WO2024135973A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, it relates to a battery module with improved safety, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • Secondary batteries which are easy to apply depending on the product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) that are driven by an electrical drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency, not only because they have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also because they do not generate any by-products due to energy use.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells is approximately 2.5V to 4.5V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting multiple battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module containing at least one battery cell is first configured, and other components are added using this at least one battery module. This is a common method of constructing a battery pack or battery rack.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery module that can improve safety against thermal events, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • the present invention provides a battery module, comprising: a cell assembly including a plurality of battery cells stacked on each other; a module case accommodating the cell assembly; and a bus bar assembly coupled to the module case and electrically connected to the plurality of battery cells, wherein the cell assembly is configured to connect adjacent batteries in the stacking direction of the plurality of battery cells when a thermal event of at least one battery cell occurs.
  • a battery module is provided that includes a blocking member configured to cover a portion of the plurality of battery cells to block heat propagation to the cell side.
  • the blocking member may guide the ejected water ejected from the at least one battery cell to be ejected in a specific direction during a thermal event of the at least one battery cell.
  • At least one venting part for discharging the ejected material is provided at the bottom of the module case, and the blocking member has an open lower part to guide and eject the ejected material toward the venting part of the module case. You can have it.
  • the cell assembly may include a thermal barrier member disposed between the plurality of battery cells in the stacking direction of the plurality of battery cells.
  • the thermal barrier member may be in contact with the blocking member in the stacking direction of the plurality of battery cells.
  • both ends of the blocking member may be disposed close to the bus bar assembly.
  • the bus bar assembly covers both sides of the plurality of battery cells, and both ends of the blocking member may be disposed adjacent to the bus bar assembly.
  • the blocking member may be made of a flexible material.
  • the blocking member may cover upper ends and both edge portions of the plurality of battery cells.
  • the blocking member may cover the front and rear portions of both edge portions of the plurality of battery cells in the stacking direction of the plurality of battery cells.
  • the plurality of battery cells each include an electrode assembly; a battery case including a case body accommodating the electrode assembly and a case terrace extending stepwise from both sides of the case body; and a pair of electrode leads connected to the electrode assembly, protruding from the case terrace of the battery case and connected to the bus bar assembly, wherein the blocking member includes an upper portion of the case body and a front portion of the case terrace. and can cover the rear part.
  • a sealing portion is formed at the upper end of the case body, is connected to the case terrace, and seals the inside of the case body, and the blocking member may cover the sealing portion.
  • a guide slit for passing the pair of electrode leads may be formed in the blocking member to prevent interference with the pair of electrode leads.
  • the present invention provides a battery pack, including at least one battery module according to the above-described embodiments; and a pack case accommodating the at least one battery module.
  • the present invention provides an automobile, characterized in that it includes at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of improving safety against thermal events a battery pack including the same, and a vehicle can be provided.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module of Figure 1.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating a connection portion between the cell assembly and the bus bar assembly of the battery module of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the cell assembly of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing a blocking member mounted on a battery cell of the cell assembly of FIG. 4.
  • Figure 6 is a diagram for explaining the installation of the blocking member on the battery cell side of Figure 5.
  • Figure 7 is a diagram for explaining the blocking member of Figure 6.
  • Figure 8 is a side view of the blocking member of Figure 7.
  • Figure 9 is a diagram for explaining a blocking member according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a side view of the blocking member of Figure 9.
  • Figure 11 is a diagram for explaining a blocking member according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a side view of the blocking member of Figure 11.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a directional venting path of ejections such as flame or gas during a thermal event due to an abnormality of at least one battery cell of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the directional venting path of ejections such as flame or gas from a battery cell during the thermal event of FIG. 12.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a directional venting guide and blocking heat propagation through a blocking member during a thermal event of a battery cell in which the abnormal situation of FIG. 13 occurs.
  • Figure 16 is a diagram for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 17 is a diagram for explaining a car according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the battery module 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module 10 of FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram of the battery module 10 of FIG. 2. This is a partial cross-sectional view to explain the connection portion of the cell assembly 100 and the bus bar assembly 300.
  • the battery module 10 may include a cell assembly 100, a module case 200, and a bus bar assembly 300.
  • the cell assembly 100 may include a plurality of battery cells 110 stacked on each other.
  • the plurality of battery cells 110 may be electrically connected to each other and may be connected to a bus bar assembly 300, which will be described later.
  • These plurality of battery cells 110 are secondary batteries and may be provided as pouch-type secondary batteries.
  • the module case 200 forms the exterior of the battery module 10 and can accommodate the cell assembly 100. To this end, the module case 200 may be provided with an accommodating space capable of accommodating the cell assembly 100.
  • the bus bar assembly 300 may be combined with the module case 200 to form the exterior of the battery module 10 together with the module case 200.
  • the bus bar assembly 300 is electrically connected to the plurality of battery cells 110 of the cell assembly 100 and can sense the voltage of the plurality of battery cells 110.
  • the cell assembly 100 may include a blocking member 130.
  • the blocking member 130 moves in the stacking direction (Y-axis) of the plurality of battery cells 110 during a thermal event due to an abnormal situation such as overheating of at least one battery cell 110 among the plurality of battery cells 110. direction) and may be configured to cover a portion of the plurality of battery cells 110 to block heat propagation toward the adjacent battery cells 110.
  • the battery cell 110 in which an abnormal situation occurs during the thermal event may have a high temperature due to overheating and may generate ejections such as flame or gas. If the heat, flame, or gas ejected from a specific battery cell 110 spreads to the adjacent battery cell 110, it may lead to thermal runaway of the adjacent battery cell 110, resulting in serial ignition or explosion of the battery cells 110. leads to a greater risk of
  • the battery cell 110 in which an abnormal situation occurs during the thermal event is provided through the blocking member 130 that covers a portion of the plurality of battery cells 110. It is possible to effectively prevent the propagation of ejections such as heat, flame, or gas generated from to the adjacent battery cell 110.
  • the battery module 10 can minimize the risk of secondary damage, such as chain ignition or explosion, that may be caused by the thermal event through the blocking member 130.
  • the blocking member 130 may guide the ejected water ejected from the at least one battery cell 110 to be ejected in a specific direction during a thermal event of the at least one battery cell 110.
  • the above-described ejections such as flame or gas may be generated within the battery cell 110 or the module case 200 where an abnormal situation occurs. This ejection may increase the internal pressure of the module case 200 of the battery module 10 or ignite surrounding components. Therefore, it is necessary to quickly expel the jet out of the module case 200 during a thermal event.
  • the blocking member 130 blocks heat propagation of adjacent battery cells 110 and can guide the ejected material to be ejected in a specific direction. That is, the blocking member 130 can control the ejection path of the ejected material by guiding directional venting in a specific direction so that the ejected material, such as gas or flame, can be expelled more quickly out of the module case 200. there is.
  • At least one venting part 215 may be provided at the bottom (-Z-axis direction) of the module case 200 to discharge the ejected water.
  • the venting portion 215 may be provided in plural pieces and may be provided on both sides of the bottom of the module case 200.
  • the venting unit 215 may expel ejections such as flame or gas inside the module case 200 out of the module case 200 in situations such as the thermal event.
  • the venting unit 215 may be provided as a venting hole with a predetermined opening or may be mounted on the module case 200 as a separate venting unit. Meanwhile, the venting portion 215 may be melted or fractured above a predetermined temperature or pressure in a situation such as the thermal event, and may be provided in a structure that opens to communicate the inside and outside of the module case 200. You can.
