WO2024122901A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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WO2024122901A1
WO2024122901A1 PCT/KR2023/018008 KR2023018008W WO2024122901A1 WO 2024122901 A1 WO2024122901 A1 WO 2024122901A1 KR 2023018008 W KR2023018008 W KR 2023018008W WO 2024122901 A1 WO2024122901 A1 WO 2024122901A1
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WO
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cell stack
battery
battery module
cell
bus bar
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/018008
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English (en)
French (fr)
Inventor
한민희
박정훈
신진규
한승원
정혜미
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, it relates to a battery module with enhanced safety, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, it relates to a battery module with enhanced safety, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which positive and negative electrode plates coated with the positive and negative electrode active materials are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • secondary batteries have been widely used for driving or energy storage not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium to large devices such as electric vehicles and energy storage systems (ESS).
  • ESS electric vehicles and energy storage systems
  • TP thermal propagation
  • battery cells, etc. may experience swelling as they are used or under abnormal operating conditions (overcharge, overdischarge, exposure to high temperatures, electrical short circuit, etc.). And, this swelling phenomenon can accelerate the thermal runaway phenomenon.
  • the present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery module whose safety can be improved by delaying heat transfer, suppressing swelling, etc., and a battery pack and automobile including the same.
  • the object is to provide a battery module capable of discharging gas in a desired direction, particularly in directions other than the upward direction.
  • Another aspect of the present invention is to provide a battery pack with improved stability by including such a battery module and a vehicle including the same.
  • a battery module for solving the above problems includes a cell stack including a plurality of battery cells stacked in at least one direction and provided with electrode leads; a module case accommodating the cell stack; Busbar terminal; and a bus bar assembly configured to electrically connect the plurality of battery cells, including a bus bar frame configured to seat the bus bar terminals. and a cover member extending from one end of the bus bar frame in a direction toward the cell stack to cover at least a portion of the cell stack.
  • the cell stack may include at least one thermal barrier positioned between the plurality of battery cells.
  • the bus bar frame includes a bus bar seating portion on which the bus bar terminal is seated; an electrode lead through hole configured to allow the electrode lead to pass through; and a thermal barrier accommodating portion configured to accommodate the thermal barrier.
  • the cover member may include a first cell cover portion that covers at least a portion of the upper side of the cell stack.
  • the cover member may include a second cell cover portion that covers at least a portion of the side of the cell stack.
  • Each battery cell of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a pouch case, and an electrode lead.
  • the pouch case includes a receiving portion that accommodates the electrode assembly; And it may include a sealing portion extending outward from the periphery of the receiving portion by a predetermined length.
  • the sealing part may include a terrace part provided with an electrode lead.
  • the first cell cover part may cover an area corresponding to the terrace part in the cell stack.
  • the battery module may include a pad between the first cell cover portion and the cell stack.
  • the pad may be configured so that the surface on which it is seated on the cell stack has a shape corresponding to the surface of the cell stack.
  • the pad may have a thickness corresponding to the length between the first cell cover portion and the cell stack.
  • the pad may include an elastic material.
  • the cell stack may include a plurality of battery cells stacked in a horizontal direction in an upright position.
  • the cover member may cover the upper side of the cell stack.
  • the module case may have a venting portion disposed at least one of the lower, front, and rear sides of the cell stack.
  • the venting unit may be configured to allow gas generated from at least one of the plurality of battery cells to escape to the outside.
  • the bus bar frame may include a guide portion configured to guide gas generated from at least one of the plurality of battery cells to the venting portion.
  • the venting part may be arranged adjacent to the terrace part.
  • the battery pack according to the present invention may include a battery module according to the present invention.
  • a vehicle according to the present invention may include a battery pack according to the present invention.
  • the gas when gas is generated from a battery cell, the gas is prevented from moving in the direction in which the cover member is provided.
  • the cover member covers the upper surface of the cell stack, gas is prevented from moving upward, so the gas can be discharged by inducing movement in a desired direction. Therefore, when the battery module is mounted at the bottom of the car, high-temperature gases can be prevented from being discharged to the top and causing significant damage to the occupants.
  • the thermal barrier can absorb or suppress the pressure generated by the swelling phenomenon of the battery cell.
  • the thermal barrier can be accommodated in the thermal barrier receiving portion and stably fixed. Therefore, the thermal barrier can effectively absorb or suppress the pressure generated by the swelling phenomenon of the battery cell.
  • the present invention when gas or flame is generated in the terrace portion of a battery cell, it is possible to more reliably suppress and prevent the gas or flame from moving to the upper side of the cell stack. Additionally, when resin or the like is injected onto the surface of the cell stack, it is possible to prevent the resin from overflowing into the space between the cell stack and the cover member.
  • the module case can be stably supported by the thermal barrier. Additionally, fixation between the cell stack and the module case can be facilitated by injecting resin into the space between the protrusion formed on the top of the battery cell and the adjacent protrusion.
  • gas or flame generated from the terrace part of the battery cell can be discharged to the outside of the battery module through the venting part. Additionally, gas or flame can be discharged more effectively by the guide portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a battery module according to the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a battery module according to the present invention.
  • 3 and 4 are diagrams showing some components included in the battery module according to the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing a battery cell included in a battery module according to the present invention.
  • 6 to 8 are diagrams showing some components included in the battery module according to the present invention.
