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KR20240012290A - 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

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KR20240012290A
KR20240012290A KR1020230065188A KR20230065188A KR20240012290A KR 20240012290 A KR20240012290 A KR 20240012290A KR 1020230065188 A KR1020230065188 A KR 1020230065188A KR 20230065188 A KR20230065188 A KR 20230065188A KR 20240012290 A KR20240012290 A KR 20240012290A
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KR
South Korea
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battery
cover
cell
battery module
module
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020230065188A
Other languages
English (en)
Inventor
허삼회
김수열
신진규
정기택
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to CN202380014324.8A priority patent/CN118202514A/zh
Priority to EP23843241.3A priority patent/EP4432446A4/en
Priority to JP2024527223A priority patent/JP2024540419A/ja
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Abstract

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 모듈 케이스의 내부 공간에서, 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 셀 커버의 적어도 일부분이 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{Battery module and, battery pack and vehicle including same}
본 발명은, 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열적 이벤트에 대한 안전성 등이 우수한 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근 많이 사용하고 있는 리튬 이차전지는 하나당 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 대용량 및 고출력이 요구되는 전기자동차나 전력저장장치의 경우, 다수의 리튬 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하고 이를 에너지원으로 사용한다. 특히, 전기자동차에 요구되는 출력이나 용량을 만족시키기 위해, 배터리 모듈이나 배터리 팩에는 매우 많은 개수의 리튬 이차전지들이 포함된다.
한편, 중대형 배터리 모듈이나 배터리 팩은, 열적 이벤트가 발생한 때를 대비할 수 있게 설계하는 것이 중요하다.
예컨대, 배터리 셀은 열 폭주가 심화되면 고온의 가스와 파티클(전극 조립체에서 탈리된 전극 또는 활물질 등)이 분출될 수 있다. 이때 분출된 고온의 가스와 파티클이 다른 배터리 셀들에 열적 데미지를 주게 되어 배터리 모듈 내부의 배터리 셀들 간에 열이 급속도로 전파될 수 있다.
더욱이, 배터리 셀들의 열 폭주로 인해 다량의 가스가 발생하게 되면 모듈 케이스의 내부 압력이 빠르게 증가하고 그 결과 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발이 야기될 수 있다. 이 경우, 화재가 더욱 빠르게 확대되어 걷잡을 수 없게 되고, 그로 인해 인명 사고 등 2차 피해가 발생할 우려가 커진다. 그러므로 위와 같은 상황을 억제 내지 지연시킬 수 있도록, 배터리 셀들에서 다량의 가스가 발생할 경우를 대비하여 배터리 모듈을 설계할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 내부에 열적 이벤트가 발생한 때, 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발이 급속하게 일어나지 않도록 내부 압력의 상승 속도를 완화시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 상기 셀 커버의 적어도 일부분이 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 감싸진 배터리 셀의 적어도 일측이 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부를 형성하도록 상기 배터리 셀을 부분적으로 감싸도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개방부는 상기 벤팅 홀과 연통될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는, 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부; 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부; 및 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 상단 부분을 커버하는 제3 커버부를 포함하며, 상기 제1 커버부의 하측 단부와, 상기 제2 커버부의 하측 단부의 일부에는 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 벤팅 홀에 삽입될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌출부에는 절곡부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절곡부는 상기 제1 커버부의 하측 단부 또는 상기 제2 커버부의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 커버부의 하측 단부 및 상기 제2 커버부의 하측 단부 중 적어도 하나는 상기 벤팅 홀의 외측까지 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 상기 제1 커버부와 제2 커버부의 내측면에 접착되어 고정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 및 상기 제2 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 내측면에 절연 코팅층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 일체로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 내부에 열적 이벤트가 발생한 때, 내부 압력이 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압력 상승 속도를 늦추면서 배터리 모듈의 외부로 벤팅 가스를 디렉셔널 벤팅시킴으로써 안전하고 효과적으로 배터리 모듈의 내부 압력을 해소할 수 있다.
더 나아가 본 발명은, 열적 이벤트가 발생한 배터리 모듈의 붕괴 내지 폭발을 막아 해당 배터리 모듈과 인접한 다른 배터리 모듈로의 열 전파를 방지하거나, 최대한 지연시킬 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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리 셀이 셀 커버에 감싸진 모습의 부분 사시도이다.
도 4는 도 3에서 배터리 셀과 셀 커버가 분리된 모습의 사시도이다.
도 5는 도 3의 정면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분의 확대도이다.
도 7은 도 1의 X-X'을 따라 바라본 단면도이다.
