WO2024219874A1 - 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module for preventing chain fire and a battery pack for preventing chain fire.
  • Figure 1 schematically illustrates a conventional battery module (10), and Figure 2 schematically illustrates a conventional battery pack (50).
  • a conventional battery module (10) includes a cell case (20), at least one battery cell (30, 30A), and a cell cover (40). At least one battery cell (30) is accommodated in the cell case (20), and after a plurality of battery cells (30, 30A) are accommodated in the cell case (20), a cell cover (40) is coupled to the cell case (20).
  • the above battery cell (30, 30A) includes a positive and negative electrode collector, a separator, an active material, an electrolyte, etc., and can be repeatedly charged and discharged through an electrochemical reaction.
  • the battery module (10) includes a plurality of battery cells (30), and when one battery cell (30A) catches fire, flames may spread to the periphery of the ignited battery cell (30A), causing a chain reaction of fires between adjacent battery cells (30).
  • a cover gap (G1) exists between the cell cover (40) and the end of the battery cell (30).
  • a cell gap (G2) exists between adjacent battery cells (30) in the internal space of the battery module (10).
  • the flame emitted from the ignited battery cell (30A) may be transmitted in the longitudinal direction (L) of the battery cell (30A) through the cover gap (G1) and in the lateral direction (F, array direction) of the battery cell (30A) through the cell gap (G2), thereby causing a chain reaction. Accordingly, in order to prevent a chain reaction of the battery cell (30), a technology for filling the cover gap (G1) and the cell gap (G2) is required.
  • the battery pack (50) is assembled so that a plurality of battery modules (10) are electrically connected, and the pack case (51) is for protecting the plurality of battery modules (10).
  • the plurality of battery modules (10) may have a structure in which they are stacked in the longitudinal direction (L) of the battery cells.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the same capable of preventing chain ignition of battery cells by blocking flame transmission when an adjacent battery cell ignites through a protective member provided to cover a negative terminal of the battery cell.
  • the present invention aims to provide a battery module and a battery pack including the same, which can prevent chain ignition of battery cells by blocking flame transmission when adjacent battery cells ignite, as the battery cells are partitioned by potting portions in the internal space of the battery module.
  • the present invention aims to provide a battery module and a battery pack including the same capable of preventing leakage of potting resin when injecting the potting resin into the battery module.
  • the present invention aims to provide a battery module and a battery pack including the same, which can block flame transmission between adjacent battery modules and reduce a gap between adjacent battery modules in a battery pack in which a plurality of battery modules are arranged along the longitudinal direction of battery cells.
  • a battery module includes a plurality of battery cells including a first terminal having a vent portion and a second terminal disposed apart from the first terminal, an insertion port opened to allow the plurality of battery cells to be inserted, a bottom portion on which the plurality of battery cells are seated, and a cell case having a plurality of first terminal holes provided in the bottom portion, a first sealing member disposed between the second terminal of the battery cell and the first terminal hole in a state in which the battery cell is seated in the bottom portion of the cell case such that the second terminal of the battery cell is exposed through the first terminal hole, and a potting member provided in an internal space of the cell case to surround the plurality of battery cells.
  • the first sealing member is bonded along the circumferential direction of the first terminal hole and is provided to expose at least a portion of the second terminal to the outside of the first terminal hole, and the first sealing member can seal a space between the internal space of the cell case and the first terminal hole.
  • the first sealing member may have a ring shape with an inner diameter larger than the diameter of the first terminal hole.
  • the first sealing member may include a double-sided tape.
  • the battery module may include a cell cover having a plurality of first terminal holes and a plurality of second terminal holes arranged to face each other, and at least one resin injection hole that is arranged to be fluidly movable with the internal space of the cell case, and is mounted in the insertion port of the cell case.
  • the potting portion can be formed by hardening potting resin injected into the internal space of the cell case through the resin injection hole.
  • the cell cover may have an air hole that is fluidly connected to the internal space of the cell case.
  • the air hole may be positioned apart from the resin injection hole, and the size of the air hole may be formed differently from the size of the resin injection hole. For example, the size of the air hole may be formed smaller than the size of the resin injection hole.
  • the cell case may have a plurality of insertion protrusions protruding toward the inner space on the insertion port side, and the cell cover may have a plurality of insertion holes into which each of the insertion protrusions is inserted.
  • the cell case may include at least one case pillar protruding from the bottom of the cell case toward the insertion port
  • the cell cover may include at least one cover pillar extending toward the bottom of the cell case and connected to the case pillar.
  • cover pillar and the case pillar may be arranged to be fitted together.
  • the battery module may include a second sealing member disposed between the cover pillar and the case pillar.
  • the plurality of battery cells may include at least one first battery cell arranged within the cell case such that the second terminal is exposed through the first terminal hole and the first terminal is exposed through the second terminal hole, and at least one second battery cell arranged within the cell case such that the first terminal is exposed through the first terminal hole and the second terminal is exposed through the second terminal hole.
  • first and second battery cells may be arranged such that the first terminal and the second terminal are positioned in opposite directions along the length of the battery cells.
  • the battery module may include a first bus bar electrically connected to a first terminal of a first battery cell through a second terminal hole and located outside the cell case, a second bus bar electrically connected to a second terminal of a second battery cell through the second terminal hole and located outside the cell case, a third bus bar electrically connected to the second terminal of the first battery cell through the first terminal hole and located outside the cell case, and a fourth bus bar electrically connected to the first terminal of the second battery cell through the first terminal hole and located outside the cell case.
  • the first sealing member may be provided in plural pieces.
  • the first battery cell may be arranged in the cell case such that the second terminal of the first battery cell is exposed through the first terminal hole
  • the second battery cell may be arranged in the cell case such that the first terminal of the second battery cell is exposed through the first terminal hole.
  • the first sealing member arranged between the second terminal of the first battery cell and the first terminal hole may be provided to be bonded along the circumferential direction of the first terminal hole and to expose at least a portion of the second terminal to the outside of the first terminal hole.
  • the first sealing member arranged between the first terminal of the second battery cell and the first terminal hole may be provided to be bonded along the circumferential direction of the first terminal hole and to expose at least a portion of the first terminal to the outside of the first terminal hole.
  • each first sealing member can seal a space between the internal space of the cell case and the first terminal hole.
  • the battery module and the battery pack including the same have the following effects.
  • the battery cells are partitioned by the potting portion in the internal space of the battery module, flame transmission can be blocked when an adjacent battery cell ignites, thereby preventing chain ignition of the battery cells.
  • leakage of the potting resin can be prevented, and in particular, leakage of the potting resin toward the insertion port side of the cell case and the bottom side of the cell case can be prevented.
  • Figure 1 schematically illustrates a conventional battery module.
  • Figure 2 schematically illustrates a conventional battery pack.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the cell case illustrated in Figure 3.
  • Figure 5 is an exploded perspective view of the cell case, battery cell, and cell cover illustrated in Figure 3.
  • Figure 6 is a perspective view of a battery module in which the components illustrated in Figure 5 are combined.
  • Figure 7 is a perspective view of the battery module with the first to fourth bus bars separated.
  • Figure 8 is a perspective view of a battery module with the second protective member attached.
  • Figure 9 is a cross-sectional view taken along the X-X line of Figure 8.
  • Figure 10 is an enlarged cross-sectional view of portion A of Figure 9.
  • Figure 11 is a schematic diagram of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is an enlarged schematic diagram of part B of Figure 12.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a battery module (100) according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the cell case illustrated in FIG. 3
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the cell case, battery cell, and cell cover illustrated in FIG. 3
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery module in which the components illustrated in FIG. 5 are combined.
  • a battery module (100) related to one embodiment of the present invention includes a plurality of battery cells (120: 121, 122) including a first terminal (121a, 122a) having a vent portion and a second terminal (121b, 122b) positioned apart from the first terminal (121a, 122a).
  • Each battery cell (120: 121, 122) has a first terminal (121a, 122a) and a second terminal (121b, 122b).
  • the first terminal (121a, 122a) may be a positive terminal
  • the second terminal (121b, 122b) may be a negative terminal having an opposite polarity to the first terminal (121a, 122a).
  • each battery cell (120) may be provided such that the first terminal (121a, 122a) and the second terminal (121b, 122b) are positioned in opposite directions along the longitudinal direction (L) of the battery cell (120). That is, a first terminal (121a, 122a) may be provided at one end along the longitudinal direction (L) of the battery cell (120), and a second terminal (121b, 122b) may be provided at the other end along the longitudinal direction (L).
  • a vent part is provided at the first terminal (121a, 122a) of the battery cell (120).
  • the vent part may be formed along the edge of one end of the battery cell (120) at the first terminal (121a, 122a).
  • the vent part may be formed at the center position of one end of the battery cell (120) where the first terminal (121a, 122a) is located.