  • the blocking member 130 may have an open lower portion to guide and eject the ejected material toward the venting portion 215 of the module case 200. During the thermal event, the ejected water is guided toward the venting portion 215 provided at the bottom of the module case 200 through the open lower part of the blocking member 130 and can quickly escape out of the venting portion 215. .
  • the blocking member 130 guides ejections such as gas or flame generated during the thermal event in a specific direction, specifically, toward the lower side (-Z axis direction) of the battery module 10. Thus, it can be exported out of the battery module 10.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the cell assembly 100 of the battery module 10 of FIG. 1.
  • the cell assembly 100 may include a thermal barrier member 150.
  • the thermal barrier member 150 may be disposed between the plurality of battery cells 110 in the stacking direction (Y-axis direction) of the plurality of battery cells 110.
  • the thermal barrier member 150 together with the blocking member 130, prevents heat propagation to the adjacent battery cell 110 caused by heat, gas, or flame of the battery cell 110 in which an abnormal situation occurs during a thermal event. You can block it.
  • the thermal barrier member 150 may be provided in plural pieces and may be sized to cover the battery cells 110 in the stacking direction (Y-axis direction) of the battery cells 110 .
  • the thermal barrier member 150 may be in contact with the blocking member 130 in the stacking direction (Y-axis direction) of the plurality of battery cells 110. Accordingly, the plurality of battery cells 110 are connected to the blocking member 130 and the thermal barrier member 150 except for the open lower part of the blocking member 130 and the guide slit 135 area, which will be described later. can be surrounded by
  • the battery cell 110 adjacent to the battery cell 110 in which an abnormal situation occurs during a thermal event through the blocking member 130 and the thermal barrier member 150 Heat propagation to the (110) side can be more reliably prevented.
  • a portion of the blocking member 130 may be disposed close to the bus bar assembly 300. Specifically, both ends of the blocking member 130 may be disposed close to the bus bar assembly 300. More specifically, the bus bar assembly 300 may cover both sides (X-axis direction) of the plurality of battery cells 110. Both ends of the blocking member 130 may be disposed adjacent to the bus bar assembly 300.
  • both ends of the blocking member 130 are disposed close to the bus bar assembly 300, so that adjacent battery cells that may occur in the vicinity of the bus bar assembly 300 during the thermal event ( 110) Heat propagation to the side can be blocked more effectively.
  • the blocking member 130 may be made of a flexible material. Accordingly, the blocking member 130 can increase the convenience of mounting with the battery cells 110, and can also absorb or offset assembly tolerances with surrounding components when mounted. In addition, the blocking member 130 may have a certain amount of elasticity and may cushion external shocks that may be applied to the battery cells 110.
  • the blocking member 130 may include a fireproof material.
  • the blocking member 130 may be made of glass fiber, rubber, or silicon.
  • the blocking member 130 may include an insulating material. Accordingly, the blocking member 130 can effectively prevent electrical problems such as electricity being passed from the battery cell 110 in which an abnormal situation occurs to the adjacent battery cell 110. Additionally, the blocking member 130 may include a flame retardant material. In this way, the blocking member 130 may be prepared to include fire-resistant, insulating, and flame-retardant materials that can increase the effect of blocking or delaying heat propagation during the thermal event.
  • the blocking member 130 may be provided in plural pieces corresponding to the number of battery cells 110.
  • the plurality of blocking members 130 may each cover a portion of the plurality of battery cells 110 . Therefore, in one embodiment of the present invention, the blocking member 130 is provided in plural pieces corresponding to the number of the battery cells 110, thereby blocking or delaying heat propagation for each battery cell 110 and the lower
  • the directional venting guide can be uniformly implemented in any battery cell 110 among the plurality of battery cells 110 .
  • FIG. 5 is a diagram showing the blocking member 130 mounted on the battery cell 110 of the cell assembly 100 of FIG. 4, and FIG. 6 shows the blocking member 130 toward the battery cell 110 of FIG. 5. This is a drawing to explain the installation.
  • the blocking member 130 may cover the upper end and both edge portions of the plurality of battery cells 110. Accordingly, the blocking member 130 can effectively block heat propagation from the upper and both edge sides of the plurality of battery cells 110 to the adjacent battery cells 110 during the thermal event. In addition, the blocking member 130 can guide flames or gases generated during the thermal event to the lower direction (-Z axis direction) of the battery cells 110 as well as the movement of ejections through the above-described cover structure.
  • the blocking member 130 includes a front portion (+Y-axis direction) and a rear portion (-Y-axis direction) of both edge portions of the plurality of battery cells 110 in the stacking direction (Y-axis direction) of the plurality of battery cells 110. axial direction) can be covered.
  • step space In the case of both edge portions of the plurality of battery cells 110, depending on the characteristic shape of the pouch-type secondary battery, one of the front-back direction (Y-axis direction) or the front-back direction (Y-axis direction) (+Y-axis direction or - In the Y-axis direction), there is a predetermined step space.
  • ejected matter generated during the above-described thermal event may flow in and remain there due to convection or the like. If the ejecta, such as flame or gas, stagnates or accumulates within the step space, the risk of propagation to adjacent battery cells 110 increases, and the pressure inside the module case 200 rapidly increases, thereby increasing the battery The possibility of greater secondary damage, such as an explosion of the module 10, may increase.
  • the blocking member 130 covers both front and rear directions (Y-axis direction) of both edge portions of the battery cells 110, so that in the stacking direction (Y-axis direction) of the battery cells 110,
  • the size of the entire step space can be significantly reduced. Therefore, in one embodiment of the present invention, by reducing the volume of the step space through the blocking member 130, the amount of inflow of ejections such as flame or gas into the step space can be significantly reduced or prevented. , the possibility of mooring of ejections such as flame or gas within the step space can be significantly reduced.
  • venting portion 215 of the module case 200 may be provided near the step space at the bottom of the module case 200. This is to allow ejections such as flame or gas within the step space to be expelled out of the module case 200 more quickly.
  • the plurality of battery cells 110 may each include an electrode assembly 111, a battery case 112, and a pair of electrode leads 117.
  • the electrode assembly 111 may be composed of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator. Since the electrode assembly 111 is well known, detailed description will be omitted hereinafter.
  • the battery case 112 can accommodate the electrode assembly 111. To this end, the battery case 112 may be provided with a receiving space capable of accommodating the electrode assembly 111.
  • the battery case 112 may include a case body 113 and a case terrace 115.
  • the case body 113 may accommodate a portion of the electrode assembly 111 and a pair of electrode leads 117 to be described later. To this end, an accommodating space capable of accommodating a portion of the electrode assembly 111 and the pair of electrode leads 117 may be provided in the case body 117.
  • the case terrace 115 may extend from both sides of the case body 113.
  • the case terrace 115 may be sealed through heat fusion or the like to seal the inside of the case body 113.
  • the case terrace 115 extends stepwise from both sides of the case body 113 due to the volume of the electrode assembly 111 inside the case body 113 and the sealing, etc., and the case body 113 ) can be formed to have a predetermined step.
  • a predetermined step space may be formed both in front (+Y-axis direction) and behind (-Y-axis direction) of the case terrace 115.
  • the pair of electrode leads 117 are connected to the electrode assembly 111 and may protrude from the case terrace 115 of the battery case 112 and be connected to the bus bar assembly 300.
  • the pair of electrode leads 117 may each protrude from both sides (X-axis direction) of the case terrace 115 of the battery case 112.
  • the blocking member 130 can cover the upper part (+Z-axis direction) of the case body 113, the front part (+Y-axis direction) and the rear part (-Y-axis direction) of the case terrace 115. there is. Accordingly, the blocking member 130 can cover the battery cell 110 in a U-shape with the bottom open.
