KR20230098059A - 개선된 안전성과 조립성을 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조립성과 안전성이 함께 개선된 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 및 서로 삽입 결합된 다수의 단위 프레임을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하며, 상기 삽입 결합으로 형성된 중첩부에 벤팅 채널이 마련된 모듈 프레임을 포함한다.

Description

개선된 안전성과 조립성을 갖는 배터리 모듈{Battery module with improved safety and assemblability}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성과 조립성이 향상된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.

스마트폰, 노트북, 웨어러블 기기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 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. 한편, 최근에는 액체 상태의 전해액을 이용하지 않는 전고체 전지에 대한 개발도 활발하게 이루어지고 있다.

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.

근래에는 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, 스파크 등이 외부로 배출될 수 있다. 이러한 가스나 화염, 스파크 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 해당 배터리 모듈이 폭발될 수도 있음은 물론이고, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출될 수 있다. 그리고, 이는 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 촉발시킬 우려가 있다.

한편, 배터리 모듈에 대해서는, 이와 같은 안전성 확보와 더불어, 조립성에 대해서도 함께 개선될 필요가 있다. 특히, 배터리 모듈은, 다수의 구성요소를 조립하는 방식으로 제조될 수 있는데, 조립성이 떨어지면 배터리 모듈의 생산 비용과 생산 시간을 증가시켜, 생산성을 악화시킬 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈의 안전성 향상을 위해, 조립성 내지 생산성이 저하되는 것은 바람직하지 않다. 대표적으로, 배터리 모듈의 안전성을 높이기 위해 가스나 화염 등의 배출 구성을 마련하는 과정에서, 조립 내지 제조 공정이 복잡해지면 배터리 모듈의 생산성이 저하되므로, 해당 안전성 구성은 배터리 산업에서 실질적으로 적용되기 어려울 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 조립성과 안전성이 함께 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; 및 서로 삽입 결합된 다수의 단위 프레임을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하며, 상기 삽입 결합으로 형성된 중첩부에 벤팅 채널이 마련된 모듈 프레임을 포함한다.

여기서, 상기 단위 프레임은, 센터판 및 상기 센터판의 양단에서 절곡된 형태로 구성된 2개의 엔드판을 구비할 수 있다.

또한, 상기 다수의 단위 프레임은, 제1 프레임 및 상기 제1 프레임보다 상기 센터판의 폭이 크게 구성된 제2 프레임을 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 프레임에 구비된 엔드판의 적어도 일부가 상기 제2 프레임의 센터판에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 제2 프레임의 엔드판의 단부는, 상기 제1 프레임의 센터판까지 연장되게 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 프레임의 엔드판은, 상기 제1 프레임의 센터판의 적어도 일부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 다수의 단위 프레임은, 상기 제2 프레임보다 상기 센터판의 폭이 크게 구성된 제3 프레임을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 프레임은 상기 배터리 셀의 단부가 안착되도록 내측 표면에 안착 홈이 형성되며, 상기 안착 홈은 상기 벤팅 채널 측으로 돌출되게 구성될 수 있다.

또한, 상기 단위 프레임 중 적어도 하나는, 상기 엔드판에 개구부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 단위 프레임은, 상기 엔드판의 단부에 요철 형상이 마련되어 상기 개구부를 형성할 수 있다.

또한, 상기 중첩부에 위치하는 2개의 엔드판은, 서로 반대 측 단부에 상기 벤팅 채널의 유입구와 유출구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 채널은, 상기 다수의 단위 프레임의 결합 방향에 직교하는 방향으로 유체 흐름 방향이 형성되도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상기 다수의 단위 프레임이 삽입 결합된 상태에서, 개방단을 폐쇄시키는 엔드 프레임을 더 포함하며, 상기 엔드 프레임은, 상기 다수의 단위 프레임의 삽입 결합 위치를 가이드하는 엔드 가이드부를 구비할 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 안전성이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널을 통해, 배터리 모듈 내부에서 발생된 가스나 화염 등의 배출이 적절하게 제어될 수 있다.

따라서, 이벤트가 발생한 특정 배터리 모듈로부터 배출된 화염이나 가스 등에 의해 인접한 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 전파되는 것이 방지될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 다중 U 프레임 구조를 통해 충분한 벤팅 채널이 구성되어, 배터리 모듈 내부에서 생성된 가스가 원활하게 배출될 수 있다.

따라서, 내압 증가로 인한 배터리 모듈의 폭발 등이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 조립성 내지 생산성이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널이 포함된 모듈 프레임의 조립 공정이 단순화될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 2개 이상의 U 프레임이 맞물리면서 생기는 틈을 이용해 벤팅 채널이 용이하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 유동 저항 혹은 스파크의 외부 노출을 막기 위한 방해물이 모듈 프레임에 구비될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 외부에서 다른 화재나 폭발이 발생하는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 다양한 구조의 벤팅 채널을 적용하는 구성이 용이하게 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 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 모듈 프레임의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는, 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 5는, 도 4의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 6 및 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 모듈 프레임에 구비된 서로 다른 단위 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 구비된 모듈 프레임의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은, 도 9의 단위 프레임이 구비된 모듈 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 실시예에 따른 단위 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 도 11의 단위 프레임이 구비된 모듈 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 실시예에 따른 단위 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 14는, 도 13의 단위 프레임이 구비된 모듈 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 17은, 도 16의 단위 프레임이 구비된 모듈 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈 프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는, 도 18의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 20은, 도 18의 A5-A5'선에 대한 단면도이다.
도 21은, 도 18의 A6 부분에 대한 확대도이다.
도 22는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 23은, 도 22의 구성이 결합된 상태에 대한 단면도이다.
도 24는, 도 22의 배터리 모듈에서, 제1 프레임을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 25는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.

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.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다. 다만, 본 명세서에서는 다른 특별한 설명이 없는 한, 도면을 기준으로, Z축 방향은 상하 방향, X축 방향은 좌우 방향, Y축 방향은 전후 방향으로 각각 설정하여 설명하도록 한다.

또한, 본 명세서에서는, 다양한 실시예가 포함되어 있으며, 각 실시예에 대해서는, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 경우에는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100) 및 모듈 프레임(200)을 포함한다.

상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 배터리 셀(110)을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀(110)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 충방전이 반복적으로 가능하도록 구성될 수 있다. 특히, 이차 전지, 즉 배터리 셀(110)은, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 리튬 전지일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 전지의 특정 종류로 한정되는 것은 아니다.

셀 어셈블리(100)에 구비된 배터리 셀(110)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(110)의 외장재는, 알루미늄층이 폴리머층에 의해 감싸진 형태의 파우치 외장재일 수 있다. 더욱이, 이러한 형태의 배터리 셀(110), 즉 파우치형 배터리 셀(110)은, 구조적 측면에서 수납부와 실링부를 구비할 수 있다. 여기서, 수납부는 전극 조립체(양극판, 음극판, 세퍼레이터) 및 전해질이 수납된 부분을 나타내고, 실링부는 이러한 수납부의 주변을 둘러싸는 형태로 파우치 외장재가 융착된 부분을 나타낸다고 할 수 있다.

특히, 파우치형 셀은, 수납부를 중심으로 4개의 측면(모서리)이 존재한다고 할 수 있다. 이때, 4개의 측면이 모두 실링된 형태로 구성될 수도 있고, 3개의 측면만 실링된 형태로 구성될 수도 있다. 이때, 4개의 측면이 실링된 셀을 4면 실링 셀이라 하고, 3개의 측면이 실링된 셀을 3면 실링 셀이라고 할 수 있다.