도 8은 도 7의 B 부분의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리 셀이 셀 커버에 감싸진 모습의 부분 사시도이고, 도 4는 도 3에서 배터리 셀과 셀 커버가 분리된 모습의 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 파우치형 배터리 셀(100)과, 모듈 케이스(200)와, 셀 커버(300)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)은 충전 및 방전의 기본 단위에 해당하는 것으로서, 연질의 금속 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질 물질을 수납하고 해당 금속 케이스를 실링하는 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체는 양극 전극과 음극 전극 사이에 분리막을 개재시키는 방식으로 제조될 수 있다.
또한, 배터리 셀(100)의 전단과 후단에는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드(110)가 마련될 수 있다. 이러한 배터리 셀(100)은 파우치(pouch) 형태로 구성될 수 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀(100)은 배터리 모듈(10)에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다.
도 2를 참조하면, 모듈 케이스(200)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 수납된다. 그리고, 파우치형 배터리 셀(100)은 모듈 케이스(200)에 직접적으로 안착될 수 있다.
더욱이, 모듈 케이스(200)에는 열적 이벤트 발생시 고온의 가스와 파티클을 배출하는 벤팅 홀(211)이 형성될 수 있다. 그리고, 화염도 벤팅 홀(211)을 통해 미리 설정된 방향으로, 예를 들어, 다른 배터리 모듈(10)이 설치되지 않은 방향으로 유도하여 외부로 배출시킬 수 있다. 벤팅 홀(211)은 모듈 케이스(200)의 다양한 위치에 형성될 수 있지만, 예를 들어, 모듈 케이스(200)의 하측에 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 모듈 케이스(200)와 파우치형 배터리 셀(100) 사이, 모듈 케이스(200)와 셀 커버(300) 사이 또는 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 사이에 열 전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)이 개재될 수 있다. 열 전달 물질은 서로 다른 구성요소 사이에서 각 구성요소들의 열 전달 성능을 높이기 위한 물질이다.
여기서, 열 전달 물질은 써멀 레진(240, 400)일 수 있으며, 필요에 따라 써멀 패드가 사용될 수도 있다. 이에 의해, 배터리 모듈(10)의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈 케이스(200)는 하부 프레임(210)과, 측면 프레임(220)과, 상부 커버(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 모듈 케이스(200)는 플라스틱 또는 금속 재질로 제작될 수 있다. 그 밖에도, 모듈 케이스(200)는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 모듈(10)의 외장재 재질을 채용할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(200)는 박스 형태로 형성될 수 있다.
하부 프레임(210)에는 복수의 배터리 셀(100)이 안착된다. 여기서, 전술한 벤팅 홀(211)은 하부 프레임(210)에 형성될 수 있다. 벤팅 홀(211)은 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 2에서와 같이 사각형, 특히 정사각형으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 벤팅 홀(211)은 복수개 형성되며, 복수의 벤팅 홀(211)이 미리 설정된 간격으로 이격되어 직선 방향으로 형성될 수 있다. 측면 프레임(220)은 하부 프레임(210)의 가장자리로부터 상측을 향해 연장된다. 상부 커버(230)는 측면 프레임(220)에 결합되며, 측면 프레임(220)과 하부 프레임(210)을 커버한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 셀 커버(300)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 노출 구조에 의해 냉각이 용이해지고, 가스와 파티클 등이 쉽게 배출될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)의 적어도 일부분이 벤팅 홀(211)에 삽입되도록 구성된다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
도 2를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성된 셀 커버(300)가 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 수납될 수 있다.
셀 커버(300)는 다양한 개수의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서와 같이 하나의 셀 커버(300)가 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)는 1개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수도 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)가 3개 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있다.
셀 커버(300)는 적어도 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 파우치형 배터리 셀(100)은 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉, 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 일체로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)는 판 구조의 금속 플레이트를 절곡시키는 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
셀 커버(300)는 가공이 용이하고 내식성이 높으며, 기계적 강도 내지 강성이 우수한 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 셀 커버(300)는 강성 확보를 위해, SUS 이외의 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(300)는 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어 크롬(CR) 계열의 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 배터리 셀(100)들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 앞서 예로 든 바와 같이 셀 커버(300)가 SUS와 같은 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해 배터리 셀(100)로부터 화염 발생 시 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 배터리 셀(100)로부터 분출된 화염에 용융되지 않고 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
셀 커버(300)는 내측면에 절연 코팅층(미도시)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(미도시)은 실리콘 수지, 폴리 아미드(Polyamide) 및 고무 중 어느 하나의 절연성 소재를 코팅, 도포 또는 부착한 것일 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 셀 커버(300)의 절연 코팅층 구성에 의하면, 최소한의 코팅 양으로 절연 코팅 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 절연 코팅층(미도시)이 셀 커버(300)의 내측면에 적용되어 있어서 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 간의 절연성이 강화될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)는 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 배터리 모듈(10)의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 하부가 모듈 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉될 수 있고 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 모듈 케이스(200)로 직접 전달되므로 배터리 셀(100)의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 전술한 구조, 즉, 파우치형 배터리 셀(100)이 모듈 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉하는 구조에 의해 파우치형 배터리 셀(100)과 모듈 케이스(200) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 충분한 냉각 성능을 기대할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 셀 커버(300)는 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(130)의 전방과 후방에는 엔드 커버(250, 260, 도 2 참조)가 구비될 수 있다.
