WO2023068657A1 - 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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김광모
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성준엽
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery, and more particularly, to a battery module and battery pack with enhanced safety, and a vehicle including the same.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and an exterior material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • lithium secondary batteries can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of an exterior material.
  • a plurality of these secondary batteries may constitute one battery module in a form in which a plurality of them are stored together in a module case in a state in which they are electrically connected.
  • a plurality of such battery modules may be connected to form one battery pack.
  • a thermal chain reaction between the battery modules may be vulnerable. For example, when an event such as thermal runaway occurs inside one battery module, propagation of the thermal runaway to another battery module needs to be suppressed. If the propagation of thermal runaway between battery modules is not suppressed, an event occurring in a specific battery module causes a chain reaction in several battery modules, which may cause an explosion or fire.
  • gas or flame may be discharged to the outside. At this time, if the discharge of gas or flame is not properly controlled, gas or flame is discharged toward other battery modules, causing a thermal chain reaction of other battery modules.
  • a thermal event occurs inside the battery module, a large amount of combustible gas and factors that can cause ignition, such as sparks, electrode discharges, and carbides, may occur together.
  • these ignition triggers are discharged to the outside during gas discharge, there is a risk of causing a fire by encountering oxygen.
  • external oxygen flows into the battery module where a thermal event occurs, a fire in the battery module may occur or spread.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and provides a battery module having an improved structure to ensure safety when a thermal event occurs inside the battery module, a battery pack including the same, and a vehicle aims to
  • a battery module for achieving the above object includes a cell assembly including one or more battery cells; a module case accommodating the cell assembly in an internal space and having a venting hole through which venting gas generated from the cell assembly can be discharged; and a venting unit attached to the outside of the module case, configured to allow the venting gas discharged from the venting hole to be introduced and discharged to the outside, and configured to change a flow direction of the venting gas to an opposite direction.
  • venting unit may be configured to define a venting channel together with an outer surface of the module case.
  • venting unit may include a plate-shaped body portion and a bent portion bent from an edge of the body portion toward the module case.
  • venting unit may include a protrusion path portion configured to protrude from an inner surface toward an outer surface of the module case to define a flow path of the venting gas.
  • an end of the protruding path portion may contact an outer surface of the module case.
  • the protrusion path portion may be configured to be bent in a curved shape.
  • the protruding path portion may include a spiral part at least partially bent in a spiral shape.
  • the protruding path portion may include two spiral parts in which at least a portion thereof is inserted.
  • the protruding path part may further include a straight line part.
  • venting unit may be located on a side surface of the module case, and the protrusion path may be configured such that the venting gas flows at least partially in a downward direction.
  • the protruding path part may be configured to open and close the venting path.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes one or more battery modules; a pack housing accommodating the one or more battery modules in an inner space and having a pack hole; and a venting channel mounted on the pack housing, formed with a venting channel through which the venting gas discharged from the pack hole is introduced and discharged to the outside, and configured such that the flow direction of the venting gas is reversed in the venting channel. contains the unit
  • a vehicle according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • a path through which gas and heat can be quickly discharged to the outside may be provided.
  • the effect of controlling the venting of the battery module and preventing heat/flame propagation between the battery modules can be implemented.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each implementation configuration, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of some components in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a flow direction of a venting gas in an internal space of a venting unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing separated parts of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view of a combined form of the configuration of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of portion A5 of FIG. 3 viewed from one side.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the configuration of a venting unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a configuration of a venting unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams schematically showing the configuration of a venting unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 15 is a view of a battery pack according to another embodiment of the present invention viewed from above.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically illustrating a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of some components in FIG. 1 .
  • the battery module according to the present invention includes a cell assembly 100 , a module case 200 and a venting unit 300 .
  • the cell assembly 100 may include one or more battery cells.
  • each battery cell may mean a secondary battery.
  • a secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the battery cells included in the cell assembly 100 may be pouch-type secondary batteries.
  • other types of secondary batteries such as cylindrical batteries or prismatic batteries, may also be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • a plurality of secondary batteries may form the cell assembly 100 in a stacked form.
  • a plurality of secondary batteries may be stacked in a state in which each is erected in a vertical direction (Z-axis direction in the drawing) and arranged in a horizontal direction (X-axis direction in the drawing).
  • Each battery cell may have an electrode lead, and the electrode lead may be located at both ends or at one end of each battery cell.
  • a secondary battery with electrode leads protruding in both directions is referred to as a bidirectional cell, and a secondary battery with electrode leads protruding in one direction is referred to as a unidirectional cell.
  • the present invention is not limited by the specific type or form of the secondary battery, and various types of secondary batteries known at the time of filing of the present invention may be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • the module case 200 may have an empty space formed therein so as to accommodate the cell assembly 100 in the inner space.
  • the module case 200 includes an upper plate, a lower plate, a left plate, a right plate, a front plate, and a back plate, and may be configured to define an internal space.
  • at least two or more of the upper plate, the lower plate, the left plate, the right plate, the front plate, and the back plate may be configured in an integrated form.
  • the upper plate, the lower plate, the left plate, and the right plate may be integrated with each other.
  • the integrated case has a tubular shape and may be referred to as a mono frame.
  • the left plate, the right plate, and the lower plate may be integrated with each other.
  • the integrated case may be referred to as a U-frame due to its shape.
  • the module case 200 may be configured in various other forms.
  • the module case 200 may have a venting hole formed on at least one side, as indicated by H1 in FIG. 2 .
  • a venting hole H1 may be formed in each of the left and right plates of the module case 200 .
  • the venting hole H1 may be configured such that, when the venting gas is generated and ejected from the cell assembly 100 accommodated in the internal space, the generated venting gas can be discharged to the external space of the module case 200 .
  • the venting hole H1 may be formed in a completely open form so as to pass through the module case 200 in an inward and outward direction.
  • the venting hole H1 may not be completely opened, but may be configured in a form that is closed in a normal state and can be opened according to a change in pressure or temperature.
  • the venting hole H1 may be formed to extend in one direction.
  • the venting hole H1 may be formed to elongate in the vertical direction.
  • the venting hole H1 may be formed on the side surfaces of the module case 200, particularly the left and right sides.
  • such a venting hole H1 may be formed on another part of the module case 200, such as the upper surface, the lower surface, the front surface, and/or the rear surface.
  • the configuration of the venting hole H1 formed in the module case 200 may be configured in various other shapes other than these shapes.
  • the venting unit 300 may be provided outside the module case 200 .
  • the venting unit 300 may be attached to a portion of the module case 200 where the venting hole H1 is formed.
  • the venting hole H1 may also be formed on the right side of the module case 200 .
  • the venting unit 300 may be attached to the outside of the right side of the module case 200 as shown in FIG. 2 .
  • the venting unit 300 may be configured such that the venting gas discharged from the venting hole H1 of the module case 200 flows in and is discharged to the outside.
  • the venting unit 300 may be configured to limit an empty space therein so that venting gas flows in the limited inner space.
  • the internal space of the venting unit 300 is a space for guiding the venting gas, and may be referred to as a venting channel. That is, the venting unit 300 may have a venting channel through which venting gas flows.
  • venting unit 300 may be configured such that, when the venting gas flows inside, the flow direction of the venting gas is switched to the opposite direction. This will be described in more detail with further reference to FIG. 3 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a flow direction of venting gas in an internal space of a venting unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the location of the venting hole H1 formed in the module case 200 is indicated by a dotted line.
  • the venting unit 300 may have at least one portion in which the flow direction of the venting gas is switched to the opposite direction when the venting gas flows in the internal space, that is, the venting channel. there is.
  • a venting gas may flow inside the venting unit 300 as indicated by an arrow in FIG. 3 .
  • the flow direction of the venting gas may be switched to the opposite direction in various parts as indicated by A1, A2, and A3 in FIG. 3 .
  • the venting gas may be configured to flow in a direction opposite to the overall flow direction.
  • the overall flow direction of the venting gas may be a direction from the venting hole H1 toward the outlet O1 (-Y axis direction).
  • the flow direction of the venting gas may be formed in the opposite direction, that is, toward the venting hole H1 from the outlet O1 side. Therefore, in the portion indicated by A2, it can be said that the flow direction of the venting gas is switched by approximately 180° from the -Y axis direction to the +Y axis direction.
  • the flow path of the venting gas can be formed long. Accordingly, when the venting gas introduced into the venting unit 300 is discharged to the outside of the venting unit 300, its temperature may be lowered.
  • the possibility that materials that may be ignition sources such as flames, sparks, active material particles, etc. included in the venting gas are discharged to the outside of the venting unit 300 may be reduced. Accordingly, it is possible to prevent a fire from occurring in other configurations located outside the battery module, such as other battery modules. Therefore, in this case, problems such as thermal runaway propagation between several battery modules can be more effectively prevented.
  • a path through which oxygen existing outside the venting unit 300 flows into the module case 200 through the venting unit 300 may be lengthened. Therefore, in this case, it is possible to prevent a fire from occurring or accelerating in the battery module due to the introduction of oxygen into the battery module in which a problem such as thermal runaway has occurred.
  • the venting unit 300 may be configured to define a venting channel together with the outer surface of the module case 200 . This will be described in more detail with further reference to FIGS. 4 to 6 .
  • FIG. 4 is a front view showing separated parts of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the battery module of FIG. 1 in a state where the right venting unit 300 is separated from the module case 200 .
  • Figure 5 is a view of a combined form with respect to the configuration of Figure 4.
  • 6 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 may be referred to as a cross-sectional view along line A4-A4' of FIG. 3 .
  • the venting unit 300 may be configured to define a venting channel together with the module case 200 .
  • the right venting unit 300 may be attached to the right surface of the module case 200 as indicated by an arrow.
  • a venting channel may be formed in the inner space of the venting unit 300 as indicated by V.
  • such a venting channel (V) is not completely formed only by the venting unit 300, but is formed completely in a state in which the venting unit 300 is attached to the module case 200. That is, as shown in FIG. 4, before the venting unit 300 is attached to the outer surface of the module case 200, one side of the venting channel V, for example, the left side of the venting channel V is open. can be And, as shown in FIG. 5, when the venting unit 300 is attached to the right outer surface of the module case 200, the open left surface of the venting channel V is the right outer surface of the module case 200. can be closed by In other words, in the configuration of FIG. 5 , it can be said that the upper, lower, and right portions of the venting channel V are limited by the venting unit 300 and the left portion is limited by the module case 200 .