  • a sealing portion 114 may be formed that is connected to the case terrace 115 and seals the inside of the case body 113.
  • the sealing portion 114 may be folded at least once to slim the battery cell 110.
  • the blocking member 130 may cover the sealing portion 114.
  • the sealing part 114 may be unintentionally opened, and in this case, ejections such as flame or gas may leak out of the sealing part 114.
  • the blocking member 130 covers the sealing portion 114, it can effectively block ejections such as flame or gas that may be caused by opening the sealing portion 114.
  • Each of the plurality of battery cells 110 may include a cell venting unit 118.
  • the cell venting unit 118 is for expelling gas or flames that may be generated in abnormal situations such as overheating inside the battery cell 110, and may be provided on one side of the battery case 112. Specifically, the cell venting portion 118 may be provided on both sides of the bottom (-Z-axis direction) of the case body 113. The cell venting portion 118 may melt or break at a predetermined temperature or pressure or higher, thereby opening the inside of the battery case 112 to communicate with the outside.
  • the cell venting portion 118 is formed integrally with the battery case 112, and may be provided with a relatively thinner thickness than other parts of the battery case 112 for more rapid melting or fracture. This is only an example, and the cell venting part 118 may be provided as a separate member in the battery case 112 and be provided in a structure that can open the inside of the battery case 112 when the thermal event occurs. Of course.
  • a guide slit 135 may be formed in the blocking member 130 to allow the pair of electrode leads 117 to pass through to prevent interference with the pair of electrode leads 117.
  • the guide slit 135 may be provided to form a predetermined gap at both ends of the blocking member 130.
  • the guide slit 135 can guide easier electrical connection between the pair of electrode leads 117 and the bus bar assembly 300.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the blocking member 130 of FIG. 6, and FIG. 8 is a side view of the blocking member 130 of FIG. 7.
  • the blocking member 130 may include a blocking cover 131 and a blocking leg 136.
  • the blocking cover 131 may be formed to a predetermined length to cover the upper part (+Z-axis direction) of the battery cell 110 (see FIG. 6). Additionally, the blocking cover 131 may have a width that is at least the same as the width of the upper end of the case body 113 of the battery case 112 of the battery cell 110 (see FIG. 6).
  • the blocking leg 136 may be bent downward (in the -Z-axis direction) and extended from both ends of the blocking cover 131.
  • the blocking leg 136 is formed integrally with the blocking cover 131 and can cover both edge portions of the battery cell 110 (see FIG. 6) in the front-back direction (Y-axis direction).
  • the blocking leg 136 may include a first leg 137 and a second leg 138.
  • the first leg 137 may be formed at a predetermined length in front of both ends of the blocking cover 131 (+Y-axis direction).
  • the second leg 138 is spaced a predetermined distance from the first leg 137 in the front-back direction (Y-axis direction) and has a predetermined length behind both ends of the blocking cover 131 (-Y-axis direction). can be formed.
  • a leading guide slit 135 may be formed depending on the distance between the first leg 137 and the second leg 138.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a blocking member 170 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a side view of the blocking member 170 of FIG. 9.
  • the blocking member 170 according to the present embodiment is similar to the blocking member 130 of the previous embodiment, redundant description of components that are substantially the same or similar to the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, the previous embodiment will be described. Let's look at the differences between .
  • the blocking member 170 may include a blocking cover 171 and a blocking leg 176.
  • the blocking leg 176 may include a first leg 177 and a second leg 178.
  • the thickness W1 of the first leg 177 is the front (+) of the case terrace 115 (see FIG. 6) of the battery case 112 (see FIG. 6) of the battery cell 110 (see FIG. 6). It may correspond to a step space formed in the Y-axis direction). For example, the thickness W1 of the first leg 177 may be formed to be at least equal to the thickness of the step space formed in front (+Y-axis direction) of the case terrace 115 (see FIG. 6).
  • the thickness W2 of the second leg 178 is the rear (- It may correspond to a step space formed in the Y-axis direction).
  • the thickness W2 of the second leg 178 may be formed to be at least equal to the thickness of the step space formed at the rear (-Y-axis direction) of the case terrace 115 (see FIG. 6).
  • the guide slit 175 formed between the first leg 177 and the second leg 178 is connected to the case terrace 115 of the battery case 112 of the battery cell 110 (see FIG. 6). ) may have a thickness corresponding to the thickness of.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a blocking member 180 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a side view of the blocking member 180 of FIG. 11.
  • the blocking member 180 according to the present embodiment is similar to the blocking member 130 of the previous embodiment, redundant description of components that are substantially the same or similar to the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, the previous embodiment will be described. Let's look at the differences between .
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the directional venting path of ejections such as flame or gas during a thermal event due to an abnormality of at least one battery cell 110 of the battery module 10 of FIG. 1
  • FIG. 14 is a diagram illustrating It is a diagram to explain the directional venting path of ejections such as flame or gas from the battery cell 110 during the thermal event of Figure 12, and Figure 15 shows a blocking member during the thermal event of the battery cell 110 when the abnormal situation of Figure 13 occurs.
  • This is a drawing to explain the appearance of a directional venting guide and blocking heat propagation through (130).
  • the ejections (G) such as flame or gas
  • the ejections (G) such as flame or gas generated inside the battery cell 110 where an abnormal situation occurred are, It can come out of the battery cell 110 through the cell venting portion 118 provided on both sides of the bottom of the case body 113 of the battery case 112.
  • the blocking member 130 is disposed on the upper side (+Z-axis direction) of the battery cell 110 and the front side of both edge portions of the battery cell 110 (+Y-axis direction). direction) and the rear portion (-Y-axis direction), it is possible to effectively prevent heat propagation toward adjacent battery cells 110 in the stacking direction (Y-axis direction) of the battery cells 110.
  • the bus bar frame 310 may be provided as a pair.
  • the pair of bus bar frames 310 may be provided on both sides of the cell assembly 100 along the longitudinal direction (X-axis direction).
  • a barrier member receiving portion 315 may be formed in the bus bar frame 310 to accommodate the ends of the thermal barrier members 150.
  • the barrier member receiving portion 315 may be formed on one surface of the bus bar frame 310 facing the cell assembly 100.
  • the barrier member receiving portion 315 may be provided as a receiving groove into which the end of the thermal barrier member 150 can be inserted.
  • the bus bar member 320 is connected to the electrode leads 117 of the battery cells 110 and may be provided in plural numbers.
  • the plurality of bus bar members 320 may be mounted on the bus bar frame 310.
  • the terminal member 330 is used to connect the battery cells 110 and an external power source, and may be provided on the bus bar frame 310. At least a portion of the terminal member 330 may be exposed to the outside of the battery module 10 for connection to the external power source.
  • the bus bar cover 340 may be provided as a pair.
  • the pair of bus bar covers 340 may be provided to cover each of the bus bar frames 310.
  • the bus bar cover 340 can block the outflow of ejections such as flame or gas out of the bus bar frame 310.
  • the battery module 10 may include an end plate 400.
  • the end plates 400 may be provided as a pair.
  • the pair of end plates 400 cover the bus bar assembly 300 and may be provided at both ends of the battery module 10 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the pair of end plates 400 may be combined with the module case 200 to form the exterior of the battery module 10.
  • the battery module 10 may include a heat transfer member 500.
  • the heat transfer member 500 may be provided as a pair.
  • the pair of heat transfer members 500 are disposed in contact with the upper and lower sides of the cell assembly 100 and may be in contact with the inner surface of the module case 200.
