery cell can be controlled in the intended direction, and the plurality of cell groups If thermal runaway occurs in one cell group, the heat propagation time to other cell groups can be delayed, and sequential thermal runaway or ignition of other cell groups or other battery modules can be prevented.
  • the venting structures 130 and 140 include a first venting structure 130 and a second venting structure that are coupled to each other to form a plurality of gas discharge passages corresponding one-to-one to the plurality of cell groups. It may include (140). In this way, the plurality of gas discharge passages formed by combining the first venting structure 130 and the second venting structure 140 may be configured independently of each other to block gas movement between the gas discharge passages.
  • the extension member 150 may be configured to change the electrical connection position of the battery module 100.
  • the extension member 150 may be made of a conductive material.
  • the extension member 150 extends along one side of the battery module 100, so that one end thereof is electrically connected to the terminal 120b located at one end of the battery module 100, and the other end thereof is connected to the battery. It may be configured to be placed on the other end of the module 100. In this case, the other end of the extension member 150 may be electrically connected to another battery module or an external electric circuit.
  • FIG. 2 the battery module 100 shown in FIG. 1 is shown in an exploded perspective view.
  • the module case 120 of the battery module 100 can accommodate two or more battery cells 110 in its internal space. Additionally, at least some of the battery cells accommodated in the module case 120 may be stacked in the thickness direction (X-axis direction) of the battery cells. In this case, the battery cells may include pouch-type battery cells.
  • the battery cells accommodated in the module case 120 may be electrically connected to the terminals 120a and 120b provided in the module case 120.
  • venting structures 130 and 140 divide the battery cells accommodated in the internal space of the module case 120 into a plurality of cell groups each including at least one battery cell, and provide an independent gas discharge passage for each cell group. It can be configured to provide.
  • the venting structures 130 and 140 may include a first venting structure 130 and a second venting structure 140.
  • the first venting structure 130 covers the opening of the module case 120 and may be configured to divide the battery cells accommodated in the module case 120 into a plurality of cell groups.
  • the first venting structure 130 may include a first plate 132 and a blocking wall 134, and may further include a partition wall structure 136 depending on the embodiment.
  • the first plate 132 may be configured to cover the opening of the module case 120 by combining with an edge portion of the module case 120 that defines the opening shape of the module case 120.
  • the blocking wall 134 extends from the bottom of the first plate 132 adjacent to the inner space of the module case 120 toward the inner space, dividing the plurality of battery cells accommodated in the inner space into a plurality of cell groups. , may be configured to block gas movement between cell groups.
  • the blocking wall 134 may have a height and length corresponding to the height and length of the internal space, respectively. Additionally, the blocking wall 134 may be made of a flame retardant material. For example, the blocking wall 134 may be made of a material containing aluminum.
  • the first venting structure 130 may be formed as one piece. That is, the first plate 132 and the blocking wall 134 of the first venting structure 130 may be formed integrally with each other.
  • first plate 132 and the blocking wall 134 of the first venting structure 130 may be provided separately.
  • the blocking wall 134 may be inserted between battery cells and then combined with the first plate 132 covering the top of the battery cells.
  • the blocking wall 134 may be configured to be combined with the first plate 132 and then inserted between battery cells.
  • Various coupling methods may be applied to the coupling between the first plate 132 and the blocking wall 134, such as an adhesive method, a fitting method using a groove structure and a protrusion structure, and a fastening method using screws or bolts.
  • the first venting structure 130 may include one or two or more such blocking walls 134.
  • the first venting structure 130 may include three blocking walls to divide the battery cells accommodated in the module case 120 into four groups.
  • the partition structure 136 may be configured to protrude upward from the upper surface of the first plate 132 and be in close contact with the second venting structure 140 to form a plurality of gas discharge passages.
  • the first plate 132 and the partition wall structure 136 may be formed as one body.
  • the second venting structure 140 is combined with the first venting structure 130 and, together with the first venting structure 130, may be configured to form a plurality of gas discharge passages corresponding to the plurality of cell groups.
  • the second venting structure 140 may include a second plate 142 that is coupled to the first venting structure 130 and faces the upper surface of the first venting structure 130.
  • the second plate 142 may include a plurality of gas discharge ports 144 corresponding to the plurality of gas discharge passages.
  • each gas outlet 144 may be connected to a corresponding gas discharge passage and configured to discharge the gas moved through the corresponding gas discharge passage to the outside.
  • first venting structure 130 and the second venting structure 14 are coupled to each other to form a plurality of gas discharge passages corresponding to each of the plurality of cell groups, thereby forming an independent gas discharge passage for each cell group.
  • the manufacturing process of the battery module provided can be simplified, and the manufacturing time and manufacturing cost of the battery module can be reduced.
  • the second venting structure 140 may have a seating groove 146 into which the extension member 150 is inserted and seated.
  • the extension member 150 may be configured to change the electrical connection position of the battery module 100. That is, the extension member 150 extends along the upper surface of the second venting structure 140, one end thereof is electrically connected to the terminal 120b located at one end of the module case 120, and the other end thereof is electrically connected to the terminal 120b located at one end of the module case 120. It may be placed on the other end of the module case 120. In this case, the other end of the extension member 150 may be electrically connected to another battery module or an external electric circuit.