  • the structure of the venting unit 300 is simplified, and manufacturing of the venting unit 300 can be facilitated.
  • a structure capable of limiting the flow path of the venting gas may exist in the inner space of the venting unit 300 .
  • a configuration in which this type of structure is provided inside the venting unit 300 can be more easily implemented.
  • manufacturing of the battery module can be made easier.
  • the venting unit 300 may include a body portion 310 and a bent portion 320 .
  • the body portion 310 may be configured in a plate shape.
  • the bent portion 320 may be configured in a form bent from the corner of the body portion 310 toward the module case 200 side.
  • the bent portion 320 may be configured in an integrated form with the body portion 310 .
  • the body portion 310 may be configured in the form of a square plate.
  • the bent portion 320 may be formed at three corners among the four corners of the body portion 310 .
  • the bent portion 320 may be formed at an upper edge, a lower edge, and a rear edge of the body portion 310 .
  • an outlet O1 for discharging the venting gas may be formed.
  • the venting channel V may be defined on one side, top, and bottom by the body portion 310 and the bent portion 320 of the venting unit 300 .
  • the right side of the venting channel such as the portion indicated by V, is limited by the body portion 310, and the upper bent portion 320 and the lower bent portion 320 define the upper portion. and the lower part can be limited.
  • the rear of the venting channel V may be limited by the rear end bent portion 320 of the venting unit 300 .
  • outer ends (left ends) of the upper bent portion 320 and the lower bent portion 320 of the venting unit 300 indicated by W1 and W2 in FIG. 4 may be attached to the outer surface of the module case 200.
  • the rear end bent portion 320 of the venting unit 300 may also be attached to the outer surface of the module case 200 .
  • the attachment portion between each bent portion 320 of the venting unit 300 and the module case 200 may be sealed so that the venting gas does not leak out.
  • an end of each bent portion 320 of the venting unit 300 may be laser welded to the outer surface of the module case 200 .
  • the venting unit 300 and the module case 200 may be coupled to each other in various other ways.
  • the venting channel V may be formed by the outer surface of the venting unit 300 and the module case 200 . Also, the venting gas discharged from the venting hole H1 may be discharged through the outlet O1 while flowing inside the venting channel V as indicated by an arrow in FIG. 3 .
  • the configuration for guiding the venting gas in the battery module can be provided in an easy assembly method while having a simple structure.
  • this embodiment of the present invention if only the venting hole H1 is formed in the module case 200, most of the conventional battery module configuration can be utilized as it is. Therefore, in order to implement the present invention, there is no need to significantly change or complicate the design or manufacturing method of the module case 200 or its internal configuration. Therefore, manufacturing of the battery module according to the present invention can be made easily.
  • venting unit 300 may include a protrusion path part 330 .
  • the protruding path portion 330 may protrude from the inner surface of the venting unit 300 toward the outer surface of the module case 200 .
  • the protruding path portion 330 extends from the left surface, which is the inner surface of the body portion 310, to the left side, which is the direction in which the module case 200 exists ( -X-axis direction) can be configured in a protruding form.
  • one side of the venting channel V in the venting unit 300 may be configured in an open form, and the protrusion path portion 330 extends from the inner side of the venting unit 300 toward the open side. It can be said that it is composed of a protruding shape.
  • the left side of the venting channel V is configured in an open form.
  • the protruding path portion 330 may be configured to protrude from the left surface of the body portion 310, which is the inner surface of the venting unit 300, toward the left side, which is an open portion.
  • the protrusion path portion 330 may be configured to limit a flow path of venting gas in a venting channel. That is, the protrusion path portion 330 may be a structure that determines the flow direction of the venting gas in which direction the venting gas should flow in the internal space of the venting unit 300 . For example, the flow direction of the venting gas inside the venting unit 300 may be formed as shown in FIG. 3 by the protrusion path part 330 .
  • the protruding path portion 330 may be configured such that an end comes into contact with an outer surface of the module case 200 .
  • the venting unit 300 is attached to the right surface of the module case 200 as in the configuration of FIGS. 5 and 6, the left end of the protruding path portion 330 is the portion indicated by C1 and C1'. As such, it may be in contact with the right surface of the module case 200.
  • the venting gas flow induction configuration by the protrusion path portion 330 can be implemented more reliably. That is, in the case of the above embodiment, it is possible to prevent an empty gap from being formed between the outer end (left end) of the protrusion path portion 330 and the module case 200 . Therefore, in this case, the venting gas can flow only in the intended direction. That is, the portion where the venting gas is induced to flow inside the venting unit 300 may be a space between the protruding path part 330 or a space between the protruding path part 330 and the bent part 320 .
  • the protruding path portion 330 may be configured in the form of a plate elongated in one direction.
  • the length of the protrusion path portion 330 in the extension direction may be very large compared to the length in the width direction. In this case, it can be said that the protruding path portion 330 is formed in the form of a stripe or band.
  • the venting unit 300 may be configured such that the flow direction of the venting gas is formed along the extension direction of the protruding path portion 330 that is elongated as described above.
  • the protruding path portion 330 may be configured in a form in which one side edge of the long-extended plate is attached to the body portion 310 .
  • the protruding path portion 330 is configured in the form of a plate having two wide surfaces and elongated in one direction, and a right corner portion may be attached to the body portion 310. .
  • the right corner portion of the protruding path portion 330 and the body portion 310 may be combined in various ways such as welding or bonding.
  • the protrusion path portion 330 may be manufactured in a form integrated with the body portion 310 from the beginning.
  • the left corner of the protruding path portion 330 is the portion of the module case 200, as indicated by C1 and C1' in FIGS. 5 and 6. It may be in contact with the outer surface. Accordingly, the venting gas can flow along the wide surface of the protruding path portion 330 in the form of an elongated plate.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 may be a view showing another example of a cross section along the line A4-A4' of FIG. 3 .
  • the protrusion path portion 330 may be configured to protrude from the inner surface of the body portion 310 toward the module case 200 at a predetermined angle. That is, the protrusion path portion 330 may be formed in a shape inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the body portion 310 rather than in a vertical direction. In addition, since the protruding path portion 330 protrudes in an inclined manner, it can be said that it contacts the outer surface of the module case 200 in an inclined manner at a predetermined angle rather than in a vertical direction.
  • the protruding path portion 330 may protrude toward the module case 200 and be inclined toward the side into which the venting gas flows toward the end. Furthermore, the protruding path portion 330 may be configured in an inclined shape toward the venting hole H1 toward the end. Looking more specifically, in the exemplary embodiment of FIG. 7 , it can be seen that the venting hole H1 exists in the +Y axis direction rather than the protruding path part 330 . And, it can be said that the discharge hole O1 exists in the -Y axis direction from the protrusion path part 330 . That is, it can be said that the venting gas is introduced from the +Y-axis direction side with respect to the protrusion path portion 330 of FIG. 7 .
  • the protrusion path portion 330 may be configured to be inclined in the +Y-axis direction toward the left direction (-X-axis direction) toward the module case 200 . Also, the left end portion C2 of the protruding path portion 330 may come into contact with the right surface of the module case 200 .
  • the venting channel may be divided into spaces V1 and V2 by the protrusion path portion 330 . Also, when the venting gas flows into the venting channel through the venting hole H1, the venting gas may first flow into the space V1. In addition, the venting gas introduced into the V1 space may move to the V2 space through a portion where the protruding path portion 330 does not exist.
  • the venting gas it is possible to more effectively prevent the venting gas from leaking into the gap between the protrusion path portion 330 and the module case 200 as indicated by C2. That is, when the venting gas is first introduced into the V1 space, the venting gas is directed in the right direction ( +X-axis direction). At this time, the right end of the protruding path portion 330 may be formed integrally with the main body portion 310 . Accordingly, when the venting gas moves in the direction V2 in the space V1, the venting gas moves only in the designated direction and may not leak through the gap indicated by C2. Therefore, in this case, unintentional flow of the venting gas inside the venting unit 300, in particular, it is possible to more reliably prevent the venting gas from flowing in a straight line.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 may be referred to as another example of a cross section along line A4-A4' in FIG. 3 .
  • the protruding path portion 330 protrudes toward the module case 200 from the inner surface of the venting unit 300, that is, the inner surface of the body portion 310, as indicated by C3, An end portion may be formed in a bent shape along the surface of the module case 200 . That is, the protruding path portion 330 may be configured such that an end portion thereof is bent so as to contact the outer surface of the module case 200 with an area larger than a corner.
  • sealing performance between the end of the protruding path portion 330 and the module case 200 can be further improved. Accordingly, it is possible to more effectively prevent venting gas or the like from leaking through the gap between the end of the protrusion path portion 330 and the module case 200 . Therefore, in this case, venting gas guide performance by the protrusion path portion 330 may be further improved.
  • At least a portion of the protrusion path portion 330 may be configured to be curved. This will be described in more detail with reference to FIG. 9 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of portion A5 of FIG. 3 viewed from one side.
  • the protruding path portion 330 may be formed in a long-extended band shape, but at least a portion thereof may be configured to have a curved shape.
  • the venting unit 300 may include a plurality of protruding path parts 330 separated from each other.
  • the venting unit 300 as indicated by P1 and P2 in FIG. 9 , has a protruding path portion 330 protruding from the body portion 310 toward the module case 200, that is, a unit path. It may have at least two parts.
  • all or part of the plurality of protruding path portions 330 may be configured such that at least a portion thereof is bent in a curved shape, as shown in B1 of FIG. 9 .
  • the flow path of the venting gas may be formed in a curved shape through the configuration of the curved protrusion path portion 330 .
  • the venting gas can be smoothly discharged from the inside of the limited space of the venting unit 300, while the path can be made as long as possible. Therefore, the temperature of the venting gas can be lowered, and emission of sparks, flames, etc. can be prevented more effectively.