  • the heat transfer member 500 disposed on the upper side of the cell assembly 100 is in contact with the inner surface of the case cover 230, and the heat transfer member 500 disposed on the lower side of the cell assembly 100 is connected to the case base. It can be contacted with the inner surface of (210).
  • the pair of heat transfer members 500 can increase the cooling performance of the battery module 10 by transferring heat generated in the cell assembly 100 to the module case 200.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the battery pack 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a vehicle V according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 according to an embodiment of the present invention includes at least one or more battery modules 10 and the battery module 10 according to the previous embodiment. It may include a pack case 50 that accommodates it.
  • the battery pack 1 may further include electrical components such as a BMS that controls the battery module 10 or a cooling unit such as a heat sink for cooling the battery module 10.
  • electrical components such as a BMS that controls the battery module 10 or a cooling unit such as a heat sink for cooling the battery module 10.
  • the battery pack 1 according to an embodiment of the present invention may further include various other components of the battery pack 1 known at the time of filing the present invention.
  • the battery pack 1 according to an embodiment of the present invention may further include components such as a current sensor, a fuse, and a service plug.
  • the vehicle V according to an embodiment of the present invention may include one or more battery packs 1 according to the present invention. Additionally, the vehicle V according to an embodiment of the present invention may further include various other components included in the vehicle in addition to the battery pack 1. For example, in addition to the battery pack 1 according to an embodiment of the present invention, the vehicle V according to an embodiment of the present invention further includes a vehicle body, a motor, and a control device such as an ECU (electronic control unit). It can be included.
  • ECU electronic control unit
  • the battery pack 1 may be installed in other devices, instruments, and facilities, such as an energy storage system using secondary batteries, in addition to the vehicle V.
  • an energy storage system using secondary batteries in addition to the vehicle V.
  • the battery pack 1 and the vehicle V include the battery module 10 of the previous embodiment, and the battery pack 1 and the vehicle ( Even in units of V), safety against the aforementioned thermal events can be ensured.
  • a battery module 10 capable of improving safety against thermal events, a battery pack 1 including the same, and a vehicle V can be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리, 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스 및 모듈 케이스와 결합되며, 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리를 포함하며, 셀 어셈블리는, 적어도 하나의 배터리 셀의 열적 이벤트 시 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 인접한 배터리 셀 측으로의 열 전파를 차단할 수 있게 복수 개의 배터리 셀들의 일부분을 커버하도록 구성된 차단부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전성이 개선된 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 12월 23일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0183382호 및 2023년 03월 31일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2023-0043171호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
그런데, 이와 같이 다수의 이차 전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되어 있는 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 특히, 어느 하나의 배터리 셀에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 고온의 가스나 화염, 열 등이 생성될 수 있다. 만일, 이러한 가스나 화염, 열 등이 동일한 배터리 모듈 내에 포함된 다른 배터리 셀로 전달되는 경우, 열 전파(thermal propagation)와 같은 폭발적인 연쇄 반응 상황이 나타날 수 있다. 그리고, 이러한 연쇄 반응은, 해당 배터리 모듈에서 화재나 폭발 등의 사고를 일으키는 것은 물론이고, 다른 배터리 모듈에 대해서도 화재나 폭발 등을 유발할 수 있다.
더욱이, 전기 자동차와 같은 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및/또는 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 포함되어 열적 연쇄 반응에 대한 위험성은 더욱 커질 수 있다. 뿐만 아니라, 전기 자동차 등에 탑재된 배터리 팩의 경우, 주변에 운전자 등과 같은 사용자가 존재할 수 있다. 따라서, 특정 배터리 모듈에서 발생한 열적 이벤트가 적절하게 제어되지 못하고 연쇄 반응이 발생할 경우, 큰 재산상 피해는 물론이고 인명 피해까지 야기될 수 있다.
그러므로, 이러한 열적 이벤트 발생 시 열적 이벤트에 대한 안전성을 개선할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 열적 이벤트에 대한 안전성을 개선할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스와 결합되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리를 포함하며, 상기 셀 어셈블리는, 적어도 하나의 배터리 셀의 열적 이벤트 시 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 인접한 배터리 셀 측으로의 열 전파를 차단할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들의 일부분을 커버하도록 구성된 차단부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열적 이벤트 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀에서 분출된 분출물을 특정 방향으로 유도 분출되게 가이드할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 모듈 케이스의 저부에는, 상기 분출물을 내보내기 위한 적어도 하나의 벤팅부가 구비되며, 상기 차단부재는, 상기 분출물을 상기 모듈 케이스의 상기 벤팅부 측으로 유도 분출할 수 있게 개방된 하부를 가질 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 셀 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 써멀 배리어부재를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 써멀 배리어부재는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 차단부재와 접촉될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재의 양단부는, 상기 버스바 어셈블리에 가까이 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 버스바 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측면을 커버하며, 상기 차단부재의 양단부는, 상기 버스바 어셈블리에 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재는, 플렉시블한 재질로 마련될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상단부 및 양측 테두리부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측 테두리부의 전면부 및 후면부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 복수 개의 배터리 셀들은, 각각, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스 바디와 상기 케이스 바디의 양측부로부터 단차지게 연장되는 케이스 테라스를 포함하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체와 연결되며, 상기 전지 케이스의 케이스 테라스로부터 돌출되어 상기 버스바 어셈블리와 연결되는 한 쌍의 전극 리드를 포함하며, 상기 차단부재는, 상기 케이스 바디의 상단부, 상기 케이스 테라스의 전면부 및 후면부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 케이스 바디의 상단부에는, 상기 케이스 테라스와 연결되며, 상기 케이스 바디 내부를 밀봉하기 위한 실링부가 형성되며, 상기 차단부재는, 상기 실링부를 커버할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 차단부재에는, 상기 한 쌍의 전극 리드와의 간섭을 방지할 수 있게 상기 한 쌍의 전극 리드를 통과시키기 위한 가이드 슬릿이 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 열적 이벤트에 대한 안전성을 개선할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 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, 후술되는 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 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 셀 어셈블리와 버스바 어셈블리의 연결 부분을 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 셀 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 셀 어셈블리의 배터리 셀에 장착된 차단부재의 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 배터리 셀 측으로의 차단부재의 장착 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 차단부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 차단부재의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 차단부재의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차단부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 차단부재의 측면도이다.
도 13은 도 1의 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀의 이상 상황에 따른 열적 이벤트 시 화염이나 가스 등의 분출물의 디렉셔널 벤팅 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12의 열적 이벤트 시 배터리 셀의 화염이나 가스 등의 분출물의 디렉셔널 벤팅 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 13의 이상 상황이 발생한 배터리 셀의 열적 이벤트 시 차단부재를 통한 열 전파 차단 및 디렉셔널 벤팅 가이드 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈(10)의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈(10)의 셀 어셈블리(100)와 버스바 어셈블리(300)의 연결 부분을 설명하기 위한 일부 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 버스바 어셈블리(300)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들(110)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 후술하는 버스바 어셈블리(300)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 배터리 모듈(10)의 외관을 형성하며, 상기 셀 어셈블리(100)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 셀 어셈블리(100)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(300)는, 상기 모듈 케이스(200)와 결합되어 상기 모듈 케이스(200)와 함께 상기 배터리 모듈(10)의 외관을 형성할 수 있다. 이러한 상기 버스바 어셈블리(300)는, 상기 셀 어셈블리(100)의 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)과 전기적으로 연결되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 전압을 센싱할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 차단부재(130)를 포함할 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110) 중 적어도 하나의 배터리 셀(110)의 과열 등의 이상 상황에 따른 열적 이벤트 시 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 열 전파를 차단할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 일부분을 커버하도록 구성될 수 있다.