  • Figure 3 shows a perspective view of the module case 100 of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the module case 120 may include an internal space 122 and an opening 124 connected to the internal space 122.
  • a plurality of battery cells may be accommodated in the internal space 122.
  • the module case 120 may be provided with terminals 120a and 120b that are electrically connected to the battery cells accommodated in the internal space.
  • a coupling structure 126 configured to couple with the first venting structure 130 may be provided on the edge of the module case 120 that defines the shape of the opening 124.
  • a guide groove 128a may be provided on the inner surface of the module case 120 to insert and guide edge portions on both sides of the blocking wall 134.
  • the number of guide grooves 128a provided on the inner surface of the module case 120 may change depending on the number of blocking walls 134 provided in the first venting structure 130.
  • an insertion groove 128b may be provided on the bottom of the module case 120 into which at least the lower end of the blocking wall 134 is inserted and closely adhered.
  • the number of insertion grooves 128b provided on the bottom of the module case 120 may change depending on the number of blocking walls 134 provided in the first venting structure 130.
  • a sealing material (not shown) may be disposed or applied to the inner surface of at least one of the guide groove 128a and the insertion groove 128b.
  • the sealing material may be made of synthetic resin with airtightness and heat resistance.
  • the guide groove 128a and the insertion groove 128b into which the edge portion of the blocking wall 134 is inserted are provided on the inner surface of the module case 120, thereby forming a cell group divided by the blocking wall 134. Gas movement between gases can be effectively blocked.
  • Figure 4 shows a perspective view of the first venting structure 130 of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the first venting structure 130 covers the opening of the module case 120 and may be configured to divide the battery cells accommodated in the module case 120 into a plurality of cell groups.
  • the first venting structure 130 may include a first plate 132 and a blocking wall 134.
  • the first plate 132 may be configured to cover the opening by combining with an edge portion of the module case 120 that defines the shape of the opening of the module case 120.
  • the first plate 132 may include a plurality of gas inlets 132a corresponding to the plurality of cell groups.
  • each gas inlet 132a may be provided at a position adjacent to a corresponding cell group among the plurality of cell groups, and may be configured to be connected to one gas discharge passage among the plurality of gas discharge passages.
  • a through hole 132b may be provided in an edge area of the entire area of the first plate 132 located outside the area where the plurality of gas discharge passages are formed. This through hole 132b may be configured to allow one end of the extension member 150 to pass through.
  • the coupling structure 138 may be provided in a border area located outside the area where the plurality of gas discharge passages are formed among the entire area of the first plate 132. This coupling structure 138 may be configured to couple with the edge portion of the module case 120 that forms the opening of the module case 120.
  • the coupling structure 138 may be configured to be coupled to the coupling structure 126 of the module case 120 by a fastening member such as a bolt or rivet.
  • the blocking wall 134 extends from the bottom of the first plate 132 disposed adjacent to the internal space of the module case 120 toward the internal space, and divides a plurality of battery cells accommodated in the internal space into a plurality of cell groups. and may be configured to block gas movement between cell groups.
  • This blocking wall 134 may be made of a flame retardant material.
  • the blocking wall 134 may be made of a metal material containing aluminum.
  • the above-described blocking wall 134 may be formed integrally with the first plate 132.
  • first venting structure 130 may include one or two or more blocking walls 134.
  • fire pads made of fire-resistant material may be disposed on both sides of each blocking wall 134.
  • the partition structure 136 may be configured to protrude upward from the top surface of the first plate 132 and be in close contact with the bottom surface of the second venting structure 140 to form a plurality of mutually independent gas discharge passages.
  • each of the plurality of gas discharge passages may be configured to provide a gas movement path in a zigzag or meander shape.
  • the partition wall structure 136 may include main partition walls 136a and sub partition walls 136b.
  • the main partition walls 136b may be configured to form an overall outline of each gas discharge passage.
  • the sub-partition walls 136b may be distributed in each gas discharge passage to form a zigzag or meander-shaped gas movement path.
  • the above-described partition wall structure 136 may be formed integrally with the first plate 132.
  • the second venting structure 140 is combined with the first venting structure 130 and, together with the first venting structure 130, discharges a plurality of gases corresponding to the plurality of cell groups. It may be configured to form a passage.
  • the second venting structure 140 may include a second plate 142 that is coupled to the first venting structure 130 and faces the upper surface of the first venting structure 130.
  • the second plate 142 may be provided with a gas outlet 144 that discharges the gas moved through the gas discharge passage to the outside.
  • the number of gas discharge ports 144 provided in the second plate 142 may correspond to the number of gas discharge passages formed by combining the first venting structure 130 and the second venting structure 140.
  • a seating groove 146 into which the extension member 150 is inserted and seated may be provided on the upper surface of the second plate 142.
  • the second plate 142 may have an insertion groove 148 configured to allow at least a portion of the partition wall structure 136 provided in the first venting structure 130 to be inserted and come into close contact with the first venting structure 130.
  • the insertion groove 148 may have a shape corresponding to the main partition 136a of the partition wall structure 136 that forms the outline of the gas discharge passage.
  • FIG. 6 a second venting structure 140' according to a modified embodiment of the present invention is shown in a bottom perspective view.
  • the second venting structure 140' may include a second plate 142', a gas outlet 144', and a seating groove 146'.