  • the venting gas even when oxygen is introduced from the outside through the venting gas, it is possible to suppress oxygen from reaching the inside of the module case 200 as much as possible by lengthening the oxygen introduction path.
  • the protrusion path portion 330 may include a spiral part.
  • a spiral part may mean a part bent in a spiral shape.
  • the two protruding path portions 330 indicated by P1 and P2 in FIG. 9 are formed in the form of a strip extending in one direction, respectively, and have a configuration extending in a spiral shape, such as the portion indicated by B1. can And, in this way, a part extending in a spiral shape can be referred to as a spiral part.
  • the venting gas can be rotated in a circular shape, particularly in a spiral shape, by the spiral part.
  • the venting gas is bent at an angle greater than 180°. Therefore, according to this embodiment, the flow path of the venting gas can be further increased in a certain space.
  • centrifugal force is generated, so that the effect of blocking external discharge of flames or active material particles may be further improved.
  • the protruding path part 330 may include two spiral parts with at least a portion inserted therein.
  • each of the first path part P1 and the second path part P2 may include a spiral part.
  • the central part of the spiral part of the first path part P1 and the central part of the spiral part of the second path part P2 may be configured in a form in which the central part is engaged with each other, as shown in B11.
  • the two different protruding path parts 330 may be configured so that the rotational directions of the venting gas by the spirals are opposite to each other.
  • the venting gas may rotate clockwise by the spiral part of the first path portion P1 (solid arrow).
  • the venting gas exiting the center of the spiral part of the first path part P1 may be introduced into the center of the spiral part of the second path part P2.
  • the venting gas may be introduced between the central end of the spiral part of the first path part P1 and the central end of the spiral part of the second path part P2.
  • the venting gas flowing into the spiral part of the second path part P2 may rotate counterclockwise according to the shape of the spiral part of the second path part P2 (dashed arrow).
  • the rotation direction of the venting gas may be switched from clockwise to counterclockwise.
  • the venting gas can be diverted at the center side of the spiral part of the two different projecting path portions 330 . Accordingly, according to this configuration, the flow path of the venting gas may be increased, and the effect of preventing external discharge of flames or sparks included in the venting gas may be further improved.
  • 10 is a diagram schematically showing the configuration of a venting unit 300 according to another embodiment of the present invention. 10 may be referred to as another modified example of the configuration of FIG. 9 .
  • the protruding path portion 330 may include a spiral part, and concave portions may be formed in the spiral part, as indicated by G1 and G2.
  • the concave portion may be concave outward more than other portions in a spiral shape.
  • the outer side may mean the side opposite to the direction toward the center of the spiral.
  • the concave portions indicated by G1 and G2 in FIG. More specifically, it can be said that the portion G1 of the first path portion P1 is concave in the right direction. In addition, it can be said that the portion G2 of the second path portion P2 is concave in the left direction.
  • the effect of blocking the discharge of particles such as the active material included in the venting gas can be further improved. Furthermore, in the spiral part of the protruding path portion 330, it can be said that there is a high possibility that particles such as an active material will flow into the concave portions G1 and G2 by centrifugal force, as indicated by arrows. Therefore, according to this implementation configuration, since particles such as active material are discharged to the outside and act as a heat source, problems such as thermal runaway propagation can be prevented more reliably.
  • the concave portion may be configured to become deeper along the rotational direction of the venting gas.
  • the depth may be further increased along the clockwise direction, which is the rotational direction of the venting gas.
  • the depth may be further increased along the counterclockwise direction, which is the rotational direction of the venting gas.
  • the particle collecting effect by the concave portions G1 and G2 can be further improved.
  • the particle collecting effect by the concave portion G1 and G2 of the above embodiment is greatly increased by the centrifugal force caused by the spiral part. It can be. That is, when the venting gas rotates through the spiral part of the protruding path part 330, particles such as an active material easily move along the inner surface of the spiral part of the protruding path part 330 due to the rotational centrifugal force of the venting gas.
  • particles such as an active material may be introduced into the concave portions G1 and G2 located on the inner surface of the protrusion path portion 330 .
  • particles introduced into the concave portions G1 and G2 may be difficult to be discharged out of the concave portions G1 and G2.
  • 11 is a diagram schematically showing the configuration of a venting unit 300 according to another embodiment of the present invention. 11 may be regarded as another modified example of the configuration of FIG. 9 .
  • the protrusion path portion 330 may have protrusions on its surface, as indicated by D1 and D2.
  • these protrusions D1 and D2 may be located on the inner surface of the spiral part.
  • these protrusions D1 and D2 may be configured to protrude toward a portion where the venting gas flows in a portion where the venting gas rotates in a spiral shape. That is, the protrusions D1 and D2 may protrude toward the center of the spiral shape.
  • a plurality of protrusions D1 and D2 of the protruding path part 330 may be provided in one unit path part.
  • a plurality of projections D1 are formed inside the spiral part of the first path part P1
  • a plurality of projections D1 are formed inside the spiral part of the second path part P2 ( D2) can be formed.
  • movement of particles such as sparks or active materials included in the venting gas can be more effectively prevented due to the protrusions D1 and D2 formed on the protrusion path portion 330 .
  • particles such as an active material included in the venting gas may be located on the inner surface of the protruding path portion 330 by a rotational centrifugal force. Accordingly, the protrusions D1 and D2 located on the inner surface of the protruding path portion 330 can more reliably prevent movement of particles such as flames or active materials. Therefore, in this case, the filtering effect of the flame or the active material by the venting unit can be further improved.
  • the protrusion path portion 330 may further include a straight line part.
  • a straight part as a configuration distinct from the above-described spiral part, may be referred to as a part in which the protruding path part 330 extends in a straight line, as shown by B2 in FIG. 9 .
  • the spiral part and It can be provided with a straight part together.
  • the first path portion P1 includes a straight part B2 and a spiral part B1, so that the venting gas first flows in a straight line along the surface of the straight part B2, and then the spiral part ( It can flow in a spiral form along the surface of B1).
  • the second path part P2 has a spiral part B1 and a straight part B2, so that the venting gas first flows along the surface of the spiral part B1 in a spiral form, and then the straight part B2 can flow in a straight line along the surface of
  • the flow form of the venting gas may be variously changed by the spiral part B1 and the linear part B2 provided in the protrusion path part 330 . Therefore, it is possible to more effectively prevent flames, sparks, and discharge of particles such as active materials to the outside.
  • the implementation configuration of the concave portions G1 and G2 and the protrusions D1 and D2 described above may be provided on the straight part B2 instead of the spiral part or together with the spiral part B1.
  • the venting unit 300 may be located on the side of the module case 200 , for example, on the left and right sides of the module case 200 .
  • the protruding path portion 330 may be configured such that the venting gas flows at least partially in a downward direction.
  • the protrusion path portion 330 may be configured such that the venting gas moves downward in the left portion of the straight part B2 of the first path portion P1. .
  • the protrusion path portion 330 may be configured such that the venting gas moves downward along the spiral parts B1 of the first path portion P1 and the second path portion P2.
  • the protrusion path portion 330 may be configured such that the venting gas moves downward in the right portion of the straight part B2 of the second path portion P2.
  • a flame or a high-temperature gas may have a property of moving upward.
  • the venting gas is configured to move downward inside the venting unit 300 as in the above embodiment, the movement of flames or high-temperature materials may be more reliably prevented.
  • the venting unit 300 may be configured such that venting gas flows in a reverse direction.
  • the reverse direction may refer to a direction opposite to the direction from the venting hole H1 toward the discharge port O1.
  • a direction from the venting hole H1 toward the outlet O1 may be referred to as a -Y axis direction (front).
  • the venting unit 300 may be configured so that the venting gas flows in the +Y-axis direction (rearward) through the configuration of the protrusion path portion 330 .
  • the venting gas discharge path and the oxygen inflow path may be lengthened.
  • a vortex or the like is formed in the process of flowing the venting gas, which may more advantageously act to block the discharge of active material particles or flames included in the venting gas to the outside.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams schematically showing the configuration of a venting unit 300 according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion path part 330 of the venting unit 300 may be configured to open and close the venting path. More specifically, the protrusion path portion 330 may include an opening/closing member, as indicated by E.
  • the opening and closing member E may be configured to allow or block the flow of venting gas inside the venting unit 300 .
  • the opening and closing member E may be located at the end of the straight part and configured to open or close the venting path.
  • the opening/closing member E may be configured to be capable of hinge rotation.
  • the opening and closing member E may be configured in a closed form to block the venting path, as shown in FIG. 12 .
  • an elastic body such as a spring may be provided at the hinge portion of the opening and closing member E.
  • the opening/closing member E may be configured to maintain a closed state as shown in FIG. 12 by the elastic force of the elastic body.
  • the pressure inside the opening/closing member E (left part in FIG. 12 ) may increase.
  • the inner side may mean a side through which the venting gas is introduced.
  • the opening and closing member E may rotate and move as indicated by an arrow in FIG. 12 .
  • the opening and closing member E may be deformed into an open state, as shown in FIG. 13 .
  • the venting gas present inside the opening and closing member E can flow outward (-Y axis direction in the drawing).
  • the opening and closing member E moves counterclockwise as indicated by the arrow in FIG. 13 by the elastic force of the elastic body. can rotate Then, the opening/closing member E maintains the state shown in FIG. 12 to close the venting path.
  • the opening/closing member E may be configured to maintain a closed state as shown in FIG. 12 without being opened even if the external partial pressure increases to a certain level or higher. For example, in the configuration of FIG. 12 , even if the pressure of the outer portion of the opening and closing member E is high, the opening and closing member E may no longer rotate counterclockwise.
  • the venting gas when the venting gas flows into the venting unit 300, the venting gas is smoothly discharged, while when the venting gas is almost completely discharged, the venting path may be blocked. . Accordingly, it is possible to more reliably block oxygen from entering in the reverse direction through the venting path. Therefore, it is possible to more effectively prevent a fire from occurring or amplifying inside the module case 200 .
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • a detailed description of parts to which the parts described in the previous embodiments can be applied in the same or similar manner will be omitted.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules M according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention may include a plurality of battery modules M according to the present invention.
  • each battery module M includes a cell assembly 100 , a module case 200 and a venting unit 300 .