상기 배터리 셀(110)은, 배터리 모듈에 다수 포함될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 셀(110)은 전극 리드를 구비할 수 있다. 이러한 전극 리드에는 양극 리드와 음극 리드가 포함되며, 양극 리드와 음극 리드는 배터리 셀(110)의 동일 측면(모서리) 또는 서로 다른 측면에 돌출되게 구비될 수 있다. 이때, 양극 리드와 음극 리드가 동일 측면에 위치하는 경우 단방향 셀이라고 하고, 양극 리드와 음극 리드가 다른 측면, 특히 반대되는 측면에 위치하는 경우 양방향 셀이라고 할 수도 있다.

한편, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 배터리 셀(110)로서 채용될 수 있다.

다수의 배터리 셀(110)은, 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 셀 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)이 적어도 일 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 파우치형 배터리 셀(110)은, 상하 방향(수직 방향, Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드는, 전후 방향(Y축 방향)으로 양단에 배치된다고 할 수 있다.

상기 모듈 프레임(200)은, 내부에 빈 공간이 형성되어, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수납할 수 있다. 특히, 모듈 프레임(200)은, 다수의 단위 프레임(U)을 구비할 수 있다. 이때, 다수의 단위 프레임(U)은 서로 삽입 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 그리고, 모듈 프레임(200)은, 이러한 다수의 단위 프레임(U) 간 삽입 결합으로 형성된 공간에 벤팅 채널이 마련될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 내지 도 5를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 모듈 프레임(200)의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다. 또한, 도 5는 도 4의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 서로 다른 2개의 단위 프레임(U)이, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이 결합될 수 있다. 이때, 2개의 단위 프레임(U)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 삽입 결합을 통해 서로 맞물리는 구조로 조립될 수 있다. 그리고, 다수의 단위 프레임(U)은, 이와 같이 조립된 이후, 도 4의 R로 표시된 부분과 같이, 내부에 빈 공간을 형성하여, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수납할 수 있다.

또한, 모듈 프레임(200)은, 삽입 결합으로 중첩부가 형성될 수 있다. 이러한 중첩부는, 도 5에서 A2로 표시된 부분과 같이, 서로 다른 단위 프레임(U)이 서로 삽입된 경우, 삽입 구조를 형성하는 과정에서 마련된 적층 구조일 수 있다. 더욱이, 이러한 중첩부는, 서로 다른 단위 프레임(U)이 서로 삽입 결합된 상태에서, 셀 어셈블리(100)의 수납 공간(R)을 기준으로 동일 측면에 위치할 수 있다. 그리고, 중첩부는, 판상 구조가 서로 대면되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 실시 구성에서, 중첩부는 상하 방향으로 결합된 2개의 단위 프레임(U) 간 좌측판과 우측판에 각각 형성될 수 있다.

그리고, 이와 같이 형성된 중첩부에는, V로 표시된 바와 같이, 벤팅 채널이 마련될 수 있다. 즉, 중첩부는, 상호 결합된 다수의 단위 프레임(U)이 부분적으로 서로 적층되되, 적층된 부분이 완전히 밀착된 것이 아니라, 적어도 부분적으로 이격되어 빈 공간을 형성함으로써 벤팅 채널(V)이 형성되도록 할 수 있다. 이러한 벤팅 채널(V)은, 모듈 프레임(200)의 내부 공간(R)에 수납된 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스 등이 분출된 경우, 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스 등을 모듈 프레임(200)의 외부로 배출시키는 통로가 될 수 있다. 더욱이, 이러한 벤팅 채널(V)은, 다수의 단위 프레임(U) 간 삽입 결합 구조, 특히 중첩부에서, 단위 프레임(U) 사이의 이격 공간에 형성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 간단한 공정을 통해 벤팅 채널(V)이 포함된 모듈 프레임(200)이 제조될 수 있다. 따라서, 열폭주(thermal runaway) 등의 비정상 상황에서, 특정 배터리 셀(110)로부터 벤팅 가스 등이 분출된 경우, 벤팅 가스 등이 외부로 배출될 수 있도록 함으로써, 배터리 모듈의 내압 증가로 인한 폭발을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 벤팅 가스가 지정된 경로로만 배출되도록 함으로써, 디렉셔널 벤팅(directional ventign)을 통한 모듈 간 열 폭주 전파 방지에 기여할 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 조립성 내지 생산성이 향상될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 단위 프레임(U) 간 삽입 결합을 통해 모듈 프레임(200)이 간단하게 조립되는 한편, 모듈 프레임(200)에 벤팅 채널(V)이 형성되어 안전성도 확보되도록 할 수 있다.

상기 모듈 프레임(200)에 구비된 다수의 단위 프레임(U)은, 판상으로 구성될 수 있다. 이 경우, 단위 프레임(U)의 제조가 용이하고, 삽입 결합 구조도 쉽게 구현될 수 있다. 또한, 이 경우, 단위 프레임(U)의 부피나 무게를 낮추는데 유리할 수 있다.

상기 모듈 프레임(200)에서, 다수의 단위 프레임(U)은 삽입 결합된 형태를 유지하기 위해, 다양한 체결 방식이 채용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 단위 프레임(U)은, 용접, 슬라이딩 가이드, 끼움 결합, 볼트 체결, 접착 등 다양한 체결 방식으로 상호 결합 내지 고정될 수 있다.

상기 단위 프레임(U)은, 센터판(CP) 및 엔드판(EP)을 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 6 및 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 모듈 프레임(200)에 구비된 서로 다른 단위 프레임(U)을 나타내는 사시도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 단위 프레임(U)은, 센터판(CP)과 함께, 센터판(CP)의 양단에 위치하는 2개의 엔드판(EP)을 구비할 수 있다. 특히, 2개의 엔드판(EP)은, 센터판(CP)의 단부 각각에서 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 센터판(CP)은 수평면, 이를테면 X-Y 평면에 평행하게 수평 방향으로 눕혀진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 2개의 엔드판(EP)은, 센터판(CP)의 좌측 단부와 우측 단부에서, 센터판(CP)으로부터 소정 각도 기울어진 형태로 결합될 수 있다.

특히, 엔드판(EP)과 센터판(CP)은 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 엔드판(EP)과 센터판(CP)은 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 단위 프레임(U)은, 절곡된 판상 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단위 프레임(U)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 수평 방향으로 눕혀진 플레이트에 대하여, 양단이 상부 방향으로 대략 직각으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 단위 프레임(U)은, 그 형태적 특성 상, U-프레임과 같은 용어로 지칭될 수도 있다.

또한, 모듈 프레임(200)에 구비되는 다수의 단위 프레임(U)은, 서로 다른 형태를 가질 수 있다. 특히, 다수의 단위 프레임(U)은, 상호 삽입 결합 가능하도록 크기나 형태가 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 프레임(200)에 구비된 하나의 단위 프레임(U)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 양단이 상부 방향으로 절곡된 U-프레임 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 단위 프레임(U)의 내부 공간은 상방으로 개방된 형태를 가질 수 있다. 그리고, 모듈 프레임(200)에 구비된 다른 하나의 단위 프레임(U)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 양단이 하부 방향으로 절곡된 U-프레임 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 단위 프레임(U)의 내부 공간은, 도 6의 단위 프레임(U)의 개방 방향과 반대 방향인, 하방으로 개방된 형태를 가질 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 2개의 단위 프레임(U1, U2)은 서로 개방된 부분이 마주보는 상태에서, 상호 삽입 결합될 수 있다. 즉, 2개의 U-프레임은, 서로 맞물린 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4의 실시 구성을 함께 고려하면, 도 6의 U-프레임은 하부에 위치하고, 도 7의 U-프레임은 상부에 위치하여, 2개의 U-프레임은 개방단이 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 U-프레임은, 삽입 결합을 통해, 셀 어셈블리(100)의 수납 공간(R)과 함께, 수납 공간(R)의 측부에 벤팅 채널(V)이 형성되도록 할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 수납 공간(R)은, 제1 프레임(U1)에 의해 좌측과 우측 및 하부가 한정되고, 제2 프레임(U2)에 의해 좌측과 우측 및 상부가 한정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 단위 프레임(U)의 제조가 간단하고, 부피나 무게를 감소시키는데 유리할 수 있다. 또한, 이 경우, 단위 프레임(U) 간 중첩을 통한 조립 공정이 쉽게 수행될 수 있고, 이러한 조립에 의해 벤팅 채널(V)도 용이하게 형성될 수 있다.