  • the second plate 142', the gas outlet 144', and the seating groove 146' of the second venting structure 140' are the second venting structure 140 described with reference to FIG. 5. It can be described in the same way as the plate 142, the gas outlet 144, and the seating groove 146.
  • the second venting structure 140 may include a partition wall structure 148'.
  • the partition structure 148' protrudes from the bottom of the second plate 142' and is in close contact with the first plate 132 of the first venting structure 130, thereby generating a plurality of gases corresponding to the plurality of cell groups. It may be configured to form an exhaust passage.
  • each of the plurality of gas discharge passages may be configured to provide a gas movement path in a zigzag or meander shape.
  • the partition wall structure 148' may include main partition walls 148'a and sub partition walls 148'b.
  • the main partition walls 148'a may be configured to form an overall outline of each gas discharge passage.
  • the sub-partition walls 148'b may be distributed in each gas discharge passage to form a zigzag or meander-shaped gas movement path.
  • the above-described partition wall structure 148' may be formed integrally with the second plate 142'.
  • the partition wall structure 136 of the first venting structure 130 described in relation to FIGS. 2 and 4 is the second venting structure. It may be configured to be mirror symmetrical to the partition wall structure 148' of (140'), or may be omitted.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view taken along line A-A' of the battery module shown in FIG. 1.
  • the battery cell 110 may be stacked with other battery cells in one direction (X-axis direction) and accommodated in the module case 120.
  • Battery cells accommodated in the module case 120 may be divided into a plurality of cell groups, each including at least one battery cell, by the blocking wall 134 of the first venting structure 130.
  • Gas generated from each cell group divided in this way may be discharged to the outside of the battery module 100 through the gas discharge passage P provided for each cell group.
  • the gas corresponding to the specific cell group passes through the gas inlet 132a provided in the first venting structure 130. It may flow into the discharge passage (P).
  • the gas flowing into the gas discharge passage (P) moves along a zigzag-shaped or meander-shaped path provided by the partition wall structure 136 and is discharged to the outside through the gas outlet 144 of the second venting structure 140. can be discharged as
  • the gas generated from each cell group does not move in the stacking direction (X-axis direction) of the battery cells, but only in the Y- and Z-axis directions through the gas discharge passage (P) corresponding to the cell group.
  • heat propagation to other cell groups can be delayed and chain thermal runaway or ignition of other cell groups or other battery modules can be prevented.
  • FIG. 8 shows a battery pack 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 includes a battery module 100 according to the present invention, and a pack that accommodates one or two or more of these battery modules 100. It may include case 12.
  • the pack case 12 may be provided with a plurality of seating spaces to accommodate and seat a plurality of battery modules.
  • the battery pack 10 controls the charging/discharging operation of the battery module 100 accommodated in the pack case 12 or the battery cell 110 included in the battery module 100, or performs a state of charge (SOC) operation.
  • SOC state of charge
  • various electrical components (not shown) that monitor SOH (State Of Health), etc. may be further included. These electronic components can be accommodated in the pack case 12 together with the battery module 100.
  • the automobile 2 includes one or two or more battery modules 100 according to the present invention.
  • the vehicle 2 may include a battery pack 10 including one or two or more battery modules 100 according to the present invention, as described with reference to FIG. 8 .
  • the battery pack 10 provided in the vehicle 2 can provide electrical energy required for various operations of the vehicle 2.
  • the battery module 100 according to the present invention can be applied to battery packs used in various electric devices or electric systems other than automobiles, and can also be applied to ESS (Energy Storage System).
  • ESS Electronic Storage System
  • the venting structure covering the opening of the module case divides the plurality of battery cells accommodated in the internal space of the module case into a plurality of cell groups each including at least one battery cell.
  • the discharge direction of the gas generated from the battery cell can be controlled in the intended direction, and thermal runaway occurs in any one cell group among the plurality of cell groups. In this case, it is possible to delay the heat propagation time to other cell groups and prevent serial thermal runaway or ignition of other cell groups or other battery modules.
  • the first venting structure included in the venting structure is coupled to the module case, covers the opening of the module case, and is configured to divide the plurality of battery cells into a plurality of cell groups, and is included in the venting structure.
  • the second venting structure is configured to combine with the first venting structure to form a plurality of gas discharge passages corresponding to each of the plurality of cell groups, thereby performing a manufacturing process of a battery module having an independent gas discharge passage for each cell group. It can be simplified and the manufacturing time and manufacturing cost of the battery module can be reduced.
  • the plurality of gas discharge passages are each configured to provide a zigzag or meander-shaped gas movement path, so that heat energy of high-temperature gas or flame moving through the gas discharge passage can be appropriately dispersed and outside the battery module. This can block the flame from being discharged.

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Abstract

배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간 및 상기 내부 공간과 연결된 개구를 구비하고, 상기 내부 공간에 복수의 배터리 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 및 상기 내부 공간에 수용된 상기 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성된 벤팅 구조체를 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2022년 8월 10일에 출원된 한국 특허출원 제10-2022-0099862호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 구비한 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 반복적 충·방전이 가능한 배터리를 말한다. 가장 기본적인 이차전지에 해당하는 배터리 셀(battery cell)의 출력 전압은 대략 2.5V에서 4.2V 정도이다.