  • the plurality of battery modules M may be accommodated inside the pack housing PH.
  • a venting unit 300 may be included, and venting gas may be discharged through the venting unit 300 as indicated by an arrow. . Therefore, ignition factors such as sparks, electrode discharges, and carbides are not included as much as possible in the venting gas discharged to the outside, thereby preventing ignition from occurring in other battery modules M as well as around the corresponding battery module M. can do.
  • venting gas can be prevented from being directly injected toward other battery modules.
  • FIG. 14 when a plurality of battery modules M are arranged in two rows, a left column and a right column, in a pack housing, a venting unit 300 is provided for the battery modules M in the left column.
  • the spraying direction of the venting unit 300 may be directed to the left, and the spraying direction of the venting unit 300 may be directed to the right for the battery module M in the right column.
  • venting gas is discharged from a specific battery module, for example, M4
  • the venting gas is not directed toward other battery modules, so that the spread of a thermal event by the venting gas to other battery modules can be more effectively prevented.
  • the battery pack according to the present invention in addition to the battery module (M) or the pack housing (PH), other various components, such as BMS, bus bar, relay, current sensor, etc. of the present invention It may further include components of a battery pack known at the time of filing.
  • venting unit 300 applied to the battery module may also be applied to the battery pack. This will be further described with reference to FIG. 15 .
  • FIG. 15 is a view of a battery pack according to another embodiment of the present invention viewed from above.
  • FIG. 15, like FIG. 14, can be said to show the internal structure of the battery pack according to the present invention in a state where the upper side of the pack housing PH is removed.
  • This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.
  • a hole may be formed in at least one side of the pack housing PH in which the plurality of battery modules M are accommodated, as indicated by H2.
  • the pack hole H2 may be formed in a form in which the inner space and the outer space of the pack housing PH communicate with each other.
  • the pack hole H2 may function as a passage through which gas or the like existing in the inner space of the pack housing PH is discharged to the outside.
  • the above-described venting unit 300 may be mounted on the pack housing PH.
  • the venting unit 300 when the pack hole H2 is formed in the pack housing PH, the venting unit 300 is located outside the pack housing PH, where the pack hole H2 is formed. can be attached
  • the battery pack according to this embodiment of the present invention includes one or more battery modules M, a pack housing PH accommodating the one or more battery modules M in an inner space and having a pack hole H2 formed therein, and Mounted on the pack housing (PH), a venting channel (V) is formed so that the venting gas discharged from the pack hole (H2) flows in and is discharged to the outside. It can be said to include a venting unit 300 configured to change the flow direction to the opposite direction.
  • the venting gas generated from any battery module M passes through the pack hole H2, as indicated by an arrow in FIG. 15, and enters the venting unit 300 located outside the pack housing PH. can flow into Then, as described above, by the venting unit 300, external discharge of sparks, electrode discharged materials, carbides, and the like can be suppressed.
  • the venting unit 300 in an implementation configuration in which the venting unit 300 is mounted on the pack housing PH, the venting unit 300 includes several of the venting unit 300 described above as mounted on the module case 200. Exemplary configurations may be applied identically or similarly.
  • the venting unit 300 may not be included in each battery module M. However, as shown in FIG. 14 , the venting unit 300 may be separately attached to each battery module M as well.
  • the cell assembly 100 is accommodated inside the module case 200 and provided inside the pack housing PH in a modular form.
  • the cell assembly 100 is not accommodated in the module case 200, but is directly mounted on the pack housing PH in a cell to pack form.
  • the battery module M described above may include only the cell assembly 100 without including the module case 200 .
  • a control device such as a battery management system (BMS) and electric components such as a relay and a current sensor may be accommodated together.
  • BMS battery management system
  • electric components such as a relay and a current sensor
  • the battery module according to the present invention or the battery pack according to the present invention can be applied to vehicles such as electric vehicles or hybrid vehicles. That is, the vehicle according to the present invention may include the battery module according to the present invention or the battery pack according to the present invention. In addition, the vehicle according to the present invention may further include various other components included in the vehicle in addition to the battery module or the battery pack. For example, a vehicle according to the present invention may further include a control device such as a vehicle body, a motor, and an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • a control device such as a vehicle body, a motor, and an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • ECU electronice control unit
  • the battery module according to the present invention may be applied to an energy storage system (ESS). That is, the energy storage system according to the present invention may include the battery module according to the present invention or the battery pack according to the present invention.
  • ESS energy storage system
  • P1 first path part
  • P2 second path part

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트가 발생한 경우 안전성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 외측에 부착되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 구성되며, 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛을 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩
본 출원은 2021년 10월 18일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0138851호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈 및 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 등에 관한 것이다.
노트북, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 워치 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되는 경우, 배터리 모듈 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 모듈로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 열폭주 전파가 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈에서 발생한 이벤트는 여러 배터리 모듈의 연쇄적인 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으킬 우려가 있다.
특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 가스나 화염 등이 외부로 배출될 수 있다. 이때, 가스나 화염 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트(thermal event) 발생 시, 다량의 가연성 가스와 함께 스파크(spark)를 비롯한 전극 토출물, 탄화물 등 발화를 유발할 수 있는 인자들이 함께 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 발화 유발 인자들은, 가스 배출 시 외부로 함께 배출되는 경우, 산소와 만나게 되어 화재를 발생시킬 우려가 있다. 뿐만 아니라, 열적 이벤트가 발생한 배터리 모듈 내부로, 외부의 산소가 유입되는 경우, 배터리 모듈의 화재를 발생시키거나 확산시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 열적 이벤트가 발생한 경우 안전성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 외측에 부착되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 구성되며, 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 케이스의 외면과 함께 벤팅 채널을 한정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 플레이트 형상의 본체부 및 상기 본체부의 모서리에서 상기 모듈 케이스 측으로 절곡된 형태의 절곡부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 내측면에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성되어 상기 벤팅 가스의 흐름 경로를 한정하도록 구성된 돌출 경로부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 단부가 상기 모듈 케이스의 외면에 접촉될 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 곡선 형태로 휘어지게 구성될 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 나선 형태로 휘어진 나선 파트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 삽입된 2개의 나선 파트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 직선 파트를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 케이스의 측면에 위치하며, 상기 돌출 경로부는, 상기 벤팅 가스가 적어도 부분적으로 하부 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부는, 상기 벤팅 경로를 개폐 가능하도록 구성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈; 상기 하나 이상의 배터리 모듈을 내부 공간에 수납하며 팩 홀이 형성된 팩 하우징; 및 상기 팩 하우징에 장착되고, 상기 팩 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛을 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, 특정 배터리 모듈이나 배터리 팩의 내부에서 열적 이벤트가 발생하는 경우, 가스 및 열이 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 하는 경로가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 벤팅 가스의 배출 경로를 증대시킴으로써, 직진성이 강한 화염이나 스파크, 전극 토출물, 탄화물 등이 모듈 외부로 배출되는 것이 효과적으로 억제될 수 있다.
특히, 본 발명의 경우, 발화 요인이 될 수 있는 스파크나 전극 토출물 등의 물질이 모듈 외부의 산소와 만나게 되는 것을 차단함으로써, 배터리 모듈 외부에서 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 화염이 발생하더라도, 발생된 화염이 배터리 모듈 외부로 배출되는 것이 최대한 억제됨으로써, 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 외부의 산소가 배터리 모듈 내부로 유입되는 것을 억제하여, 배터리 모듈 내부에서 화재가 발생하거나 커지는 것을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 간단한 구조로서, 배터리 모듈의 벤팅을 제어하고 배터리 모듈 간 열/화염 전파를 방지하는 효과가 구현될 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 내부 공간에서, 벤팅 가스의 흐름 방향을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다.
도 5는, 도 4의 구성에 대하여 결합된 형태의 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 도 3의 A5 부분을 확대하여 일측에서 바라본 형태의 도면이다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 벤팅 유닛(300)을 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 배터리 셀을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)에 구비된 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
다수의 이차 전지는 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 다수의 이차 전지는, 각각 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 세워진 상태에서 수평 방향(도면의 X축 방향)으로 배열된 형태로 적층될 수 있다. 각각의 배터리 셀은, 전극 리드를 구비할 수 있는데, 이러한 전극 리드는, 각 배터리 셀의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 전극 리드가 양방향으로 돌출된 이차 전지는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드가 일방향으로 돌출된 이차 전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 본 발명은 이러한 이차 전지의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지가 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간이 형성되어 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)는, 상판, 하판, 좌측판, 우측판, 전판 및 후판을 구비하여, 내부 공간을 한정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상판, 하판, 좌측판, 우측판, 전판 및 후판 중 적어도 둘 이상은 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상판, 하판, 좌측판 및 우측판은 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 일체화된 케이스는 관 형태를 가지며, 모노 프레임과 같이 지칭될 수 있다. 다른 예로, 좌측판, 우측판 및 하판이 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 일체화된 케이스는, 그 형상으로 인해 U-프레임과 같이 지칭될 수 있다. 이 밖에도, 상기 모듈 케이스(200)는, 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 도 2에서 H1으로 표시된 부분과 같이, 적어도 일측에 벤팅 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)의 좌측판 및 우측판에 각각 벤팅 홀(H1)이 형성될 수 있다. 이러한 벤팅 홀(H1)은, 내부 공간에 수납된 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스가 생성되어 분출된 경우, 생성된 벤팅 가스가 모듈 케이스(200)의 외부 공간으로 배출 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)를 내외부 방향으로 관통하도록, 완전히 개방된 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 벤팅 홀(H1)은 완전히 개방되지 않고, 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가 압력이나 온도 등의 변화에 따라 개방 가능한 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 벤팅 홀(H1)은 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 벤팅 홀(H1)은 상하 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)의 측면, 특히 좌측면과 우측면에 형성될 수 있다. 다만, 이러한 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)의 다른 부분, 이를테면 상면, 하면, 전면 및/또는 후면에 형성될 수 있다. 이 밖에, 모듈 케이스(200)에 형성된 벤팅 홀(H1)의 구성은, 이러한 형태 이외에 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 외측에 구비될 수 있다. 특히, 상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 벤팅 홀(H1)이 형성된 부분에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 벤팅 홀(H1)이 모듈 케이스(200)의 좌측면에 형성된 경우, 벤팅 유닛(300)은 모듈 케이스(200)의 좌측면에 부착될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 벤팅 홀(H1)은, 모듈 케이스(200)의 우측면에도 형성될 수 있다. 이 경우, 벤팅 유닛(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 우측면 외부에도 부착될 수 있다.