제1 커버부(310)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 일 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 커버부(310)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제2 커버부(320)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 타 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제2 커버부(320)는 제1 커버부(310)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 좌측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고 제2 커버부(320)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제3 커버부(330)는 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)를 연결하고 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 상단 부분을 커버한다.
여기서, 셀 커버(300)는 감싸진 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 모듈 케이스(200)를 향하여 노출되는 개방부(340)를 형성하도록 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸고 있다. 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성의 경우, 각 배터리 셀(100)의 일부가 개방부(340)를 통해 모듈 케이스(200)에 직접 노출될 수 있으므로, 각 배터리 셀(100)의 열이 모듈 케이스(200)를 통해 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
이를 위해, 개방부(340)는 제1 커버부(310)의 단부 중 제3 커버부(330)와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부와, 제2 커버부(320)의 단부 중 제3 커버부(330)와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에서 모듈 케이스(200)를 향하도록 형성될 수 있다.
도 5는 도 3의 정면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분의 확대도이며, 도 7은 도 1의 X-X'을 따라 바라본 단면도이고, 도 8은 도 7의 B 부분의 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전술한 개방부(340)는 벤팅 홀(211)과 연통되도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 도 8의 화살표 방향으로 가스 또는 파티클 등이 개방부(340)를 통해 이동 후 벤팅 홀(211)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 제1 커버부(310)의 하측 단부와, 제2 커버부(320)의 하측 단부의 일부에는 돌출부(350)가 형성될 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 돌출부(350)는 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부로부터 하측으로 연장되어 일체형으로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 돌출부(350)가 별도로 제작된 후 용접 등에 의해 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)에 결합되도록 구성될 수도 있다. 또한, 돌출부(350)의 결합 방식이 용접에 한정되는 것도 아니다.
그리고, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 커버부(310)의 하측 단부의 돌출부(350)와, 제2 커버부(320)의 하측 단부의 돌출부(350)는 벤팅 홀(211)에 삽입된다. 이와 같이, 제1 커버부(310)의 돌출부(350)와 제2 커버부(320)의 돌출부(350)가 벤팅 홀(211)에 삽입되면 고온의 가스 또는 파티클이 벤팅 홀(211)을 통해 외부로 배출되는 것을 가이드할 수 있다.
즉, 셀 커버(300)와 벤팅 홀(211) 사이가 돌출부(350)에 의해 완전히 막혀 틈이 생기지 않으므로 고온의 가스 또는 파티클이 다른 방향으로 새어나가지 않을 뿐만 아니라(고온의 가스 또는 파티클이 다른 방향으로 새어나가면 이웃하는 배터리 모듈 등으로 전파되어 열 전이 현상이 발생될 수 있음), 고온의 가스 또는 파티클을 미리 설정된 방향으로 배출할 수 있고, 이에 의해, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하더라도 이웃하는 다른 배터리 모듈로의 열 전파를 방지하거나, 최대한 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 하나의 실시예로, 돌출부(350)에는 절곡부(351)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 커버부(310)의 하측 단부와, 제2 커버부(320)의 하측 단부 중 적어도 하나에는 절곡된 돌출부(350)가 형성될 수 있다. 절곡부(351)는 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡(351a 참조)된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡(351b 참조)된 형태로 제작될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 절곡부(351)가 2번 절곡되는 것에 의해 돌출부(350)가 벤팅 홀(211)에 정확하게 삽입될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 구성들에 의하면, 배터리 모듈(10)의 내부에서 열적 이벤트가 발생한 때 내부 압력의 상승을 지연시킬 수 있다. 또한, 가스를 배터리 모듈(10)의 외부로 디렉셔널 벤팅시킴으로써 안전하고 효과적으로 배터리 모듈(10)의 내부 압력을 해소할 수 있다. 나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 사용하여 배터리 팩(20)을 구성할 경우, 열적 이벤트가 발생하더라도, 급격한 압력 상승으로 인한 배터리 모듈(10)의 폭발을 방지할 수 있어 주변의 다른 배터리 모듈(10)로 열적 데미지가 전파되는 것을 방지하거나, 최대한 지연시킬 수 있다.
