WO2024219702A2 - 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2024219702A2
WO2024219702A2 PCT/KR2024/004077 KR2024004077W WO2024219702A2 WO 2024219702 A2 WO2024219702 A2 WO 2024219702A2 KR 2024004077 W KR2024004077 W KR 2024004077W WO 2024219702 A2 WO2024219702 A2 WO 2024219702A2
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battery module
cover
venting hole
battery
present
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고윤오
박진주
윤영일
정혜미
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module.
  • lithium secondary batteries are receiving attention due to their advantages such as the fact that they have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, are free to charge and discharge, have a very low self-discharge rate, and have high energy density.
  • the lithium secondary battery mainly use lithium oxide and carbon material as positive and negative active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery comprises an electrode assembly in which positive and negative plates, each coated with the positive and negative active materials, are arranged with a separator between them, and an outer material, i.e., a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the outer packaging material.
  • secondary batteries are widely used for driving or energy storage in not only small devices such as portable electronic devices but also medium and large devices such as electric vehicles and energy storage systems (ESS).
  • ESS electric vehicles and energy storage systems
  • a plurality of these secondary batteries can be electrically connected and stored together inside a module case to form a single battery module.
  • each secondary battery included in a single battery module can be referred to as a battery cell.
  • a plurality of these battery modules can be connected to form a single battery pack.
  • a battery pack includes a plurality of battery modules and each battery module includes a plurality of battery cells, it may be vulnerable to a thermal chain reaction between battery modules or between battery cells. For example, if an event such as thermal runaway occurs within a single battery module, the thermal runaway needs to be prevented from propagating to other battery modules or other battery cells. If the propagation of thermal runaway between battery modules or battery cells is not properly prevented, an event occurring in a specific battery module or battery cell may cause a chain reaction of thermal reactions in other battery modules or other battery cells, which may cause an explosion or fire or may enlarge the scale thereof.
  • gas or flames may be randomly discharged to the outside. At this time, if the discharge of gas or flames is not properly controlled, gas or flames may be discharged toward other battery modules, which may cause a thermal chain reaction in the other battery modules.
  • a module terminal may exist on the front side of the battery module, and a configuration, such as a module bus bar, may exist for electrical connection with other battery modules or battery packs. Accordingly, if flames are discharged to the front side of the battery module, the module terminals may be damaged and an electrical short may occur within the battery pack.
  • the discharged flames may be directed to other battery modules, easily causing a fire to spread between battery modules.
  • a sudden voltage drop in the battery module or battery pack may occur. This may cause a sudden shutdown of the device equipped with the battery module or battery pack, resulting in unexpected damage. For example, if a voltage drop in the battery pack occurs suddenly while an electric vehicle is in operation, there is no time to move the electric vehicle to a safe location.
  • an object of the present invention is to provide a battery module having an improved structure so as to appropriately control the emission of flames and the like generated inside the battery module, and a battery pack and automobile including the same.
  • a battery module may include: a case providing a space therein and having a first venting hole on an upper surface; a plurality of battery cells positioned inside the case; a first cover covering an upper surface of the case and having a second venting hole facing the first venting hole; and a second cover covering the first cover and having a dividing line facing the second venting hole.
  • the separating line may be configured to be separable from the battery cell when a thermal event occurs.
  • the separation line may extend along the perimeter of the second venting hole.
  • the first cover may include a bridge that partitions the second venting hole.
  • the bridge can support the second cover.
  • the second venting hole may be composed of a plurality of holes.
  • the second cover may have a thicker thickness than the first cover.
  • the above separation line can form a separation area.
  • the size of the second venting hole may be formed smaller than the size of the separation region.
  • the separation region may be formed to be larger than the size of the first venting hole.
  • first venting hole may be provided in multiple numbers.
  • the first venting hole may face at least a portion of the plurality of battery cells.
  • the first cover may include a mica material.
  • the second cover may include a mica material.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above-described purpose includes a battery module according to the present invention.
  • a vehicle includes a battery module according to the present invention.
  • the discharge of such gas or flame can be appropriately controlled.
  • the electrical safety of a battery module can be improved.
  • thermal events caused by flames or gases external to the battery module can be suppressed.
  • FIG. 1 is a drawing showing a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a drawing showing a part of the battery module of Fig. 1 in isolation.
  • Figure 3 is a drawing showing a part of the battery assembly of Figure 2 in isolation.
  • Fig. 4 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line A-A' of Fig. 1.
  • Figure 5 is a drawing showing the configuration of Figure 4 when a thermal event occurs inside the battery module.
  • Figure 6 is a drawing showing the configuration of Figure 4 when a thermal event occurs outside the battery module.
  • Figure 7 is a drawing showing a modified embodiment of Figure 4.
  • Fig. 8 is a drawing showing a modified example of the first cover of Fig. 2.
  • FIG. 9 is a drawing showing another modified embodiment of the first cover of FIG. 2.
  • FIG. 10 is a drawing showing another modified embodiment of the first cover of FIG. 2.
  • FIG. 1 is a drawing showing a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a drawing showing a part of the battery module of FIG. 1 in isolation.
  • FIG. 3 is a drawing showing a part of the battery assembly of FIG. 2 in isolation.
  • a battery module may include a case (110), a plurality of battery cells (120), a first cover (200), and a second cover (300).