최근, 이러한 이차전지가 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 복수의 배터리 셀을 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 조합한 방식으로 연결하여 구성된 배터리 모듈(battery module)과, 이러한 배터리 모듈을 다시 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 조합한 방식으로 연결하여 구성된 배터리 팩(battery pack)이 널리 사용되고 있다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2022-0052183호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 일 방향으로 적층된 다수의 배터리 셀을 단순히 배터리 모듈의 케이스 내부에 수납하는 방식으로 배터리 모듈을 제조하기 때문에, 배터리 셀에서 발생하는 가스의 배출 방향을 통제할 수 없다는 문제점이 있다.
더욱이, 이러한 기존 기술은 다수의 배터리 셀 중 어느 한 배터리 셀에서 열 폭주가 발생하는 경우, 단시간 내에 다른 배터리 셀 또는 다른 배터리 모듈로 열 전파가 일어나며, 그 결과 다른 배터리 셀 또는 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈에 수용된 배터리 셀의 가스 배출 방향을 의도된 방향으로 통제하는 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 배터리 셀의 열 폭주 발생시 열 전파 시간을 시키고 다른 배터리 셀 또는 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 방지할 수 있는 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간 및 상기 내부 공간과 연결된 개구를 구비하고, 상기 내부 공간에 복수의 배터리 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 및 상기 내부 공간에 수용된 상기 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성된 벤팅 구조체를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 벤팅 구조체는, 상기 모듈 케이스의 상기 개구를 커버하며 상기 복수의 배터리 셀을 상기 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성된 제1 벤팅 구조체; 및 상기 제1 벤팅 구조체와 결합하여, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 제2 벤팅 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 가스 배출 통로 각각은, 지그재그(zigzag) 형태 또는 미앤더(meander) 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 벤팅 구조체는, 상기 개구를 커버하는 제1 플레이트; 및 상기 내부 공간과 인접한 상기 제1 플레이트의 제1 면에서 상기 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 복수의 배터리 셀을 상기 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 셀 그룹들 사이의 가스 이동을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 차단 벽체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트는, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 유입구를 구비하고, 상기 복수의 가스 유입구 각각은, 상기 복수의 셀 그룹 중 대응하는 셀 그룹과 인접한 위치에 마련되어, 상기 복수의 가스 배출 통로 중 하나의 가스 배출 통로와 연결되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 벤팅 구조체는, 상기 제1 플레이트의 제2 면에서 돌출되고 상기 제2 벤팅 구조체에 밀착되어, 상기 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 격벽 구조체를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 격벽 구조체는, 일체로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 벤팅 구조체는, 상기 격벽 구조체의 적어도 일 부분이 삽입되어 밀착되도록 구성된 삽입 홈을 구비할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 벤팅 구조체는, 상기 복수의 가스 배출 통로에 대응하는 복수의 가스 배출구를 구비할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 벤팅 구조체는, 상기 제1 플레이트의 제2 면과 대면하는 제2 플레이트; 및 상기 제2 플레이트에서 돌출되고 상기 제1 플레이트의 상기 제2 면에 밀착되어, 상기 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 격벽 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 벤팅 구조체의 제2 플레이트와 격벽 구조체는, 일체로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모듈 케이스는, 상기 적어도 하나의 차단 벽체의 테두리 부분이 삽입되어 가이드되도록 구성된 적어도 하나의 가이드 홈을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 배터리 팩은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 자동차는, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 모듈 케이스의 개구를 커버하는 벤팅 구조체가, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성됨으로써, 배터리 셀에서 발생한 가스의 배출 방향을 의도된 방향으로 통제할 수 있으며, 상기 복수의 셀 그룹 중 어느 한 셀 그룹에서 열 폭주가 발생하는 경우, 다른 셀 그룹으로의 열 전파 시간을 지연시키고, 다른 셀 그룹이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 구조체에 포함된 제1 벤팅 구조체가, 상기 모듈 케이스에 결합되어 상기 모듈 케이스의 개구를 커버하며 상기 복수의 배터리 셀을 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성되고, 상기 벤팅 구조체에 포함된 제2 벤팅 구조체가, 상기 제1 벤팅 구조체와 결합하여 상기 복수의 셀 그룹에 각각 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성됨으로써, 셀 그룹별로 독립된 가스 배출 통로를 구비하는 배터리 모듈의 제조 공정을 간소화하고, 배터리 모듈의 제조 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 복수의 가스 배출 통로가 각각 지그재그 형태 또는 미앤더 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성됨으로써, 가스 배출 통로를 통해 이동하는 고온 가스나 화염의 열 에너지를 적절히 분산시킬 수 있으며, 배터리 모듈 외부로 화염이 배출되는 것을 차단할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 케이스를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제1 벤팅 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 구조체를 나타낸 저면사시도이다.
도 6은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 제2 벤팅 구조체를 나타낸 저면사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 배터리 모듈의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대응하는 해결 방안을 명확히 하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우에는 그에 관한 설명은 생략될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 첨부된 도면들에 나타난 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지시한다. 또한, 첨부된 도면들에 나타난 본 발명의 구성요소들 또는 각 구성요소의 부분들은 본 발명의 기술적 특징을 효과적으로 설명하기 위해 과장되거나 축소되거나 간략화된 것일 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)이 사시도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스(120)와, 이러한 모듈 케이스(120)의 개구를 커버하는 벤팅 구조체(130, 140)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 배터리 모듈(100)은 연장 부재(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스(120)는 내부 공간 및 상기 내부 공간과 연결된 개구를 구비하고, 상기 내부 공간에 복수의 배터리 셀을 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(120)는 상기 내부 공간에 수용된 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 터미널들(120a, 120b)을 구비할 수 있다.