그리고, 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 벤팅 홀(H1)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 특히, 벤팅 유닛(300)은, 내부에 빈 공간을 한정하여, 한정된 내부 공간에 벤팅 가스가 흐르도록 구성될 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)의 내부 공간은, 벤팅 가스를 가이드하는 공간으로서, 벤팅 채널이라 할 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(300)은, 벤팅 가스가 흐를 수 있도록 벤팅 채널이 형성될 수 있다.
특히, 상기 벤팅 유닛(300)은, 내부에서 벤팅 가스가 흐를 때, 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 내부 공간에서, 벤팅 가스의 흐름 방향을 개략적으로 나타내는 도면이다. 다만, 도 3에서는, 설명의 편의를 위해, 모듈 케이스(200)에 형성된 벤팅 홀(H1)의 위치가 점선으로 표시되도록 한다.
도 3을 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)은, 내부 공간, 즉 벤팅 채널에서 벤팅 가스가 흐를 때, 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되는 부분이 적어도 하나 이상 존재하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤팅 유닛(300) 내부에서 벤팅 가스는, 도 3의 화살표로 표시된 바와 같이 흐를 수 있다. 이때, 벤팅 가스는, 도 3에서 A1, A2 및 A3로 표시된 바와 같은 여러 부분에서, 흐름 방향이 반대 방향으로 전환될 수 있다.
특히, A2로 표시된 부분의 경우, 벤팅 가스는, 전체적인 흐름 방향에 반대되는 방향으로 벤팅 가스가 전환하여 흐르도록 구성될 수 있다. 여기서, 벤팅 가스의 전체적인 흐름 방향은, 벤팅 홀(H1)로부터 배출구(O1)를 향하는 방향(-Y축 방향)이라 할 수 있다. 그런데, A2로 표시된 부분의 경우, 벤팅 가스의 흐름 방향이 그 반대 방향, 즉 배출구(O1) 측에서 벤팅 홀(H1)을 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 따라서, A2로 표시된 부분에서는, 벤팅 가스의 흐름 방향이, -Y축 방향에서 +Y축 방향으로 대략 180° 가량 전환된다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)의 내부 공간에서, 벤팅 가스의 흐름 경로가 길게 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅 유닛(300) 내부로 유입된 벤팅 가스가 벤팅 유닛(300) 외부로 배출될 때, 그 온도가 낮아질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 구성에 의하면, 벤팅 가스에 포함된 화염이나 스파크, 활물질 입자 등과 같은 발화원이 될 수 있는 물질이 벤팅 유닛(300) 외부로 배출될 가능성이 낮아질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 외부에 위치하는 다른 구성, 이를테면 다른 배터리 모듈 등에서 화재가 발생하는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 여러 배터리 모듈 간 열 폭주 전파 등이 일어나는 문제를 보다 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300) 외부에 존재하는 산소가 벤팅 유닛(300)을 통해 모듈 케이스(200) 내부로 유입되는 경로를 길게 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 열 폭주 등의 문제가 발생한 배터리 모듈 내부로 산소가 유입되어, 해당 배터리 모듈에서 화재가 발생하거나 가속화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)의 외면과 함께 벤팅 채널을 한정하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4 내지 도 6을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 1의 배터리 모듈에서, 우측 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에서 분리된 상태의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 5는, 도 4의 구성에 대하여 결합된 형태의 도면이다. 또한, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 예를 들어, 도 6은, 도 3의 A4-A4'선에 대한 단면도라 할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)은, 모듈 케이스(200)와 함께 벤팅 채널을 한정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 4를 참조하면, 우측 벤팅 유닛(300)은, 화살표로 표시된 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 우측 표면에 부착될 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)의 내부 공간에는, V로 표시된 부분과 같이 벤팅 채널이 형성될 수 있다.
그런데, 이러한 벤팅 채널(V)은, 벤팅 유닛(300)만으로는 온전히 형성되지 않고, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 부착된 상태에서 온전히 형성된다고 할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)의 외면에 부착되기 전에는, 벤팅 채널(V)의 일 측면, 이를테면 벤팅 채널(V)의 좌측면은 개방된 상태일 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅 채널(V)의 개방된 좌측면은, 도 5에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)의 우측 외면에 부착되었을 때, 모듈 케이스(200)의 우측 외면에 의해 폐쇄될 수 있다. 다시 말해, 도 5의 구성에서, 벤팅 채널(V)은, 벤팅 유닛(300)에 의해 상부, 하부 및 우측부가 한정되고, 모듈 케이스(200)에 의해 좌측부가 한정된다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)의 구조가 단순해져, 벤팅 유닛(300)의 제조가 용이해질 수 있다. 특히, 벤팅 유닛(300)의 내부 공간에는, 벤팅 가스의 흐름 경로를 한정할 수 있는 형태의 구조물이 존재할 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)의 일 측면이 개방된 형태로 구성되는 경우, 이러한 형태의 구조물을 벤팅 유닛(300) 내부에 마련하는 구성이 보다 쉽게 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 제조가 보다 용이해질 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 본체부(310)와 절곡부(320)를 구비할 수 있다. 여기서, 본체부(310)는 플레이트 형상으로 구성될 수 있다. 그리고, 절곡부(320)는, 본체부(310)의 모서리에서 모듈 케이스(200) 측으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 절곡부(320)는 본체부(310)와 일체화된 형태로 구성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 본체부(310)는 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 절곡부(320)는 본체부(310)의 4개의 모서리 중 3개의 모서리에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 절곡부(320)는 본체부(310)의 상단 측 모서리와 하단 측 모서리, 그리고 후단 측 모서리에 형성될 수 있다. 그리고, 본체부(310)의 전단 측 모서리에는 절곡부(320)가 형성되지 않음으로써, 벤팅 가스를 배출시키기 위한 배출구(O1)가 형성될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 벤팅 채널(V)은, 벤팅 유닛(300)의 본체부(310)와 절곡부(320)에 의해, 일측면 및 상부와 하부가 한정될 수 있다. 이를테면, 도 4에 도시된 구성을 참조하면, V로 표시된 부분과 같은 벤팅 채널은, 본체부(310)에 의해 우측면이 한정되고, 상단 절곡부(320)와 하단 절곡부(320)에 의해 상부와 하부가 한정될 수 있다. 그리고, 벤팅 채널(V)은, 벤팅 유닛(300)의 후단 절곡부(320)에 의해 후방이 한정될 수 있다.
한편, 도 4에서 W1 및 W2로 표시된 벤팅 유닛(300)의 상단 절곡부(320)와 하단 절곡부(320)의 외측 단부(좌측 단부)는, 모듈 케이스(200)의 외면에 부착될 수 있다. 또한, 벤팅 유닛(300)의 후단 절곡부(320)도 모듈 케이스(200)의 외면에 부착될 수 있다. 여기서, 벤팅 유닛(300)의 각 절곡부(320)와 모듈 케이스(200) 사이의 부착 부분은, 벤팅 가스가 새어 나가지 않도록 실링될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(300)의 각 절곡부(320)의 단부는, 모듈 케이스(200)의 외면에 레이저 용접될 수 있다. 또한, 벤팅 유닛(300)과 모듈 케이스(200)는, 다른 다양한 방식으로 상호 결합될 수 있다.
이와 같이, 벤팅 채널(V)은, 벤팅 유닛(300)과 모듈 케이스(200)의 외면에 의해 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅 홀(H1)로부터 배출된 벤팅 가스는, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같이 벤팅 채널(V) 내부를 흐르면서, 배출구(O1)로 배출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈에서 벤팅 가스를 가이드하는 구성이 간단한 구조를 가지면서 쉬운 조립 방식으로 마련될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에 벤팅 홀(H1)만 형성되어 있다면, 종래의 배터리 모듈 구성의 대부분이 그대로 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명을 구현하기 위해, 모듈 케이스(200)나 그 내부 구성의 설계나 제조 방식 등을 크게 변화시키거나 복잡하게 할 필요가 없다. 그러므로, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 제조가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛(300)은, 돌출 경로부(330)를 구비할 수 있다.
상기 돌출 경로부(330)는, 벤팅 유닛(300)의 내측면에서 모듈 케이스(200)의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 6의 구성을 참조하면, 상기 돌출 경로부(330)는, 본체부(310)의 내측 표면인 좌측 표면에서, 모듈 케이스(200)가 존재하는 방향인 좌측 방향(-X축 방향)으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다.
특히, 벤팅 유닛(300)에서 벤팅 채널(V)의 일 측면은 개방된 형태로 구성될 수 있는데, 돌출 경로부(330)는, 벤팅 유닛(300)의 내측면에서 이와 같이 개방된 측면을 향하여 돌출된 형태로 구성되어 있다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 6의 실시 구성을 참조하면, 벤팅 채널(V)의 좌측면은 개방된 형태로 구성되어 있다. 이때, 돌출 경로부(330)는, 벤팅 유닛(300)의 내측면인 본체부(310)의 좌측 표면에서, 개방된 부분인 좌측을 향하여 돌출된 형태로 구성될 수 있다.