  • Figure 9 is a diagram showing a battery pack according to the present invention.
  • Figure 10 is a diagram showing a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a battery module according to the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a battery module according to the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing a battery cell included in a battery module according to the present invention.
  • the battery module 10 may include a cell stack 100, a module case 200, a bus bar assembly 400, and a cover member 500. .
  • the cell stack 100 may include a plurality of battery cells 110 stacked in at least one direction.
  • each battery cell 110 may refer to a secondary battery.
  • a secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the cell stack 100 may have a plurality of pouch-type secondary batteries arranged side by side in the horizontal direction so that their large surfaces face each other in an upright state.
  • the battery cell 110 may include an electrode assembly, a pouch case, and an electrode lead 113.
  • the pouch case may include a receiving portion 111 that accommodates the electrode assembly, and a sealing portion 112 extending outward from the periphery of the receiving portion 111 by a predetermined length.
  • the receiving portion 111 corresponds to approximately the middle portion of the pouch case, and the sealing portion 112 may be a heat-sealed portion along the circumference of the receiving portion 111 to seal the receiving portion 111.
  • the pouch case may include an upper case and a lower case, and the pouch case may be sealed by heat-sealing the edge of the upper case and the edge of the lower case in contact with each other.
  • the terrace portion T may be an area located in a direction in which the electrode lead 113 is drawn out of the pouch case.
  • the sealing force may be structurally lower than that of the remaining area of the sealing part 112.
  • An empty space may be formed between the terrace portion T and the electrode assembly. This empty space may function as a gas collection space where gas generated inside the battery cell 110 can be collected. Therefore, when gas is generated inside the battery cell 110, the gas may be collected in the gas collection space, and venting due to rupture of the sealing portion 112 due to an increase in internal pressure may occur preferentially in the terrace portion (T). .
  • the module case 200 may be configured to accommodate the cell stack 100.
  • the module case 200 may be configured to have an accommodating space capable of accommodating the cell stack 100.
  • the module case 200 may have an approximately square pillar shape.
  • the module case 200 may include a case body 210 consisting of four covers constituting each side, and a pair of end covers 220 covering the front and rear sides of the cell stack 100.
  • the busbar assembly 400 may include a busbar terminal 410 and a busbar frame 420.
  • the bus bar terminal 410 may be coupled to the electrode lead 113.
  • the bus bar frame 420 may be configured to seat the bus bar terminal 410.
  • the busbar frame 420 may include an electrically insulating material to be insulated from the busbar terminal 410.
  • the busbar frame 420 may include a polymer material such as plastic. If the battery cell 110 is a bidirectional battery cell 110, the bus bar assembly 400 may be located at both ends where the electrode leads 113 are provided. When the battery cell 110 is a unidirectional battery cell 110, the bus bar assembly 400 may be located at one end where the electrode lead 113 is provided.
  • the cover member 500 may extend from one end of the bus bar frame 420 in a direction toward the cell stack 100 to cover at least a portion of the cell stack 100 .
  • the cover member 500 may extend from the upper end (the end located in the positive Z-axis direction) of the bus bar frame 420 in the direction toward the cell stack 100 (negative Y-axis direction).
  • the cover member 500 may be made of mica material or SUS material.
  • the cover member 500 may have an electrically conductive body surface coated with an electrically insulating material.
  • the gas when gas is generated from the battery cell 110, the gas is suppressed from moving in the direction in which the cover member 500 is provided.
  • the cover member 500 covers the upper surface of the cell stack 100, gas is prevented from moving upward, so the gas can be discharged by inducing movement in a desired direction. Therefore, when the battery module 10 is mounted at the bottom of a car, it is possible to prevent high-temperature gas from being discharged to the top and causing significant damage to occupants.
  • the cell stack 100 may include a thermal barrier 120 .
  • At least one thermal barrier 120 may be disposed between the plurality of battery cells 110 .
  • the thermal barrier 120 may be disposed between two adjacent battery cells 110.
  • the thermal barrier 120 may be configured in a plate shape. When a plurality of pouch-type battery cells 110 are stacked in the left and right directions in an upright state, the thermal barrier 120 may be interposed between two adjacent cells in an erect form with both surfaces positioned in the left and right directions.
  • the thermal barrier 120 may be configured to block or delay the propagation of flame and/or heat. Additionally, the thermal barrier 120 may be configured to absorb or suppress pressure generated by a swelling phenomenon of the battery cell 110.
  • the thermal barrier 120 may be made of a material that is resistant to high temperatures.
  • the thermal barrier 120 may include materials such as mica, glass fiber reinforced plastic (GFRP), or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • the thermal barrier 120 can absorb or suppress the pressure generated by the swelling phenomenon of the battery cell 110.
  • FIG 4 and 5 are diagrams showing some components included in the battery module according to the present invention.
  • the bus bar frame 420 may include a bus bar terminal seating portion 421, an electrode lead through hole 422, and a thermal barrier receiving portion 423.
  • the bus bar terminal seating portion 421 may accommodate the bus bar terminal 410.
  • the bus bar terminal seating portion 421 may be built into the shape of the bus bar terminal 410 so that the bus bar terminal 410 can be seated thereon.
  • the electrode lead through hole 422 may be configured to allow the electrode lead 113 to pass through.
  • the electrode lead through-hole 422 may be a hole provided at a position approximately corresponding to the electrode lead 113.