  • vent part is intended to relieve the internal pressure of the battery cell (120), and the vent part is formed with a relatively weak strength at one end of the battery cell (120) so as to be preferentially broken in the event of an internal fire in the battery cell (120).
  • the vent part is intended to relieve the internal pressure of the battery cell (120) by breaking the vent part in the battery cell (120) when the internal pressure of the battery cell (120) rises above a preset threshold pressure (e.g., the rupture pressure of the vent part).
  • a preset threshold pressure e.g., the rupture pressure of the vent part
  • the battery cell (120) may be a cylindrical battery cell or a square battery cell.
  • the battery module (100) includes a cell case (110) having an insertion port (111) open to insert a plurality of battery cells (120: 121, 122), a bottom portion (115) on which a plurality of battery cells (120) are mounted, and a plurality of first terminal holes (116) provided in the bottom portion (115).
  • the cell case (110) has an internal space (110a) in which a plurality of battery cells (120: 121, 122) are accommodated.
  • the cell case (110) may have a cylindrical shape that is open in one direction and has an internal space (110a).
  • a plurality of battery cells (120) are mounted in the bottom portion (115), and a plurality of first terminal holes (116) are provided.
  • the insertion port (111) may be provided to face the bottom portion (115).
  • the insertion port (111) and the bottom portion (115) may be provided to face each other along the longitudinal direction of the battery cell (120).
  • the above first terminal hole (116) may be formed in a number equal to the number of battery cells (120) accommodated in the internal space (110a).
  • the first terminal hole (116) performs a function of exposing a part of the first terminal (121a, 122a) or the second terminal (121b, 122b) to the outside depending on the insertion direction of the battery cell (120) when one end of the battery cell (120) is secured to the bottom portion (115).
  • the first terminal hole (116) may have a diameter smaller than the diameter of the battery cell (120) so as to prevent the battery cell (120) from being separated from the cell case (110).
  • FIG. 7 is a perspective view of the battery module with the first to fourth bus bars separated
  • FIG. 8 is a perspective view of the battery module with the second protective member combined
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG. 8
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 9.
  • the battery module (100) may include a first protective member (150) provided to surround the first terminal hole (116) in which the second terminal (121b) of the battery cell (e.g. 121) is exposed through the first terminal hole (116) while the battery cell (121) is seated on the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • a first protective member (150) provided to surround the first terminal hole (116) in which the second terminal (121b) of the battery cell (e.g. 121) is exposed through the first terminal hole (116) while the battery cell (121) is seated on the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • the first protective member (150) above performs a function of preventing an impact or flame applied from the outside of the cell case (110) from being transmitted to the second terminal (121b) of the battery cell (121) through the first terminal hole (116).
  • the first protective member (150) may have a plate shape having a predetermined thickness and may have a diameter larger than the first terminal hole (116) so as to surround the entire area of the first terminal hole (116).
  • the first protective member (150) may be positioned outside the cell case (110) and may be fixed to the cell case (110) from the outside of the cell case (110) by means of adhesion, etc.
  • the battery module (100) may include a cell cover (130) mounted in the insertion hole (111) of the cell case (110) and having a plurality of first terminal holes (116) and a plurality of second terminal holes (132) arranged to face each other.
  • a battery cell (120) When a battery cell (120) is placed in the internal space (110a) of the cell case, one end of the battery cell may be supported by the bottom portion (115), and the other end of the battery cell may be supported by the cell cover (130).
  • the number of first terminal holes (116) and the number of second terminal holes (132) may be provided to be the same.
  • the second terminal hole (132) When the above cell cover (130) is mounted on the cell case (110), the second terminal hole (132) performs a function of exposing a part of the first terminal (121a, 122a) or the second terminal (121b, 122b) located at the other end of the battery cell (120) to the outside while one end of the battery cell (120) is secured to the bottom (115). Accordingly, the second terminal hole (132) may have a diameter smaller than the diameter of the battery cell (120) to prevent the battery cell (120) from being detached from the cell case (110) or the cell cover (130).
  • a plurality of battery cells (120) can be inserted such that the first terminal or the second terminal faces the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • a plurality of battery cells (120) may include one or more first battery cells (121) arranged within the cell case (110) such that the second terminal (121b) is exposed through the first terminal hole (116) and the first terminal (121a) is exposed through the second terminal hole (132).
  • the plurality of battery cells (120) may include one or more second battery cells (122) arranged within the cell case (110) such that the first terminal (122a) is exposed through the first terminal hole (116) and the second terminal (122b) is exposed through the second terminal hole (132).
  • the first battery cell (121) and the second battery cell (122) have the same configuration and differ only in the direction in which they are inserted into the cell case (110). Specifically, the first battery cell (121) is inserted such that the second terminal (121b) faces the bottom portion (115) of the cell case (110), and the second battery cell (122) is inserted such that the first terminal (122a) faces the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • the plurality of first terminal holes (116) expose the second terminal (121b) of the first battery cell (121) to the outside of the cell case (110), or expose the first terminal (122a) of the second battery cell (122) to the outside of the cell case (110).
  • the plurality of second terminal holes (132) expose the first terminal (121a) of the first battery cell (121) to the outside of the cell case (110), or expose the second terminal (122b) of the second battery cell (122) to the outside of the cell case (110).
  • the battery module (100) may include a second protective member (155) arranged to surround the second terminal hole (132) in which the second terminal (122b) is exposed, while the second battery cell (122) is positioned within the cell case (110) so that the second terminal (122b) of the second battery cell (122) is exposed through the second terminal hole (132) of the cell cover (130).
  • a second protective member (155) arranged to surround the second terminal hole (132) in which the second terminal (122b) is exposed, while the second battery cell (122) is positioned within the cell case (110) so that the second terminal (122b) of the second battery cell (122) is exposed through the second terminal hole (132) of the cell cover (130).
  • the second protective member (155) above performs a function of preventing an impact or flame applied from the outside of the cell cover (130) from being transmitted to the second terminal (122b) of the second battery cell (122) through the second terminal hole (132).
  • the second protective member (155) may have a plate shape having a predetermined thickness and may have a diameter larger than the second terminal hole (132) so as to surround the entire area of the second terminal hole (132).
  • the second protective member (150) may be positioned outside the cell cover (130) and may be fixed to the cell cover (130) from the outside of the cell cover (130) by means of adhesion, etc.
  • the first protective member (150) performs a function of preventing an impact or flame applied from the outside of the cell case (110) from being transmitted to the second terminal (121b) of the first battery cell (121) through the first terminal hole (116), and the second protective member (155) performs a function of preventing an impact or flame applied from the outside of the cell cover (130) from being transmitted to the second terminal (122b) of the second battery cell (122) through the second terminal hole (132).
  • the first and second protective members (150, 155) may each be formed of a material having heat resistance and insulation, and may include, for example, glass fiber or mica.
  • the battery module (100) may include a plurality of bus bars (141 to 144) electrically connected to the first and second battery cells (121, 122), respectively.
  • the battery module (100) may include a first bus bar (141) that is electrically connected to a first terminal (121a) of a first battery cell (121) through a second terminal hole (132) and located outside a cell case (110), and a third bus bar (143) that is electrically connected to a second terminal (121b) of the first battery cell (121) through the first terminal hole (116) and located outside a cell case (110).
  • a first bus bar (141) that is electrically connected to a first terminal (121a) of a first battery cell (121) through a second terminal hole (132) and located outside a cell case (110)
  • a third bus bar (143) that is electrically connected to a second terminal (121b) of the first battery cell (121) through the first terminal hole (116) and located outside a cell case (110).
  • first bus bar (141) can be welded to the first terminal (121a) of the first battery cell (121) through the second terminal hole (132), and at least a portion (welding area) is positioned inside the cell cover (130), and the remaining area is positioned outside the cell cover (130).
  • third bus bar (143) can be welded to the second terminal (121b) of the first battery cell (121) through the first terminal hole (116), and at least a portion (welding area) is positioned inside the cell case (110), and the remaining area is positioned outside the cell case (110).
  • the battery module (100) may include a second bus bar (142) electrically connected to a second terminal (122b) of a second battery cell (122) through a second terminal hole (132) and located outside the cell case (110), and a fourth bus bar (144) electrically connected to a first terminal (122a) of a second battery cell (122) through the first terminal hole (116) and located outside the cell case (110).
  • a second bus bar (142) electrically connected to a second terminal (122b) of a second battery cell (122) through a second terminal hole (132) and located outside the cell case (110)
  • a fourth bus bar (144) electrically connected to a first terminal (122a) of a second battery cell (122) through the first terminal hole (116) and located outside the cell case (110).
  • the second bus bar (142) can be welded to the second terminal (122b) of the second battery cell (122) through the second terminal hole (132), and at least a portion (welding area) is positioned inside the cell cover (130), and the remaining area is positioned outside the cell cover (130).