상기 열적 이벤트 시 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)은, 과열로 인한 높은 온도를 가짐과 아울러 화염이나 가스 등의 분출물을 발생시킬 수 있다. 이러한 특정 배터리 셀(110)의 열이나 화염이나 가스 등의 분출물이 인접한 배터리 셀(110) 측으로 전파될 경우, 인접한 배터리 셀(110)의 열 폭주로 이어져 배터리 셀들(110)의 연쇄 발화나 폭발 등의 더 큰 위험을 초래하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 일부분을 커버하는 상기 차단부재(130)를 통해, 상기 열적 이벤트 시 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)에서 발생한 열, 화염이나 가스 등의 분출물의 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 전파를 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 차단부재(130)를 통해 상기 열적 이벤트 시 야기될 수 있는 연쇄 발화나 폭발 등의 2차 피해 위험을 최소화할 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(110)의 열적 이벤트 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀(110)에서 분출된 분출물을 특정 방향으로 유도 분출되게 가이드할 수 있다. 열적 이벤트 시, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)이나 또는 모듈 케이스(200) 내에서는, 전술한 화염이나 가스 등의 분출물이 발생될 수 있다. 이러한 분출물은, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 케이스(200) 내부 압력을 높이거나 주변 구성 부품 등을 발화시킬 수 있다. 따라서, 열적 이벤트 시 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 상기 분출물을 신속히 내보내는 것이 필요하다. 또한, 보다 신속하게 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 분출물을 분출함과 아울러 상기 모듈 케이스(200) 내부의 구성 부품 등의 피해를 최소화하기 위해서는, 상기 분출물의 분출 방향을 제어하는 것이 중요하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 차단부재(130)가 인접한 배터리 셀(110)의 열 전파를 차단함과 아울러 상기 분출물의 분출 방향, 또한, 특정 방향으로 분출되게 가이드할 수 있다. 즉, 상기 차단부재(130)는, 보다 신속하게 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 상기 가스나 화염 등의 분출물을 내보낼 수 있게 특정 방향으로의 디렉셔널 벤팅을 가이드 하여 상기 분출물의 분출 경로를 제어할 수 있다.
이하, 이러한 상기 차단부재(130)를 통한 디렉셔널 벤팅 가이드에 대해 더 자세히 살펴 본다.
상기 모듈 케이스(200)의 저부(-Z축 방향)에는, 상기 분출물을 내보내기 위한 적어도 하나의 벤팅부(215)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 벤팅부(215)는, 복수 개로 구비되며, 상기 모듈 케이스(200)의 저부 양측에 마련될 수 있다. 상기 벤팅부(215)는, 상기 열적 이벤트와 같은 상황 시, 상기 모듈 케이스(200) 내부의 화염이나 가스 등의 분출물을 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보낼 수 있다. 이러한 상기 벤팅부(215)는 소정의 개구를 갖는 벤팅홀로 구비되거나 별도의 벤팅 유닛으로서 상기 모듈 케이스(200)에 장착될 수 있다. 한편, 상기 벤팅부(215)는, 상기 열적 이벤트와 같은 상황 시, 소정 온도나 소정 압력 이상에서 용융되거나 또는 파단되어 상기 모듈 케이스(200)의 내외부를 연통시키게끔 개방되는 구조로 마련되는 것도 가능할 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 분출물을 상기 모듈 케이스(200)의 상기 벤팅부(215) 측으로 유도 분출할 수 있게 개방된 하부를 가질 수 있다. 상기 열적 이벤트 시 상기 분출물은, 상기 차단부재(130)의 개방된 하부를 통해 상기 모듈 케이스(200)의 저부에 마련된 벤팅부(215) 측으로 유도되어 상기 벤팅부(215) 밖으로 신속히 빠져나갈 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 차단부재(130)는, 상기 열적 이벤트 시 발생한 가스나 화염 등의 분출물을 특정 방향, 구체적으로, 상기 배터리 모듈(10)의 하측 방향(-Z축 방향)으로 유도하여 상기 배터리 모듈(10) 밖으로 내보낼 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 차단부재(130)를 포함하는 상기 셀 어셈블리(100)에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈(10)의 셀 어셈블리(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 셀 어셈블리(100)는, 써멀 배리어부재(150)를 포함할 수 있다.
상기 써멀 배리어부재(150)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(110) 사이에 배치될 수 있다. 상기 써멀 배리어부재(150)는, 상기 차단부재(130)와 함께 열적 이벤트 시 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)의 열, 가스나 화염 등으로부터 야기되는 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 열 전파를 차단할 수 있다.
상기 써멀 배리어부재(150)는, 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서, 상기 배터리 셀들(110)을 커버할 수 있는 크기로 마련될 수 있다.
상기 써멀 배리어부재(150)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 상기 차단부재(130)와 접촉될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 상기 차단부재(130)의 개방된 하부 및 후술하는 가이드 슬릿(135) 영역을 제외하고 상기 차단부재(130)와 상기 써멀 배리어부재(150)에 의해 둘러싸일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는, 상기 차단부재(130)와 상기 써멀 배리어부재(150)를 통해 열적 이벤트 시 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)과 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 열 전파를 보다 더 확실히 방지할 수 있다.
다시 도 1 내지 4를 참조하면, 상기 차단부재(130)의 일부분은 상기 버스바 어셈블리(300) 가까이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 차단부재(130)의 양단부가 상기 버스바 어셈블리(300) 가까이에 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(300)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 양측면(X축 방향)을 커버할 수 있다. 상기 차단부재(130)의 양단부는 상기 버스바 어셈블리(300)에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)에서 상기 버스바 어셈블리(300)의 인근 부분의 경우, 상기 버스바 어셈블리(300)와 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)과의 전기적인 연결로 인해 상기 열적 이벤트 발생 시 인접한 배터리 셀들(110) 측으로의 열 전파가 될 경우 연쇄 발화나 폭발 위험이 다른 부분보다 더 크다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 차단부재(130)의 양단부가 상기 버스바 어셈블리(300) 가까이에 배치됨으로써, 상기 열적 이벤트 시 상기 버스바 어셈블리(300) 인근 부분에서 야기될 수 있는 인접한 배터리 셀들(110) 측으로의 열 전파가 보다 더 효과적으로 차단될 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 플렉시블한 재질로 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 차단부재(130)는, 상기 배터리 셀들(110)과의 장착 편의성을 높일 수 있으며, 아울러 장착 시 주변 구성 부품과의 조립 공차 등을 흡수하거나 상쇄할 수 있다. 또한, 상기 차단부재(130)는, 소정의 신축성을 가질 수 있어, 상기 배터리 셀들(110) 측으로의 가해질 수 있는 외부 충격 등을 완충시킬 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 내화 소재를 포함할 수 있다. 예로써, 상기 차단부재(130)는, 글라스 파이버, 러버, 또는 실리콘 등으로 마련될 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 차단부재(130)는 플렉시블한 재질로서 내화 소재를 포함하는 기타 다른 소재로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 차단부재(130)는, 절연 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 차단부재(130)는, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)로부터 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 통전과 같은 전기적 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 차단부재(130)는, 방염 소재를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 차단부재(130)는, 상기 열적 이벤트 시 열 전파 차단이나 지연 효과를 높일 수 있는 내화, 절연 및 방염 소재 등을 포함하여 마련될 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 배터리 셀들(110)의 개수에 대응되는 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 차단부재들(130)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 일부분을 각각 커버할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 차단부재(130)가 상기 배터리 셀들(110)의 개수에 대응되는 복수 개로 마련되기에, 각각의 배터리 셀(110)에 대한 열 전파 차단이나 지연 및 하부 디렉셔널 벤팅 가이드를 복수 개의 배터리 셀들(110) 중 어느 배터리 셀(110)에나 균일하게 구현할 수 있다.