  • the electrode lead through hole 422 may have a shape that substantially corresponds to the electrode lead 113.
  • the electrode lead through-hole 422 may be, for example, a substantially rectangular hole.
  • the electrode lead 113 may pass through the electrode lead through hole 422 and be coupled to the bus bar terminal 410.
  • the thermal barrier receiving portion 423 may accommodate the thermal barrier 120.
  • the thermal barrier receiving portion 423 may be a hole or groove formed approximately according to the height of the thermal barrier 120.
  • the thermal battery accommodating portion 111 may be a hole or groove of approximately rectangular shape.
  • the thermal barrier 120 may penetrate the hole-shaped thermal barrier receiving portion 423 and protrude to the outside of the bus bar frame 420.
  • the thermal barrier 120 may be fitted into the thermal barrier receiving portion 423 formed in a groove shape on the inner surface of the bus bar frame 420.
  • the thermal barrier 120 can be accommodated in the thermal barrier receiving portion 423 and stably fixed. Therefore, the thermal barrier 120 can effectively absorb or suppress the pressure generated by the swelling phenomenon of the battery cell 110.
  • the thermal barrier 120 can cover the entire area in the longitudinal direction (direction parallel to the Y axis) of the battery cells 110, thereby allowing the separation between adjacent battery cells 110. Thermal propagation can be prevented or delayed.
  • the cover member 500 may include a first cell cover portion 510.
  • the first cell cover portion 510 may cover at least a portion of the upper side of the cell stack 100.
  • the first cell cover portion 510 may cover an area corresponding to the terrace portion T in the cell stack 100.
  • the cover member 500 may include a second cell cover portion 520.
  • the second cell cover portion 520 may cover at least a portion of the side of the cell stack 100.
  • the second cell cover portion 520 may cover an area corresponding to the terrace portion T in the cell stack 100.
  • the second cell cover portion 520 may be provided on both sides of the cell stack 100.
  • the cover member 500 may be connected to the bus bar frame 420.
  • the cover member 500 may be connected to the bus bar frame 420 through various couplings. For example, it may be by bolting coupling, hook coupling, insertion groove, insertion protrusion, etc. Additionally, the bus bar frame 420 and the cover member 500 may be composed of one member.
  • the gas generated inside the battery cell 110 when the gas generated inside the battery cell 110 is discharged through the terrace portion T, it is not harmful to the first cell cover portion 510 and/or the second cell cover portion 520.
  • the movement of gas can be suppressed, and thus the gas can be discharged by guiding it in a desired direction.
  • gas can be discharged only from the bottom.
  • 6 to 7 are diagrams showing some components included in the battery module according to the present invention.
  • the battery module 10 may include a pad 600.
  • the pad 600 may be provided between the first cell cover portion 510 and the cell stack 100.
  • the pad 600 may be attached to the surface of the first cell cover portion 510 facing the cell stack 100.
  • the pad 600 may be configured so that the surface on which it is seated on the cell stack 100 has a shape corresponding to the surface of the cell stack 100.
  • the pad 600 may have a thickness corresponding to the length between the first cell cover portion 510 and the cell stack 100.
  • the lower surface of the pad 600 may be configured in a shape corresponding to a plurality of irregularities formed on the upper surface of the cell stack 100.
  • the pad 600 may be configured to seal the space between the cell stack 100 and the cover member 500.
  • the pad 600 may include an elastic material.
  • the pad 600 may include polyurethane (PU) material.
  • PU polyurethane
  • FIG 8 is a diagram showing some components included in the battery module 10 according to the present invention.
  • the thermal barrier 120 may include a protrusion 121.
  • the protrusion 121 may protrude from one end of the thermal barrier 120 toward the module case 200.
  • the protrusion 121 may extend from the top of the thermal barrier 120 to the module case 200.
  • the protrusion 121 may extend along the longitudinal direction (direction parallel to the Y-axis) of the battery cell 110.
  • the protrusion 121 may extend along the longitudinal direction of the battery cell 110 (a direction parallel to the Y-axis) to the same length as the thermal barrier 120.
  • the module case 200 can be stably supported by the thermal barrier 120.
  • the thermal barrier 120 by injecting resin into the space between the protrusion 121 formed on the top of the battery cell 110 and the adjacent protrusion 121, fixation between the cell stack 100 and the module case 200 can be facilitated.
  • the protrusion 121 can be accommodated in the pad 600. By forming grooves, the effect of preventing or delaying heat transfer between adjacent battery cells 110 can be maximized.
  • the module case 200 may be provided with a venting portion 201.
  • the bus bar frame 420 may be provided with a guide portion 424.
  • the cell stack 100 includes a plurality of battery cells 110 stacked horizontally in an upright position and the cover member 500 covers the upper side of the cell stack 100 will be described.
  • the venting portion 201 may be disposed at least one of the lower, front, and rear sides of the cell stack 100.
  • the venting portion 201 is disposed at the front and/or rear of the module case 200, and allows gas to escape through the electrode lead through hole 422 and/or the thermal barrier receiving portion 423 of the bus bar frame 420. It may be configured to emit a flame.
  • the venting unit 201 may be placed at the bottom of the module case 200.
  • the venting part 201 may be arranged adjacent to the terrace part (T).
  • the venting unit 201 may be configured to allow gas emitted from at least one of the plurality of battery cells 110 to escape to the outside.