  • the case (110) may have a rectangular hexahedron shape.
  • the case (110) may also be referred to as a frame (110).
  • the case (110) may provide a space inside.
  • the case (110) may have an upper surface, a lower surface, and a pair of side surfaces.
  • the case (110) may have a shape in which the front and the back are open.
  • the case (110) may have a first venting hole (111) on the upper surface.
  • the first venting hole (111) may connect the inside and the outside of the case (110).
  • a plurality of battery cells (120) may be stacked in the left-right direction or the Y-axis direction.
  • the battery cell (120) may mean a secondary battery.
  • the secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, an electrode lead (121), and a battery case.
  • the battery cell (120) may be a pouch-type secondary battery.
  • Each battery cell (120) may extend along the front-back direction or the X-axis direction.
  • the electrode lead (121) may protrude to the front and rear of each battery cell (120).
  • the compression pad (150) may be placed between a plurality of battery cells (120).
  • the compression pad (150) may be placed between at least some of the battery cells (120) and/or on the outside of the stack.
  • the compression pad (150) may be configured to be placed between every four battery cells (120) stacked in the left-right direction.
  • the compression pad (150) may be provided with an elastic material to enable swelling absorption of the battery cell (120).
  • the compression pad (150) may be composed of a foam material such as polyurethane.
  • the compression pad (150) may be provided with a material capable of blocking heat or flame.
  • the compression pad (150) may be provided with an insulating or fireproof material such as silicone or mica.
  • a busbar frame assembly (130) may be provided at the front and rear of each of a plurality of battery cells (120).
  • the busbar frame assembly (130) may be electrically connected to electrode leads (121) of the plurality of battery cells (120).
  • a pair of end covers (140) can be respectively coupled to the front and rear of the case (110).
  • a pair of end covers (140) can cover the front and rear of the case (110).
  • the end covers (140) can have a square shape.
  • the first cover (200) can cover the upper surface of the case (110). And the first cover (200) can have a second venting hole (211) facing the first venting hole (111). The first venting hole (111) and the second venting hole (211) can face each other. In addition, the first venting hole (111) and the second venting hole (211) can have very similar sizes.
  • the first cover (200) can be attached, fixed, coupled, or fastened to the upper surface of the case (110).
  • the first cover (200) can include a first top part (210) and a pair of first side parts (220). The first top part (210) and the pair of first side parts (220) can each have a plate shape.
  • first top part (210) and the pair of first side parts (220) may be formed integrally.
  • the first top part (210) may be attached, fixed, coupled or fastened to the upper surface of the case (110).
  • the pair of first side parts (220) may be attached, fixed, coupled or fastened to a pair of side surfaces of the case (110), respectively.
  • the second cover (300) can cover the first cover (200). And the second cover (300) can have a dividing line (311, score line) facing the second venting hole (211).
  • the second cover (300) can include a second top part (310) and a pair of second side parts (320).
  • the second top part (310) and the pair of second side parts (320) can each have a plate shape.
  • the second top part (310) and the pair of second side parts (320) can be formed integrally.
  • the second top part (310) can be attached, fixed, coupled or fastened to the upper surface of the first top part (210).
  • the pair of second side parts (320) can be attached, fixed, coupled or fastened to the pair of first side parts (220), respectively.
  • the score line (311) may be used as a term that includes and collectively refers to a perforated line (311), a notching line (311), a cutting line (311), a shredding line (311), a tear line (311), or a separation line (311).
  • the separation line (311) may be configured to be easily separated by pressure applied to the second cover (300).
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • the venting gas can pass through the first venting hole (111) and the second venting hole (211) to pressurize the second cover (300).
  • the venting gas can push the separation line (311) to separate at least a part of the second cover (300) or form a hole.
  • the inside and the outside of the battery module can be connected, and the venting gas can be discharged to the outside of the battery module.
  • the second cover (300) can prevent or block high-temperature gas or flammable particles generated from the outside of the battery module from flowing into the inside of the case (110). As a result, the thermal event can be blocked from being transmitted to the battery cell (120) inside the case (110).
  • a separation line (311) of a battery module may be configured to be separated from a battery cell (120) when a thermal event occurs.
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • a separation line (311) of a battery module may extend along the perimeter of the second venting hole (211).
  • the separation line (311) may be formed inside an area facing the second venting hole (211).
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • the separation line (311) can be easily separated. As a result, the discharge of venting gas can be facilitated.
  • a separation line (311) of a battery module may form a separation area (312).
  • the separation area (312) may be an area surrounded by the separation line (311).
  • a first cover (200) of a battery module may include a bridge (212).
  • the bridge (212) may divide a second venting hole (211) into a plurality of holes (211a).
  • the bridge (212) may be formed integrally with the first cover (200).
  • the bridge (212) may be positioned between a plurality of holes (211a) forming the second venting hole (211).
  • the bridge (212) may face the first venting hole (111).
  • the bridge (212) may be in contact with the second cover (300).
  • the bridge (212) can improve the rigidity of the first cover (200).
  • the bridge (212) can stably support the second cover (300). Accordingly, the bridge (212) can prevent the separation line (311) of the second cover (300) from being easily separated by high-temperature gas or ignitable particles generated from the outside of the battery module.