이하, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차단부재(130)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 5는 도 4의 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀(110)에 장착된 차단부재(130)의 모습을 나타내는 도면이며, 도 6은 도 5의 배터리 셀(110) 측으로의 차단부재(130)의 장착 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5, 도 6 및 앞선 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 차단부재(130)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 상단부 및 양측 테두리부를 커버할 수 있다. 따라서, 상기 차단부재(130)는, 상기 열적 이벤트 시, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 상측 및 양측 테두리부 측에서의 야기될 수 있는 인접한 배터리 셀(110) 측으로의 열 전파를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 상기 차단부재(130)는, 전술한 커버 구조를 통해 상기 열적 이벤트 시 발생한 화염이나 가스 등을 분출물의 이동 또한 배터리 셀들(110)의 하측 방향(-Z축 방향)으로 유도할 수 있다.
상기 차단부재(130)의 상기 배터리 셀들(110)의 양측 테두리부의 커버 구조를 자세히 살펴 보면 다음과 같다.
상기 차단부재(130)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 양측 테두리부의 전면부(+Y축 방향) 및 후면부(-Y축 방향)를 커버할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 양측 테두리부의 경우, 파우치형 이차 전지의 특징적인 형상에 따라, 전후 방향(Y축 방향) 또는 전후 방향(Y축 방향) 중 일 방향(+Y축 방향 또는 -Y축 방향)에서, 소정의 단차 공간을 갖게 된다. 이러한 단차 공간에는, 전술한 열적 이벤트 시 발생한 분출물 등이 대류 작용 등에 따라 유입되어 계류될 수 있다. 만약, 상기 단차 공간 내에서 상기 화염이나 가스 등의 분출물이 정체되거나 쌓이게 되면, 인접한 배터리 셀들(110) 측으로의 전파 위험이 커지는 것은 물론이며, 상기 모듈 케이스(200) 내부 압력을 급격히 상승시켜 상기 배터리 모듈(10)의 폭발 등의 더 큰 2차 피해가 발생할 가능성이 커질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 차단부재(130)는, 상기 배터리 셀들(110)의 양측 테두리부의 전후 방향(Y축 방향) 모두를 커버하므로, 상기 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 전체 단차 공간의 사이즈를 현저히 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 차단부재(130)를 통해 상기 단차 공간의 체적을 줄이므로, 상기 단차 공간 내로의 상기 화염이나 가스 등의 분출물의 유입량을 현저히 줄이거나 또는 방지할 수 있으며, 상기 단차 공간 내에서의 상기 화염이나 가스 등의 분출물의 계류 가능성, 또한, 현저히 낮출 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 벤팅부(215)는, 상기 모듈 케이스(200)의 저부에서 상기 단차 공간 가까이에 구비될 수 있다. 이는 상기 단차 공간 내의 상기 화염이나 가스 등의 분출물을 보다 더 신속하게 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보낼 수 있기 위함이다.
이하, 상기 파우치형 이차 전지로 마련되는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 각각, 전극 조립체(111), 전지 케이스(112) 및 한 쌍의 전극 리드(117)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(111)는, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전극 조립체(111)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 전지 케이스(112)는, 상기 전극 조립체(111)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 전지 케이스(112)는, 상기 전극 조립체(111)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 전지 케이스(112)는, 케이스 바디(113) 및 케이스 테라스(115)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 바디(113)는, 상기 전극 조립체(111) 및 후술하는 한 쌍의 전극 리드(117)의 일부분을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 케이스 바디(117)에는, 상기 전극 조립체(111) 및 한 쌍의 전극 리드(117)의 일부분을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 케이스 테라스(115)는, 상기 케이스 바디(113)의 양측부로부터 연장될 수 있다. 상기 케이스 테라스(115)는 상기 케이스 바디(113) 내부를 밀봉할 수 있게 열 융착 등을 통해 실링될 수 있다. 상기 케이스 테라스(115)는, 상기 케이스 바디(113) 내부의 상기 전극 조립체(111)의 부피 및 상기 실링 등으로 인해 상기 케이스 바디(113)의 양측부로부터 단차지게 연장되며, 상기 케이스 바디(113)로부터 소정의 단차를 갖게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 케이스 테라스(115)의 전방(+Y축 방향) 및 후방(-Y축 방향) 모두에서 소정의 단차 공간이 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드(117)는, 상기 전극 조립체(111)와 연결되며, 상기 전지 케이스(112)의 케이스 테라스(115)로부터 돌출되어 상기 버스바 어셈블리(300)와 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 한 쌍의 전극 리드(117)는, 상기 전지 케이스(112)의 케이스 테라스(115)의 양측(X축 방향)에서 각각 돌출될 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 케이스 바디(113)의 상단부(+Z축 방향), 상기 케이스 테라스(115)의 전면부(+Y축 방향) 및 후면부(-Y축 방향)를 커버할 수 있다. 따라서, 차단부재(130)는, 하부를 개방하고 있는 U자 형상으로 상기 배터리 셀(110)을 커버할 수 있다.
상기 케이스 바디(113)의 상단부(+Z축 방향)에는, 상기 케이스 테라스(115)와 연결되며, 상기 케이스 바디(113) 내부를 밀봉하기 위한 실링부(114)가 형성될 수 있다. 상기 실링부(114)는, 상기 배터리 셀(110)의 슬림화를 위해 적어도 1회 폴딩될 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 상기 실링부(114)를 커버할 수 있다. 상기 배터리 셀(110)의 이상 상황 시 상기 실링부(114) 측에서의 의도치 않은 개방이 있을 수 있으며, 이때, 상기 화염이나 가스 등의 분출물이 상기 실링부(114) 밖으로 유출될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 차단부재(130)가 상기 실링부(114)를 커버하기에, 상기 실링부(114) 개방에 따라 야기될 수 있는 화염이나 가스 등의 분출물을 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 각각, 셀 벤팅부(118)를 포함할 수 있다.
상기 셀 벤팅부(118)는, 상기 배터리 셀(110) 내부의 과열 등의 이상 상황 시 생성될 수 있는 가스나 화염 등을 내보내기 위한 것으로서, 상기 전지 케이스(112)의 일측에 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 셀 벤팅부(118)는, 상기 케이스 바디(113)의 저부(-Z축 방향) 양측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 셀 벤팅부(118)는, 소정 온도나 소정 압력 이상에서 용융되거나 또는 파단되어 상기 전지 케이스(112) 내부를 외부와 연통되게 개방시킬 수 있다.
상기 셀 벤팅부(118)는, 상기 전지 케이스(112)에 일체로 형성되며, 보다 더 신속한 용융이나 파단을 위해 상기 전지 케이스(112)의 다른 부분보다 상대적으로 얇은 두께로 마련될 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 셀 벤팅부(118)는 별도의 부재로서 상기 전지 케이스(112)에 마련되어 상기 열적 이벤트 시 상기 전지 케이스(112) 내부를 개방시킬 수 있는 구조로 마련되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 차단부재(130)에는, 상기 한 쌍의 전극 리드(117)와의 간섭을 방지할 수 있게 상기 한 쌍의 전극 리드(117)를 통과시키기 위한 가이드 슬릿(135)이 형성될 수 있다. 상기 가이드 슬릿(135)는, 상기 차단부재(130)의 양단부에 소정의 간극을 형성할 수 있게 마련될 수 있다. 상기 가이드 슬릿(135)은, 상기 한 쌍의 전극 리드(117)와 상기 버스바 어셈블리(300) 사이의 보다 용이한 전기적 연결을 가이드 할 수 있다.