  • the venting portion 201 penetrates the module case 200 and may be in the form of a simple hole. In addition, it may be a specific device that is not completely open but is closed in a normal state and can be opened depending on changes in pressure or temperature.
  • the venting unit 201 may be, for example, a one-way valve.
  • the guide unit 424 may be configured to guide gas generated from at least one of the plurality of battery cells 110 to the venting unit 201.
  • the guide unit 424 may be provided at the lower part of the bus bar frame 420.
  • the thickness of the guide part 424 may become thinner as it approaches the venting part 201.
  • the guide part 424 may be configured so that the closer it is to the venting part 201, the wider the space between the bus bar frame 420 and the terrace part (T) becomes.
  • gas or flame generated in the terrace portion (T) of the battery cell 110 can be discharged to the outside of the battery module 10 through the venting portion 201. Additionally, gas or flame can be discharged more effectively by the guide portion 424.
  • Figure 9 is a diagram showing a battery pack according to the present invention.
  • the battery pack 2 may include one or more battery modules 10 according to the present invention described above.
  • the battery pack 2 according to the present invention includes various other components in addition to the battery module 10, such as a BMS, a bus bar, a pack case, a relay, a current sensor, etc. known at the time of filing the present invention. It may further include components of the battery pack 2, etc.
  • Figure 10 is a diagram showing a vehicle according to the present invention.
  • the automobile 1 may include one or more battery packs 2 according to the present invention described above.
  • the automobile 1 according to the present invention may further include various other components included in the automobile 1 in addition to the battery pack 2.
  • the automobile 1 according to the present invention may further include a vehicle body, a motor, and a control device such as an ECU (electronic control unit) in addition to the battery pack 2 according to the present invention.
  • ECU electronic control unit

Landscapes

  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은, 안전성이 강화된 배터리 모듈을 개시한다. 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 적어도 일방향으로 적층된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체; 셀 적층체를 수용하도록 구성된 모듈 케이스; 버스바 단자; 및 버스바 단자가 안착되도록 구성 되는 버스바 프레임을 포함하여 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결시키도록 구성된 버스바 어셈블리; 및 셀 적층체의 적어도 일부를 커버하도록 버스바 프레임의 일측 단부로부터 셀 적층체를 향하는 방향으로 연장형성된 커버 부재;를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 12월 05일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2022-0167608호 및 2023년 03월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0043199호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차전지에 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.
그런데, 이와 같이 다수의 이차 전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되어 있는 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 특히, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 열이나 화염, 스파크 등이 생성될 수 있다. 만일, 이러한 열 등이 다른 배터리 셀로 전달되는 경우, 열 전파(thermal propagation, TP)와 같은 폭발적인 연쇄 반응 상황이 나타나 배터리 모듈에서 폭발이나 발화가 발생할 수 있다.
또한, 배터리 셀 등은, 사용함에 따라, 혹은 비정상적인 작동 상태(과충전, 과방전, 고온 노출, 전기적 단락 등)에서 스웰링 현상이 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 스웰링 현상은 열폭주 현상을 가속화시킬 수 있다.
더욱이, 전기 자동차와 같은 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및/또는 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 포함되어 있고, 주변에 운전자 등과 같은 사용자가 존재할 수 있어 열적 연쇄 반응에 대한 위험성이 더욱 커질 수 있다.
특히, 배터리 모듈이 자동차에 개재되는 경우, 자동차의 하부에 개재되는 경우가 많다. 이 경우, 고온의 가스가 상부로 배출되는 경우 탑승자에게 큰 피해를 입힐 수 있다.
따라서 특정 배터리 셀이나 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 다른 배터리 셀이나 배터리 모듈로의 열전이 지연, 스웰링 억제 시킴으로써 안전성이 향상되고, 원하는 방향으로 특히, 위 방향을 제외한 나머지 방향으로 가스를 배출할 수 있는 배터리 모듈의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전이 지연, 스웰링 억제 등을 통해 안전성이 향상될 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 측면에서, 원하는 방향으로 특히, 위 방향을 제외한 나머지 방향으로 가스를 배출할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에서 이러한 배터리 모듈을 포함함으로써 안정성이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
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 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드가 구비되며 적어도 일방향으로 적층된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스; 버스바 단자; 및 상기 버스바 단자가 안착되도록 구성 되는 버스바 프레임을 포함하여 상기 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결시키도록 구성된 버스바 어셈블리; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일부를 커버하도록 상기 버스바 프레임의 일측 단부로부터 상기 셀 적층체를 향하는 방향으로 연장형성된 커버 부재;를 포함한다.
상기 셀 적층체는, 상기 복수개의 배터리 셀 사이에 위치하는 적어도 하나의 써멀 배리어;를 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 버스바 단자가 안착되는 버스바 안착부; 상기 전극 리드가 관통하도록 구성된 전극 리드 관통 홀; 및 상기 써멀 배리어가 수용되도록 구성된 써멀 배리어 수용부;를 구비할 수 있다.
상기 커버 부재는, 상기 셀 적층체의 상측 적어도 일부를 커버하는 제1 셀 커버부;를 구비할 수 있다.
상기 커버 부재는, 상기 셀 적층체의 측부 적어도 일부를 커버하는 제2 셀 커버부;를 구비할 수 있다.