상기 벤팅 구조체(130, 140)는 모듈 케이스(120)의 개구를 커버하면서, 모듈 케이스(120)의 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 상기 복수의 셀 그룹의 가스 배출을 위하여, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로가 제공됨으로써, 배터리 셀에서 발생한 가스의 배출 방향을 의도된 방향으로 통제할 수 있으며, 상기 복수의 셀 그룹 중 어느 한 셀 그룹에서 열 폭주가 발생하는 경우, 다른 셀 그룹으로의 열 전파 시간을 지연시키고, 다른 셀 그룹이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 방지할 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 벤팅 구조체(130, 140)는, 상호 결합에 의해 상기 복수의 셀 그룹에 일대일 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하는, 제1 벤팅 구조체(130)와 제2 벤팅 구조체(140)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 벤팅 구조체(130)와 제2 벤팅 구조체(140)의 결합에 의해 형성되는 복수의 가스 배출 통로는, 가스 배출 통로들 사이의 가스 이동을 차단하도록 상호 독립적으로 구성될 수 있다.
상기 연장 부재(150)는, 배터리 모듈(100)의 전기적 접속 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 연장 부재(150)는 전도성 소재로 구성될 수 있다. 또한, 연장 부재(150)는 배터리 모듈(100)의 일 면을 따라 연장되어, 그 일 단부가 배터리 모듈(100)의 일 단에 위치한 터미널(120b)과 전기적으로 연결되고, 그 타 단부가 배터리 모듈(100)의 타 단측에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 연장 부재(150)의 타 단부는 다른 배터리 모듈이나 외부 전기 회로 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 배터리 모듈(100)이 분해사시도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(100)의 모듈 케이스(120)는 그 내부 공간에 배터리 셀(110)을 2개 이상 수용할 수 있다. 또한, 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들의 적어도 일부는, 배터리 셀의 두께 방향(X축 방향)으로 적층될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 셀들은 파우치형 배터리 셀을 포함할 수 있다.
이와 같이, 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들은, 모듈 케이스(120)에 마련된 터미널들(120a, 120b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 벤팅 구조체(130, 140)는 모듈 케이스(120)의 내부 공간에 수용된 배터리 셀들을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 벤팅 구조체(130, 140)는 제1 벤팅 구조체(130)와 제2 벤팅 구조체(140)를 포함할 수 있다.
상기 제1 벤팅 구조체(130)는 모듈 케이스(120)의 개구를 커버하며, 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들을 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 벤팅 구조체(130)는 제1 플레이트(132) 및 차단 벽체(134)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라 격벽 구조체(136)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트(132)는 모듈 케이스(120)의 개구 형상을 정의하는 모듈 케이스(120)의 테두리 부분과 결합하여, 모듈 케이스(120)의 개구를 커버하도록 구성될 수 있다.
상기 차단 벽체(134)는 모듈 케이스(120)의 내부 공간과 인접한 제1 플레이트(132)의 저면에서 상기 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀을 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 셀 그룹들 사이의 가스 이동을 차단하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 차단 벽체(134)는 상기 내부 공간의 높이와 길이에 각각 대응하는 높이와 길이를 가질 수 있다. 또한, 차단 벽체(134)는 난연 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 차단 벽체(134)는 알루미늄을 포함하는 소재로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 벤팅 구조체(130)는 일체로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 벤팅 구조체(130)의 제1 플레이트(132)와 차단 벽체(134)는, 상호 일체로 구성될 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 제1 벤팅 구조체(130)의 제1 플레이트(132)와 차단 벽체(134)는 각각 별도로 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 차단 벽체(134)는, 배터리 셀들 사이에 삽입된 다음, 배터리 셀들 상단을 커버하는 상기 제1 플레이트(132)와 결합되도록 구성될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 상기 차단 벽체(134)는 제1 플레이트(132)와 결합된 다음, 배터리 셀들 사이에 삽입되도록 구성될 수도 있다. 제1 플레이트(132)와 차단 벽체(134) 사이의 결합에는, 접착 방식, 홈 구조와 돌기 구조를 이용한 끼움 방식, 나사나 볼트를 이용한 체결 방식 등 다양한 결합 방식이 적용될 수 있다.
상기 제1 벤팅 구조체(130)는 이러한 차단 벽체(134)를 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이, 제1 벤팅 구조체(130)는 3개의 차단 벽체를 포함하여, 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들을 4개의 그룹으로 분할할 수 있다.
상기 격벽 구조체(136)는 제1 플레이트(132)의 상면에서 상방으로 돌출되고 상기 제2 벤팅 구조체(140)에 밀착되어, 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 플레이트(132)와 격벽 구조체(136)는 일체로 구성될 수 있다.
상기 제2 벤팅 구조체(140)는 제1 벤팅 구조체(130)와 결합하여, 제1 벤팅 구조체(130)와 함께, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제2 벤팅 구조체(140)는 제1 벤팅 구조체(130)에 결합되어 제1 벤팅 구조체(130)의 상면과 대면하는 제2 플레이트(142)를 포함할 수 있다.