상기 모듈 프레임(200)은, 배터리 모듈의 외장을 형성할 수 있으므로, 일정 수준 이상의 기계적, 구조적 강도 등을 유지할 수 있는 다양한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 단위 프레임(U)은, 금속 재질이나 플라스틱 재질을 구비할 수 있다. 더욱이, 단위 프레임(U)은, 일정 수준 이상의 열에도 견딜 수 있는 내열성 재질을 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 단위 프레임(U)은, 스틸, 특히 SUS 등의 재질을 구비할 수 있다. 또한, 상기 단위 프레임(U)은, 배터리 셀(110)과의 전기적 절연성을 확보하기 위해 전기적 절연재를 구비할 수 있다. 예를 들어, 단위 프레임(U)은, 금속 재질의 외면에 절연 재료가 코팅된 형태로 구성될 수 있다. 이 밖에도, 모듈 프레임(200)의 재질로는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 재료가 채용될 수 있으며, 본 발명의 대표적인 구성은, 이러한 모듈 프레임(200)의 특정 재질로 한정하지 않는다. 또한, 상호 삽입 결합되는 다수의 단위 프레임(U)은, 서로 다른 재질로 이루어질 수도 있다.

상기 다수의 단위 프레임(U)은, 도 3 내지 도 7 등에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(U1) 및 제2 프레임(U2)을 구비할 수 있다. 여기서, 제2 프레임(U2)은, 제1 프레임(U1)보다 크게 구성될 수 있다. 특히, 제2 프레임(U2)은, 제1 프레임(U1)이 내부 공간에 삽입 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 프레임(U1)은 내측 프레임, 제2 프레임(U2)은 외측 프레임으로 구분될 수도 있다.

예를 들어, 도 6 및 도 7 등에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이 각각 센터판(CP)과 2개의 엔드판(EP)을 갖도록 구성된 경우, 2개의 단위 프레임(U) 간 센터판(CP)의 크기가 다르게 구성될 수 있다. 즉, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 좌우 방향 폭이 W1이고, 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)의 좌우 방향 폭이 W2인 경우, W1<W2의 관계를 가질 수 있다.

그리고, 2개의 엔드판(EP)은, 센터판(CP)의 양단에 구비되므로, 이러한 센터판(CP)의 폭의 차이는, 2개의 엔드판(EP)의 이격 거리 차이로 치환될 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7의 실시예에서, 제1 프레임(U1)의 2개의 엔드판(EP) 사이의 좌우 방향(X축 방향) 이격 거리는, 제2 프레임(U2)의 2개의 엔드판(EP) 사이의 좌우 방향 이격 거리보다 작게 구성될 수 있다. 따라서, 제1 프레임(U1)의 2개의 엔드판(EP)은, 제2 프레임(U2)의 2개의 엔드판(EP) 사이의 공간으로 삽입될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 단위 프레임(U) 간 간단한 조립 공정만으로도, 벤팅 채널(V)이 보다 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 안전성과 함께 조립성 내지 생산성이 더욱 향상될 수 있다.

특히, 도 5 등에 도시된 바와 같이, 상부 측 프레임인 제2 프레임(U2)이, 하부 측 프레임인 제1 프레임(U1)보다 폭이 넓게 형성될 수 있다. 즉, 상부 측에서 결합되는 단위 프레임(U)이 하부 측에서 결합되는 단위 프레임(U)보다 폭이 넓게 형성될 수 있다.

이 경우, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스는, 도 5에서 화살표 B2로 표시된 바와 같이, 상부 방향으로 이동하여 제2 프레임(U2)의 상단을 넘어 벤팅 채널(V) 측으로 유입될 수 있다. 이때, 벤팅 가스는 통상적으로 고온 상태이므로, 모듈 프레임(200)의 내부 공간에서 상부 방향으로 이동하는 성질이 강할 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 고온의 벤팅 가스 등이 벤팅 채널(V) 측으로 원활하고 신속하게 유입되도록 할 수 있다.

한편, 도 5의 실시 구성에서, 벤팅 채널(V)은 벤팅 가스에 대하여 하부 방향으로 흐르도록 하다가 외부로 배출되도록 형성될 수 있다. 이때, 화염 등은 상부 측으로만 이동하려는 성질이 강하므로, 하부 방향을 통해 벤팅 채널(V)의 외부로 배출되는 것이 최대한 억제될 수 있다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 구비된 모듈 프레임(200)의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 8은, 도 5와 마찬가지로, 도 4의 A1-A1'선에 대한 단면 구성의 일례를 나타낸다고 할 수 있다.

도 8을 참조하면, 일부 단위 프레임(U)의 엔드판(EP)의 적어도 일부가 다른 단위 프레임(U)의 센터판(CP)에 접촉되도록 구성될 수 있다. 특히, 삽입 결합된 2개의 단위 프레임(U) 중, 내측에 삽입되는 단위 프레임(U)의 엔드판(EP)이 외측에 감싸지는 단위 프레임(U)의 센터판(CP)에 접촉될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 프레임(U1)의 좌측 엔드판(EP)은, A3로 표시된 부분과 같이, 상측 단부가 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)에 접촉될 수 있다. 또한, 제1 프레임(U1)의 우측 엔드판(EP)은, A3'으로 표시된 부분과 같이, 상측 단부가 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)에 접촉될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 2개의 단위 프레임(U)이 서로 접촉 결합되어, 상호 안정적인 지지가 가능하다. 특히, 도 8의 실시 구성에 의하면, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 상측 단부가 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)을 상부 방향으로 지지할 수 있다. 따라서, 모듈 프레임(200)의 상판을 구성하는 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)이 하부 방향으로 쳐지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 프레임(U)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 10은, 도 9의 단위 프레임(U)이 구비된 모듈 프레임(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 단위 프레임(U)의 엔드판(EP) 단부에는, C1로 표시된 부분과 같이, 제1 절곡부가 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)은 일단(하단)이 센터판(CP)에 연결되어 상부 방향으로 세워진 형태로 구성되되, 타단(상단)이 수평 방향으로 절곡되어 제1 절곡부(C1)를 형성할 수 있다. 특히, 제1 프레임(U1)은 상호 결합되는 2개의 단위 프레임(U1, U2) 중 내측에 위치하는 단위 프레임(U)이다. 따라서, 제1 절곡부(C1)는, 내측 프레임의 엔드판(EP)에 형성된다고 할 수 있다. 더욱이, 제1 절곡부(C1)는, 2개의 엔드판(EP)에 각각 형성될 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 수평 방향 절곡부(C1)의 표면에는 다른 단위 프레임(U)의 센터판(CP)이 면접촉될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시 구성을 참조하면, 제1 프레임(U1)의 상단 절곡부(C1)의 상면에는 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)의 하면이 안착되어 접촉될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 단위 프레임(U) 간 지지 결합 구성이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시 구성에서, 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)은, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 제1 절곡부(C1)에 의해 보다 안정적으로 상부 방향으로 지지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 모듈 프레임(200)의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서, 단위 프레임(U) 간 면접촉된 부분이 존재하기 때문에, 체결 공정이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시 구성에서, 제1 프레임(U1)의 제1 절곡부(C1)의 상면에는 접착제가 도포되어 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)의 하면과 안정적으로 접착 고정될 수 있다. 다른 예로, 제1 프레임(U1)의 제1 절곡부(C1)와 제2 프레임(U2)의 센터판(CP) 사이에는 볼팅이나 리벳 구조 등이 적용되어, 이들이 서로 체결되도록 할 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 엔드판(EP)의 단부와 센터판(CP) 사이에 대한 밀폐력을 강화시킬 수 있다. 따라서, 의도된 방향으로만 벤팅 가스가 배출되도록 하는 디렉셔널 벤팅 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.