  • the fourth bus bar (144) can be welded to the second terminal (122a) of the second battery cell (122) through the first terminal hole (116), and at least a portion (welding area) is positioned inside the cell case (110), and the remaining area is positioned outside the cell case (110).
  • the first protective member (150) can be arranged to surround the third bus bar (143) and the first terminal hole (116), and can be fixed to the cell case (110) so as to cover the area where the second terminal (121b) of the first battery cell (121) exposed through the first terminal hole (116) is exposed, outside the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • the second protective member (155) may be arranged to surround the second bus bar (142) and the second terminal hole (132), and may be fixed to the cell cover (130) so as to cover an area where the second terminal (122b) of the second battery cell (122) is exposed through the second terminal hole (132) from the outside of the cell cover (130).
  • the battery module (100) may include a potting portion (170) provided in the internal space (110a) of the cell case (110) to surround a plurality of battery cells (120: 121, 122).
  • the potting part (170) can be formed by hardening potting resin (R) injected into the internal space (110a) of the cell case (110).
  • the potting part (170) is provided in the internal space (110a) of the cell case (110) to surround the outer surface of each battery cell (121, 122), and the potting part (170) performs the function of blocking flame transmission in the lateral direction (F, array direction) of the battery cell (120) when an internal ignition of the battery cell (121, 122) in the cell case (110) occurs, and can improve the strength of the cell case (110).
  • the potting resin (R) has flame retardancy, and for example, the potting resin (R) can be a flame retardant composite material based on silicone.
  • the cell cover (130) may have at least one resin injection hole (135) that is provided to be fluidly movable with the internal space (110a) of the cell case (110).
  • the potting portion (170) may be formed by hardening potting resin (R) injected into the internal space of the cell case (110) through the resin injection hole (135).
  • a plurality of battery cells (121, 122) are accommodated inside the cell case (110), and after the cell cover (130) is mounted on the insertion port (111) side of the cell case (110), the welding process of the first to fourth bus bars (141 to 144) can be performed. Thereafter, potting resin (R) can be injected into the internal space of the cell case (110) through the resin injection hole (135).
  • the cell case (110) may have a plurality of insertion protrusions (112) protruding toward the internal space (110a) on the insertion port (111) side, and the cell cover (130) may have a plurality of insertion holes (134) into which each of the insertion protrusions (112) is inserted.
  • the cell cover (130) contacts at least a portion of the inner surface (110b) of the cell case along the circumferential direction, and may be inserted into the cell case (110) by the insertion protrusions (112) formed on the inner surface (110b) of the cell case.
  • the above cell cover (130) may have a cover portion (131) provided with a plurality of second terminal holes (132) and one or more resin injection holes (135), and one or more fitting holes (134) provided, and one or more cover connecting portions (133) arranged along the circumferential direction of the cover portion (131).
  • the fitting holes (134) may be openings that penetrate the cover connecting portion (133) in the lateral direction (F).
  • cover part (131) is provided to cover the internal space (110a) of the cell case (110).
  • the plurality of second terminal holes (132) and one or more resin injection holes (135) may be openings that penetrate the cover part (131) upwardly and downwardly.
  • cover coupling portion (133) may extend along the longitudinal direction of the battery cell (120) from the edge of the cover portion (131), and for example, the cover coupling portion (133) may extend perpendicularly to the cover portion (131) and be formed in a shape corresponding to the inner surface of the cell case (110), so as to be in contact with the inner surface (110b) of the cell case (110) at least in a portion along the circumferential direction.
  • the resin injection hole (135) can be provided at the boundary between the cover joint (133) and the cover portion (131), and the resin injection hole (135) can be arranged on the same plane as the second terminal hole (132), and is arranged spaced apart from the second terminal hole (132).
  • the fitting hole (134) of the cell cover (130) can be hook-fitted to the fitting projection (112) of the cell case (110) in a hook manner, thereby improving the bonding strength of the cell cover (130) to the cell case (110).
  • the potting resin (R) is injected into the internal space of the cell case (110), it is possible to prevent the potting resin (R) from leaking out of the cell case (110).
  • the battery module (100) may include a first sealing member (161) that is arranged between the second terminal (121b) of the battery cell (e.g., the first battery cell (121)) and the first terminal hole (116) while the battery cell (121) is seated on the bottom portion (115) of the cell case (110) so that the second terminal (121b) of the battery cell (e.g., the first battery cell (121)) is exposed through the first terminal hole (116).
  • the first sealing member (161) may be adhered to the cell case (110).
  • the first sealing member (161) may be bonded along the circumferential direction of the first terminal hole (116) and may be provided to expose at least a portion of the second terminal (122b) to the outside of the first terminal hole (116).
  • the above first sealing member (161) can perform a function of sealing between the internal space (110a) of the cell case (110) and the first terminal hole (116). That is, when the potting resin (R) is injected, the potting resin (R) can be prevented from leaking out of the cell case (110) through the first terminal hole (116).
  • the first sealing member (161) may have a ring shape with an inner diameter larger than the diameter of the first terminal hole (116).
  • the first sealing member (161) may include a double-sided tape having a ring shape. That is, the first sealing member (161) may have one side of the tape adhered along the circumferential direction of the first terminal hole (116), and the other side adhered to an end of a battery cell (120) arranged on the side of the first terminal hole (116).
  • the above first sealing member (161) may be provided in multiple pieces. That is, the above first sealing member (161) may be attached to each first terminal hole (116).
  • the first battery cell (121) may be placed within the cell case (110) such that the second terminal (121b) of the first battery cell (121) is exposed through the first terminal hole (116), and the second battery cell (122) may be placed within the cell case (110) such that the first terminal (122a) of the second battery cell (122) is exposed through the first terminal hole (116).
  • the first sealing member (161) arranged between the second terminal (121b) of the first battery cell (121) and the first terminal hole (116) may be bonded along the circumferential direction of the first terminal hole (116) and may be arranged to expose at least a portion of the second terminal (121b) to the outside of the first terminal hole (116).
  • the first sealing member (161) positioned between the first terminal (122a) of the second battery cell (122) and the first terminal hole (116) may be bonded along the circumferential direction of the first terminal hole (116) and may be provided to expose at least a portion of the first terminal (122a) to the outside of the first terminal hole (116).
  • Each first sealing member (116) performs the function of sealing between the internal space (110a) of the cell case (110) and the first terminal hole (116).
  • the cell case (110) may include at least one case pillar (117) protruding from the bottom (115) of the cell case (110) toward the insertion hole (111), and the cell cover (130) may include at least one cover pillar (137) extending toward the bottom (115) of the cell case (110) and connected to the case pillar (117).
  • the above case pillars (117) can be arranged between adjacent first terminal holes (116), and the case pillars (117) can be provided to protrude in the length direction (L) of the battery cell (120) from the bottom (115) of the cell case (110).
  • each case pillar (117) can be inserted into the cover pillar (137) of the cell cover (130).
  • the cover pillar (137) may be formed to extend along the longitudinal direction (L) of the battery cell between adjacent second terminal holes (132).
  • the cover pillar (137) may be mounted on a case pillar (117) of a cell case (110), and for example, the case pillar (117) may be inserted into an end of the cover pillar (137) and fitted into the cover pillar (137).
  • the case pillar (117) may have a first hollow (117a), and the cover pillar (137) may have a second hollow (137a). At this time, the case pillar (117) may be fitted into the cover pillar (137), and the first hollow (117a) and the second hollow (137a) may be connected.
  • a mounting bolt (700, see FIG. 11) from the outside of the battery module (100) may pass through the first hollow (117a) and the second hollow (137a) to penetrate the battery module (100).
  • the battery module (100) may include a second sealing member (162) arranged between the cover pillar (137) and the case pillar (117).
  • the second sealing member (162) may be a double-sided tape having a ring shape. At this time, the second sealing member (162) may be provided to be adhered to the ends of the cover pillar (137) and the ends of the case pillar (117), respectively. In addition, the second sealing member (162) may include an O-ring.
  • the cell cover (130) may have an air hole (136) that is fluidly connected to the inner space (110a) of the cell case (110).
  • the cell cover (130) may be bent so that a portion of the cover joining portion (133), which is in contact with the inner surface of the cell case (110), is spaced apart from the inner surface of the cell case (110), and an air hole (136) may be formed through the spaced apart space.
  • a plurality of first sealing members (161) may be bonded to the ends of the first and second battery cells (121, 122) or the most ends of the first terminal holes (116). Thereafter, the first and second battery cells (121, 122) are inserted into the internal space (110a) of the cell case (110) such that the portions to which the first sealing members (161) are bonded are secured to the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • the cell cover (130) is mounted on the insertion port (111) side of the cell case (110) so as to surround a plurality of first and second battery cells (121, 122). At this time, the fitting hole (134) of the cell cover (130) can be fitted into the fitting projection (112) of the cell case (110).