상기 제2 플레이트(142)는 상기 복수의 가스 배출 통로에 대응하는 복수의 가스 배출구(144)를 포함할 수 있다. 이 경우, 각각의 가스 배출구(144)는 대응 가스 배출 통로와 연결되어, 대응 가스 배출 통로를 통해 이동된 가스를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 제1 벤팅 구조체(130)와 제2 벤팅 구조체(14)가 상호 결합하여 상기 복수의 셀 그룹에 각각 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성됨으로써, 셀 그룹별로 독립된 가스 배출 통로를 구비하는 배터리 모듈의 제조 공정을 간소화하고, 배터리 모듈의 제조 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
한편, 상기 제2 벤팅 구조체(140)는 상기 연장 부재(150)가 삽입되어 안착되는 안착 홈(146)을 구비할 수 있다. 상술한 바와 같이, 연장 부재(150)는 배터리 모듈(100)의 전기적 접속 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 즉, 연장 부재(150)는 제2 벤팅 구조체(140)이 상면을 따라 연장되어, 그 일 단부가 모듈 케이스(120)의 일 단에 위치한 터미널(120b)과 전기적으로 연결되고, 그 타 단부가 모듈 케이스(120)의 타 단측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 연장 부재(150)의 타 단부는 다른 배터리 모듈이나 외부 전기 회로 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 케이스(100)가 사시도로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 케이스(120)는 내부 공간(122) 및 상기 내부 공간(122)과 연결된 개구(124)를 구비할 수 있다. 상기 내부 공간(122)에는 복수의 배터리 셀이 수용될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(120)는 상기 내부 공간에 수용된 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 터미널들(120a, 120b)을 구비할 수 있다.
상기 개구(124)의 형상을 정의하는 모듈 케이스(120)의 테두리 부분에는, 상기 제1 벤팅 구조체(130)와 결합하도록 구성된 결합 구조(126)가 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 모듈 케이스(120)의 내부면에는 상기 차단 벽체(134)의 양측 테두리 부분이 삽입되어 가이드되도록 구성된 가이드 홈(128a)이 마련될 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(120)의 내부면에 마련되는 가이드 홈(128a)의 개수는, 제1 벤팅 구조체(130)에 구비된 차단 벽체(134)의 개수에 따라 변경될 수 있다.
또한, 모듈 케이스(120)의 저면에는 상기 차단 벽체(134)의 적어도 하측 단부가 삽입되어 밀착되는 삽입 홈(128b)이 마련될 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(120)의 저면에 마련되는 삽입 홈(128b)의 개수는, 제1 벤팅 구조체(130)에 구비된 차단 벽체(134)의 개수에 따라 변경될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가이드 홈(128a)과 상기 삽입 홈(128b) 중 적어도 하나의 내부면에는 실링재(미도시)가 배치 또는 도포될 수 있다. 이 경우, 상기 실링재는 기밀성과 내열성을 가진 합성수지로 구성될 수 있다.
이와 같이, 모듈 케이스(120)의 내부면에, 차단 벽체(134)의 테두리 부분이 삽입되는 가이드 홈(128a)과 삽입 홈(128b)이 마련됨으로써, 차단 벽체(134)에 의해 분할된 셀 그룹들 사이의 가스 이동을 효율적으로 차단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제1 벤팅 구조체(130)가 사시도로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 벤팅 구조체(130)는 모듈 케이스(120)의 개구를 커버하며, 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들을 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 벤팅 구조체(130)는 제1 플레이트(132) 및 차단 벽체(134)를 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트(132)는 모듈 케이스(120)의 개구의 형상을 정의하는 모듈 케이스(120)의 테두리 부분과 결합하여, 상기 개구를 커버하도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 플레이트(132)는 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 유입구(132a)를 구비할 수 있다. 이 경우, 각각의 가스 유입구(132a)는 상기 복수의 셀 그룹 중 대응하는 셀 그룹과 인접한 위치에 마련되어, 상기 복수의 가스 배출 통로 중 하나의 가스 배출 통로와 연결되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 플레이트(132)의 전체 영역 중 상기 복수의 가스 배출 통로가 형성되는 영역의 외측에 위치한 테두리 영역에, 관통 홀(132b)이 마련될 수 있다. 이러한 관통 홀(132b)은 상기 연장 부재(150)의 일 단부가 통과하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 플레이트(132)의 전체 영역 중 상기 복수의 가스 배출 통로가 형성되는 영역의 외측에 위치한 테두리 영역에, 결합 구조(138)가 마련될 수 있다. 이러한 결합 구조(138)는 모듈 케이스(120)의 개구를 형성하는 모듈 케이스(120)의 테두리 부분과 결합하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 결합 구조(138)는 볼트나 리벳 등과 같은 체결 부재에 의해 상기 모듈 케이스(120)의 결합 구조(126)와 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 차단 벽체(134)는 모듈 케이스(120)의 내부 공간과 인접하게 배치되는 제1 플레이트(132)의 저면에서 상기 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀을 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 셀 그룹들 사이의 가스 이동을 차단하도록 구성될 수 있다.