또한, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)의 단부는, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)까지 연장되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시 구성을 참조하면, 제1 프레임(U1)의 좌측 외부를 감싸는 제2 프레임(U2)의 좌측 단부의 경우, A4로 표시된 부분과 같이 하단부가 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)까지 길게 연장될 수 있다. 또한, 제1 프레임(U1)의 우측 외부를 감싸는 제2 프레임(U2)의 우측 단부의 경우, A4'으로 표시된 부분과 같이 하단부가 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)까지 길게 연장될 수 있다. 즉, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)은, 일단이 센터판(CP)에 연결된 상태에서 하부 방향으로 연장되며, 연장된 단부인 타단은 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)이 위치하는 부분(X-Y 평면 상)에 위치할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V)을 형성하는 공간을 최대한 넓게 형성할 수 있다. 따라서, 벤팅 채널(V)을 통과하는 동안 벤팅 가스의 온도를 낮추는 한편, 벤팅 가스와 함께 배터리 셀(110)로부터 분출된 화염이나 스파크 등의 외부 배출을 최대한 억제할 수 있다. 따라서, 이러한 화염이나 스파크 등이 배터리 모듈의 외측에서 발화원으로 작용하는 것을 차단할 수 있다.

상기 단위 프레임(U) 중 적어도 하나는, 개구부가 형성될 수 있다. 특히, 이러한 개구부는, 단위 프레임(U)의 엔드판(EP)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(U1)은, 도 5 및 도 6 등에서 I로 표시된 부분과 같이, 2개의 엔드판(EP)에 개구부가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)은 벤팅 채널(V)의 내측에 위치하는 내측 엔드판(EP)으로서, 외측 엔드판(EP)인 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)과 함께 벤팅 채널(V)을 형성할 수 있다. 그리고, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 형성된 개구부(I)는 셀 어셈블리(100)의 수납 공간(R)과 벤팅 채널(V) 사이를 연통시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)로부터 분출된 벤팅 가스 등은, 도 5에서 화살표 B2로 표시된 부분과 같이, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 형성된 개구부(I)에 의해 벤팅 채널(V) 내부로 유입될 수 있다. 따라서, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 형성된 개구부(I)는, 벤팅 채널(V)에 대한 유입구로서 기능할 수 있다.

상기 개구부는, 단위 프레임(U)에서 요철 형상이 마련됨으로써 형성될 수 있다. 특히, 개구부(I)는, 내측 엔드판(EP)의 단부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(U1)은, 엔드판(EP)의 상측 단부에 요철 형상이 마련된 형태로 구성될 수 있다. 이러한 요철 구성에서 상대적으로 하부 방향으로 오목하게 형성된 부분이 개구부를 형성할 수 있다. 그리고, 요철 구성에서 상대적으로 상부 방향으로 볼록하게 형성된 부분은, 도 8의 A3 및 A3'으로 표시된 부분과 같이, 다른 단위 프레임(U), 이를테면 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)에 접촉되어 이를 지지할 수 있다.

이러한 요철 형상은, 플레이트의 단부에 대하여 일부를 절취하는 형태로 마련되거나 처음부터 요철 형태로 성형될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 수납되는 공간(R)에서 벤팅 채널(V)로 향하는 유입구가 쉽게 마련될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스가 벤팅 채널(V)로 유입되기 위해서는, 내측 엔드판(EP)의 표면을 따라 단부까지 이동할 필요가 있다. 따라서, 벤팅 채널(V)로 유입되기까지의 경로가 길어짐으로써, 벤팅 가스에 대한 냉각 효과나 화염 내지 스파크 등의 배출 억제 효과 등이 더욱 높아질 수 있다.

상기 개구부(I)는, 하나의 엔드판(EP)에서 다수 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6 등에 도시된 바와 같이, 개구부(I)는 제1 프레임(U1)의 좌측 엔드판(EP)과 우측 엔드판(EP)에 각각 다수 형성될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)의 수납 공간 중 어느 부분에서 벤팅 가스 등이 발생하더라도, 벤팅 가스에 대한 보다 원활하고 신속한 배출이 가능할 수 있다.

또한, 상기 개구부는, 도 9에 도시된 바와 같이, 엔드판(EP)의 중앙 부분이 뚫린 형태로 구성될 수 있다. 즉, 개구부는, 도 6과 같이 단부의 일부가 절취된 형태가 아니라, 중앙 부분이 천공된 홀 형태로 구성될 수 있다.

상기 중첩부에 위치하는 2개의 엔드판(EP)은, 서로 반대 측 단부에 벤팅 채널(V)의 유입구와 유출구가 각각 형성될 수 있다. 특히, 하나의 벤팅 채널(V)을 형성하는 2개의 엔드판(EP)은, 상하 방향으로 서로 반대되는 단부에 벤팅 채널(V)에 대한 유입구와 유출구가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시 구성을 참조하면, 벤팅 채널(V)의 내측판을 형성하는 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에서, 벤팅 채널(V)의 유입구는 상단에 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅 채널(V)의 외측판을 형성하는 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)에서, 벤팅 채널(V)의 유출구는 하단에 형성될 수 있다. 더욱이, 벤팅 채널(V)의 유입구는, 도 6이나 도 9에 도시된 바와 같은 절취 형태 또는 홀 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 벤팅 채널(V)의 유출구는, 도 5 및 도 8에서 O로 표시된 부분과 같이, 제2 프레임(U2)의 단부가 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)과 소정 거리 이격됨으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 벤팅 채널(V)의 벤팅 가스 등은, 이러한 유출구(O)를 통해 배터리 모듈의 하부 방향으로 배출될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V)의 경로를 더욱 길게 형성할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서는, 벤팅 채널(V)의 경로가 모듈 프레임(200)의 상단에서 하단까지 길게 형성되도록 할 수 있다. 그러므로, 벤팅 가스 등의 냉각 효과 및 화염이나 스파크 등의 배출 억제 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.

도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 실시예에 따른 단위 프레임(U)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 12는, 도 11의 단위 프레임(U)이 구비된 모듈 프레임(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)은, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 적어도 일부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)은 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)과 중첩되어 벤팅 채널(V)을 형성하되, 제1 프레임(U1)의 외측에 위치할 수 있다. 따라서, 제2 프레임(U2)은 외측 프레임일 수 있다. 그리고, 제2 프레임(U2)은 상부 측에서 제1 프레임(U1)을 향해 이동되어 결합되는 형태로 구성될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)은, 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)에서 하부 방향으로 연장 형성되되, C2로 표시된 부분과 같이, 하측 단부가 내측 방향으로 절곡되어, 제2 절곡부를 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 제2 절곡부(C2)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 외측, 특히 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 하부를 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 절곡부(C2)는, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)에 구비된 하단 절곡부일 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 제1 프레임(U1)은, 제2 프레임(U2)에 의해 상단과 하단이 모두 지지되므로, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2) 사이의 결합력이 더욱 강화될 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 프레임(U1)은, 제2 프레임(U2)의 내부 공간으로 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 제2 프레임(U2)의 내부 공간은, 센터판(CP), 엔드판(EP) 및 엔드판(EP)의 제2 절곡부(C2)에 의해 상, 하, 좌, 우 방향이 한정될 수 있다. 이때, 제1 프레임(U1)은 이러한 내부 공간에 대하여 전후 방향(Y축 방향)으로 슬라이딩되어, 제2 프레임(U2)의 내부 공간으로 삽입될 수 있다. 이 경우, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)의 조립이 보다 용이해지며, 보다 안정적인 결합 구조가 마련될 수 있다. 다른 예로, 제2 프레임(U2)의 제2 절곡부(C2)는, 제1 프레임(U1)의 삽입 이후에 절곡되는 방식으로 형성될 수도 있다.