  • the separation line (311) can prevent the separation line (311) of the second cover (300) from being easily separated when a thermal event occurs inside the battery module.
  • the battery module according to one embodiment of the present invention may have a plurality of first venting holes (111).
  • the second venting holes (211) may be provided in plurality and positioned to correspond one-to-one with the first venting holes (111).
  • the dividing lines (311) may be provided in plurality and positioned to correspond one-to-one with the second venting holes (211).
  • the thermal safety of the battery module can be improved. Venting gas generated inside the battery module can be smoothly discharged to the outside.
  • FIG. 4 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line A-A' of FIG. 1.
  • the first venting hole (111) may face at least a portion of a plurality of battery cells (120).
  • the first venting hole (111) may face at least a portion of the upper surfaces of the plurality of battery cells (120).
  • the second venting hole (211) may face at least a portion of the plurality of battery cells (120). Alternatively, the second venting hole (211) may face at least a portion of the upper surface of the plurality of battery cells (120).
  • the second cover (300) or the separation area (312) may face at least a portion of the plurality of battery cells (120).
  • the second cover (300) or the separation area (312) may face at least a portion of the upper surfaces of the plurality of battery cells (120).
  • venting gas can be discharged from the upper side or upper surface of the battery cell (120). And, the venting gas can be discharged to the outside of the battery module through the first venting hole (111), the second venting hole (211), and the separation region (312).
  • the first cover (200) may include a heat-resistant material.
  • the first cover (200) may include a ceramic material such as mica.
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • the first cover (200) can stably maintain its shape even when exposed to high-temperature gas due to a thermal event.
  • the second cover (300) may include a heat-resistant material.
  • the second cover (300) may include a ceramic material such as mica.
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • the second cover (300) can stably maintain its shape even when exposed to high-temperature gas due to a thermal event.
  • the second cover (300) of the battery module may have a thicker thickness than the first cover (200).
  • the second cover (300) may have a higher hardness than the first cover (200).
  • the battery module can have higher heat resistance against flames or high-temperature gases generated from the outside.
  • the hardness of the second cover (300) When the hardness of the second cover (300) is low, when venting gas is discharged from inside the battery module, the combined state of the second cover (300) and the first cover (200) or the case (110) may not be maintained. As a result, a gap may be formed between the second cover (300) and the first cover (200) or between the second cover (300) and the case (110). Then, high-temperature gas may be trapped in the gap, which may deteriorate the thermal stability of the battery module.
  • the second cover (300) since the second cover (300) has high hardness, it can maintain a stable bonding state to the first cover (200) or the case (110) when venting gas is discharged from inside the battery module.
  • an adhesive member may be placed between the first cover (200) and the case (110) of the battery module according to one embodiment of the present invention.
  • an adhesive member may be placed between the first cover (200) and the second cover (300).
  • an insulating film may be placed between the first cover (200) and the case (110).
  • the insulating film may be made of an electrically insulating material such as plastic.
  • the insulating film may be made of a polyurethane material.
  • the insulating film may be adhered to the case (110) and/or the first cover (200).
  • the insulating film may have an adhesive applied to both sides thereof to adhere the case (110) and the first cover (200).
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of FIG. 4 when a thermal event occurs inside the battery module.
  • a separation region (312) of a battery module according to an embodiment of the present invention may be separated from a second cover (300) when a thermal event occurs.
  • the separation region (312) may be separated along a separation line (311).
  • a third venting hole (313) may be formed in the second cover (300).
  • the third venting hole (313) may face the first venting hole (111) and the second venting hole (211).
  • the third venting hole (313) may be communicated with the first venting hole (111) and the second venting hole (211).
  • the venting gas (g) can be discharged to the outside of the battery module by sequentially passing through the first venting hole (111), the second venting hole (211), and the third venting hole (313).
  • FIG. 6 is a drawing showing the configuration of FIG. 4 when a thermal event occurs outside the battery module.
  • the bridge (212) of the battery module may support the second cover (300).
  • the bridge (212) may support the separation area (312).
  • the separation area (312) may be pressurized by a flame, ignitable particles, or venting gas (g) generated from the outside of the battery module.
  • the bridge (212) may prevent the separation area (312) from being separated from the second cover (300) by contacting or supporting the lower surface of the separation area (312).
  • the thermal safety of the battery module can be improved.
  • the second cover (300) can prevent flame or venting gas from flowing into the interior of the case (110) from the outside. As a result, heat transmission into the interior of the battery module can be blocked.
  • FIG. 7 is a drawing showing a modified embodiment of FIG. 4.
  • the size of the second venting hole (211) of the battery module according to one embodiment of the present invention may be formed smaller than the size of the separation region (312).
  • the diameter (D1) of the second venting hole (211) may be formed smaller than the diameter (D2) of the separation region (312).
  • the diameter (D1) of the first venting hole (111) may be formed smaller than the diameter (D2) of the separation region (312).
  • the diameters (D1) of the first venting hole (111) and the second venting hole (211) may be formed to be substantially the same.
  • the separation area (312) may be formed to be larger than the size of the first venting hole (111). Additionally, the separation area (312) may be formed to be larger than the size of the second venting hole (211).
  • the area of the bridge (212a) supporting the second cover (300) can be increased.