이하, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차단부재(130)의 구조에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 7은 도 6의 차단부재(130)를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 차단부재(130)의 측면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 차단부재(130)는, 차단 커버(131) 및 차단 레그(136)를 포함할 수 있다.
상기 차단 커버(131)는, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 상단부(+Z축 방향)을 커버할 수 있게 소정 길이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 차단 커버(131)는, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 전지 케이스(112)의 케이스 바디(113)의 상단부 폭에 대응하여 적어도 같은 폭을 가질 수 있다.
상기 차단 레그(136)는, 상기 차단 커버(131)의 양단부로부터 하방(-Z축 방향)으로 절곡되어 연장 형성될 수 있다. 상기 차단 레그(136)는, 상기 차단 커버(131)와 일체로 형성되며, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 양측 테두리부를 전후 방향(Y축 방향)에서 커버할 수 있다.
이러한 상기 차단 레그(136)는, 제1 레그(137) 및 제2 레그(138)를 포함할 수 있다.
상기 제1 레그(137)는, 상기 차단 커버(131)의 양단 전방(+Y축 방향)에 소정 길이로 형성될 수 있다. 상기 제2 레그(138)는, 상기 전후 방향(Y축 방향)에서 상기 제1 레그(137)와 소정 거리 이격되며, 상기 차단 커버(131)의 양단 후방(-Y축 방향)에 소정 길이로 형성될 수 있다. 상기 전후 방향(Y축 방향)에서, 상기 제1 레그(137)와 상기 제2 레그(138) 사이의 이격에 따라, 앞선 가이드 슬릿(135)이 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단부재(170)를 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 도 9의 차단부재(170)의 측면도이다.
본 실시예에 따른 차단부재(170)는, 앞선 실시예의 상기 차단부재(130)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 차단부재(170)는, 차단 커버(171) 및 차단 레그(176)를 포함할 수 있다.
상기 차단 커버(171)는, 앞선 실시예의 상기 차단 커버(131)와 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 차단 레그(176)는, 제1 레그(177) 및 제2 레그(178)를 포함할 수 있다.
상기 제1 레그(177)의 두께(W1)는, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 상기 전지 케이스(112, 도 6 참조)의 상기 케이스 테라스(115, 도 6 참조)의 전방(+Y축 방향)에 형성되는 단차 공간에 대응될 수 있다. 예로써, 상기 제1 레그(177)의 두께(W1)는, 상기 케이스 테라스(115, 도 6 참조)의 전방(+Y축 방향)에 형성되는 단차 공간의 두께와 적어도 같게 형성될 수 있다.
상기 제2 레그(178)의 두께(W2)는, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 상기 전지 케이스(112, 도 6 참조)의 상기 케이스 테라스(115, 도 6 참조)의 후방(-Y축 방향)에 형성되는 단차 공간에 대응될 수 있다. 예로써, 상기 제2 레그(178)의 두께(W2)는, 상기 케이스 테라스(115, 도 6 참조)의 후방(-Y축 방향)에 형성되는 단차 공간의 두께와 적어도 같게 형성될 수 있다.
그리고, 이러한 상기 제1 레그(177)와 상기 제2 레그(178) 사이에 형성되는 상기 가이드 슬릿(175)은 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 전지 케이스(112)의 케이스 테라스(115)의 두께에 대응되는 두께를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차단부재(170)는, 상기 소정 두께(W1, W2)로 마련되는 상기 제1 레그(177) 및 상기 제2 레그(178)를 통해, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)의 상기 전지 케이스(112, 도 6 참조)의 상기 케이스 테라스(115, 도 6 참조)의 전후 방향(Y축 방향)의 단차 공간을 모두 상쇄시키므로, 상기 단차 공간 내에서 야기될 수 있는 화염이나 가스 등의 분출물의 유입이나 계류 등을 보다 더 확실히 차단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차단부재(180)를 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 11의 차단부재(180)의 측면도이다.
본 실시예에 따른 차단부재(180)는, 앞선 실시예의 상기 차단부재(130)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 차단부재(180)는, 차단 커버(181), 차단 레그(186) 및 코팅층(189)을 포함할 수 있다.
상기 차단 커버(181)는, 앞선 실시예의 상기 차단 커버(131)와 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 차단 레그(186)는, 제1 레그(187) 및 제2 레그(188)를 포함할 수 있다. 상기 제1 레그(187) 및 상기 제2 레그(188)는, 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 코팅층(189)은, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)에 상기 차단부재(180) 장착 시, 상기 배터리 셀(110)을 마주 하는 상기 차단부재(180)의 일면에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층(189)은, 상기 차단 커버(181)의 내면, 상기 제1 레그(187)의 내면 및 상기 제2 레그(188)의 내면에 마련될 수 있다. 이러한 상기 코팅층(189)는, 내화 및 방염 기능을 갖는 물질로 구비될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(110, 도 6 참조)을 마주 하는 상기 차단부재(180) 측에 마련된 상기 코팅층(189)을 통해 상기 배터리 셀(110)의 이상 상황에 따른 열적 이벤트 시, 열이나 화염, 가스 등의 차단이나 전파 지연 효과를 보다 더 높일 수 있다.
도 13은 도 1의 배터리 모듈(10)의 적어도 하나의 배터리 셀(110)의 이상 상황에 따른 열적 이벤트 시 화염이나 가스 등의 분출물의 디렉셔널 벤팅 경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 14는 도 12의 열적 이벤트 시 배터리 셀(110)의 화염이나 가스 등의 분출물의 디렉셔널 벤팅 경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 13의 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)의 열적 이벤트 시 차단부재(130)를 통한 열 전파 차단 및 디렉셔널 벤팅 가이드 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 적어도 하나의 배터리 셀(110)의 이상 상황에 따른 열적 이벤트 시 화염이나 가스 등의 분출물(G)이 발생할 수 있다.
상기 차단부재(130)는, 하부를 개방한 채 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110)의 상측부 및 양측 테두리부를 커버하므로, 상기 이상 상황의 배터리 셀(110)에서 분출된 화염이나 가스 등의 분출물(G)의 하측(-Z축 방향) 방향으로의 이동을 가이드 할 수 있다. 이후, 상기 화염이나 가스 등의 분출물(G)은, 상기 모듈 케이스(200)의 저부에 마련된 벤팅부(215)를 통해 상기 배터리 모듈(10)의 하부로 신속히 빠져나갈 수 있다.