상기 복수개의 배터리셀은, 각각의 배터리 셀이 전극 조립체, 파우치 케이스 및 전극 리드를 포함할 수 있다.
상기 파우치 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부; 및 상기 수용부의 둘레로부터 외측으로 일정 길이 연장되는 실링부를 포함할 수 있다.
상기 실링부는 전극 리드가 구비되는 테라스부를 구비할 수 있다.
상기 제1 셀 커버부는 상기 셀 적층체에서 상기 테라스부와 대응되는 영역을 커버할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 제1 셀 커버부와 상기 셀 적층체 사이에 패드를 구비할 수 있다.
상기 패드는, 상기 셀 적층체에 안착되는 면이 상기 셀 적층체의 표면에 대응되는 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 패드는, 상기 제1 셀 커버부와 상기 셀 적층체 사이의 길이에 대응되는 두께를 가질 수 있다.
상기 패드는, 탄성을 가지는 재질을 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체는, 복수개의 배터리 셀이 기립 상태로 수평방향으로 적층될 수 있다.
상기 커버 부재는, 상기 셀 적층체의 상측을 커버할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 상기 셀 적층체의 하측, 전방 및 후방 중 적어도 한 곳에 벤팅부를 배치할 수 있다.
상기 벤팅부는 상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 버스바 프레임은, 상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 가스를 상기 벤팅부로 가이드하도록 구성된 가이드부를 구비할 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 테라스부에 인접하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀에서 가스 발생 시, 가스가 커버 부재가 구비된 방향으로 이동하는 것이 억제된다. 특히, 커버 부재가 셀 적층체의 상측 면을 커버할 경우, 가스가 상부로 이동하는 것이 억제되므로 원하는 방향으로 가스의 이동을 유도하여 배출할 수 있다. 따라서 배터리 모듈이 자동차 하부에 실장될 경우, 고온의 가스가 상부로 배출되어 탑승자에게 큰 피해를 입히는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 특정 배터리 셀에서 발생한 열적 이벤트로 인해 발생한 화염 및/또는 열 등이 인접한 다른 배터리 셀로 이동하는 열적 연쇄 반응을 지연 또는 예방할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 스웰링 현상에 의해 발생하는 압력을 써멀 배리어가 흡수하거나 억제할 수 있다
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 써멀 배리어가 써멀 배리어 수용부에 수용되어 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서 써멀 배리어는 배터리 셀의 스웰링 현상에 의해 발행하는 압력을 효과적으로 흡수하거나 억제할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 테라스부에서 가스나 화염이 발생하는 경우, 가스나 화염이 셀 적층체의 상부 측으로 이동하는 것을 더욱 확실하게 억제 및 방지할 수 있다. 또한, 셀 적층체의 표면에 레진 등이 주액되는 경우, 레진이 셀 적층체와 커버 부재 사이의 공간으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 써멀 배리어에 의하여 모듈 케이스가 안정적으로 지지될 수 있다. 또한, 배터리 셀 상부에 형성되는 돌출부와 인접하는 돌출부 사이의 공간에 레진을 주입하여 셀 적층체와 모듈 케이스 사이의 고정이 용이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 테라스부에서 발생하는 가스나 화염을 벤팅부를 통해 배터리 모듈 외부로 배출할 수 있다. 또한, 가이드부에 의하여 가스나 화염이 더욱 효과적으로 배출될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 일부 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 일부 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 첨부되는 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 아니된다. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
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 적적하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사항에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 외관을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100), 모듈 케이스(200), 버스바 어셈블리(400), 및 커버 부재(500)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(100)는 적어도 일방향으로 적층된 복수개의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀(110)은 이차전지를 의미할 수 있다. 이차전지는 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 셀 적층체(100)는 복수개의 파우치형 이차전지가 기립된 상태로 넓은 표면이 서로 대면되도록 수평 방향으로 나란하게 배열된 형태일 수 있다.
배터리 셀(110)은 전극 조립체, 파우치 케이스 및 전극 리드(113)를 포함할 수 있다. 파우치 케이스는 전극 조립체를 수용하는 수용부(111), 수용부(111)의 둘레로부터 외측으로 일정 길이 연장되는 실링부(112)를 포함할 수 있다. 수용부(111)는 파우치 케이스의 대략 중간 부분에 해당하고, 실링부(112)는 수용부(111)를 밀폐시키기 위하여 수용부(111)의 둘레를 따라 열 융착된 부분일 수 있다. 상기 파우치 케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함할 수 있으며, 상부 케이스의 가장자리 둘레와 하부 케이스의 가장자리 둘레가 서로 맞닿은 상태로 열 융착 됨으로써 파우치 케이스의 밀봉이 이루어질 수 있다. 테라스부(T)는 전극 리드(113)가 파우치 케이스 외측으로 인출되는 방향에 위치하는 영역일 수 있다.
테라스부(T)에는 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 전극 리드(113)가 개재되는 영역이 존재하므로 구조적으로 실링부(112)의 나머지 영역에 비하여 실링력이 떨어질 수 있다. 테라스부(T)와 전극 조립체 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있다. 이러한 빈 공간은 배터리 셀(110) 내부에서 발생하는 가스가 포집될 수 있는 가스 포집공간으로서 기능할 수 있다. 따라서 배터리 셀(110) 내부에서 가스 발생 시, 가스는 가스 포집공간 내에 포집될 수 있으며, 내압 증가에 따른 실링부(112)의 파단에 의한 벤팅은 테라스부(T)에서 우선적으로 발생될 수 있다.