  • the bridge (212a) can support the second cover (300) more stably.
  • FIG. 9 is a drawing showing another modified embodiment of the first cover (200) of FIG. 2.
  • the second venting hole (211) of the battery module according to one embodiment of the present invention may be provided in multiple numbers. And each second venting hole (211) may be composed of multiple holes (211c).
  • the bridges (212b) that partition the second venting hole (211) may be provided in multiple numbers.
  • the bridges (212b) may be composed of a pair of opposing ones.
  • the second venting hole (211) may be partitioned into three holes (211c).
  • the area of the bridge (212b) supporting the second cover (300) can be increased.
  • the bridge (212b) can support the second cover (300) more stably.
  • FIG. 11 is a drawing showing another modified embodiment of the first cover (200) of FIG. 2.
  • a plurality of second venting holes (211) of a battery module may be provided.
  • each second venting hole (211) may be composed of a plurality of holes (211e).
  • the plurality of holes (211e) constituting the second venting hole (211) may be located in an opposing region (213).
  • the opposing region (213) may be an region facing a separation region (312).
  • the opposing region (213) and the separation region (312) may have substantially the same size and substantially the same shape.
  • a portion that divides the second venting hole (211) into a plurality of holes (211e) may be called a bridge (212d).
  • the bridge (212d) can divide the second venting hole (211) into six holes (211e).
  • the plurality of holes (211e) can form a honeycomb structure.
  • the area of the bridge (212d) supporting the second cover (300) can be increased.
  • the bridge (212d) can support the second cover (300) more stably.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention may be configured to have a pack housing, and to include a plurality of battery modules according to the present invention inside the pack housing. At this time, when the battery module according to the present invention is accommodated, the effect of preventing heat transmission between battery modules is excellent in an emergency situation such as thermal runaway, and sufficient time for the user, etc. to respond or escape can be secured.
  • the battery pack according to the present invention may further include various components other than the battery module, such as various battery pack components known at the time of application of the present invention, such as a BMS, a bus bar, a relay, a current sensor, etc.
  • various battery pack components known at the time of application of the present invention, such as a BMS, a bus bar, a relay, a current sensor, etc.
  • the battery module according to the present invention can be applied to automobiles such as electric automobiles or hybrid automobiles. That is, the automobile according to the present invention can include the battery module according to the present invention or the battery pack according to the present invention. In addition, the automobile according to the present invention can further include various other components included in the automobile in addition to the battery module or the battery pack. For example, the automobile according to the present invention can further include a body, a motor, a control device such as an ECU (electronic control unit), etc. in addition to the battery module according to the present invention.
  • ECU electronic control unit

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Abstract

배터리 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 내부에 공간을 제공하고 상면에 제1 벤팅 홀을 구비하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하는 복수의 배터리 셀; 상기 케이스의 상면을 커버하고, 상기 제1 벤팅 홀을 마주하는 제2 벤팅 홀을 구비하는 제1 커버; 그리고, 상기 제1 커버를 커버하고, 상기 제2 벤팅 홀을 마주하는 분리선을 구비하는 제2 커버를 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2023년 4월 18일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0051028호 및 2024년 2월 23일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0026771호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
스마트폰이나 태블릿 PC, 스마트 워치와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 크게 증대되고, 전기 자동차가 점차 널리 보급되면서, 이에 탑재되는 배터리, 특히 반복적인 충방전이 가능한 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. 이때, 하나의 배터리 모듈에 포함된 각각의 이차 전지를 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되고, 각각의 배터리 모듈에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 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 모듈이나 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열폭주 전파가 제대로 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈이나 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀의 연쇄적인 열적 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으키거나 그 규모를 크게 할 우려가 있다.
특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 가스나 화염 등이 외부로 랜덤하게 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 우려가 있다. 특히, 배터리 모듈의 전방 측으로는 모듈 단자가 존재하여 다른 배터리 모듈 내지 배터리 팩과 전기적으로 연결되기 위한 구성, 이를테면 모듈 버스바 등이 존재할 수 있다. 따라서, 만일 이러한 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배터리 팩 내에서 모듈 단자를 파손시키고 전기적인 쇼트(short)를 일으킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 전방 측으로는, 다른 배터리 모듈이 존재할 수 있으므로, 특정 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배출된 화염이 다른 배터리 모듈로 향하게 되어, 배터리 모듈 간 화재 확산이 일어나기 쉽다.
배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 전파가 일어나는 것을 제대로 제어하지 못하면, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 전압 강하가 급격하게 일어날 수 있다. 그리고 이는, 배터리 모듈이나 배터리 팩이 장착된 장치의 갑작스런 중단을 가져와 예기치 못한 피해를 입힐 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 운행 중 배터리 팩의 전압 강하가 갑자기 발생하면, 전기 자동차를 안전한 장소에 이동시킬만한 시간을 확보할 수가 없다.