상기 돌출 경로부(330)는, 벤팅 채널에서 벤팅 가스의 흐름 경로를 한정하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 돌출 경로부(330)는, 벤팅 유닛(300)의 내부 공간에서, 벤팅 가스가 어느 방향으로 흘러야 하는지 벤팅 가스의 흐름 방향을 결정하는 구조물이라 할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(300) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 방향은, 상기 돌출 경로부(330)에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
상기 돌출 경로부(330)는, 단부가 모듈 케이스(200)의 외면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6의 구성과 같이 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)의 우측 표면에 부착되는 경우, 돌출 경로부(330)의 좌측 단부는, C1 및 C1'으로 표시된 부분과 같이, 모듈 케이스(200)의 우측 표면에 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 돌출 경로부(330)에 의한 벤팅 가스 흐름 유도 구성이 보다 확실하게 구현될 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 돌출 경로부(330)의 외측 단부(좌측 단부)와 모듈 케이스(200) 사이에 빈 틈이 형성되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 벤팅 가스가 의도된 방향으로만 흐르도록 할 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(300) 내부에서 벤팅 가스가 흐르도록 유도된 부분은, 돌출 경로부(330) 사이의 공간이나, 돌출 경로부(330)와 절곡부(320) 사이의 공간일 수 있다. 그러므로, 상기 실시 구성의 경우, 벤팅 가스가 돌출 경로부(330)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 틈으로 새어 나가지 않도록 할 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 벤팅 가스가 돌출 경로부(330)를 무시하고 직선으로 흐르면서 배출구(O1) 측으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 돌출 경로부(330)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 길게 연장된 플레이트와 같은 형태로 구성될 수 있다. 특히, 돌출 경로부(330)의 연장 방향 길이는, 폭 방향 길이에 비해 매우 클 수 있다. 이 경우, 돌출 경로부(330)는 스트라이프 또는 띠와 같은 형태로 형성되어 있다고 할 수 있다.
그리고, 벤팅 유닛(300)은, 이와 같이 길게 연장된 돌출 경로부(330)의 연장 방향을 따라 벤팅 가스의 흐름 방향이 형성되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 돌출 경로부(330)는, 길게 연장된 플레이트에 대하여 일측 모서리가 본체부(310)에 부착된 형태로 구성될 수 있다. 이를테면, 도 3 내지 도 6의 구성에서, 돌출 경로부(330)는 2개의 넓은 표면을 가지며 일 방향으로 길게 연장된 플레이트 형태로 구성되되, 우측 모서리 부분이 본체부(310)에 부착될 수 있다. 이때, 돌출 경로부(330)의 우측 모서리 부분과 본체부(310)의 결합 형태는, 용접이나 접착 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 또는, 돌출 경로부(330)는 본체부(310)와 처음부터 일체화된 형태로 제조될 수 있다. 그리고, 벤팅 유닛(300)이 모듈 케이스(200)에 부착되면, 돌출 경로부(330)의 좌측 모서리 부분은, 도 5 및 도 6의 C1 및 C1'으로 표시된 부분과 같이 모듈 케이스(200)의 외측 표면에 접촉될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스는, 길게 연장된 플레이트 형상인 돌출 경로부(330)의 넓은 표면을 따라 흐를 수 있게 된다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 7은, 도 3의 A4-A4'선에 대한 단면의 다른 예를 나타내는 도면이라 할 수 있다. 본 실시예를 비롯하여, 본 발명의 여러 실시예를 설명할 때에는, 다른 실시예에서 설명된 부분이 동일 또는 유사하게 설명될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 돌출 경로부(330)는, 본체부(310)의 내측면에서 모듈 케이스(200)를 향하여 소정 각도 기울어진 형태로 돌출되게 구성될 수 있다. 즉, 돌출 경로부(330)는, 본체부(310)의 표면에 대하여 수직 방향이 아닌 소정 각도 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 돌출 경로부(330)는, 이와 같이 기울어진 형태로 돌출되어 있으므로, 모듈 케이스(200)의 외측 표면에 대해서도 수직 방향이 아니라 소정 각도 기울어진 형태로 접촉된다고 할 수 있다.
특히, 돌출 경로부(330)는, 모듈 케이스(200)를 향하여 돌출되되, 단부로 갈수록 벤팅 가스가 유입되는 측을 향하여 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 돌출 경로부(330)는, 단부로 갈수록 벤팅 홀(H1)을 향하여 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 도 7의 실시 도면에서, 벤팅 홀(H1)은 돌출 경로부(330)보다 +Y축 방향에 존재한다고 볼 수 있다. 그리고, 배출홀(O1)은, 돌출 경로부(330)보다 -Y축 방향에 존재한다고 할 수 있다. 즉, 도 7의 돌출 경로부(330)에 대하여, 벤팅 가스는 +Y축 방향 측에서 유입된다고 할 수 있다.
이때, 돌출 경로부(330)는, 모듈 케이스(200)를 향하는 방향인 좌측 방향(-X축 방향)으로 갈수록 +Y축 방향으로 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 돌출 경로부(330)의 좌측 단부인 C2 부분은, 모듈 케이스(200)의 우측 표면에 접촉될 수 있다. 이 경우, 돌출 경로부(330)에 의해 벤팅 채널은 V1 및 V2 공간으로 구분될 수 있다. 그리고, 벤팅 가스가 벤팅 홀(H1)을 통해 벤팅 채널 내부로 유입되면, 벤팅 가스는 먼저 V1 공간으로 유입될 수 있다. 그리고, V1 공간으로 유입된 벤팅 가스는, 돌출 경로부(330)가 존재하지 않는 부분을 통해 V2 공간으로 이동할 수 있다.
이때, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스가, C2로 표시된 바와 같은 돌출 경로부(330)와 모듈 케이스(200) 사이의 틈 부분으로 새어 나가는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 먼저 V1 공간으로 벤팅 가스가 유입되는 경우, 벤팅 가스는, 도 7에서 화살표로 표시된 바와 같이, 돌출 경로부(330)의 후방 측(+Y축 방향 측) 표면의 경사면을 따라 우측 방향(+X축 방향)으로 이동할 수 있다. 이때, 돌출 경로부(330)의 우측 단부는 본체부(310)와 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, V1 공간에서 V2 방향으로 벤팅 가스가 이동될 때, 벤팅 가스는 지정된 방향으로만 이동될 뿐, C2로 표시된 바와 같은 틈으로 새어 나가지 않을 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 유닛(300) 내부에서 비의도적으로 벤팅 가스가 흐르는 것, 특히 벤팅 가스가 직선으로 흐르는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 8은, 도 3의 A4-A4'선에 대한 단면의 또 다른 예를 나타내는 도면이라 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 돌출 경로부(330)는, 벤팅 유닛(300)의 내측면, 즉 본체부(310)의 내측면에서 모듈 케이스(200)를 향하여 돌출되되, C3로 표시된 부분과 같이, 단부가 모듈 케이스(200)의 표면을 따라 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 돌출 경로부(330)는, 단부가 절곡되게 구성되어, 모서리보다 넓은 면적으로 모듈 케이스(200)의 외부 표면에 접촉하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 돌출 경로부(330)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 실링 성능이 보다 향상될 수 있다. 따라서, 돌출 경로부(330)의 단부와 모듈 케이스(200) 사이의 틈으로 벤팅 가스 등이 새어 나오는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 돌출 경로부(330)에 의한 벤팅 가스 가이드 성능이 보다 향상될 수 있다.
상기 돌출 경로부(330)는, 적어도 일부분이 곡선 형태로 휘어지게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는, 도 3의 A5 부분을 확대하여 일측에서 바라본 형태의 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 돌출 경로부(330)는, 길게 연장된 띠 형태로 형성되되, 적어도 일부분이 휘어진 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 벤팅 유닛(300)은, 서로 분리된 형태의 돌출 경로부(330)를 다수 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 벤팅 유닛(300)은, 도 9에서 P1 및 P2로 표시된 바와 같이, 본체부(310)로부터 모듈 케이스(200)를 향하여 돌출된 형태의 돌출 경로부(330), 즉 단위 경로부를 적어도 2개 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 다수의 돌출 경로부(330)의 전부 또는 일부는, 도 9의 B1에 표시된 부분과 같이, 적어도 일부분이 곡선 형태로 휘어지게 구성될 수 있다. 이 경우, 곡선 형태로 휘어진 돌출 경로부(330)의 구성을 통해, 벤팅 가스의 흐름 경로가 곡선 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(300)이라는 한정된 공간 내부에서 벤팅 가스가 원활하게 배출되도록 하는 한편, 그 경로를 최대한 길게 할 수 있다. 따라서, 벤팅 가스의 온도를 낮추고, 스파크나 화염 등의 배출을 보다 효과적으로 저지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부로부터 벤팅 가스를 통해 산소가 유입되는 경우에도, 산소의 유입 경로를 길게 함으로써, 산소가 모듈 케이스(200) 내부에 도달하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
특히, 상기 돌출 경로부(330)는, 나선 파트를 구비할 수 있다. 이러한 나선 파트는, 나선 형태로 휘어진 부분을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 P1 및 P2로 표시된 2개의 돌출 경로부(330)는, 각각 일 방향으로 길게 연장된 띠 형태로 형성되되, B1으로 표시된 부분과 같이, 나선 형태로 연장된 구성을 가질 수 있다. 그리고, 이와 같이, 나선 형태로 연장된 부분이 나선 파트라 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 나선 파트에 의해, 벤팅 가스가 원형, 특히 나선 형태로 회전할 수 있다. 이 경우, 180°보다 큰 각도로 벤팅 가스가 절곡된다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 따르면, 일정한 공간에서 벤팅 가스의 흐름 경로를 더욱 증대시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 벤팅 가스가 회전함에 따라 원심력이 발생하여, 화염이나 활물질 입자 등의 외부 배출 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
더욱이, 상기 돌출 경로부(330)는, 적어도 일부분이 삽입된 2개의 나선 파트를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바를 참조하면, 제1 경로부(P1)와 제2 경로부(P2)는 각각 나선 파트를 구비할 수 있다. 그리고, 제1 경로부(P1)의 나선 파트 중심부와 제2 경로부(P2)의 나선 파트 중심부는, B11로 표시된 부분과 같이, 중심 부분이 서로 맞물려진 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 2개의 서로 다른 돌출 경로부(330), 즉 제1 경로부(P1)와 제2 경로부(P2)는, 각각의 나선에 의한 벤팅 가스의 회전 방향이 서로 반대 방향이 되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9의 구성을 참조하면, 먼저, 제1 경로부(P1)의 나선 파트에 의해, 벤팅 가스는, 시계 방향으로 회전할 수 있다(실선 화살표). 그리고, 제1 경로부(P1)의 나선 파트 중심부를 빠져 나온 벤팅 가스는, 제2 경로부(P2)의 나선 파트 중심부로 유입될 수 있다. 이때, 벤팅 가스는, 제1 경로부(P1)의 나선 파트 중앙 단부와 제2 경로부(P2)의 나선 파트 중앙 단부 사이로 유입될 수 있다. 그리고, 제2 경로부(P2)의 나선 파트로 유입된 벤팅 가스는, 제2 경로부(P2)의 나선 파트의 형태에 따라 반시계 방향으로 회전할 수 있다(점선 화살표).