모듈 케이스(200)는 셀 적층체(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 모듈 케이스(200)는 셀 적층체(100)를 수용할 수 있는 수용 공간을 구비하도록 구성될 수 있다. 모듈 케이스(200)는 대략 사각 기둥 형태를 가질 수 있다. 모듈 케이스(200)는 각각의 면을 구성하는 4개의 커버로 이루어진 케이스 본체(210) 및 셀 적층체(100)의 전면 및 후면을 커버하는 한 쌍의 엔드 커버(220)를 포함할 수 있다.
버스바 어셈블리(400)는 버스바 단자(410) 및 버스바 프레임(420)을 포함할 수 있다. 버스바 단자(410)는 전극 리드(113)와 결합될 수 있다. 버스바 프레임(420)은 버스바 단자(410)가 안착되도록 구성될 수 있다. 버스바 프레임(420)은 버스바 단자(410)와 절연되도록 전기적 절연성 재질을 포함할 수 있다. 버스바 프레임(420)은 플라스틱과 같은 폴리머 재질을 포함할 수 있다. 버스바 어셈블리(400)는 배터리 셀(110)이 양방향 배터리 셀(110)일 경우 전극 리드(113)가 구비된 양측 단부에 위치할 수 있다. 버스바 어셈블리(400)는 배터리 셀(110)이 단방향 배터리 셀(110)일 경우 전극 리드(113)가 구비된 일측 단부에 위치할 수 있다.
커버 부재(500)는 셀 적층체(100)의 적어도 일부를 커버하도록 버스바 프레임(420)의 일측 단부로부터 셀 적층체(100)를 향하는 방향으로 연장형성될 수 있다. 커버 부재(500)는 버스바 프레임(420)의 상측 단부(Z축 양의 방향에 위치하는 단부)로부터 셀 적층체(100)를 향하는 방향(Y축 음의 방향)으로 연장형성될 수 있다. 커버 부재(500)는 mica 재질 또는 SUS 재질을 구비할 수 있다. 커버 부재(500)는 전기적 전도성 재질의 본체 표면에 전기적 절연성 재질이 코팅된 형태를 가질 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 셀(110)에서 가스 발생 시, 가스가 커버 부재(500)가 구비된 방향으로 이동하는 것이 억제된다. 커버 부재(500)가 셀 적층체(100)의 상측 면을 커버할 경우, 가스가 상부로 이동하는 것이 억제되므로 원하는 방향으로 가스의 이동을 유도하여 배출할 수 있다. 따라서 배터리 모듈(10)이 자동차 하부에 실장될 경우, 고온의 가스가 상부로 배출되어 탑승자에게 큰 피해를 입히는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 다시 참고하면, 셀 적층체(100)는 써멀 배리어(120)를 포함할 수 있다.
써멀 배리어(120)는 복수개의 배터리 셀(110) 사이에 적어도 하나가 배치될 수 있다. 써멀 배리어(120)는 인접하는 2개의 배터리 셀(110) 사이에 배치될 수 있다. 써멀 배리어(120)는 판상으로 구성될 수 있다. 복수개의 파우치형 배터리 셀(110)이 세워진 상태에서 좌우 방향으로 적층된 경우, 써멀 배리어(120)는 인접하는 2개의 셀 사이에 양 표면이 좌우 방향에 위치하도록 세워진 형태로 개재될 수 있다.
써멀 배리어(120)는 화염 및/또는 열 등의 전파를 차단 또는 지연시키도록 구성될 수 있다. 또한, 써멀 배리어(120)는 배터리 셀(110)의 스웰링 현상에 의해 발생하는 압력을 흡수하거나 억제하도록 구성될 수 있다. 써멀 배리어(120)는 고온에 강한 재질로 구성될 수 있다. 써멀 배리어(120)는 mica나 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced plastic) 등의 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 특정 배터리 셀(110)에서 발생한 열적 이벤트로 인해 발생한 화염 및/또는 열 등이 인접한 다른 배터리 셀(110)로 이동하는 열적 연쇄 반응을 지연 또는 예방할 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)의 스웰링 현상에 의해 발생하는 압력을 써멀 배리어(120)가 흡수하거나 억제할 수 있다
도 4 및 5는 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 일부 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 4 및 5를 참조하면, 버스바 프레임(420)은 버스바 단자 안착부(421), 전극 리드 관통홀(422) 및 써멀 배리어 수용부(423)를 구비할 수 있다.
버스바 단자 안착부(421)는 버스바 단자(410)가 안착될 수 있다. 버스바 단자 안착부(421)는 버스바 단자(410)가 안착될 수 있도록 버스바 단자(410)의 형상에 맞추어 내입된 형태일 수 있다.
전극 리드 관통홀(422)은 전극 리드(113)가 관통하도록 구성될 수 있다. 전극 리드 관통홀(422)은 대략 전극 리드(113)와 대응되는 위치에 구비되는 홀일 수 있다. 전극 리드 관통홀(422)은 대략 전극 리드(113)와 대응되는 형상일 수 있다. 전극 리드 관통홀(422)은 예를 들어 대략 직사각형 형태의 홀일 수 있다. 전극 리드(113)는 전극 리드 관통홀(422)을 관통하여 버스바 단자(410)에 결합될 수 있다.