뿐만 아니라, 배터리 모듈이나 배터리 셀 간 열적 전파를 제대로 제어하지 못해 화재나 폭발이 갑작스럽게 발생하면, 사용자에 대하여 인명 피해를 입힐 가능성이 높다. 예를 들어, 전기 자동차에서 열 폭주 등이 발생하는 경우, 본격적인 화재로 진행되기까지 일정 수준 이상의 시간을 확보하지 못하면, 탑승자가 안전하게 탈출하지 못할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 발생된 화염 등의 배출을 적절하게 제어할 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 실시 예에 따른 배터리 모듈은, 내부에 공간을 제공하고 상면에 제1 벤팅 홀을 구비하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하는 복수의 배터리 셀; 상기 케이스의 상면을 커버하고, 상기 제1 벤팅 홀을 마주하는 제2 벤팅 홀을 구비하는 제1 커버; 그리고, 상기 제1 커버를 커버하고, 상기 제2 벤팅 홀을 마주하는 분리선을 구비하는 제2 커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리선은, 상기 배터리 셀로부터 열적 이벤트 발생 시, 분리 가능하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 분리선은, 상기 제2 벤팅 홀의 둘레를 따라 연장될 수 있다.
또한, 상기 제1 커버는, 상기 제2 벤팅 홀을 구획하는 브릿지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 브릿지는, 상기 제2 커버를 지지할 수 있다.
또한, 상기 제2 벤팅 홀은, 복수의 홀로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 커버는, 상기 제1 커버보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 분리선은, 분리 영역을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2 벤팅 홀의 크기는, 상기 분리 영역의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 분리 영역은, 상기 제1 벤팅 홀의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 벤팅 홀은, 복수로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 벤팅 홀은, 상기 복수의 배터리 셀의 적어도 일부를 마주할 수 있다.
또한, 상기 제1 커버는, 마이카 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 커버는, 마이카 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 가스나 화염 발생 시, 이러한 가스나 화염의 배출이 적절하게 제어될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 배터리 모듈의 전기적 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 열 전파가 억제될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 배터리 모듈의 외부의 화염이나 가스로 인해 열적 이벤트가 전달되는 것이 억제될 수 있다.
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 실시 예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 어셈블리의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트 발생 시 도 4의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 배터리 모듈의 외부에서 열적 이벤트 발생 시 도 4의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2의 제1 커버의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 2의 제1 커버의 다른 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 2의 제1 커버의 또 다른 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 2의 제1 커버의 또 다른 변형 실시 예를 나타낸 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 배터리 어셈블리의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 케이스(110), 복수의 배터리 셀(120), 제1 커버(200) 및 제2 커버(300)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 케이스(110)는 프레임(110)이라고 칭할 수 도 있다. 케이스(110)는 내부에 공간을 제공할 수 있다. 케이스(110)는 상면, 하면, 그리고 한 쌍의 측면을 구비할 수 있다. 또한, 케이스(110)는 전면과 후면이 개방된 형상일 수 있다. 케이스(110)는 상면에 제1 벤팅 홀(111)을 구비할 수 있다. 제1 벤팅 홀(111)은 케이스(110)의 내부와 외부를 연통시킬 수 있다.
복수의 배터리 셀(120)은 좌우 방향 또는 Y축 방향으로 적층될 수 있다. 이 때, 배터리 셀(120)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는 전극 조립체, 전해질, 전극 리드(121) 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 배터리 셀(120)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 각각의 배터리 셀(120)은 전후 방향 또는 X축 방향을 따라 연장될 수 있다. 전극 리드(121)는 각각의 배터리 셀(120)의 전방과 후방으로 돌출될 수 있다.
압축 패드(150)는 복수의 배터리 셀(120)의 사이에 배치될 수 있다. 압축 패드(150)는 적어도 일부 배터리 셀(120) 사이 및/또는 적층체 외곽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(150)는 좌우 방향으로 적층된 4개의 배터리 셀(120)마다 사이에 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 압축 패드(150)는 배터리 셀(120)의 스웰링 흡수가 가능하도록 탄성체 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(150)는 폴리 우레탄 등 폼 재질로 구성될 수 있다. 또는, 압축 패드(150)는 열이나 화염 등의 차단이 가능한 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(150)는 실리콘이나 마이카와 같은 단열 내지 방화 재질을 구비할 수 있다.
버스바 프레임 어셈블리(130)는 복수의 배터리 셀(120)의 전방과 후방에 각각 구비될 수 있다. 버스바 프레임 어셈블리(130)는 복수의 배터리 셀(120)의 전극 리드(121)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한 쌍의 엔드 커버(140)는 케이스(110)의 전방과 후방에 각각 결합될 수 있다. 한 쌍의 엔드 커버(140)는 케이스(110)의 전면과 후면을 커버할 수 있다. 엔드 커버(140)는 사각 형상을 가질 수 있다.
제1 커버(200)는 케이스(110)의 상면을 커버할 수 있다. 그리고 제1 커버(200)는 제1 벤팅 홀(111)을 마주하는 제2 벤팅 홀(211)을 구비할 수 있다. 제1 벤팅 홀(111)과 제2 벤팅 홀(211)은 마주할 수 있다. 또한, 제1 벤팅 홀(111)과 제2 벤팅 홀(211)은 매우 유사한 크기를 가질 수 있다. 제1 커버(200)는 케이스(110)의 상면에 부착, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다. 또한, 제1 커버(200)는 제1 탑 파트(210)와 한 쌍의 제1 사이드 파트(220)를 포함할 수 있다. 제1 탑 파트(210)와 한 쌍의 제1 사이드 파트(220)는 각각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 탑 파트(210)와 한 쌍의 제1 사이드 파트(220)는 일체로 형성될 수 있다. 제1 탑 파트(210)는 케이스(110)의 상면에 부착, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다. 한 쌍의 제1 사이드 파트(220)는 케이스(110)의 한 쌍의 측면에 각각 부착, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다.