이 경우, 벤팅 가스의 회전 방향은 시계 방향에서 반시계 방향으로 전환될 수 있다. 더욱이, 벤팅 가스는, 2개의 서로 다른 돌출 경로부(330)의 나선 파트 중심부 측에서 방향이 전환될 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스의 흐름 경로가 증가하는 것은 물론이고, 벤팅 가스에 포함된 화염이나 스파크 등의 외부 배출 저지 효과가 보다 향상될 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 10은, 도 9의 구성에 대한 다른 변형예라 할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 돌출 경로부(330)는, 나선 파트를 구비하되, 이러한 나선 파트에는, G1 및 G2로 표시된 부분과 같이, 오목부가 형성되도록 구성될 수 있다. 특히, 이러한 오목부는, 나선 형태에서 다른 부분보다 더 외측으로 오목하게 형성될 수 있다. 여기서, 외측이란, 나선의 중심을 향하는 방향의 반대 측을 의미할 수 있다. 특히, 도 10의 구성을 도 9의 구성과 비교하여 보면, 도 10에서 G1 및 G2로 표시된 오목부는, 도 9의 나선 형태에 비해, 외측으로 더 파여진 형태로 오목부가 형성되어 있다고 할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 경로부(P1)에서 G1 부분은, 우측 방향으로 오목하게 형성되어 있다고 할 수 있다. 그리고, 제2 경로부(P2)에서 G2 부분은, 좌측 방향으로 오목하게 형성되어 있다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 돌출 경로부(330)에서 나선 파트에 형성된 오목부(G1, G2)를 통해, 벤팅 가스에 포함된 활물질 등의 입자 배출 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다. 더욱이, 돌출 경로부(330)의 나선 파트에서는, 원심력에 의해, 활물질 등의 입자가, 화살표로 표시된 바와 같이, 오목부(G1, G2)로 유입될 가능성이 높다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 활물질 등의 입자가 외부로 배출되어 열원으로 작용함으로써, 열 폭주 전파 등이 일어나는 문제를 보다 확실하게 예방할 수 있다.
특히, 이러한 실시 구성에서, 오목부는, 벤팅 가스의 회전 방향을 따라 더욱 깊어지는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 구성에서 제1 경로부(P1)에 형성된 오목부(G1)의 경우, 벤팅 가스의 회전 방향인 시계 방향을 따라 깊이가 더욱 깊어지는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 도 10의 구성에서 제2 경로부(P2)에 형성된 오목부(G2)의 경우, 벤팅 가스의 회전 방향인 반시계 방향을 따라 깊이가 더욱 깊어지는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 오목부(G1, G2)에 의한 입자 포집 효과가 더욱 향상될 수 있다. 특히, 오목부(G1, G2)가 돌출 경로부(330)의 나선 파트에 형성된 경우, 나선 파트에 의한 원심력에 의해 상기 실시 형태의 오목부(G1, G2)에 의한 입자 포집 효과는 보다 크게 증대될 수 있다. 즉, 벤팅 가스가 돌출 경로부(330)의 나선 파트를 통해 회전하는 경우, 벤팅 가스의 회전 원심력에 의해 활물질 등의 입자는 돌출 경로부(330)의 나선 파트 내측 표면을 따라 이동하기 쉽다. 이때, 상기 실시 구성에 의하면, 돌출 경로부(330)의 내측 표면에 위치한 오목부(G1, G2)의 내부로 활물질 등의 입자가 유입될 수 있다. 그리고, 오목부(G1, G2)로 유입된 입자는 오목부(G1, G2)의 외부로 배출되기 어려울 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 11은, 도 9의 구성에 대한 또 다른 변형예라 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 돌출 경로부(330)는, D1 및 D2로 표시된 바와 같이, 표면에 돌기를 구비할 수 있다. 특히, 이러한 돌기(D1, D2)는, 나선 파트의 내측 표면에 위치할 수 있다. 더욱이, 이러한 돌기(D1, D2)는, 벤팅 가스가 나선 형태로 회전하는 부분에서, 벤팅 가스가 흐르는 부분 측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 즉, 돌기(D1, D2)는, 나선 형태의 중심을 향하여 돌출될 수 있다.
또한, 돌출 경로부(330)의 돌기(D1, D2)는, 하나의 단위 경로부에 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 경로부(P1)의 나선 파트 내측에 다수의 돌기(D1)가 형성되고, 제2 경로부(P2)의 나선 파트 내측에 다수의 돌기(D2)가 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 돌출 경로부(330)에 형성된 돌기(D1, D2)로 인해, 벤팅 가스에 포함된 스파크나 활물질 등의 입자의 이동을 보다 효과적으로 저지할 수 있다. 특히, 돌출 경로부(330)가 나선 형태로 형성된 경우, 벤팅 가스에 포함된 활물질 등의 입자는 회전 원심력에 의해 돌출 경로부(330)의 내측 표면에 위치할 수 있다. 따라서, 돌출 경로부(330)의 내측 표면에 위치한 돌기(D1, D2)는, 화염이나 활물질 등의 입자가 움직이는 것을 보다 확실하게 저지할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 벤팅 유닛에 의한 화염이나 활물질 등의 필터링 효과가 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 돌출 경로부(330)는, 직선 파트를 더 구비할 수 있다. 이러한 직선 파트는, 앞서 설명된 나선 파트와 구분되는 구성으로서, 도 9에서 B2로 표시된 부분과 같이, 돌출 경로부(330)가 직선 형태로 연장 형성된 부분이라 할 수 있다. 특히, 돌출 경로부(330)에 2개의 단위 경로부, 이를테면 제1 경로부(P1)와 제2 경로부(P2)가 포함되는 경우, 각 단위 경로부(P1, P2) 모두, 나선 파트와 함께 직선 파트를 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 경로부(P1)는, 직선 파트(B2)와 나선 파트(B1)를 구비하여, 벤팅 가스는 먼저 직선 파트(B2)의 표면을 따라 직선 형태로 흐른 이후, 나선 파트(B1)의 표면을 따라 나선 형태로 흐를 수 있다. 그리고, 제2 경로부(P2)는, 나선 파트(B1)와 직선 파트(B2)를 구비하여, 벤팅 가스는 먼저 나선 파트(B1)의 표면을 따라 나선 형태로 흐른 이후, 직선 파트(B2)의 표면을 따라 직선 형태로 흐를 수 있다.
이 경우, 벤팅 가스는, 돌출 경로부(330)에 구비된 나선 파트(B1) 및 직선 파트(B2)에 의해, 벤팅 가스의 흐름 형태가 다양하게 변화할 수 있다. 따라서, 화염이나 스파크, 활물질 등의 입자가 외부로 배출되는 것을 보다 효과적으로 저지할 수 있다. 한편, 앞서 설명된 오목부(G1, G2)나 돌기(D1, D2) 등의 실시 구성은, 나선 파트 대신에, 또는 나선 파트(B1)와 함께 직선 파트(B2)에도 마련될 수 있다.
상기 벤팅 유닛(300)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 측면, 이를테면 모듈 케이스(200)의 좌측면과 우측면에 위치할 수 있다. 이때, 돌출 경로부(330)는, 벤팅 가스가 적어도 부분적으로 하부 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 9의 구성을 참조하면, 돌출 경로부(330)는, 제1 경로부(P1)의 직선 파트(B2)의 좌측 부분에서, 벤팅 가스가 하부 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 돌출 경로부(330)는, 제1 경로부(P1) 및 제2 경로부(P2)의 나선 파트(B1)를 따라 벤팅 가스가 하부 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 그리고, 돌출 경로부(330)는, 제2 경로부(P2)의 직선 파트(B2)의 우측 부분에서 벤팅 가스가 하부 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 화염이나 고온의 가스 또는 물질 등의 외부 배출 억제 효과가 보다 향상될 수 있다. 특히, 화염이나 고온의 가스 등은 상부 방향으로 이동하려는 성질을 가질 수 있다. 이때, 상기 실시 구성과 같이, 벤팅 유닛(300) 내부에서 벤팅 가스가 하부 방향으로 이동하도록 구성되는 경우, 이러한 화염이나 고온의 물질 등의 이동을 보다 확실하게 저지할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 유닛(300)은, 벤팅 가스가 역방향으로 흐르도록 구성될 수 있다. 여기서, 역방향이란, 벤팅 홀(H1)로부터 배출구(O1)를 향하는 방향에 반대되는 방향이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 실시 구성에서, 벤팅 홀(H1)로부터 배출구(O1)를 향하는 방향은 -Y축 방향(전방)이라 할 수 있다. 이때, 벤팅 유닛(300)은, 돌출 경로부(330)의 구성을 통해, 벤팅 가스가 +Y축 방향(후방)으로 흐르도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 벤팅 유닛(300)의 내부에서, 벤팅 가스의 전체적인 흐름 방향에 반대되는 방향으로 벤팅 가스가 흐르는 부분을 마련함으로써, 벤팅 가스의 배출 경로 및 산소의 유입 경로를 길게 할 수 있다. 또한, 이 경우, 벤팅 가스가 흐르는 과정에서 와류 등이 형성되어, 벤팅 가스에 포함된 활물질 입자나 화염 등의 외부 배출을 저지하는데 보다 유리하게 작용할 수 있다.
도 12 및 도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 벤팅 유닛(300)의 돌출 경로부(330)는, 벤팅 경로를 개폐 가능하게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 돌출 경로부(330)는, E로 표시된 부분과 같이, 개폐 부재를 구비할 수 있다. 이러한 개폐 부재(E)는, 벤팅 유닛(300) 내부에서, 벤팅 가스의 흐름을 허용하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 개폐 부재(E)는, 직선 파트의 단부에 위치하여, 벤팅 경로를 개방시키거나 폐쇄시키도록 구성될 수 있다.