써멀 배리어 수용부(423)는 써멀 배리어(120)가 수용될 수 있다. 써멀 배리어 수용부(423)는 대략 써멀 배리어(120)의 높이에 따라 형성된 홀 또는 홈일 수 있다. 써멀 배터리 수용부(111)는 대략 직사각형 형태의 홀 또는 홈일 수 있다. 써멀 배리어(120)는 홀 형태의 써멀 배리어 수용부(423)를 관통하여 버스바 프레임(420) 외측으로 돌출될 수 있다. 써멀 배리어(120)는 버스바 프레임(420) 내측면에 홈 형태로 형성된 써멀 배리어 수용부(423)에 끼워질 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 써멀 배리어(120)가 써멀 배리어 수용부(423)에 수용되어 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서 써멀 배리어(120)는 배터리 셀(110)의 스웰링 현상에 의해 발행하는 압력을 효과적으로 흡수하거나 억제할 수 있다. 다른 측면에서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 써멀 배리어(120)가 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 전체 영역을 커버할 수 있으며, 이로써 서로 인접한 배터리 셀(110) 간의 열 전파(thermal propagation)을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
다시 도 4를 참고하면, 커버 부재(500)는 제1 셀 커버부(510)를 구비할 수 있다.
제1 셀 커버부(510)는 셀 적층체(100)의 상측 적어도 일부를 커버할 수 있다. 제1 셀 커버부(510)는 셀 적층체(100)에서 테라스부(T)와 대응되는 영역을 커버할 수 있다.
다시, 도 5를 참고하면, 커버 부재(500)는 제2 셀 커버부(520)를 구비할 수 있다.
제2 셀 커버부(520)는 셀 적층체(100)의 측부 적어도 일부를 커버할 수 있다. 제2 셀 커버부(520)는 셀 적층체(100)에서 테라스부(T)와 대응되는 영역을 커버할 수 있다. 제2 셀 커버부(520)는 셀 적층체(100)의 양 측부에 구비될 수 있다.
커버 부재(500)는 버스바 프레임(420)과 연결될 수 있다. 커버 부재(500)는 버스바 프레임(420)과 다양한 결합에 의하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 볼팅 결합, 후크 결합, 삽입홈 및 삽입돌기 등에 의할 수 있다. 또한, 버스바 프레임(420)과 커버 부재(500)는 하나의 부재로 구성될 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 셀(110) 내부에서 발생한 가스가 테라스부(T)를 통해 배출되는 경우, 제1 셀 커버부(510) 및/또는 제2 셀 커버부(520)에 위해 가스의 이동이 억제될 수 있으며, 이에 따라 원하는 방향으로 가스의 배출을 유도하여 배출할 수 있다. 특히, 제1 셀 커버부(510)와 제2 셀 커버부(520)가 모두 구비되는 경우, 가스는 하부로만 배출되도록 할 수 있다.
도 6 내지 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 일부 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 배터리 모듈(10)은 패드(600)를 구비할 수 있다.
패드(600)는 제1 셀 커버부(510)와 셀 적층체(100)의 사이에 구비될 수 있다. 패드(600)는 셀 적층체(100)와 대면하는 제1 셀 커버부(510)의 표면에 부착될 수 있다. 패드(600)는 셀 적층체(100)에 안착되는 면이 셀 적층체(100)의 표면에 대응되는 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 패드(600)는 제1 셀 커버부(510)와 셀 적층체(100) 사이의 길이에 대응되는 두께를 가질 수 있다. 패드(600)의 하면은 셀 적층체(100) 상측 표면에 형성된 다수의 요철에 대응되는 형태로 구성될 수 있다. 패드(600)는 셀 적층체(100)와 커버 부재(500) 사이의 공간을 밀폐시키도록 구성될 수 있다.
패드(600)는 탄성을 가지는 재질을 포함할 수 있다. 패드(600)는 폴리우레탄(PU) 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 셀(110) 내부에서 발생한 가스나 화염이 테라스부(T)를 통해 배출되는 경우, 가스나 화염이 셀 적층체(100)의 상부 측으로 이동하는 것을 더욱 확실하게 억제 및 방지할 수 있다. 또한, 셀 적층체(100)의 표면에 레진 등이 주액되는 경우, 레진이 셀 적층체(100)와 커버 부재(500) 사이의 공간으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에 포함되는 일부 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 써멀 배리어(120)는 돌출부(121)를 구비할 수 있다.
돌출부(121)는 써멀 배리어(120)의 일 단부로부터 모듈 케이스(200)를 향하여 돌출될 수 있다. 돌출부(121)는 써멀 배리어(120)의 상단으로부터 모듈 케이스(200)에 이르도록 연장될 수 있다. 돌출부(121)는 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 연장될 수 있다. 돌출부(121)는 배터리 셀(110)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 써멀 배리어(120)와 동일한 길이로 연장될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 써멀 배리어(120)에 의하여 모듈 케이스(200)가 안정적으로 지지될 수 있다. 또한, 배터리 셀(110) 상부에 형성되는 돌출부(121)와 인접하는 돌출부(121) 사이의 공간에 레진을 주입하여 셀 적층체(100)와 모듈 케이스(200) 사이의 고정이 용이할 수 있다. 특히, 돌출부(121)가는 배터리 셀(110)이 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 써멀 배리어(120)와 동일한 길이로 연장되는 경우, 패드(600)에 돌출부(121)가 수용될 수 있는 홈이 형성되어 인접한 배터리 셀(110) 간의 열 전이 방지 또는 지연 효과가 극대화될 수 있다.