제2 커버(300)는 제1 커버(200)를 커버할 수 있다. 그리고 제2 커버(300)는 제2 벤팅 홀(211)을 마주하는 분리선(311, score line)을 구비할 수 있다. 제2 커버(300)는 제2 탑 파트(310)와 한 쌍의 제2 사이드 파트(320)를 포함할 수 있다. 제2 탑 파트(310)와 한 쌍의 제2 사이드 파트(320)는 각각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또한, 제2 탑 파트(310)와 한 쌍의 제2 사이드 파트(320)는 일체로 형성될 수 있다. 제2 탑 파트(310)는 제1 탑 파트(210)의 상면에 부착, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다. 한 쌍의 제2 사이드 파트(320)는 한 쌍의 제1 사이드 파트(220)에 각각 부착, 고정, 결합 또는 체결될 수 있다.
분리선(311, score line)은 파절선(311, perforated line), 노칭선(311, notching line), 절단선(311, cutting line), 파쇄선(311, shredding line), 찢어짐선(311, tear line) 또는 분리선(311, separation line)을 포함 및 통칭하는 용어로 쓰일 수 있다. 분리선(311)은 제2 커버(300)에 가해지는 압력에 의해 쉽게 분리되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트가 발생한 경우 벤팅 가스가 제1 벤팅 홀(111) 및 제2 벤팅 홀(211)을 통과하여 제2 커버(300)를 가압할 수 있다. 벤팅 가스는 분리선(311)을 밀어내어 제2 커버(300)의 적어도 일부를 분리시키거나 홀을 형성할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 내부와 외부가 연통될 수 있고, 벤팅 가스가 배터리 모듈의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 커버(300)는 배터리 모듈의 외부로부터 발생한 고온의 가스 또는 발화성 입자가 케이스(110)의 내부로 유입되는 것을 방지 또는 차단할 수 있다. 이로 인해, 케이스(110) 내부의 배터리 셀(120)로 열적 이벤트가 전파되는 것이 차단될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분리선(311)은 배터리 셀(120)로부터 열적 이벤트 발생 시, 분리 가능하게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분리선(311)은 제2 벤팅 홀(211)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 또는, 분리선(311)은 제2 벤팅 홀(211)을 마주하는 영역의 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트 발생 시, 분리선(311)의 분리가 용이해질 수 있다. 이로 인해, 벤팅 가스의 배출이 원활해질 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분리선(311)은 분리 영역(312)을 형성할 수 있다. 분리 영역(312)은 분리선(311)으로 둘러싸인 영역일 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트 발생 시, 분리선(311)이 형성하는 분리 영역(312)은 제2 커버(300)로부터 완전히 분리될 수 있다. 이로 인해, 이로 인해, 벤팅 가스의 배출이 원활해질 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제1 커버(200)는 브릿지(212)를 포함할 수 있다. 브릿지(212)는 제2 벤팅 홀(211)을 복수의 홀(211a)로 구획할 수 있다. 브릿지(212)는 제1 커버(200)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 브릿지(212)는 제2 벤팅 홀(211)을 구성하는 복수의 홀(211a)의 사이에 위치할 수 있다. 브릿지(212)는 제1 벤팅 홀(111)을 마주할 수 있다. 또한, 브릿지(212)는 제2 커버(300)와 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 브릿지(212)는 제1 커버(200)의 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 브릿지(212)는 제2 커버(300)를 안정적으로 지지할 수 있다. 이로 인해, 브릿지(212)는 배터리 모듈의 외부로부터 발생한 고온의 가스 또는 발화성 입자에 의해 제2 커버(300)의 분리선(311)이 쉽게 분리되지 않도록 할 수 있다. 반면, 분리선(311)은 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트가 발생한 경우 제2 커버(300)의 분리선(311)이 쉽게 분리되는 것을 방해하지 않을 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제1 벤팅 홀(111)은 복수로 구비될 수 있다. 또한, 제2 벤팅 홀(211)을 복수로 구비되고 제1 벤팅 홀(111)과 일대일 대응되도록 위치할 수 있다. 또한, 분리선(311)은 복수로 구비되고 제2 벤팅 홀(211)과 일대일 대응되도록 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 배터리 모듈의 내부에서 발생한 벤팅 가스는 원활히 외부로 배출될 수 있다.
도 4는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 벤팅 홀(111)은 복수의 배터리 셀(120)의 적어도 일부를 마주할 수 있다. 또는, 제1 벤팅 홀(111)은 복수의 배터리 셀(120)의 상면의 적어도 일부를 마주할 수 있다.
또한, 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 배터리 셀(120)의 적어도 일부를 마주할 수 있다. 또는, 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 배터리 셀(120)의 상면의 적어도 일부를 마주할 수 있다.