  • first to fourth bus bars (141 to 144) are each welded together.
  • the potting resin (R) is injected into the internal space (110a) of the cell case (110) through the resin injection hole (135) of the cell cover (130). As the potting resin (R) is injected into the internal space, the air in the internal space can be discharged to the outside through the air hole (136). As the potting resin (R) is hardened in the internal space of the cell case (110), it forms a potting portion (170) surrounding the outer surface of the battery cell (121, 122).
  • first protective member (150) is joined to the cell case (110) so as to surround the area where the second terminal (121b) of the first battery cell (121) is exposed to the first terminal hole (116) of the cell case (110) on the outside of the bottom portion (115) of the cell case (110).
  • the second protective member (155) is joined to the cell cover (130) on the outside of the cell cover (130) so as to surround the area where the second terminal (122b) of the second battery cell (122) is exposed through the second terminal hole (132) of the cell cover (130).
  • the first protective member (150) can be fixed to the cell case (110) to cover the third bus bar (143), and also, on the outside of the cell cover (130), the second protective member (150) can be fixed to the cell cover (130) to cover the second bus bar (142).
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a battery pack (1000) according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional diagram of a battery pack according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is an enlarged schematic diagram of part B of FIG. 12.
  • a battery pack (1000) may include a plurality of battery modules (100, 200), a pack case (1010) accommodating the plurality of battery modules (100, 200), a mounting bolt (700) for connecting adjacent battery modules (100, 200), and a fastening member (800) fastened to the mounting bolt (700).
  • the mounting bolt (700) can penetrate the case pillar (117) and the cover pillar (137), and connect the cell cover (130) and the cell case (110) so that one end is caught on the bottom part (115) of the cell case (110) and the other end protrudes outside the cell cover (130).
  • the fastening member (800) can be coupled to the other end of the mounting bolt (700) and fixed to the cell cover (130).
  • a nut coupled to the mounting bolt (700) can be used as the fastening member (800).
  • the mounting bolt (700) can sequentially penetrate and connect two or more battery modules (100, 200).
  • first and second battery modules (100, 200) may be arranged in a row along the longitudinal direction (L) of the battery cells (121, 221), respectively.
  • adjacent first and second battery modules (100, 200) may be assembled through a mounting bolt (700) and a fastening member (800) fastened to the mounting bolt (700).
  • the plurality of battery modules (100, 200) are identical to the battery modules (100) described with reference to FIGS. 1 to 10, and are referred to as first and second battery modules (100, 200) in this document according to the order in which they are arranged in the battery pack (1000).
  • the first battery module and the second battery module (100, 200) include a cell case (110, 210), a first battery cell (121, 221) disposed within the cell case (110, 210) and having a first terminal (121a, 221a) and a second terminal (121b, 221b) having a vent portion, and a second battery cell (122, 222) disposed within the cell case (110, 210) and having a first terminal (122a, 222a) and a second terminal (122b, 222b) having a vent portion.
  • a potting portion (170, 270) may be provided within each battery module (100, 200).
  • first and second battery modules may each be provided with first to fourth bus bars (141 to 144, 241 to 244).
  • the first battery cell (221) of the second battery module (200) may be arranged such that the first terminal (221a) faces the second terminal (121b) of the first battery cell (121) of the first battery module (100), and the second battery cell (122) of the first battery module (100) may be arranged such that the first terminal (122a) faces the second terminal (222b) of the second battery cell (222) of the second battery module (200).
  • the first and second battery modules (100, 200) are each provided with a first protective member (150, 250) and a second protective member (155, 255).
  • the first and second protective members are intended to block flame transmission in the longitudinal direction (L) of a battery cell in the event of internal ignition of a battery cell within a battery module (100, 200).
  • the first protective member (150) may be provided to surround the second terminal (121b) of the first battery cell (121), and in the second battery module (200), the first protective member (250) may be provided to surround the second terminal (221b) of the first battery cell (221).
  • the second protective member (155) may be provided to surround the second terminal (122b) of the second battery cell (122), and in the second battery module (200), the second protective member (255) may be provided to surround the second terminal (222b) of the second battery cell (222).
  • the vent section is broken and flames are emitted through the broken first terminal (221a), the first protective member (150) of the first battery module (100) can block flame transmission by reflecting the emitted flames.
  • the first protective member (150) provided in the first battery module (100) may be arranged with a predetermined gap (G) with respect to the first terminal (221a) of the first battery cell (221) provided in the second battery module (200), and the gap may be set to 5 mm or less, preferably, 3 mm or less.
  • the gap (G) may be the gap between the first battery module (100) and the second battery module (200) within the battery pack (100).
  • chain ignition of battery cells can be prevented by blocking flame transmission when an adjacent battery cell ignites through a protective member provided to cover a negative terminal of a battery cell arranged in the battery module.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 벤트부를 갖는 제1 단자 및 상기 제1 단자와 떨어져 배치된 제2 단자를 포함하는 복수 개의 배터리셀, 복수 개의 배터리셀이 삽입되도록 개방된 삽입구, 복수 개의 배터리셀이 안착되는 바닥부, 및 상기 바닥부에 마련된 복수 개의 제1 단자홀을 가지는 셀 케이스, 배터리셀의 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 배터리셀이 셀 케이스의 바닥부에 안착된 상태에서, 상기 배터리셀의 제2 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치되는 제1 실링 부재 및 복수 개의 배터리셀을 둘러싸도록 상기 셀 케이스의 내부 공간에 마련된 포팅부를 포함한다.

Description

배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩
본 발명은 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩에 관한 것으로, 구체적으로 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 연쇄 발화 방지용 배터리팩에 관한 것이다.
본 출원은 2023년 4월 20일자 한국 특허 출원 제10-2023-0052133호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
도 1은 종래 배터리모듈(10)을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 종래 배터리팩(50)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 배터리모듈(10)은 셀 케이스(20), 적어도 하나의 배터리셀(30, 30A) 및 셀 커버(40)를 포함한다. 상기 셀 케이스(20)에는 적어도 하나의 배터리셀(30)이 수용되고, 복수 개의 배터리셀(30, 30A)이 셀 케이스(20)에 수용된 후, 셀 커버(40)가 셀 케이스(20)에 결합된다.
상기 배터리셀(30, 30A)은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하며, 전기화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 외력이나 내부 단락(short) 등으로 인해 상기 배터리셀(30)에는 발화가 발생할 수 있다. 상기 배터리모듈(10)은 복수의 배터리셀(30)을 포함하는데, 어느 하나의 배터리셀(30A)의 발화시, 발화된 배터리셀(30A)의 주변부로 화염 전이가 일어나 인접하는 배터리셀(30) 간에 연쇄 발화가 발생할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10) 내부에서 어느 하나의 배터리셀(30A)이 발화할 경우, 발화된 배터리셀(30A)의 주변 배터리셀(30)들로 화염이 전이되는 것을 방지하는 구조가 요구된다.
도 1을 참조하면, 상기 배터리모듈(10)에서, 상기 셀 커버(40)와 상기 배터리셀(30)의 단부 사이에는 커버갭(G1)이 존재한다. 또한, 배터리모듈(10)의 내부 공간에는 인접한 배터리셀(30) 사이에 셀 갭(G2)이 존재한다.
이때, 발화된 배터리셀(30A)에서 배출된 화염은 커버갭(G1)을 통해 배터리셀(30A)의 길이 방향(L)으로 전달될 수 있고, 셀 갭(G2)을 통해 배터리셀(30A)의 측방향(F, 배열 방향)으로 전달될 수 있으며, 이에 따라, 연쇄 발화가 유발될 수 있다. 이에, 배터리셀(30)의 연쇄 발화를 방지하기 위해, 커버갭(G1) 및 셀 갭(G2)를 메꾸기 위한 기술이 요구된다.
다만, 종래 배터리모듈(10)은 셀 케이스(20)에 배터리셀(30)이 수용된 후에, 버스바가 배터리셀(30)의 단자에 스팟 용접(spot welding)되기 때문에, 셀 케이스(20)의 내부 공간으로 난연 물질(예컨대, 포팅 레진)의 주입이 어려운 문제가 있다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리팩(50)은 복수의 배터리모듈(10)이 전기적으로 연결되게 조립된 것이며, 상기 팩 케이스(51)는 복수의 배터리모듈(10)을 보호하기 위한 것이다. 일 예로, 배터리팩(50)에서, 복수의 배터리모듈(10)은 배터리셀의 길이 방향(L)으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
이에, 어느 하나의 배터리모듈(10)의 배터리셀(30)이 폭발하면, 배터리셀의 길이 방향(L)을 따라 화염이 전달되면서 인접하는 배터리모듈(10)이 연쇄 발화되는 문제가 있다.