이러한 차단 벽체(134)는 난연 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 차단 벽체(134)는 알루미늄을 포함하는 금속 소재로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 상술한 차단 벽체(134)는 제1 플레이트(132)와 일체로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 벤팅 구조체(130)는 차단 벽체(134)를 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각각의 차단 벽체(134)의 양 측면에는 내화 소재로 구성된 방화 패드가 배치될 수 있다.
상기 격벽 구조체(136)는 제1 플레이트(132)의 상면에서 상방으로 돌출되고 상기 제2 벤팅 구조체(140)의 저면에 밀착되어, 상호 독립된 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 가스 배출 통로 각각은, 지그재그(zigzag) 형태 또는 미앤더(meander) 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 격벽 구조체(136)는 메인 격벽들(136a)과 서브 격벽들(136b)을 포함할 수 있다.
상기 메인 격벽들(136b)은 각각의 가스 배출 통로의 전체적인 아웃라인(outline)을 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 서브 격벽들(136b)은 각각의 가스 배출 통로 내에 분산 배치되어, 지그재그 형태 또는 미앤더 형태의 가스 이동 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 상술한 격벽 구조체(136)는 제1 플레이트(132)와 일체로 구성될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 구조체(140)가 저면사시도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 벤팅 구조체(140)는 제1 벤팅 구조체(130)와 결합하여, 제1 벤팅 구조체(130)와 함께, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제2 벤팅 구조체(140)는 제1 벤팅 구조체(130)에 결합되어 제1 벤팅 구조체(130)의 상면과 대면하는 제2 플레이트(142)를 포함할 수 있다.
상기 제2 플레이트(142)에는 가스 배출 통로를 통해 이동된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구(144)가 마련될 수 있다. 상기 제2 플레이트(142)에 마련되는 가스 배출구(144)의 개수는, 제1 벤팅 구조체(130)와 제2 벤팅 구조체(140)의 결합으로 형성되는 가스 배출 통로의 개수에 대응할 수 있다.
또한, 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이, 제2 플레이트(142)의 상면에는, 상기 연장 부재(150)가 삽입되어 안착되는 안착 홈(146)이 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플레이트(142)는 제1 벤팅 구조체(130)에 마련된 격벽 구조체(136)의 적어도 일 부분이 삽입되어 밀착되도록 구성된 삽입 홈(148)을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 삽입 홈(148)은 가스 배출 통로의 아웃라인을 형성하는 격벽 구조체(136)의 메인 격벽(136a)에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
도 6에는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 제2 벤팅 구조체(140')가 저면사시도로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 벤팅 구조체(140')는 제2 플레이트(142'), 가스 배출구(144') 및 안착 홈(146')을 포함할 수 있다.
상기 제2 벤팅 구조체(140')의 제2 플레이트(142'), 가스 배출구(144') 및 안착 홈(146')은, 도 5와 관련하여 설명된 제2 벤팅 구조체(140)의 제2 플레이트(142), 가스 배출구(144) 및 안착 홈(146)과 동일하게 설명될 수 있다.
특히, 상기 제2 벤팅 구조체(140)는 격벽 구조체(148')를 포함할 수 있다. 상기 격벽 구조체(148')는 제2 플레이트(142')의 저면에서 돌출되고 상기 제1 벤팅 구조체(130)의 제1 플레이트(132)에 밀착되어, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 복수의 가스 배출 통로 각각은, 지그재그(zigzag) 형태 또는 미앤더(meander) 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 격벽 구조체(148')는 메인 격벽들(148'a)과 서브 격벽들(148'b)을 포함할 수 있다.
상기 메인 격벽들(148'a)은 각각의 가스 배출 통로의 전체적인 아웃라인(outline)을 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 서브 격벽들(148'b)은 각각의 가스 배출 통로 내에 분산 배치되어, 지그재그 형태 또는 미앤더 형태의 가스 이동 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 상술한 격벽 구조체(148')는 제2 플레이트(142')와 일체로 구성될 수 있다.
이러한 제2 벤팅 구조체(140')가 배터리 모듈(100)에 적용되는 경우, 도 2 및 도 4와 관련하여 설명된 제1 벤팅 구조체(130)의 격벽 구조체(136)는, 상기 제2 벤팅 구조체(140')의 격벽 구조체(148')와 거울 대칭되도록 구성되거나, 생략될 수 있다.
도 7에는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 A-A' 라인에 따른 단면도가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)은 다른 배터리 셀들과 일 방향(X축 방향)으로 적층되어 모듈 케이스(120)에 수용될 수 있다. 모듈 케이스(120)에 수용된 배터리 셀들은 제1 벤팅 구조체(130)의 차단 벽체(134)에 의해 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할될 수 있다.