또한, 제2 커버(300) 또는 분리 영역(312)은 복수의 배터리 셀(120)의 적어도 일부를 마주할 수 있다. 또는, 제2 커버(300) 또는 분리 영역(312)은 복수의 배터리 셀(120)의 상면의 적어도 일부를 마주할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 열적 이벤트 발생 시, 배터리 셀(120)의 상측 또는 상면에서 벤팅 가스가 배출될 수 있다. 그리고, 벤팅 가스는 제1 벤팅 홀(111), 제2 벤팅 홀(211) 및 분리 영역(312)을 통해 배터리 모듈의 외부로 배출될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 커버(200)는 내열성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 커버(200)는 마이카(mica)와 같은 세라믹 재질을 구비할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 제1 커버(200)는 열적 이벤트 발생으로 인해 고온의 가스에 노출되더라도 안정적으로 형태를 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 커버(300)는 내열성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 커버(300)는 마이카(mica)와 같은 세라믹 재질을 구비할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 제2 커버(300)는 열적 이벤트 발생으로 인해 고온의 가스에 노출되더라도 안정적으로 형태를 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 커버(300)는 제1 커버(200)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 또한, 제2 커버(300)는 제1 커버(200)보다 높은 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 커버(300)가 두꺼운 두께를 가짐으로써, 배터리 모듈이 외부로부터 발생한 화염 또는 고온의 가스에 대해 보다 높은 열저항성을 가질 수 있다.
제2 커버(300)의 경도가 낮을 경우, 배터리 모듈의 내부에서 벤팅 가스가 배출될 때, 제2 커버(300)와 제1 커버(200) 또는 케이스(110)의 결합 상태가 유지되지 않을 수 있다. 이로 인해, 제2 커버(300)와 제1 커버(200)의 사이 또는 제2 커버(300)와 케이스(110)의 사이에 갭이 형성될 수 있다. 그리고 고온의 가스가 갭에 갇히게 되어 배터리 모듈의 열적 안정성이 떨어질 수 있다.
반면, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 커버(300)가 높은 경도를 가짐으로써 배터리 모듈의 내부에서 벤팅 가스가 배출될 때, 제1 커버(200) 또는 케이스(110)에 안정적으로 결합 상태를 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제1 커버(200)와 케이스(110) 사이의 사이에 접착부재가 배치될 수 있다. 또한, 제1 커버(200)와 제2 커버(300) 사이에 접착부재가 배치될 수 있다. 또한, 제1 커버(200)와 케이스(110)의 사이에 절연 필름이 배치될 수 있다. 절연 필름은 플라스틱과 같은 전기적 절연성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 필름은, 폴리우레탄 재질로 이루어질 수 있다. 절연 필름은 케이스(110) 및/또는 제1 커버(200)와 접착될 수 있다. 더욱이, 절연 필름은 양면에 접착제가 도포되어 케이스(110)와 제1 커버(200)의 사이를 접착시킬 수 있다.
도 5는 배터리 모듈의 내부에서 열적 이벤트 발생 시 도 4의 구성을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분리 영역(312)은 열적 이벤트 발생 시 제2 커버(300)로부터 분리될 수 있다. 분리 영역(312)은 분리선(311)을 따라 분리될 수 있다. 분리 영역(312)이 분리되면 제2 커버(300)에 제3 벤팅 홀(313)이 형성될 수 있다. 제3 벤팅 홀(313)은 제1 벤팅 홀(111) 및 제2 벤팅 홀(211)과 마주할 수 있다. 또한, 제3 벤팅 홀(313)은 제1 벤팅 홀(111) 및 제2 벤팅 홀(211)과 연통될 수 있다. 벤팅 가스(g)는 제1 벤팅 홀(111), 제2 벤팅 홀(211) 및 제3 벤팅 홀(313)을 순차적으로 통과하여 배터리 모듈의 외부로 배출될 수 있다.
도 6은 배터리 모듈의 외부에서 열적 이벤트 발생 시 도 4의 구성을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 브릿지(212)는 제2 커버(300)를 지지할 수 있다. 또는, 브릿지(212)는 분리 영역(312)을 지지할 수 있다. 배터리 모듈의 외부로부터 발생한 화염, 발화성 입자 또는 벤팅 가스(g)에 의해 분리 영역(312)은 압력을 받을 수 있다. 이 때, 브릿지(212)는 분리 영역(312)의 하면에 접촉되거나 하면을 지지함으로써 분리 영역(312)이 제2 커버(300)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 제2 커버(300)는 화염 또는 벤팅 가스가 외부로부터 케이스(110)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 내부로 열 전파가 차단될 수 있다.
도 7은 도 4의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 홀(211)의 크기는 분리 영역(312)의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 벤팅 홀(211)의 직경(D1)은 분리 영역(312)의 직경(D2)보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 벤팅 홀(111)의 직경(D1)은 분리 영역(312)의 직경(D2)보다 작게 형성될 수 있다. 제1 벤팅 홀(111)과 제2 벤팅 홀(211)의 직경(D1)은 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
또는, 분리 영역(312)은 제1 벤팅 홀(111)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 분리 영역(312)은 제2 벤팅 홀(211)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 커버(200)는 분리 영역(312)의 둘레를 지지할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 제2 커버(300)는 화염 또는 벤팅 가스가 외부로부터 케이스(110)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈의 내부로 열 전파가 차단될 수 있다.