종래에는 배터리모듈(10) 내부로 포팅 레진의 주입이 어렵기 때문에, 배터리팩(50)의 팩 케이스(51)의 내부에 포팅 레진을 주입하여 포팅부(60)를 형성하는 방식이 채택되고 있다.
그러나, 배터리팩(50)의 팩 케이스(51)에 포팅 레진을 주입하는 경우, 포팅 레진이 주입되는 주입량이 많아지고, 배터리팩(50)의 무게가 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 배터리셀의 음극 단자를 덮도록 구비된 보호부재를 통해, 인접하는 배터리셀의 발화시 화염 전달을 차단함으로써 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있는 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리모듈의 내부 공간에서 포팅부에 의해 배터리셀들이 구획됨에 따라, 인접하는 배터리셀의 발화시 화염 전달을 차단하여 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있는 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리모듈 내부로 포팅 레진 주입 시, 포팅 레진의 누설을 방지할 수 있는 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는 것을 목적을 한다.
또한, 본 발명은 배터리셀의 길이방향을 따라 복수 개의 배터리 모듈이 배열된 배터리 팩에서, 인접하는 배터리 모듈 간의 화염 전달을 차단할 수 있고, 인접하는 배터리 모듈 사이의 간격을 줄일 수 있는 배터리모듈 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는 것을 목적을 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 벤트부를 갖는 제1 단자 및 상기 제1 단자와 떨어져 배치된 제2 단자를 포함하는 복수 개의 배터리셀, 복수 개의 배터리셀이 삽입되도록 개방된 삽입구, 복수 개의 배터리셀이 안착되는 바닥부, 및 상기 바닥부에 마련된 복수 개의 제1 단자홀을 가지는 셀 케이스, 배터리셀의 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 배터리셀이 셀 케이스의 바닥부에 안착된 상태에서, 상기 배터리셀의 제2 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치되는 제1 실링 부재 및 복수 개의 배터리셀을 둘러싸도록 상기 셀 케이스의 내부 공간에 마련된 포팅부를 포함한다.
또한, 상기 제1 실링 부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 제2 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련되고, 상기 제1 실링 부재는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 상기 제1 단자홀 사이를 밀폐시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 실링 부재는 상기 제1 단자홀의 직경보다 큰 내경을 가진 링 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 실링 부재는 양면 테이프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은 복수 개의 제1 단자홀과 각각 마주하도록 배열된 복수 개의 제2 단자홀 및 상기 셀 케이스의 내부 공간과 유체 이동가능하게 마련된 적어도 하나의 레진 주입홀을 가지며, 상기 셀 케이스의 삽입구에 장착되는 셀 커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 포팅부는 레진 주입홀을 통해 상기 셀 케이스의 내부 공간으로 주입된 포팅 레진이 경화되어 형성될 수 있다
또한, 상기 셀 커버는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 유체 이동 가능하게 연결된 에어홀을 가질 수 있다. 상기 에어홀은 상기 레진 주입홀과 떨어져 배치될 수 있고, 상기 에어홀의 크기는 레진 주입홀의 크기와 다르게 형성될 수 있고, 예를 들어 상기 에어홀의 크기는 레진 주입홀의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 케이스는 삽입구 측에 내부 공간을 향하여 돌출된 복수 개의 끼움 돌기를 갖고, 상기 셀 커버는 각각의 끼움 돌기가 끼움 결합되는 복수 개의 끼움홀을 가질 수 있다.
또한, 상기 셀 케이스는 상기 셀 케이스의 바닥부에서 상기 삽입구를 향하여 돌출된 적어도 하나의 케이스 기둥을 포함하고, 상기 셀 커버는 상기 셀 케이스의 바닥부를 향하여 연장되며, 상기 케이스 기둥에 연결되는 적어도 하나의 커버 기둥을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버 기둥과 상기 케이스 기둥은 끼움 결합되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은 상기 커버 기둥 및 상기 케이스 기둥 사이에 배치되는 제2 실링 부재를 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 배터리셀은, 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되고, 제1 단자가 제2 단자홀로 노출되도록 상기 셀 케이스 내에 배치되는 하나 이상의 제1 배터리셀 및 제1 단자가 제1 단자홀로 노출되고, 제2 단자가 제2 단자홀로 노출되도록 셀 케이스 내에 배치되는 하나 이상의 제2 배터리셀을 포함할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 배터리셀은 각각 제1 단자 및 제2 단자가 배터리셀의 길이방향을 따라 서로 반대방향에 위치하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은 제2 단자홀을 통해 제1 배터리셀의 제1 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제1 버스바, 제2 단자홀을 통해 제2 배터리셀의 제2 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제2 버스바, 상기 제1 단자홀을 통해 제1 배터리셀의 제2 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제3 버스바, 및 상기 제1 단자홀을 통해 제2 배터리셀의 제1 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제4 버스바를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 실링부재는 복수 개로 구비될 수 있다. 이때, 제1 배터리셀의 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 제1 배터리셀이 상기 셀 케이스 내에 배치되고, 제2 배터리셀의 제1 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 제2 배터리셀이 상기 셀 케이스 내에 배치될 수 있다. 이러한 구조에서, 복수 개의 제1 실링 부재 중, 제1 배터리셀의 제2 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치된 제1 실링부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제2 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련될 수 있다. 또한, 복수 개의 제1 실링 부재 중, 제2 배터리셀의 제1 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치된 제1 실링부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제1 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련될 수 있다.
또한, 각각의 제1 실링 부재는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 상기 제1 단자홀 사이를 밀폐시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩은 다음과 같은 효과를 갖는다.
배터리 모듈 내에 배치된 배터리셀의 음극 단자를 덮도록 구비된 보호부재를 통해, 인접하는 배터리셀의 발화시 화염 전달을 차단함으로써 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
또한, 배터리 모듈의 내부 공간에서 포팅부에 의해 배터리셀들이 구획됨에 따라, 인접하는 배터리셀의 발화시 화염 전달을 차단하여 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
또한, 배터리 모듈 내부로 포팅 레진 주입 시, 포팅 레진의 누설을 방지할 수 있으며, 특히, 셀 케이스의 삽입구 측 및 셀 케이스의 바닥부 측으로 포팅 레진이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리셀의 길이방향을 따라 복수 개의 배터리 모듈이 배열된 배터리 팩에서, 인접하는 배터리 모듈 간의 화염 전달을 차단할 수 있고, 인접하는 배터리 모듈 사이의 간격을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 셀 케이스의 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 셀 케이스, 배터리셀 및 셀 커버의 분리 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 구성요소들이 결합된 배터리 모듈의 사시도이다.
도 7은 제1 내지 제4 버스바가 분리된 상태의 배터리 모듈의 사시도이다.
도 8은 제2 보호부재가 결합된 상태의 배터리 모듈의 사시도이다.
도 9는 도 8의 X-X선을 따라 절취한 상태의 단면도이다.
도 10은 도 9의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 개략적인 단면도이다.
도 13은 도 12의 B 부분을 확대한 개략도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연쇄 발화 방지용 배터리모듈 및 연쇄 발화 방지용 배터리팩에 대해 설명하기로 한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 분리 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 셀 케이스의 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 셀 케이스, 배터리셀 및 셀 커버의 분리 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 구성요소들이 결합된 배터리 모듈의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리 모듈(100)은 벤트부를 갖는 제1 단자(121a, 122a) 및 상기 제1 단자(121a, 122a)와 떨어져 배치된 제2 단자(121b, 122b)를 포함하는 복수 개의 배터리셀(120: 121, 122)을 포함한다.
각각의 배터리셀(120: 121, 122)은 제1 단자(121a, 122a) 및 제2 단자(121b, 122b)를 가지며, 일 예로, 제1 단자(121a, 122a)는 양극 단자일 수 있고, 및 제2 단자(121b, 122b)는 제1 단자(121a, 122a)와 반대 극성의 전극인 음극 단자일 수 있다. 또한, 각각의 배터리셀(120)은 제1 단자(121a, 122a) 및 제2 단자(121b, 122b)가 배터리셀(120)의 길이방향(L)을 따라 서로 반대방향에 위치하게 마련될 수 있다. 즉, 상기 배터리셀(120)의 길이방향(L)에 따른 일 단부에 제1 단자(121a, 122a)가 마련되고, 길이방향(L)에 따른 타 단부에 제2 단자(121b, 122b)가 마련될 수 있다.
또한, 상기 배터리셀(120)의 제1 단자(121a, 122a)에는 벤트부가 마련된다. 제1 단자(121a, 122a)에는 상기 배터리셀(120)의 일 단부 테두리를 따라 벤트부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤트부는 제1 단자(121a, 122a)가 위치한 배터리셀(120)의 일 단부의 중앙 위치에 형성될 수 있다.
상기 벤트부는 배터리셀(120)의 내부 압력을 해소하기 위한 것으로, 상기 벤트부는 배터리셀(120)의 일 단부에 상대적으로 약한 강도로 형성되어, 배터리셀(120)의 내부 발화시 우선적으로 파단되도록 마련된다.