특히, 개폐 부재(E)는, 힌지 회동 가능하게 구성될 수 있다. 먼저, 개폐 부재(E)는, 정상적인 상태에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 벤팅 경로를 차단시키도록 닫힌 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 개폐 부재(E)의 힌지 부분에는, 스프링과 같은 탄성체가 구비될 수 있다. 그리고, 개폐 부재(E)는, 이러한 탄성체의 탄성력에 의해 도 12에 도시된 바와 같은 폐쇄 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
그리고, 셀 어셈블리(100)로부터 가스가 생성 및 배출되어 벤팅 유닛(300) 내부의 압력이 높아지게 되면, 개폐 부재(E)의 내측 부분(도 12의 좌측 부분) 압력이 높아질 수 있다. 여기서, 내측이란 벤팅 가스가 유입되는 측을 의미할 수 있다. 그리고, 그러한 압력이 일정 수준 이상을 넘어서게 되면, 개폐 부재(E)는, 도 12의 화살표로 표시된 바와 같이 회전 이동할 수 있다. 그러면, 개폐 부재(E)는, 도 13에 도시된 바와 같은, 개방 상태로 변형될 수 있다. 이 경우, 개폐 부재(E)의 내측에 존재하는 벤팅 가스는, 외측 방향(도면의 -Y축 방향)으로 흘러 나갈 수 있다.
그리고, 벤팅 가스가 배출되어 개폐 부재(E)의 내측 부분 압력이 다시 소정 수준 이하로 떨어지게 되면, 개폐 부재(E)는, 탄성체의 탄성력에 의해 도 13의 화살표로 표시된 바와 같이, 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 그리고, 개폐 부재(E)는, 다시 도 12에 도시된 바와 같은 상태를 유지하여, 벤팅 경로를 폐쇄시킬 수 있다. 더욱이, 상기 구성에서, 개폐 부재(E)는, 외측 부분 압력이 일정 수준 이상으로 높아지더라도 개방되지 않고 도 12와 같은 폐쇄 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 12의 실시 구성에서, 개폐 부재(E)의 외측 부분의 압력이 높다 하더라도, 개폐 부재(E)는, 더 이상 반시계 방향으로 회전하지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스가 벤팅 유닛(300) 내부로 유입되는 경우, 벤팅 가스가 원활하게 배출되도록 하는 한편, 벤팅 가스의 배출이 거의 완료된 경우에는, 벤팅 경로가 차단될 수 있다. 따라서, 이러한 벤팅 경로를 통해 산소가 역방향으로 유입되는 것을 보다 확실하게 차단할 수 있다. 그러므로, 모듈 케이스(200) 내부에서 화재가 발생하거나 증폭되는 것을 보다 효과적으로 예방할 수 있다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태로 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 여러 실시예들에서 설명한 부분이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(M)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 용량 및/또는 출력 증대를 위하여, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(M)을 다수 포함할 수 있다. 이때, 각 배터리 모듈(M)에는, 앞서 설명한 여러 구성이 적용될 수 있다. 예를 들어, 각 배터리 모듈(M)에는, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 벤팅 유닛(300)이 포함된다. 그리고, 이러한 다수의 배터리 모듈(M)은, 팩 하우징(PH) 내부에 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 특정 배터리 모듈에서 열적 이벤트가 발생하더라도, 안전성이 일정 수준 이상 확보될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈(M)들의 경우, 벤팅 유닛(300)을 포함하고, 이러한 벤팅 유닛(300)을 통해, 화살표로 표시된 바와 같이 벤팅 가스가 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 외부로 배출되는 벤팅 가스 내에 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등과 같은 발화 요인이 최대한 포함되지 않도록 함으로써, 해당 배터리 모듈(M) 주변은 물론이고, 다른 배터리 모듈(M)에서 발화가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 각 배터리 모듈에 포함된 벤팅 유닛(300)을 통해 벤팅 방향 제어가 가능함으로써, 다른 배터리 모듈을 향해 직접적으로 벤팅 가스가 분사되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 팩 하우징 내에서 좌측 열과 우측 열, 2개의 열로 다수의 배터리 모듈(M)이 배치될 때, 좌측 열의 배터리 모듈(M)에 대해서는 벤팅 유닛(300)의 분사 방향이 좌측을 향하도록 하고, 우측 열의 배터리 모듈(M)에 대해서는 벤팅 유닛(300)의 분사 방향이 우측을 향하도록 할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 모듈, 이를테면 M4에서 벤팅 가스가 배출될 때, 벤팅 가스가 다른 배터리 모듈을 향하지 않도록 함으로써, 벤팅 가스에 의해 다른 배터리 모듈로 열적 이벤트가 확산되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(M)이나 팩 하우징(PH) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 여러 실시예에서, 배터리 모듈에 적용된 벤팅 유닛(300)은, 배터리 팩에 적용될 수도 있다. 이에 대해서는, 도 15를 참조하여 추가로 설명한다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 예를 들어, 도 15는, 도 14와 마찬가지로 본 발명에 따른 배터리 팩에 대하여, 팩 하우징(PH)의 상부 측을 제거한 상태의 내부 구성을 나타낸다고 할 수 있다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 15를 참조하면, 다수의 배터리 모듈(M)이 수납된 팩 하우징(PH)의 적어도 일측에는, H2로 표시된 바와 같이, 홀이 형성될 수 있다. 이러한 팩 홀(H2)은, 팩 하우징(PH)의 내부 공간과 외부 공간이 연통된 형태로 형성될 수 있다. 특히, 팩 홀(H2)은, 팩 하우징(PH)의 내부 공간에 존재하는 가스 등이 외부로 배출되는 통로로서 기능할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 팩 하우징(PH)에는, 앞서 설명된 본 발명에 따른 벤팅 유닛(300)이 장착될 수 있다. 특히, 도 15에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(PH)에 팩 홀(H2)이 형성된 경우, 벤팅 유닛(300)은, 팩 하우징(PH)의 외측에서, 팩 홀(H2)이 형성된 부분에 부착될 수 있다.
즉, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 모듈(M), 하나 이상의 배터리 모듈(M)을 내부 공간에 수용하며 팩 홀(H2)이 형성된 팩 하우징(PH), 및 이러한 팩 하우징(PH)에 장착되고, 상기 팩 홀(H2)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널(V)이 형성되며, 상기 벤팅 채널(V) 내부에서 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛(300)을 포함한다고 할 수 있다.
이 경우, 임의의 배터리 모듈(M)로부터 생성된 벤팅 가스 등은, 도 15에서 화살표로 표시된 바와 같이, 팩 홀(H2)을 통과하여, 팩 하우징(PH)의 외측에 위치한 벤팅 유닛(300)으로 유입될 수 있다. 그러면, 앞서 설명한 바와 같이, 벤팅 유닛(300)에 의해, 스파크나 전극 토출물, 탄화물 등의 외부 배출이 억제될 수 있다.
이러한 실시예와 같이, 팩 하우징(PH)에 벤팅 유닛(300)이 장착되는 실시 구성에서, 벤팅 유닛(300)에는 앞서 모듈 케이스(200)에 장착된 형태로 설명된 벤팅 유닛(300)의 여러 실시 구성이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 모듈(M)에는 벤팅 유닛(300)이 포함되지 않을 수 있다. 다만, 도 14에 도시된 바와 같이, 각 배터리 모듈(M)에도 벤팅 유닛(300)이 별도로 부착될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 15의 실시예에서는, 셀 어셈블리(100)가 모듈 케이스(200) 내부에 수납되어 모듈화된 형태로 팩 하우징(PH)의 내부에 구비되어 있다. 하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 경우, 셀 어셈블리(100)는 모듈 케이스(200)에 수납되지 않고, 셀투팩(cell to pack) 형태로 직접 팩 하우징(PH)에 장착될 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명된 배터리 모듈(M)은, 모듈 케이스(200)를 포함하지 않고, 셀 어셈블리(100)만 포함할 수도 있다. 한편, 팩 하우징(PH)의 내부 공간에는, BMS(Battery Management System)와 같은 제어 장치 및 릴레이와 전류 센서와 같은 전장 부품이 함께 수납될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
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.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
100: 셀 어셈블리
200: 모듈 케이스
300: 벤팅 유닛
310: 본체부, 320: 절곡부, 330: 돌출 경로부
P1: 제1 경로부, P2: 제2 경로부
H1: 벤팅 홀
O1: 배출구
V: 벤팅 채널
M: 배터리 모듈
PH: 팩 하우징
H2: 팩 홀

Claims (14)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리;
    내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 셀 어셈블리로부터 생성된 벤팅 가스가 배출 가능하도록 벤팅 홀이 형성된 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 외측에 부착되고, 상기 벤팅 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 구성되며, 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 케이스의 외면과 함께 벤팅 채널을 한정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 플레이트 형상의 본체부 및 상기 본체부의 모서리에서 상기 모듈 케이스 측으로 절곡된 형태의 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 내측면에서 상기 모듈 케이스의 외면을 향하여 돌출된 형태로 구성되어 상기 벤팅 가스의 흐름 경로를 한정하도록 구성된 돌출 경로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 단부가 상기 모듈 케이스의 외면에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 곡선 형태로 휘어지게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 나선 형태로 휘어진 나선 파트를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 적어도 일부분이 삽입된 2개의 나선 파트를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 직선 파트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 모듈 케이스의 측면에 위치하며,
    상기 돌출 경로부는, 상기 벤팅 가스가 적어도 부분적으로 하부 방향으로 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 돌출 경로부는, 상기 벤팅 경로를 개폐 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  13. 하나 이상의 배터리 모듈;
    상기 하나 이상의 배터리 모듈을 내부 공간에 수납하며 팩 홀이 형성된 팩 하우징; 및
    상기 팩 하우징에 장착되고, 상기 팩 홀로부터 배출된 벤팅 가스가 유입되어 외부로 배출될 수 있도록 벤팅 채널이 형성되며, 상기 벤팅 채널 내부에서 상기 벤팅 가스의 흐름 방향이 반대 방향으로 전환되도록 구성된 벤팅 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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