상기 도 11 및 도 12의 실시 구성에서, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)에는, O로 표시된 부분과 같이, 개구부가 형성될 수 있다. 제2 프레임(U2)은 벤팅 채널(V)의 외측에 위치하므로, 제2 프레임(U2)에 형성된 개구부(O)는, 벤팅 채널(V)의 유출구로서 기능할 수 있다. 따라서, 벤팅 채널(V)로 유입된 벤팅 가스 등은, 도 12에서 화살표 B3 및 B3'으로 표시된 바와 같이, 유출구(O)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)에 형성된 유출구(O)는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 엔드판(EP)의 일부가 천공된 홀 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)에 형성된 유출구(O)는, 도 6의 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 형성된 유입구(I)와 같이, 엔드판(EP)의 단부에서 요철 형태로 형성될 수도 있다.

도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 실시예에 따른 단위 프레임(U)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 14는, 도 13의 단위 프레임(U)이 구비된 모듈 프레임(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 13의 실시 구성을 참조하면, 도 11의 실시 구성과 유사하게, 제2 프레임(U2)의 2개의 엔드판(EP)의 각 하단에는, 제2 절곡부(C2)가 내측 수평 방향으로 절곡되게 연장 형성되어 있다. 여기서, 제2 절곡부(C2)의 내측 표면, 즉 상부 표면에는, D로 표시된 바와 같이, 상부 방향으로 돌출되게 형성된 지지 돌기가 구비될 수 있다.

상기 지지 돌기(D)는, 제2 프레임(U2)이 제1 프레임(U1)과 결합된 상태에서, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)을 상부 방향으로 지지할 수 있다. 또한, 지지 돌기(D)는, 제2 절곡부(C2)의 내측 표면 일부에만 구비되어 있다. 더욱이, 지지 돌기(D)는, 제2 절곡부(C2)에 다수 마련될 수 있는데, 다수의 지지 돌기(D)는, 하나의 제2 절곡부(C2)에서, 전후 방향(Y축 방향)으로 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 지지 돌기(D)는, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)을 지지하는 동시에, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)과 제2 절곡부(C2) 사이에 빈 공간이 형성되도록 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 제2 절곡부(C2)에 마련된 다수의 지지 돌기(D) 사이의 공간은, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)과 제2 절곡부(C2) 사이를 이격시키는 공간이 될 수도 있다.

이와 같은 실시 구성에서는, 벤팅 채널(V)의 유출구를 제2 프레임(U2)에 마련하지 않을 수 있다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 지지 돌기(D)에 의해, 제2 프레임(U2)의 제2 절곡부(C2)와 제1 프레임(U1)의 센터판(CP) 사이의 이격 공간이 형성되며, 이러한 이격 공간이 유출구(O)로서 기능할 수 있다. 따라서, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP) 등에, 유출구로서 기능하기 위한 별도의 개구부 등을 형성할 필요가 없다. 이 경우, 벤팅 채널(V)로 유입된 벤팅 가스 등은, 도 14에서 화살표 B4 및 B4'으로 표시된 바와 같이, 제2 프레임(U2)의 제2 절곡부(C2)와 제1 프레임(U1)의 센터판(CP) 사이의 유출구(O)로 배출될 수 있다.

특히, 상기 실시 구성의 경우, 벤팅 가스의 외부 배출 방향이 다른 배터리 모듈로 향하는 것이 억제될 수 있다. 즉, 도 14의 실시 구성을 참조하면, 모듈 프레임(200)의 좌측에 위치한 유출구(O)에서 벤팅 가스는, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 외측 표면을 따라 우측 방향(화살표 B4 방향)으로 배출될 수 있다 .그리고, 모듈 프레임(200)의 우측에 위치한 유출구(O)에서 벤팅 가스는, 제1 프레임(U1)의 센터판(CP)의 외측 표면을 따라 좌측 방향(화살표 B4' 방향)으로 배출될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈의 좌측 또는 우측에 인접하여 배치된 다른 배터리 모듈을 향하여 벤팅 가스 등이 직접 배출되지 않을 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 화염 등의 배출에 의해 배터리 모듈 간 열 폭주 전파가 일어나는 것이, 보다 효과적으로 방지될 수 있다.

더욱이, 상기 실시 구성과 같이, 유출구(O)가 배터리 모듈의 하부에 형성되어 벤팅 가스가 배터리 모듈의 하부로 배출되는 경우, 배터리 모듈의 상부 측에 위치하는 구성요소나 사용자 등으로 고온의 벤팅 가스나 화염 등이 향하는 것이 차단될 수 있다. 따라서, 자동차에 탑재되는 배터리 모듈과 같이, 상부에 탑승자가 위치하는 경우, 탑승자를 향하여 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 것이 차단되므로, 탑승자의 안전성이 더욱 향상될 수 있다

도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 15를 참조하면, 상기 모듈 프레임(200)은, 벤팅 채널(V)의 내측에 돌기가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 외측 표면에는, P로 표시된 부분과 같이 유로 돌기가 형성될 수 있다. 이러한 유로 돌기(P)는, 단위 프레임(U)의 표면에서, 벤팅 채널(V) 측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 경우, 외측에 벤팅 채널(V)이 위치하므로, 외측 표면에 외측을 향하는 방향으로 돌출된 형태로 유로 돌기(P)가 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V) 내부에서, 유로 돌기(P)에 의해, 벤팅 가스의 흐름이 가이드될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 도 15에서 화살표로 표시된 바와 같이, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 경로가 직선으로만 형성되지 않고 1회 이상 절곡된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 경로가 길게 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅 채널(V) 내부를 흐르는 과정에서, 벤팅 가스의 온도를 낮추고, 이동 시 직진성이 강한 스파크나 입자 등의 외부 배출을 억제할 수 있다.

특히, 상기 유로 돌기(P)의 형상이나 배치는 다양하게 구성될 수 있으며, 이러한 유로 돌기(P)에 의해 벤팅 가스의 냉각이나 스파크 등의 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 17은, 도 16의 단위 프레임(U)이 구비된 모듈 프레임(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 벤팅 채널(V)은, 다수의 단위 프레임(U)의 결합 방향에 직교하는 방향으로 유체 흐름 방향이 형성되도록 구성될 수 있다. 특히, 벤팅 채널은, 다수의 단위 프레임(U)이 수직 방향으로 결합될 때, 수평 방향으로 벤팅 가스의 흐름 방향이 형성되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 벤팅 채널(V)의 내측에 위치하는 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 외측 표면에는, 벤팅 채널(V)을 향해 외측 수평 방향으로 돌출된 형태의 유로 돌기(P)가 형성될 수 있다. 이때, 유로 돌기(P)는, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에서 수평 방향인 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다.

또한, 유로 돌기(P)는, 벤팅 채널(V)을 함께 형성하는 다른 단위 프레임(U)의 내측 단부에 접촉되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 구비된 유로 돌기(P)는, 도 17에서 L로 표시된 부분과 같이, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)의 내측 표면에 접촉될 수 있다.