상기 화염이나 가스 등의 분출물(G)의 배출 경로를 더 자세히 살펴 보면, 도 14에 도시된 바와 같이, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(110) 내부에서 발생한 화염이나 가스 등의 분출물(G)은, 상기 전지 케이스(112)의 케이스 바디(113)의 저부 양측에 구비되는 셀 벤팅부(118)를 통해 상기 배터리 셀(110) 밖으로 빠져나올 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 배터리 셀(110)의 저부 양측에 상기 셀 벤팅부(118)가 구비되며, 상기 셀 벤팅부(118) 가까이의 상기 모듈 케이스(200)의 저부 양측에 벤팅부(215)가 마련됨에 따라, 상기 화염이나 가스 등의 분출물(G)의 하부 벤팅 경로가 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 열적 이벤트 시 상기 배터리 모듈(10)의 하부 방향(-Z축 방향)으로의 디렉셔널 벤팅 속도를 보다 더 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차단부재(130)는, 상기 배터리 셀(110)의 상측부(+Z축 방향), 상기 배터리 셀(110)의 양단 테두리부의 전면부(+Y축 방향) 및 후면부(-Y축 방향)를 커버하므로, 상기 배터리 셀들(110)의 적층 방향(Y축 방향)에서 인접한 배터리 셀들(110) 측으로의 열 전파를 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 차단부재(130)가 상기 적층 방향(Y축 방향)에서 상기 배터리 셀들(110) 사이에 배치되는 상기 써멀 배리어부재(130)와 접촉되게 배치되므로, 인접한 배터리 셀들(110) 측으로의 열 전파 차단 신뢰성을 보다 더 높일 수 있다.
아울러, 인접한 배터리 셀들(110), 또한, 각각 상기 차단부재(130)에 의해 상측부(+Z축 방향), 양단 테두리부의 전면부(+Y축 방향) 및 후면부(-Y축 방향)가 덮여 있으므로, 열적 이벤트가 발생한 배터리 셀(110)에서 발생한 열, 화염이나 가스 등의 분출물(G) 전파를 보다 더 확실히 방지할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 모듈 케이스(200)는, 케이스 바디(210) 및 케이스 커버(230)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 베이스(210)는, 대략 U자 형상으로 마련되며, 상기 셀 어셈블리(100)의 저부 및 양측면을 지지할 수 있다. 이러한 상기 케이스 베이스(210)의 저부 양측에는, 전술한 벤팅부(215)가 구비될 수 있다. 상기 케이스 커버(230)는, 상기 케이스 베이스(210)와 결합되며, 상기 셀 어셈블리(110)의 상측을 커버할 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(300)는, 버스바 프레임(310), 버스바부재(320), 터미널부재(330) 및 버스바 커버(340)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임(310)은, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 버스바 프레임(310)은, 상기 셀 어셈블리(100)의 길이 방향(X축 방향)에 따른 양측에 구비될 수 있다.
이러한 상기 버스바 프레임(310)에는, 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(117)을 통과시키기 위한 리드 슬롯(312)이 형성될 수 있다. 이러한 상기 리드 슬롯(312)는, 상기 배터리 셀들(110)의 상기 전극 리드들(117)을 통과시켜 후술하는 버스바부재(320)와의 연결을 가이드 할 수 있다.
또한, 상기 버스바 프레임(310)에는, 상기 써멀 배리어부재들(150)의 단부를 수용하기 위한 배리어부재 수용부(315)가 형성될 수 있다. 상기 배리어부재 수용부(315)는, 상기 버스바 프레임(310)의 상기 셀 어셈블리(100)를 마주 하는 일면에 형성될 수 있다. 이러한 상기 배리어부재 수용부(315)는, 상기 써멀 배리어부재(150)의 단부를 삽입할 수 있는 수용홈으로 마련될 수 있다.
상기 버스바부재(320)는, 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(117)과 연결되며, 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 버스바부재들(320)은, 상기 버스바 프레임(310)에 장착될 수 있다.
상기 터미널부재(330)는, 상기 배터리 셀들(110)과 외부 전원 등을 연결하기 위한 것으로서, 상기 버스바 프레임(310)에 구비될 수 있다. 이러한 상기 터미널부재(330)는, 상기 외부 전원 등과의 연결을 위해, 상기 적어도 일부가 상기 배터리 모듈(10) 외부로 노출될 수 있다.
상기 버스바 커버(340)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 버스바 커버(340)는, 각각의 상기 버스바 프레임(310)을 덮을 수 있게 마련될 수 있다. 이러한 상기 버스바 커버(340)는, 상기 버스바 프레임(310) 밖으로의 화염이나 가스 등의 분출물의 유출을 차단할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 모듈(10)은, 엔드 플레이트(400)를 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트(400)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(400)는, 상기 버스바 어셈블리(300)을 커버하며, 상기 배터리 모듈(10)의 길이 방향(X축 방향) 양단부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(400)는, 상기 모듈 케이스(200)와 결합되어 상기 배터리 모듈(10)의 외관을 형성할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(10)은, 열전달부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 열전달부재(500)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 열전달부재(500)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상하측에 접촉 배치되며, 상기 모듈 케이스(200)의 내면에 접촉될 수 있다. 상기 셀 어셈블리(100)의 상측에 배치되는 열전달부재(500)는, 상기 케이스 커버(230)의 내면에 접촉되며, 상기 셀 어셈블리(100)의 하측에 배치되는 열전달부재(500)는 상기 케이스 베이스(210)의 내면에 접촉될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 열전달부재(500)는, 상기 셀 어셈블리(100)에서 발생한 열을 상기 모듈 케이스(200) 측으로 전달하여 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 성능을 높일 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)을 설명하기 위한 도면이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)를 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 상기 배터리 모듈(10) 및 상기 배터리 모듈(10)을 수용하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은, 상기 배터리 모듈(10)을 제어하는 BMS 등의 전장 부품이나 상기 배터리 모듈(10)의 냉각을 위한 히트 싱크 등의 냉각 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(1)의 여러 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 전류 센서, 퓨즈 및 서비스 플러그 등의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 이러한 배터리 팩(1) 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 에너지 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1) 및 상기 자동차(V)는, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 상기 배터리 팩(1) 및 상기 자동차(V) 단위에서도, 전술한 열적 이벤트에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 열적 이벤트에 대한 안전성을 개선할 수 있는 배터리 모듈(10) 및 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스와 결합되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리를 포함하며,
    상기 셀 어셈블리는,
    적어도 하나의 배터리 셀의 열적 이벤트 시 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 인접한 배터리 셀 측으로의 열 전파를 차단할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들의 일부분을 커버하도록 구성된 차단부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열적 이벤트 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀에서 분출된 분출물을 특정 방향으로 유도 분출되게 가이드하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 저부에는, 상기 분출물을 내보내기 위한 적어도 하나의 벤팅부가 구비되며,
    상기 차단부재는,
    상기 분출물을 상기 모듈 케이스의 상기 벤팅부 측으로 유도 분출할 수 있게 개방된 하부를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이에 배치되는 써멀 배리어부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 써멀 배리어부재는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 차단부재와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재의 양단부는,
    상기 버스바 어셈블리에 가까이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측면을 커버하며,
    상기 차단부재의 양단부는,
    상기 버스바 어셈블리에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는,
    플렉시블한 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 상단부 및 양측 테두리부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차단부재는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측 테두리부의 전면부 및 후면부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들은, 각각,
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스 바디와 상기 케이스 바디의 양측부로부터 단차지게 연장되는 케이스 테라스를 포함하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 조립체와 연결되며, 상기 전지 케이스의 케이스 테라스로부터 돌출되어 상기 버스바 어셈블리와 연결되는 한 쌍의 전극 리드를 포함하며,
    상기 차단부재는,
    상기 케이스 바디의 상단부, 상기 케이스 테라스의 전면부 및 후면부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 케이스 바디의 상단부에는,
    상기 케이스 테라스와 연결되며, 상기 케이스 바디 내부를 밀봉하기 위한 실링부가 형성되며,
    상기 차단부재는,
    상기 실링부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 차단부재에는,
    상기 한 쌍의 전극 리드와의 간섭을 방지할 수 있게 상기 한 쌍의 전극 리드를 통과시키기 위한 가이드 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 배터리 팩에 있어서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 자동차에 있어서,
    제14항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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