도 8을 다시 참고하면, 모듈 케이스(200)는 벤팅부(201)를 구비할 수 있다. 버스바 프레임(420)은 가이드부(424)를 구비할 수 있다.
이하, 셀 적층체(100)가 복수개의 배터리 셀(110)이 기립 상태로 수평방향으로 적층되고, 커버 부재(500)가 셀 적층체(100)의 상측을 커버하는 경우에 대해 설명하도록 한다.
벤팅부(201)는 셀 적층체(100)의 하측, 전방 및 후방 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다. 벤팅부(201)는 모듈 케이스(200)의 전방 및/또는 후방에 배치되어, 버스바 프레임(420)의 전극 리드 관통홀(422) 및/또는 써멀 배리어 수용부(423)를 통해 빠져나오는 가스나 화염이 배출되도록 구성될 수 있다. 벤팅부(201)는 모듈 케이스(200)의 하부에 배치될 수 있다. 벤팅부(201)는 테라스부(T)에 인접하도록 배치될 수 있다.
벤팅부(201)는 복수개의 배터리 셀(110) 중 적어도 어느 하나에서 발행하는 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 구성될 수 있다. 벤팅부(201)는 모듈 케이스(200)를 관통하는 형태로서 단순한 홀 형태일 수 있다. 또한, 완전히 개방되어 있는 형태뿐만 아니라, 완전히 개방되지 않고, 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가 압력이나 온도 등의 변화에 따라 개방 가능한 특정 디바이스일 수도 있다. 벤팅부(201)는 예를 들어, 일 방향 밸브일 수 있다.
가이드부(424)는 복수개의 배터리 셀(110) 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 가스를 벤팅부(201)로 가이드하도록 구성될 수 있다. 가이드부(424)는 버스바 프레임(420)의 하부에 구비될 수 있다. 가이드부(424)는 벤팅부(201)에 인접할수록 두께가 얇아질 수 있다. 가이드부(424)는 벤팅부(201)에 인접할수록 버스바 프레임(420)과 테라스부(T) 사이의 공간이 넓어지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 테라스부(T)에서 발생하는 가스나 화염을 벤팅부(201)를 통해 배터리 모듈(10) 외부로 배출할 수 있다. 또한, 가이드부(424)에 의하여 가스나 화염이 더욱 효과적으로 배출될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하면, 배터리 팩(2)은 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(2)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩(2)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
도 10을 참고하면, 자동차(1)는 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩(2)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차(1)는, 이러한 배터리 팩(2) 이외에 자동차(1)에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차(1)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(2) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 적어도 일방향으로 적층된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 수용하도록 구성된 모듈 케이스;
    버스바 단자; 및 상기 버스바 단자가 안착되도록 구성 되는 버스바 프레임을 포함하여 상기 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결시키도록 구성된 버스바 어셈블리; 및
    상기 셀 적층체의 적어도 일부를 커버하도록 상기 버스바 프레임의 일측 단부로부터 상기 셀 적층체를 향하는 방향으로 연장형성된 커버 부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 셀 적층체는,
    상기 복수개의 배터리 셀 사이에 적어도 하나의 써멀 배리어;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은,
    상기 버스바 단자가 안착되는 버스바 안착부;
    전극 리드가 관통하도록 구성된 전극 리드 관통 홀; 및
    상기 써멀 배리어가 수용되도록 구성된 써멀 배리어 수용부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    상기 셀 적층체의 상측 적어도 일부를 커버하는 제1 셀 커버부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    상기 셀 적층체의 측부 적어도 일부를 커버하는 제2 셀 커버부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀은,
    각각의 배터리 셀이 전극 조립체, 파우치 케이스 및 전극 리드를 포함하며, 상기 파우치 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부; 및 상기 수용부의 둘레로부터 외측으로 일정 길이 연장되는 실링부를 포함하고,
    상기 실링부는 전극 리드가 구비되는 테라스부를 구비하며,
    상기 제1 셀 커버부는 상기 셀 적층체에서 상기 테라스부와 대응되는 영역을 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 제1 셀 커버부와 상기 셀 적층체 사이에 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 패드는,
    상기 셀 적층체에 안착되는 면이 상기 셀 적층체의 표면에 대응되는 형상을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 패드는,
    상기 제1 셀 커버부와 상기 셀 적층체 사이의 길이에 대응되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 패드는,
    탄성을 가지는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 셀 적층체는, 상기 복수개의 배터리 셀이 기립 상태로 수평방향으로 적층되고,
    상기 커버 부재는, 상기 셀 적층체의 상측을 커버하고,
    상기 모듈 케이스는, 상기 셀 적층체의 하측, 전방 및 후방 중 적어도 한 곳에 배치되고, 상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 가스가 외부로 빠져나갈 수 있도록 구성된 벤팅부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은,
    상기 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나에서 발생하는 가스를 상기 벤팅부로 가이드하도록 구성된 가이드부를 구비는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 벤팅부는,
    상기 테라스부에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제14 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
PCT/KR2023/018008 2022-12-05 2023-11-09 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 WO2024122901A1 (ko)

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