이와 같이, 벤트부는 배터리셀(120)의 내부 압력이 기설정된 임계압력(예컨대, 벤트부의 파단 압력) 이상으로 상승될 때, 벤트부가 배터리셀(120)에서 파단되면서 배터리셀(120)의 내부 압력을 해소하기 위한 것이다. 이에 따라, 배터리셀(120) 내에 화재가 발생하면, 배터리셀(120)의 내부 압력이 상승하게 되고, 양극 단자인 제1 단자(121a, 122a)에 구비된 벤트부가 파단되면서, 배터리셀(120) 외부로 화염이 방출된다.
또한, 상기 배터리셀(120)은 원통형 배터리셀 또는 각형 배터리셀일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)은 복수 개의 배터리셀(120: 121, 122)이 삽입되도록 개방된 삽입구(111), 복수 개의 배터리셀(120)이 안착되는 바닥부(115), 및 상기 바닥부(115)에 마련된 복수 개의 제1 단자홀(116)을 가지는 셀 케이스(110)를 포함한다.
또한, 상기 셀 케이스(110)는 복수 개의 배터리셀(120: 121, 122)이 수용되는 내부 공간(110a)을 갖는다. 상기 셀 케이스(110)는 일 방향으로 개방되고, 내부 공간(110a)을 갖는 통 형상을 가질 수 있다. 상기 바닥부(115)에는 복수 개의 배터리셀(120)이 안착되며, 복수 개의 제1 단자홀(116)이 마련된다. 또한, 상기 삽입구(111)는 바닥부(115)와 마주하도록 마련될 수 있다. 상기 삽입구(111) 및 바닥부(115)는 배터리셀(120)의 길이방향을 따라 마주하도록 마련될 수 있다.
상기 제1 단자홀(116)은 내부 공간(110a)에 수용되는 배터리셀(120)의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있다. 상기 제1 단자홀(116)은 바닥부(115)에 배터리셀(120)의 일 단부가 안착된 상태에서, 배터리셀(120)의 삽입방향에 따라 제1 단자(121a, 122a) 또는 제2 단자(121b, 122b)의 일부 영역을 외부로 노출시키는 기능을 수행한다. 이에 따라, 제1 단자홀(116)은 배터리셀(120)이 셀 케이스(110) 외부로 이탈되지 않도록 배터리셀(120)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
도 7은 제1 내지 제4 버스바가 분리된 상태의 배터리 모듈의 사시도이고, 도 8은 제2 보호부재가 결합된 상태의 배터리 모듈의 사시도이며, 도 9는 도 8의 X-X선을 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 10은 도 9의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)은 배터리셀(예를 들어 121)의 제2 단자(121b)가 제1 단자홀(116)로 노출되도록 상기 배터리셀(121)이 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에 안착된 상태에서 제2 단자(121b)가 노출된 제1 단자홀(116)을 둘러싸도록 마련된 제1 보호부재(150)를 포함할 수 있다.
상기 제1 보호부재(150)는 셀 케이스(110) 외부에서 가해지는 충격 또는 화염이 제1 단자홀(116)을 통해 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)에 전달되는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 상기 제1 보호부재(150)는 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있고, 제1 단자홀(116)의 전체 영역을 둘러싸도록 제1 단자홀(116) 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 보호부재(150)는 셀 케이스(110) 외부에 위치하고, 셀 케이스(110) 외부에서 셀 케이스(110)에 접착 등을 통한 방식으로 고정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 셀 케이스(110)의 삽입구(111)에 장착되며, 복수 개의 제1 단자홀(116)과 각각 마주하도록 배열된 복수 개의 제2 단자홀(132)을 갖는 셀 커버(130)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(120)이 셀 케이스의 내부 공간(110a)에 배치되면, 배터리셀의 일 단부는 상기 바닥부(115)에 지지되고, 배터리셀의 타 단부는 셀 커버(130)에 지지될 수 있다. 제1 단자홀(116)의 개수와 제2 단자홀(132)의 개수는 동일하게 마련될 수 있다. 상기 셀 커버(130)가 상기 셀 케이스(110)에 장착되면, 상기 제2 단자홀(132)은 바닥부(115)에 배터리셀(120)의 일 단부가 안착된 상태에서 타 단부에 위치한 제1 단자(121a, 122a) 또는 제2 단자(121b, 122b)의 일부 영역을 외부로 노출시키는 기능을 수행한다. 이에 따라, 제2 단자홀(132)은 배터리셀(120)이 셀 케이스(110) 또는 셀 커버(130) 외부로 이탈되지 않도록 배터리셀(120)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 복수 개의 배터리셀(120)은 제1 단자 또는 제2 단자가 셀 케이스(110)의 바닥부(115)와 마주하도록 삽입될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 배터리셀(120)은 제2 단자(121b)가 제1 단자홀(116)로 노출되고, 제1 단자(121a)가 제2 단자홀(132)로 노출되도록 상기 셀 케이스(110) 내에 배치되는 하나 이상의 제1 배터리셀(121)을 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 배터리셀(120)은 제1 단자(122a)가 제1 단자홀(116)로 노출되고, 제2 단자(122b)가 제2 단자홀(132)로 노출되도록 셀 케이스(110) 내에 배치되는 하나 이상의 제2 배터리셀(122)을 포함할 수 있다. 상기 제1 배터리셀(121) 및 제2 배터리셀(122)은 동일한 구성을 가지며, 셀 케이스(110) 내로 삽입되는 방향에서만 차이를 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 배터리셀(121)은 제2 단자(121b)가 셀 케이스(110)의 바닥부(115)를 마주하도록 삽입되고, 제2 배터리셀(122)은 제1 단자(122a)가 셀 케이스(110)의 바닥부(115)를 마주하도록 삽입된다.
이와 같은 구조에서, 복수 개의 제1 단자홀(116)은 각각 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)를 셀 케이스(110) 외부로 노출시키거나, 제2 배터리셀(122)의 제1 단자(122a)를 셀 케이스(110) 외부로 노출시키게 된다.
또한, 복수 개의 제2 단자홀(132)은 각각 제1 배터리셀(121)의 제1 단자(121a)를 셀 케이스(110) 외부로 노출시키거나, 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)를 셀 케이스(110) 외부로 노출시키게 된다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)은 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)가 셀 커버(130)의 제2 단자홀(132)로 노출되도록 상기 제2 배터리셀(122)이 셀 케이스(110) 내에 배치된 상태에서 제2 단자(122b)가 노출된 제2 단자홀(132)을 둘러싸도록 마련된 제2 보호부재(155)를 포함할 수 있다.
상기 제2 보호부재(155)는 셀 커버(130) 외부에서 가해지는 충격 또는 화염이 제2 단자홀(132)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)에 전달되는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 상기 제2 보호부재(155)는 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있고, 제2 단자홀(132)의 전체 영역을 둘러싸도록 제2 단자홀(132) 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 보호부재(150)는 셀 커버(130) 외부에 위치하고, 셀 커버(130) 외부에서 셀 커버(130)에 접착 등을 통한 방식으로 고정될 수 있다.
정리하면, 상기 제1 보호부재(150)는 셀 케이스(110) 외부에서 가해지는 충격 또는 화염이 제1 단자홀(116)을 통해 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)에 전달되는 것을 방지하는 기능을 수행하고, 상기 제2 보호부재(155)는 셀 커버(130) 외부에서 가해지는 충격 또는 화염이 제2 단자홀(132)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)에 전달되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
제1 및 제2 보호부재(150, 155)는 각각 내열성 및 절연성을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 유리 섬유(glass fiber) 또는 운모(mica)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 제1 및 제2 배터리셀(121, 122)과 각각 전기적으로 연결되는 복수 개의 버스바(141 내지 144)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 모듈(100)은 제2 단자홀(132)을 통해 제1 배터리셀(121)의 제1 단자(121a)와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스(110) 외부에 위치하는 제1 버스바(141) 및 상기 제1 단자홀(116)을 통해 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스(110) 외부에 위치하는 제3 버스바(143)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 버스바(141)는 제2 단자홀(132)을 통해 제1 배터리셀(121)의 제1 단자(121a)에 용접 결합될 수 있고, 적어도 일부 영역(용접 영역)은 셀 커버(130) 내부에 위치하고, 나머지 영역은 셀 커버(130) 외부에 위치하게 된다. 또한, 제3 버스바(143)는 제1 단자홀(116)을 통해 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)에 용접 결합될 수 있고, 적어도 일부 영역(용접 영역)은 셀 케이스(110) 내부에 위치하고, 나머지 영역은 셀 케이스(110) 외부에 위치하게 된다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 제2 단자홀(132)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스(110) 외부에 위치하는 제2 버스바(142) 및 상기 제1 단자홀(116)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제1 단자(122a)와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스(110) 외부에 위치하는 제4 버스바(144)를 포함할 수 있다.