따라서, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)은 상하 방향(수직 방향)으로 결합되는 구성에서, 벤팅 가스의 흐름 방향은 유로 돌기(P)에 의해 결합 방향(상하 방향)과 수직이 되는 전후 방향으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)에 형성된 유입구(I)를 통해 벤팅 채널(V)로 유입된 벤팅 가스나 화염, 스파크 등은, 유로 돌기(P)에 의해, 화살표 B5 및 B6로 표시된 바와 같이, 전후 방향(수평 방향)으로 흐를 수 있다. 특히, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)은, 전후 방향으로 길게 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅 가스의 흐름 방향은, 이러한 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)의 길이 방향인 전후 방향으로 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 벤팅 경로가 최대한 길게 형성되어, 벤팅 가스의 냉각 내지 스파크 등의 억제 효과 등이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 단위 프레임(U)에 형성된 유로 돌기(P)는, 벤팅 채널(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름이 반대 방향으로 전환되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 16의 실시 구성에서, 유입구(I)를 통해 벤팅 채널(V)의 내부로 유입된 벤팅 가스 등은, 상층 유로 돌기(P)의 연장 방향 및 유입구(I)의 위치에 의해 화살표 B5로 표시된 바와 같이 흐를 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅 가스 등은, 하층 유로 돌기(P)의 연장 방향 및 유출구(O)의 위치에 의해 화살표 B6로 표시된 바와 같이, 화살표 B5와는 반대 방향으로 전환되어 흐를 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스 등의 배출 경로를 더욱 증대시킬 수 있다.

도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈 프레임(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 19는 도 18의 구성에 대한 분리 사시도이고, 도 20은 도 18의 A5-A5'선에 대한 단면도이다. 또한, 도 21은, 도 18의 A6 부분에 대한 확대도이다.

도 18 내지 도 21을 참조하면, 모듈 프레임(200)은 다수의 단위 프레임(U)을 포함하되, 다수의 단위 프레임(U)은, 제1 프레임(U1) 및 제2 프레임(U2) 이외에, 제3 프레임(U3)을 더 구비할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 모듈 프레임(200)은, 3개 이상의 단위 프레임(U)이 서로 삽입 결합된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 프레임(U1)의 적어도 일부는 제2 프레임(U2)에 삽입되고, 제2 프레임(U2)의 적어도 일부는 제3 프레임(U3)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 제3 프레임(U3)의 내부 공간에는 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이 함께 삽입된다고 할 수도 있다.

제3 프레임(U3)은, 제1 프레임(U1) 및 제2 프레임(U2)과 마찬가지로, 센터판(CP)과 엔드판(EP)을 구비할 수 있다. 더욱이, 제3 프레임(U3)은, 1개의 센터판(CP)과 센터판(CP)의 양단에서 직각으로 절곡된 형태의 2개의 엔드판(EP)을 구비할 수 있다. 여기서, 제3 프레임(U3)의 센터판(CP)은, 제2 프레임(U2)의 센터판(CP)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 제3 프레임(U3)의 센터판(CP)의 양단에 형성된 2개의 엔드판(EP) 사이에 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이 함께 삽입될 수 있다.

또한, 모듈 프레임(200)에 구비된 다수의 단위 프레임(U)은, 수평 방향으로 삽입 결합되게 구성될 수 있다. 즉, 앞선 여러 실시 도면에서는, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이 수직 방향(상하 방향)으로 결합된 형태를 중심으로 도시되어 있으나, 도 18 내지 도 21의 실시예와 같이, 다수의 단위 프레임(U)은 수평 방향(좌우 방향)으로 결합될 수 있다.

상기 실시 구성과 같이 3개의 단위 프레임(U)이 서로 삽입 결합되게 구성된 경우, 가장 내측에 위치하는 제1 프레임(U1)과 가장 외측에 위치하는 제3 프레임(U3)은 서로 동일한 방향으로 개방되고, 중앙에 위치하는 제2 프레임(U2)은 이들과 반대되는 방향으로 개방될 수 있다. 예를 들어, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(U1)과 제3 프레임(U3)은 우측 방향으로 내부 공간이 개방되고, 제2 프레임(U2)은 좌측 방향으로 내부 공간이 개방되게 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 프레임(200)의 적어도 일부 측면이 다중으로 구성되므로, 내부 공간에 수납된 셀 어셈블리(100)의 보호에 보다 유리할 수 있다. 예를 들어, 도 20의 도면을 참조하면, 수납 공간(R)에 셀 어셈블리(100)가 수납된 경우, 셀 어셈블리(100)의 상부와 하부는 3중으로 보호되고, 셀 어셈블리(100)의 좌측부는 2중으로 보호될 수 있다. 그러므로, 해당 측면으로 인가되는 충격 등에 대하여 셀 어셈블리(100)의 보호 효과를 높일 수 있다. 또한, 이러한 다중 측벽은, 셀 어셈블리(100)로부터 발생한 화염 등에 대한 차단 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 경로가 더욱 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 20을 참조하면, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2) 사이에 제1 채널(V1)이 형성되고, 제2 프레임(U2)과 제3 프레임(U3) 사이에 제2 채널(V2)이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 채널(V1)과 제2 채널(V2)은 서로 연통되어, 수납 공간(R)에서 분출된 벤팅 가스가 유입구(I)를 통해 벤팅 채널(V)로 유입된 후 유출구(O)로 배출되기까지 순차적으로 경유하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 벤팅 채널(V)은, 모듈 프레임(200)의 두께 방향으로, 다중층으로 구성된다고 할 수 있다. 따라서, 벤팅 경로는 매우 길게 형성되어, 벤팅 가스의 냉각 효과나 화염 또는 스파크 등의 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서는, 벤팅 경로의 절곡이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 채널(V1)에 대한 유입구(I1)는 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 우측 단부에 형성되고, 제2 채널(V2)에 대한 유입구(I2)는 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)의 좌측 단부에 형성될 수 있다. 또한, 제2 채널(V2)에 대한 유출구(O)는, 제3 프레임(U3)의 엔드판(EP)의 우측 단부에 형성될 수 있다.

이 경우, 제1 채널(V1)과 제2 채널(V2)에서의 벤팅 가스의 흐름 방향은 서로 반대로 전환될 수 있다. 따라서, 스파크나 화염 등의 포집 효과 내지 배출 억제 효과가 더욱 좋아질 수 있다.

모듈 프레임(200)에 구비된 다수의 단위 프레임(U) 중 적어도 하나의 표면에는, 도 19에서 G로 표시된 바와 같이, 유로 홈이 형성될 수 있다. 유로 홈(G)은, 적어도 일부 단위 프레임(U)에서, 벤팅 채널(V)과 대면하는 표면에 형성될 수 있다. 특히, 유로 홈(G)은, 단위 프레임(U)의 두께 방향 내측으로 오목하게 형성될 수 있다. 유로 홈(G)은, 단위 프레임(U)의 사이 공간에서 벤팅 가스가 흐를 수 있도록 실질적인 벤팅 채널(V)을 형성할 수 있다. 즉, 단위 프레임(U)은 서로 엔드판(EP)이 접촉되게 배치되되, 엔드판(EP)에서 오목하게 형성된 유로 홈(G)을 따라 벤팅 가스가 이동되도록 할 수 있다.

더욱이, 유로 홈(G)은, 단위 프레임(U) 간 삽입 결합 방향에 직교하는 방향으로 길게 형성될 수 있다. 또한, 유로 홈(G)은, 유로 돌기(P)와 마찬가지로, 단위 프레임(U)에서 가장 긴 모서리 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 19를 참조하면, 다수의 단위 프레임(U)은, 좌우 방향(X축 방향)으로 상호 결합되고, 전후 방향(Y축 방향)으로 긴 모서리를 갖도록 구성될 수 있다. 이때, 유로 홈(G)은, 단위 프레임(U)의 장방향인 전후 방향을 따라 길게 연장되도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 모듈 프레임(200)은, 여러 방향 중, 모서리가 가장 길게 형성된 장방향을 따라, 벤팅 가스가 흐르도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 18 내지 도 21의 실시 구성에서, 모듈 프레임(200)의 장방향은 전후 방향(Y축 방향)일 수 있다. 이 경우, 벤팅 채널(V)은, 전후 방향으로 벤팅 가스의 흐름이 형성되도록 마련될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스의 배출 경로를 길게 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 19에서 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2) 사이의 제1 채널(V1)로 유입된 벤팅 가스는, 화살표로 표시된 바와 같이, 유로 홈(G)을 따라 전후 방향(Y축)으로 길게 흐를 수 있다.