한편, 필요에 따라 제1 커버부(310)의 하측 단부와 제2 커버부(320)의 하측 단부 중 적어도 하나는 벤팅 홀(211)의 외측까지 연장되게 구성될 수도 있다. 이와 같이 제1 커버부(310)의 하측 단부 또는 제2 커버부(320)의 하측 단부가 벤팅 홀(211)의 외측까지 연장되면 가스의 이동 경로를 미리 설정된 방향으로 정확하게 유도할 수 있다.
복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)은 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)의 내측면에 접착되어 고정될 수 있다. 접착을 위한 부재는 열전도성일 수 있다. 이러한 접착을 통하여 셀 커버(300)는 배터리 셀(100)에 견고하게 결합되며 배터리 셀(100)에서 발생되는 열을 배터리 셀(100) 외부로 배출하는 데에 도움이 될 수 있다.
셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 셀 커버(300)의 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸는 'n'자 형태, 'u'자 형태 또는 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 도 2를 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 각각의 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되고, 셀 커버(300)에 각각 둘러싸인 복수의 배터리 셀(100)이 도 2의 Y축 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)에 의해, 복수의 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 Y축 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸도록 함으로써, 각 셀 커버(300)로 감싸지지 않는 측면에 버스바나 각 유닛의 단자를 쉽게 위치시킬 수 있다. 파우치형 배터리 셀(100)과 같은 배터리 셀(100)은 대략 6면체로 형성된다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)는 6면의 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
한편, 변형 실시예로 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)를 제거하고 배터리 셀(100)을 배터리 팩(20)의 팩 케이스에 직접 수납하도록 구성될 수도 있다. 이에 의하면, 배터리 팩(20) 내에서 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200) 등이 차지하던 공간에 배터리 셀(100)을 더 수납할 수 있으므로 공간 효율성이 증대되고 배터리 용량이 향상되는 효과가 있다. 즉, 변형 실시예에서 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)는 구성에 포함되지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 포함된 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(20)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 하우징, 배터리 모듈(10))의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(30)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(20)을 하나 이상 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(20)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 도 9에는 자동차(30)에 배터리 팩(20)이 설치되어 있지만, 필요에 따라서는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)이 직접 자동차(30)에 설치될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20) 또는 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(30), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 각종 자동차(30)에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상에서 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.
10 : 배터리 모듈
100 : 배터리 셀 110 : 전극 리드
200 : 모듈 케이스 210 : 하부 프레임
211 : 벤팅 홀 220 : 측면 프레임
230 : 상부 커버 240 : 써멀 레진
300 : 셀 커버 310 : 제1 커버부
320 : 제2 커버부 330 : 제3 커버부
340 : 개방부 350 : 돌출부
351 : 절곡부 400 : 써멀 레진
20 : 배터리 팩 30 : 자동차

Claims (15)

  1. 복수의 파우치형 배터리 셀들;
    상기 복수의 파우치형 배터리 셀들이 수납되며, 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며,
    상기 셀 커버의 적어도 일부분이 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 기립 상태로 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 감싸진 배터리 셀의 적어도 일측이 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부를 형성하도록 상기 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방부는 상기 벤팅 홀과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는,
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부;
    상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부; 및
    상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하고 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 상단 부분을 커버하는 제3 커버부를 포함하며,
    상기 제1 커버부의 하측 단부와, 상기 제2 커버부의 하측 단부의 일부에는 돌출부가 형성되며,
    상기 돌출부는 상기 벤팅 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부에는 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 제1 커버부의 하측 단부 또는 상기 제2 커버부의 하측 단부으로부터 안쪽 방향으로 한 번 절곡된 후 하측 방향을 향해 한 번 더 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 커버부의 하측 단부 및 상기 제2 커버부의 하측 단부 중 적어도 하나는 상기 벤팅 홀의 외측까지 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀은 상기 제1 커버부와 제2 커버부의 내측면에 접착되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 및 상기 제2 커버부의 단부 중 상기 제3 커버부와 연결되어 있는 단부의 반대측 단부 사이에 상기 모듈 케이스를 향하여 노출되는 개방부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 내측면에 절연 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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