도 8은 도 2의 제1 커버(200)의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 홀(211)은 복수로 구비될 수 있다. 그리고 각각의 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 홀(211b)로 구성될 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 구획하는 브릿지(212a)는 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 브릿지(212a)는 크로스 되는 형태로 구성될 수 있다. 이로 인해, 제2 벤팅 홀(211)은 4개의 홀(211b)로 구획될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 브릿지(212a)가 제2 커버(300)를 지지하는 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 브릿지(212a)는 보다 안정적으로 제2 커버(300)를 지지할 수 있다.
도 9는 도 2의 제1 커버(200)의 다른 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 홀(211)은 복수로 구비될 수 있다. 그리고 각각의 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 홀(211c)로 구성될 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 구획하는 브릿지(212b)는 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 브릿지(212b)는 대향하는 한 쌍으로 구성될 수 있다. 이로 인해, 제2 벤팅 홀(211)은 3개의 홀(211c)로 구획될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 브릿지(212b)가 제2 커버(300)를 지지하는 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 브릿지(212b)는 보다 안정적으로 제2 커버(300)를 지지할 수 있다.
도 10은 도 2의 제1 커버(200)의 또 다른 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 홀(211)은 복수로 구비될 수 있다. 그리고 각각의 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 홀(211d)로 구성될 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 구성하는 복수의 홀(211d)은 대향 영역(213) 내에 위치할 수 있다. 대향 영역(213)은 분리 영역(312)을 마주하는 영역일 수 있다. 대향 영역(213)과 분리 영역(312)은 실질적으로 같은 크기 및 실질적으로 같은 형상을 가질 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 복수의 홀(211d)로 구획하는 부분을 브릿지(212c)라고 칭할 수 있다. 예를 들어, 브릿지(212c)는 제2 벤팅 홀(211)을 6개의 홀(211d)로 구획될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 브릿지(212c)가 제2 커버(300)를 지지하는 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 브릿지(212c)는 보다 안정적으로 제2 커버(300)를 지지할 수 있다.
도 11은 도 2의 제1 커버(200)의 또 다른 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 제2 벤팅 홀(211)은 복수로 구비될 수 있다. 그리고 각각의 제2 벤팅 홀(211)은 복수의 홀(211e)로 구성될 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 구성하는 복수의 홀(211e)은 대향 영역(213) 내에 위치할 수 있다. 대향 영역(213)은 분리 영역(312)을 마주하는 영역일 수 있다. 대향 영역(213)과 분리 영역(312)은 실질적으로 같은 크기 및 실질적으로 같은 형상을 가질 수 있다. 제2 벤팅 홀(211)을 복수의 홀(211e)로 구획하는 부분을 브릿지(212d)라고 칭할 수 있다. 예를 들어, 브릿지(212d)는 제2 벤팅 홀(211)을 6개의 홀(211e)로 구획될 수 있다. 그리고 복수의 홀(211e)은 허니컴 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 브릿지(212d)가 제2 커버(300)를 지지하는 면적이 증가될 수 있다. 이로 인해, 브릿지(212d)는 보다 안정적으로 제2 커버(300)를 지지할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 팩은 팩 하우징을 구비하여, 그 내부에 본 발명에 따른 배터리 모듈이 다수 포함되도록 구성될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 수납되면 열 폭주 등의 비상 상황에서, 배터리 모듈 간 열 전파 방지 효과가 우수하며, 사용자 등의 대응 내지 탈출 시간 등이 충분히 확보되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
한편, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 구성요소로 포함될 수도 있다. 이 경우, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 케이스(110)의 내부에 구비될 수 있다. 이 때, 배터리 모듈은 배터리 팩으로 지칭될 수 있으며, 케이스(110)는 팩 하우징으로 지칭될 수도 있다. 더욱이, 이 경우, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀(120)이 팩 하우징에 직접 장착된 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 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.
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.

Claims (16)

  1. 내부에 공간을 제공하고 상면에 제1 벤팅 홀을 구비하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 위치하는 복수의 배터리 셀;
    상기 케이스의 상면을 커버하고, 상기 제1 벤팅 홀을 마주하는 제2 벤팅 홀을 구비하는 제1 커버; 그리고,
    상기 제1 커버를 커버하고, 상기 제2 벤팅 홀을 마주하는 분리선을 구비하는 제2 커버를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 분리선은,
    상기 배터리 셀로부터 열적 이벤트 발생 시, 분리 가능하게 구성되는 배터리 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 분리선은,
    상기 제2 벤팅 홀의 둘레를 따라 연장되는 배터리 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 커버는,
    상기 제2 벤팅 홀을 구획하는 브릿지를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 브릿지는,
    상기 제2 커버를 지지하는 배터리 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 벤팅 홀은,
    복수의 홀로 구성되는 배터리 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 커버는,
    상기 제1 커버보다 두꺼운 두께를 갖는 배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 분리선은,
    분리 영역을 형성하는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 벤팅 홀의 크기는,
    상기 분리 영역의 크기보다 작게 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 분리 영역은,
    상기 제1 벤팅 홀의 크기보다 크게 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 벤팅 홀은,
    복수로 구비되는 배터리 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 벤팅 홀은,
    상기 복수의 배터리 셀의 적어도 일부를 마주하는 배터리 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 커버는,
    마이카 재질을 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 커버는,
    마이카 재질을 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  16. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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