더욱이, 이러한 유로 홈(G)은, 벤팅 가스가 흐를 때 길이 방향을 따라 반대 방향으로 전환되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 19의 실시 구성에서, 벤팅 가스는, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2) 사이의 공간에서, 전방(+Y축 방향)을 향해 흐르다가 다시 후방을 향해 흐르도록, 방향이 전환될 수 있다. 또한, 이와 같은 방향 전환은, 제2 프레임(U2)과 제3 프레임(U3) 사이의 공간에서도 유사하게 마련될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 가스의 벤팅 경로가 현저하게 증가되는 한편, 직진성이 강한 화염 내지 스파크, 입자 등의 배출 억제 효과도 크게 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 상호 결합되는 다수의 단위 프레임(U) 중 적어도 일부는, 결합 가이드부를 구비할 수 있다. 여기서, 결합 가이드부는, 서로 다른 단위 프레임(U) 간 조립 내지 결합을 가이드하는 구성으로서, 상호 끼움 결합 가능한 돌기나 홈, 후크 형태 등으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 19에 도시된 바를 참조하면, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)은 서로 대응되는 형태의 결합 가이드부를 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP) 외면(상측 외면 및 하측 외면)에는, J1으로 표시된 부분과 같이, 결합 방향을 따라 길게 연장 형성된 돌기 형태의 제1 가이드부가 마련될 수 있다. 그리고, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP) 내면(상측 내면 및 하측 내면)에는, 이러한 제1 가이드부(J1)가 슬라이딩 삽입될 수 있도록, J2로 표시된 부분과 같이, 결합 방향을 따라 길게 연장 형성된 홈 형태의 제2 가이드부가 마련될 수 있다.

또한, 도 19 및 도 21에 도시된 바를 참조하면, 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP) 외면(상측 외면 및 하측 외면)에는, J3로 표시된 부분과 같이, 결합 방향을 따라 길게 연장되어 돌출 형성된 제3 가이드부가 마련될 수 있다. 그리고, 제3 프레임(U3)의 엔드판(EP) 내면(상측 내면 및 하측 내면)에는, 제3 가이드부(J3)가 슬라이딩 삽입 가능하도록, J4로 표시된 부분과 같은 제4 가이드부가 마련될 수 있다. 따라서, 제2 프레임(U2)과 제3 프레임(U3)의 결합 시, 제3 가이드부(J3)와 제4 가이드부(J4)는, 도 21에 도시된 바와 같이, 끼움 결합될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 단위 프레임(U) 간 조립 시, 조립 위치 및 방향 등을 가이드하여, 조립성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 결합 이후 다수의 단위 프레임(U) 간 상대적인 이동을 제한하여, 결합성을 더욱 높일 수 있다.

도 22는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 23은, 도 22의 구성이 결합된 상태에 대한 단면도이다. 예를 들어, 도 23은, 도 22의 배터리 모듈에 대하여 A7-A7'선에 대한 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다. 도 22 및 도 23에서는, 설명의 편의를 위해 하나의 배터리 셀(110)만 도시되어 있으나, 배터리 셀(110)은 다수 포함될 수 있음은 물론이다. 도 24는, 도 22의 배터리 모듈에서, 제1 프레임(U1)을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.

먼저, 도 22 내지 도 23을 참조하면, 모듈 프레임(200)에서 가장 내측에 위치하는 단위 프레임(U)인 제1 프레임(U1)은, K로 표시된 부분과 같이, 안착 홈이 형성될 수 있다. 상기 안착 홈(K)은, 배터리 셀(110)의 단부가 안착되도록 구성될 수 있다. 안착 홈(K)은 단위 프레임(U)의 일부, 이를테면 엔드판(EP)의 내측 표면에 형성될 수 있다. 특히, 안착 홈(K)에는, 배터리 셀(110)의 일부, 이를테면 상측 단부 또는 하측 단부가 안착될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(110)이 파우치형 셀인 경우, 배터리 셀(110)은 수납부(M)와, 그러한 수납부(M)의 테두리를 둘러싸는 형태의 실링부(S)를 구비할 수 있다. 이때, 배터리 셀(110)이 상하 방향으로 세워진 형태로 제1 프레임(U1)의 내부 공간에 수납되는 경우, 배터리 셀(110)의 상측 실링부(S)와 하측 실링부(S)가 제1 프레임(U1)의 상부 엔드판(EP) 및 하부 엔드판(EP)에 형성된 안착 홈(K)에 삽입될 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)의 수납부(M)는 실링부(S)보다 폭이 더 넓게 형성될 수 있으며, 이러한 수납부(M)의 상단 및 하단이 제1 프레임(U1)의 안착 홈(K)에 안착될 수 있다.

제1 프레임(U1)은, 내측으로는 상기 안착 홈(K)이 형성된 부분에서, 외측으로는 벤팅 채널(V) 측으로 돌출되게 구성될 수 있다. 즉, 안착 홈(K)은, 제1 프레임(U1)에서 배터리 셀(110)과 대면하는 내측 표면을 기준으로 할 때에는 오목하게 형성되었다고 할 수 있지만, 이와 같이 오목하게 형성된 부분은, K'으로 표시된 부분과 같이, 제1 프레임(U1)의 외측 표면에서는 돌출된 부분을 형성할 수 있다. 특히, 제1 프레임(U1)은 두께가 얇은 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 이때 내측 표면에 안착 홈(K)이 형성되기 위해서는 이러한 안착 홈(K)의 형상을 따라 외측 표면이 돌출되게 구성될 수 있다. 특히, 제1 프레임(U1)의 외측 표면에는, 도 23에 도시된 바와 같이, 벤팅 채널(V)이 위치할 수 있다. 따라서, 제1 프레임(U1)의 안착 홈(K)은, 벤팅 채널(V)을 향해 돌출된 돌출부(K')를 구성할 수 있다.

더욱이, 도 22 및 도 24의 실시 구성을 참조하면, 안착 홈(K)에 의해 반대 측에 형성된 돌출부(K')는, 배터리 셀(110)의 적층 방향을 따라 다수 배치되되, 길이 방향 단부의 위치가 엇갈리게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 24의 실시 구성에서, 좌측에서 우측 방향으로 다수의 돌출부(K')가 배치될 때, 좌측에서부터 홀수 번째에 위치하는 돌출부(K')는, A8로 표시된 부분과 같이, 엔드판(EP)의 후단까지 길게 연장 형성될 수 있다. 그리고, 좌측에서부터 짝수 번째에 위치하는 돌출부(K')는, A8'으로 표시된 부분과 같이, 엔드판(EP)의 전단까지 길게 연장 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)의 외측에 마련된 벤팅 채널(V)에서, 벤팅 가스는 도 24에서 화살표로 표시된 바와 같이, 전방 측 흐름과 후방 측 흐름이 교대로 형성되게 흐를 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 모듈 프레임(200)의 상호 조립성 및 결합성을 향상시키고, 벤팅 경로를 더욱 길게 형성할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서는, 배터리 셀(110)을 안착하기 위한 구성이 벤팅 채널(V)의 가이드 경로를 설정하는 기능까지 수행할 수 있다. 따라서, 모듈 프레임(200)에 있어서, 배터리 셀(110)의 안착 구성과 벤팅 채널(V)의 경로 가이드 구성이 별도로 마련될 필요가 없다. 따라서, 모듈 프레임(200)의 구조가 간단해지고 부피 및 무게가 감소될 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈의 에너지 밀도 향상 및 비용 절감 등에 보다 유리할 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 모듈의 생산성이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 엔드 프레임(300)을 더 포함할 수 있다.