또한, 제2 버스바(142)는 제2 단자홀(132)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)에 용접 결합될 수 있고, 적어도 일부 영역(용접 영역)은 셀 커버(130) 내부에 위치하고, 나머지 영역은 셀 커버(130) 외부에 위치하게 된다. 또한, 제4 버스바(144)는 제1 단자홀(116)을 통해 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122a)에 용접 결합될 수 있고, 적어도 일부 영역(용접 영역)은 셀 케이스(110) 내부에 위치하고, 나머지 영역은 셀 케이스(110) 외부에 위치하게 된다.
이때, 제1 보호부재(150)는 제3 버스바(143) 및 제1 단자홀(116)을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 셀 케이스(110)의 바닥부(115) 외부에서, 제1 단자홀(116)을 통해 노출된 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)가 노출된 영역을 덮도록 셀 케이스(110)에 고정될 수 있다.
또한, 제2 보호부재(155)는 제2 버스바(142) 및 제2 단자홀(132)을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 셀 커버(130)의 외부에서, 제2 단자홀(132)을 통해 노출된 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)가 노출된 영역을 덮도록 셀 커버(130)에 고정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 복수 개의 배터리셀(120: 121, 122)을 둘러싸도록 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)에 마련된 포팅부(170)를 포함할 수 있다.
상기 포팅부(170)는 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)으로 주입된 포팅 레진(R)이 경화되어 형성될 수 있다. 상기 포팅부(170)는 각각의 배터리셀(121, 122)의 외면을 둘러싸도록 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)에 마련되며, 상기 포팅부(170)는 셀 케이스(110) 내 배터리셀(121, 122)의 내부 발화시 배터리셀(120)의 측방향(F, 배열 방향)으로의 화염 전달을 차단하는 기능을 수행하며, 셀 케이스(110)의 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 포팅 레진(R)은 난연성을 가지며, 일 예로, 상기 포팅 레진(R)은 실리콘을 베이스로 이루어진 난연 복합 소재일 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 셀 커버(130)는 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)과 유체 이동가능하게 마련된 적어도 하나의 레진 주입홀(135)을 가질 수 있다. 이때, 상기 포팅부(170)는 상기 레진 주입홀(135)을 통해 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간으로 주입된 포팅 레진(R)이 경화되어 형성된 것일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 셀 케이스(110) 내부에 복수 개의 배터리셀(121, 122)이 수용되고, 셀 커버(130)가 상기 셀 케이스(110)의 삽입구(111) 측에 장착된 이후, 제1 내지 제4 버스바(141 내지 144)의 용접 공정이 진행될 수 있다. 이후, 상기 레진 주입홀(135)을 통해 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간으로 포팅 레진(R)이 주입될 수 있다.
이때, 상기 포팅 레진(R) 주입 시, 포팅 레진(R)이 셀 케이스(110) 외부로 누설되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
상기 셀 케이스(110)는 삽입구(111) 측에 내부 공간(110a)을 향하여 돌출된 복수 개의 끼움 돌기(112)를 갖고, 상기 셀 커버(130)는 각각의 끼움 돌기(112)가 끼움 결합되는 복수 개의 끼움홀(134)를 가질 수 있다. 상기 셀 커버(130)는 둘레방향을 따라 상기 셀 케이스의 내면(110b)과 적어도 일부 영역에 접촉하며, 상기 셀 케이스의 내면(110b)에 형성된 끼움 돌기(112)에 의해 상기 셀 케이스(110)에 끼움 결합될 수 있다.
상기 셀 커버(130)는 복수 개의 제2 단자홀(132) 및 하나 이상의 레진 주입홀(135)이 마련된 커버부(131) 및 하나 이상의 끼움홀(134)이 마련되고, 커버부(131)의 둘레방향을 따라 배열된 하나 이상의 커버 결합부(133)를 가질 수 있다. 상기 끼움홀(134)은 커버 결합부(133)를 측방향(F)으로 관통하는 개구일 수 있다.
또한, 상기 커버부(131)는 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)을 덮도록 마련된다. 복수 개의 제2 단자홀(132) 및 하나 이상의 레진 주입홀(135)은 커버부(131)를 상하로 관통하는 개구일 수 있다.
또한, 상기 커버 결합부(133)는 상기 커버부(131)의 가장자리에서 상기 배터리셀(120)의 길이방향을 따라 연장될 수 있고, 일 예로, 상기 커버 결합부(133)는 커버부(131)에 대해 수직하게 연장될 수 있고, 셀 케이스(110)의 내면에 대응되는 형상으로 형성되어, 둘레방향을 따라 적어도 일부 영역에서 셀 케이스(110)의 내면(110b)에 접촉되게 마련된다.
또한, 상기 레진 주입홀(135)은 커버 결합부(133)와 커버부(131)의 경계 부분에 마련될 수 있고, 상기 레진 주입홀(135)은 제2 단자홀(132)과 동일 평면 상에 배치될 수 있으며, 제2 단자홀(132)과 이격 배치된다.
또한, 상기 셀 커버(130)의 끼움홀(134)이 셀 케이스(110)의 끼움 돌기(112)에 후크 방식으로 끼움 결합되어, 셀 케이스(110)에 대한 셀 커버(130)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 셀 케이스(110)에 홀 구조를 형성하지 않음으로써, 셀 케이스(110)의 내부 공간으로 포팅 레진(R)을 주입할 때, 셀 케이스(110) 외부로 포팅 레진(R)이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 배터리셀(예를 들어, 제1 배터리셀(121))의 제2 단자(121b)가 제1 단자홀(116)로 노출되도록 상기 배터리셀(121)이 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에 안착된 상태에서, 상기 배터리셀(121)의 제2 단자(121b) 및 제1 단자홀(116) 사이에 배치되는 제1 실링 부재(161)를 포함할 수 있다. 상기 제1 실링 부재(161)는 상기 셀 케이스(110)에 접착될 수 있다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 실링부재(161)는 제1 단자홀(116)의 둘레방향을 따라 접착되고, 제2 단자(122b)의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀(116) 외부로 노출시키도록 마련될 수 있다.
상기 제1 실링 부재(161)는 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)과 상기 제1 단자홀(116) 사이를 밀폐시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 포팅 레진(R) 주입 시, 포팅 레진(R)이 제1 단자홀(116)을 통해 셀 케이스(110) 외부로 누설되는 방지할 수 있다.
상기 제1 실링 부재(161)는 상기 제1 단자홀(116)의 직경보다 큰 내경을 가진 링 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 실링 부재(161)는 링 형상을 갖는 양면 테이프를 포함할 수 있다. 즉, 제1 실링 부재(161)는 테이프의 양면 중 일면이 제1 단자홀(116)의 둘레방향을 따라 접착되고, 타면이 제1 단자홀(116) 측에 배치된 배터리셀(120)의 단부와 접착될 수 있다.
상기 제1 실링부재(161)는 복수 개로 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 실링부재(161)는 제1 단자홀(116) 마다 부착될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)가 제1 단자홀(116)로 노출되도록 상기 제1 배터리셀(121)이 상기 셀 케이스(110) 내에 배치되고, 제2 배터리셀(122)의 제1 단자(122a)가 제1 단자홀(116)로 노출되도록 상기 제2 배터리셀(122)이 상기 셀 케이스(110) 내에 배치될 수 있다.
여기서, 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b) 및 제1 단자홀(116) 사이에 배치된 제1 실링부재(161)는 제1 단자홀(116)의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제2 단자(121b)의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀(116) 외부로 노출시키도록 마련될 수 있다.
또한, 도 10을 참조하면, 제2 배터리셀(122)의 제1 단자(122a) 및 제1 단자홀(116) 사이에 배치된 제1 실링부재(161)는 제1 단자홀(116)의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제1 단자(122a)의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀(116) 외부로 노출시키도록 마련될 수 있다.
각각의 제1 실링 부재(116)는 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)과 상기 제1 단자홀(116) 사이를 밀폐시키는 기능을 수행한다.
또한, 상기 셀 케이스(110)는 상기 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에서 상기 삽입구(111)를 향하여 돌출된 적어도 하나의 케이스 기둥(117)을 포함할 수 있고, 상기 셀 커버(130)는 상기 셀 케이스(110)의 바닥부(115)를 향하여 연장되며, 상기 케이스 기둥(117)에 연결되는 적어도 하나의 커버 기둥(137)을 포함할 수 있다.
상기 케이스 기둥(117)은 인접하는 제1 단자홀(116)들 사이에 배치될 수 있으며, 상기 케이스 기둥(117)은 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에서 배터리셀(120)의 길이 방향(L)으로 돌출되게 마련될 수 있다. 셀 커버(130)를 셀 케이스(110)에 조립 시, 각각의 케이스 기둥(117)은 상기 셀 커버(130)의 커버 기둥(137)에 삽입될 수 있다.