이와 같이 분할된 각각의 셀 그룹에서 발생하는 가스는, 셀 그룹별로 마련된 가스 배출 통로(P)를 통해 배터리 모듈(100)의 외부로 배출될 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 셀 그룹 중 특정 셀 그룹의 배터리 셀(110)에서 가스가 발생한 경우, 해당 가스는 제1 벤팅 구조체(130)에 마련된 가스 유입구(132a)를 통해 상기 특정 셀 그룹에 대응하는 가스 배출 통로(P)로 유입될 수 있다. 가스 배출 통로(P)로 유입된 가스는, 격벽 구조체(136)에 의해 제공되는 지그재그 형태 또는 미앤더 형태의 경로를 따라 이동하여, 제2 벤팅 구조체(140)의 가스 배출구(144)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 각각의 셀 그룹에서 발생한 가스가, 배터리 셀의 적층 방향(X축 방향)으로 이동되지 않고, 해당 셀 그룹에 대응하는 가스 배출 통로(P)를 통해 Y축 방향과 Z축 방향으로만 이동되어 배출됨으로써, 다른 셀 그룹으로의 열 전파를 지연시키고, 다른 셀 그룹이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 방지할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)과, 이러한 배터리 모듈(100)을 1개 또는 2개 이상 수용하는 팩 케이스(12)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 팩 케이스(12)는 복수의 배터리 모듈을 수용하여 안착시키는 복수의 안착 공간을 구비할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(10)은 팩 케이스(12)에 수용된 배터리 모듈(100) 또는 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀(110)의 충·방전 동작을 제어하거나, SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 모니터링하는 각종 전장 부품들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 전장 부품들은 배터리 모듈(100)과 함께 팩 케이스(12)에 수용될 수 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(2)가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(2)는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 1개 또는 2개 이상 포함한다. 이 경우, 상기 자동차(2)는, 도 8과 관련하여 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 1개 또는 2개 이상 포함하는 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 자동차(2)에 마련된 배터리 팩(10)은 자동차(2)의 여러 동작에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다.
참고로, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 자동차 이외에 다양한 전기 장치나 전기 시스템에서 사용되는 배터리 팩에 적용될 수 있음은 물론, ESS(Energy Storage System)에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 모듈 케이스의 개구를 커버하는 벤팅 구조체가, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 수용된 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성됨으로써, 배터리 셀에서 발생한 가스의 배출 방향을 의도된 방향으로 통제할 수 있으며, 상기 복수의 셀 그룹 중 어느 한 셀 그룹에서 열 폭주가 발생하는 경우, 다른 셀 그룹으로의 열 전파 시간을 지연시키고, 다른 셀 그룹이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주나 발화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 구조체에 포함된 제1 벤팅 구조체가, 상기 모듈 케이스에 결합되어 상기 모듈 케이스의 개구를 커버하며 상기 복수의 배터리 셀을 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성되고, 상기 벤팅 구조체에 포함된 제2 벤팅 구조체가, 상기 제1 벤팅 구조체와 결합하여 상기 복수의 셀 그룹에 각각 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성됨으로써, 셀 그룹별로 독립된 가스 배출 통로를 구비하는 배터리 모듈의 제조 공정을 간소화하고, 배터리 모듈의 제조 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 복수의 가스 배출 통로가 각각 지그재그 형태 또는 미앤더 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성됨으로써, 가스 배출 통로를 통해 이동하는 고온 가스나 화염의 열 에너지를 적절히 분산시킬 수 있으며, 배터리 모듈 외부로 화염이 배출되는 것을 차단할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 해당 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 구비한 배터리 모듈로서,
    내부 공간 및 상기 내부 공간과 연결된 개구를 구비하고, 상기 내부 공간에 상기 복수의 배터리 셀을 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 및
    상기 내부 공간에 수용된 상기 복수의 배터리 셀을, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 각각의 셀 그룹마다 독립된 가스 배출 통로를 제공하도록 구성된 벤팅 구조체를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 구조체는,
    상기 모듈 케이스의 상기 개구를 커버하며 상기 복수의 배터리 셀을 상기 복수의 셀 그룹으로 분할하도록 구성된 제1 벤팅 구조체; 및
    상기 제1 벤팅 구조체와 결합하여, 상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 제2 벤팅 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가스 배출 통로 각각은,
    지그재그(zigzag) 형태 또는 미앤더(meander) 형태의 가스 이동 경로를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 벤팅 구조체는,
    상기 개구를 커버하는 제1 플레이트; 및
    상기 내부 공간과 인접한 상기 제1 플레이트의 제1 면에서 상기 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 복수의 배터리 셀을 상기 복수의 셀 그룹으로 분할하고, 셀 그룹들 사이의 가스 이동을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 차단 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는,
    상기 복수의 셀 그룹에 대응하는 복수의 가스 유입구를 구비하고,
    상기 복수의 가스 유입구 각각은,
    상기 복수의 셀 그룹 중 대응하는 셀 그룹과 인접한 위치에 마련되어, 상기 복수의 가스 배출 통로 중 하나의 가스 배출 통로와 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 벤팅 구조체는,
    상기 제1 플레이트의 제2 면에서 돌출되고 상기 제2 벤팅 구조체에 밀착되어, 상기 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 격벽 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 벤팅 구조체는,
    상기 격벽 구조체의 적어도 일 부분이 삽입되어 밀착되도록 구성된 삽입 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 벤팅 구조체는,
    상기 복수의 가스 배출 통로에 대응하는 복수의 가스 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 벤팅 구조체는,
    상기 제1 플레이트의 제2 면과 대면하는 제2 플레이트; 및
    상기 제2 플레이트에서 돌출되고 상기 제1 플레이트의 상기 제2 면에 밀착되어, 상기 복수의 가스 배출 통로를 형성하도록 구성된 격벽 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 플레이트와 상기 격벽 구조체는, 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    상기 적어도 하나의 차단 벽체의 테두리 부분이 삽입되어 가이드되도록 구성된 적어도 하나의 가이드 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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