상기 엔드 프레임(300)은, 도 2 및 도 15 등에 도시된 바와 같이, 모듈 프레임(200)의 개방단을 폐쇄시키도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 프레임(200)은, 다수의 단위 프레임(U)이 삽입 결합된 상태에서, 특정 단부가 개방되어 개방단을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2나 도 15 등에 도시된 바와 같이, U-프레임 형태의 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이, 상하 개방 단부를 서로 마주한 상태에서, 상하 방향으로 결합되어 모듈 프레임(200)을 형성하되, 이러한 모듈 프레임(200)의 전방 및 후방은 개방될 수 있다. 그리고, 모듈 프레임(200)의 전방 개방단과 후방 개방단에는, 2개의 엔드 프레임(300), 즉 전방 프레임과 후방 프레임이 결합될 수 있다.

상기 엔드 프레임(300)은, 모듈 프레임(200)의 개방단에 결합되어, 해당 공간을 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 모듈 프레임(200)의 내부에 수납된 셀 어셈블리(100)에서 벤팅 가스나 화염 등이 분출된 경우, 벤팅 가스나 화염 등은 모듈 프레임(200)의 전후 개방단으로 유출되지 않고, 앞서 설명된 벤팅 채널(V) 측으로 이동 배출될 수 있다.

또한, 상기 엔드 프레임(300)은, 배터리 모듈을 외부의 다른 구성요소와 전기적으로 연결시키기 위한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 프레임(300)은, 배터리 모듈의 충방전 전원을 주고 받기 위한 모듈 단자 및/또는 배터리 모듈의 각종 정보를 송수신하기 위한 커넥터 단자 등을 구비할 수 있다.

상기 엔드 프레임(300)은, 도 15 등에서 Q로 표시된 부분과 같이, 엔드 가이드부를 구비할 수 있다. 이러한 엔드 가이드부(Q)의 구성에 대해서는, 도 25를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 25는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다. 예를 들어, 도 25는, 도 15의 배터리 모듈에 대한 결합 구성에서, A9-A9'선에 대한 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다.

도 15 및 도 25를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 상기 엔드 가이드부(Q)는, 단위 프레임(U)의 삽입 결합 위치를 가이드하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 엔드 가이드부(Q)는, 엔드 프레임(300)의 내측 표면에서 내측 방향, 다시 말해 모듈 프레임(200)을 향해 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 후방 개방단에 결합된 엔드 프레임(300)의 경우, 내측 표면(전방 측 표면)에 엔드 가이드부(Q)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 엔드 가이드부(Q)는, 셀 어셈블리(100)의 수납 공간이 위치하는 전방 측을 향해 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 엔드 가이드부(Q)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 단위 프레임(U)은 엔드 가이드부(Q)를 중심으로 양측에 결합될 수 있다. 특히, 도 25의 실시 구성을 참조하면, 내측에 위치하는 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)은, 엔드 가이드부(Q)의 내측에 부착 고정될 수 있다. 또한, 외측에 위치하는 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP)은, 엔드 가이드부(Q)의 외측에 부착 고정될 수 있다. 이때, 엔드 가이드부(Q)와 엔드판(EP)의 단부는, 끼움 결합, 접착, 볼팅, 용접 등 다양한 체결 방식에 의해 접촉 고정될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 엔드 가이드부(Q)에 의해, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)의 결합 위치가 가이드될 수 있다. 따라서, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)의 조립성과 결합성이 보다 개선될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2)이 상호 결합되어 모듈 프레임(200)을 형성한 상태에서, 제1 프레임(U1)과 제2 프레임(U2) 사이에 형성된 벤팅 채널(V)이 안정적으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 도 25의 실시 구성에서, 엔드 가이드부(Q)는, 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)과 제2 프레임(U2)의 엔드판(EP) 사이의 벤팅 채널(V)에 대하여, 좌우 이격 거리가 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.

따라서, 압력 또는 충격 인가 시에도, 이러한 벤팅 채널(V)의 변형 등이 방지되어, 벤팅 성능이 일정 수준 이상으로 확보될 수 있다. 더욱이, 배터리 셀(110) 측에서 벤팅 가스 등이 발생하는 경우, 내측에 위치하는 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)이 벤팅 채널(V) 측으로 밀릴 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성의 경우, 엔드 가이드부(Q)가 이러한 제1 프레임(U1)의 엔드판(EP)이 밀리는 현상을 억제하고 그 위치가 유지되도록 함으로써, 벤팅 채널(V)이 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.

한편, 도 15 및 도 25의 실시예 등에서는, 엔드 가이드부(Q)가 돌기 형태로 형성된 형태가 도시되어 있으나, 엔드 가이드부(Q)는 홈 형태 등 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다. 특히, 엔드 가이드부(Q)가 홈 형태로 형성된 경우, 단위 프레임(U)에는 이러한 엔드 가이드부(Q)에 끼움 결합 가능하도록 하는 별도의 구성이 마련될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛, 모듈 간 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈이나 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.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 어셈블리
110: 배터리 셀
200: 모듈 프레임
300: 엔드 프레임
U: 단위 프레임
U1: 제1 프레임, U2: 제2 프레임, U3: 제3 프레임
CP: 센터판, EP: 엔드판
R: 수납 공간
V: 벤팅 채널
D: 지지 돌기
P: 유로 돌기
G: 유로 홈
K: 안착 홈
Q: 엔드 가이드부

Claims (15)

1. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 및
   서로 삽입 결합된 다수의 단위 프레임을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하며, 상기 삽입 결합으로 형성된 중첩부에 벤팅 채널이 마련된 모듈 프레임
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단위 프레임은, 센터판 및 상기 센터판의 양단에서 절곡된 형태로 구성된 2개의 엔드판을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 다수의 단위 프레임은, 제1 프레임 및 상기 제1 프레임보다 상기 센터판의 폭이 크게 구성된 제2 프레임을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 프레임에 구비된 엔드판의 적어도 일부가 상기 제2 프레임의 센터판에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 프레임의 엔드판의 단부는, 상기 제1 프레임의 센터판까지 연장되게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제2 프레임의 엔드판은, 상기 제1 프레임의 센터판의 적어도 일부를 감싸는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제3항에 있어서,
   상기 다수의 단위 프레임은, 상기 제2 프레임보다 상기 센터판의 폭이 크게 구성된 제3 프레임을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제3항에 있어서,
   상기 제1 프레임은 상기 배터리 셀의 단부가 안착되도록 내측 표면에 안착 홈이 형성되며, 상기 안착 홈은 상기 벤팅 채널 측으로 돌출되게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제2항에 있어서,
   상기 단위 프레임 중 적어도 하나는, 상기 엔드판에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 단위 프레임은, 상기 엔드판의 단부에 요철 형상이 마련되어 상기 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제2항에 있어서,
    상기 중첩부에 위치하는 2개의 엔드판은, 서로 반대 측 단부에 상기 벤팅 채널의 유입구와 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 채널은, 상기 다수의 단위 프레임의 결합 방향에 직교하는 방향으로 유체 흐름 방향이 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 단위 프레임이 삽입 결합된 상태에서, 개방단을 폐쇄시키는 엔드 프레임을 더 포함하며,
    상기 엔드 프레임은, 상기 다수의 단위 프레임의 삽입 결합 위치를 가이드하는 엔드 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.

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