상기 커버 기둥(137)은 인접하는 제2 단자홀(132)들 사이에서 배터리셀의 길이 방향(L)을 따라 연장 형성될 수 있다. 상기 커버 기둥(137)은 셀 케이스(110)의 케이스 기둥(117)에 장착될 수 있고, 일 예로, 상기 케이스 기둥(117)이 커버 기둥(137)의 단부로 삽입되어, 커버 기둥(137)에 끼움 결합될 수 있다.
상기 케이스 기둥(117)은 제1 중공(117a)을 갖고, 상기 커버 기둥(137)은 제2 중공(137a)을 가질 수 있다. 이때, 상기 케이스 기둥(117)이 상기 커버 기둥(137)에 끼움 결합되며, 제1 중공(117a)과 제2 중공(137a)이 연결될 수 있다. 이러한 구조에서, 배터리 모듈(100) 외부에서 장착볼트(700, 도 11 참조)가 제1 중공(117a)과 제2 중공(137a)을 통과하여 배터리 모듈(100)을 관통할 수 있게 된다.
상기 커버 기둥(137)과 상기 케이스 기둥(117)이 끼움 결합됨에 따라 결합 부위를 통해 포팅 레진(R)이 누설될 수도 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 커버 기둥(137) 및 상기 케이스 기둥(117) 사이에 배치되는 제2 실링 부재(162)를 포함할 수 있다.
제2 실링 부재(162)는 링 형상을 갖는 양면 테이프일 수도 있다. 이때, 상기 제2 실링 부재(162)는 커버 기둥(137)의 끝단과 케이스 기둥(117)의 끝단에 각각 접착되도록 마련될 수 있다. 또한, 제2 실링 부재(162)는 오링(O-ring)을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 셀 커버(130)는 상기 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)과 유체 이동 가능하게 연결된 에어홀(136)을 가질 수 있다. 일 예로, 셀 커버(130)는 셀 케이스(110)의 내면에 접촉되는 부분, 즉 커버 결합부(133) 중 일부분이 셀 케이스(110)의 내면에 대해 이격되도록 굴곡될 수 있으며, 상기 이격 공간을 통해 에어홀(136)이 형성될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 포팅 레진(R)이 셀 케이스(110)의 내부 공간으로 주입될 때, 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)의 공기는 에어홀(136)을 통해 셀 케이스(110)의 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 포팅 레진(R)이 셀 케이스(110)의 내부 공간으로 주입될 때, 내부 공간(110a)의 공기가 에어홀(136)을 통해 셀 케이스(110)의 외부로 배출되어, 기포로 인한 포팅부(170)의 불량을 방지할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 배터리 모듈(100)의 일 제조방법을 설명한다. 복수 개의 제1 실링 부재(161)가 제1 및 제2 배터리셀(121, 122)의 단부 또는 제1 단자홀(116)의 가장장리에 접착될 수 있다. 이후, 제1 및 제2 배터리셀(121, 122)은 제1 실링 부재(161)가 접착된 부분이 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에 안착되도록, 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)으로 삽입된다.
다음으로, 셀 커버(130)가 복수 개의 제1 및 제2 배터리셀(121, 122)을 둘러싸도록 셀 케이스(110)의 삽입구(111)측에 장착된다. 이때, 셀 커버(130)의 끼움홀(134)이 셀 케이스(110)의 끼움 돌기(112)와 끼움 결합될 수 있다.
다음으로, 제1 버스바 내지 제4 버스바(141 내지 144)가 각각 용접 결합된다.
또한, 포팅 레진(R)이 셀 커버(130)의 레진 주입홀(135)을 통해 셀 케이스(110)의 내부 공간(110a)으로 주입된다. 상기 포팅 레진(R)이 내부 공간으로 주입되면서, 내부 공간의 공기가 에어홀(136)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 포팅 레진(R)은 셀 케이스(110)의 내부 공간에서 경화되면서, 배터리셀(121, 122)의 외면을 둘러싼 포팅부(170)를 형성한다.
또한, 제1 보호부재(150)는 상기 셀 케이스(110)의 바닥부(115)의 외측에서, 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)가 셀 케이스(110)의 제1 단자홀(116)로 노출된 영역을 둘러싸도록 셀 케이스(110)에 결합된다.
또한, 제2 보호부재(155)는 상기 셀 커버(130)의 외측에서, 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)가 셀 커버(130)의 제2 단자홀(132)로 노출된 영역을 둘러싸도록 셀 커버(130)에 결합된다.
이때, 셀 케이스(110)의 바닥부(115) 외측에서, 제1 보호부재(150)는 제3 버스바(143)를 덮도록 셀 케이스(110)에 고정될 수 있고, 또한, 셀 커버(130)의 외측에서, 제2 보호부재(150)는 제2 버스바(142)를 덮도록 셀 커버(130)에 고정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(1000)의 개략도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 개략적인 단면도이며, 도 13은 도 12의 B 부분을 확대한 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(1000)은 복수 개의 배터리모듈(100, 200), 복수 개의 배터리 모듈(100, 200)을 수용하는 팩 케이스(1010), 인접하는 배터리 모듈(100, 200)을 연결하기 위한 장착 볼트(700) 및 장착 볼트(700)에 체결되는 체결 부재(800)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈(100)에서, 셀 커버(130)가 셀 케이스(110)에 장착된 후, 상기 장착 볼트(700)는 케이스 기둥(117)과 커버 기둥(137)을 관통할 수 있고, 일단이 셀 케이스(110)의 바닥부(115)에 걸리고, 타단이 셀 커버(130) 외부로 돌출되게 셀 커버(130)와 셀 케이스(110)를 연결할 수 있다. 이때, 상기 체결 부재(800)는 장착 볼트(700)의 타단에 결합되고, 셀 커버(130)에 고정될 수 있다. 또한, 체결 부재(800)로는 장착 볼트(700)에 결합되는 너트가 사용될 수 있다. 또한, 상기 장착 볼트(700)는 2개 이상의 배터리 모듈(100, 200)을 차례로 관통하여 연결할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 배터리모듈(100, 200)은 각각 배터리셀(121, 221)의 길이 방향(L)을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 또한, 일렬로 배열된 상태에서, 인접하는 제1 및 제2 배터리 모듈(100, 200)은 장착 볼트(700) 및 장착 볼트(700)에 체결되는 체결 부재(800)를 통해 조립될 수 있다.
복수 개의 배터리 모듈(100, 200)은 도 1 내지 도 10을 통해 설명한 배터리 모듈(100)과 동일하며, 본 문서에서는 배터리팩(1000) 내에 배열되는 순서에 따라 제1 및 제2 배터리모듈(100, 200)로 구분하여 지칭한다.
전술한 바와 같이, 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈(100, 200)은 셀 케이스(110, 210), 셀 케이스(110, 210) 내에 배치되며, 벤트부를 갖는 제1 단자(121a, 221a) 및 제2 단자(121b, 221b)를 갖는 제1 배터리셀(121, 221) 및 셀 케이스(110, 210) 내에 배치되며, 벤트부를 갖는 제1 단자(122a, 222a) 및 제2 단자(122b, 222b)를 갖는 제2 배터리셀(122, 222)을 포함한다. 또한, 각각의 배터리 모듈(100, 200) 내에는 포팅부(170, 270)가 마련될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 배터리 모듈(100, 200)에는 제1 내지 제4 버스바(141~144, 241 ~ 244)가 각각 구비될 수 있다.
상기 배터리 팩(1000)에서, 제2 배터리 모듈(200)의 제1 배터리셀(221)은 제1 단자(221a)가 제1 배터리 모듈(100)의 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)와 마주하도록 배열되고, 제1 배터리 모듈(100)의 제2 배터리셀(122)은 제1 단자(122a)가 제2 배터리 모듈(200)의 제2 배터리셀(222)의 제2 단자(222b)와 마주하도록 배열될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 배터리 모듈(100, 200)에는 제1 보호 부재(150, 250) 및 제2 보호 부재(155, 255)가 각각 구비된다.
제1 및 제2 보호부재(150, 250, 155, 255)는 어느 한 배터리 모듈(100, 200) 내에 배터리셀의 내부 발화시, 배터리셀의 길이 방향(L)으로의 화염 전달을 차단하기 위한 것이다.
구체적으로, 제1 배터리 모듈(100)에서, 제1 보호부재(150)는 제1 배터리셀(121)의 제2 단자(121b)를 둘러싸도록 마련되고, 제2 배터리 모듈(200)에서 제1 보호부재(250)는 제1 배터리셀(221)의 제2 단자(221b)를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
또한, 제1 배터리 모듈(100)에서, 제2 보호부재(155)는 제2 배터리셀(122)의 제2 단자(122b)를 둘러싸도록 마련되고, 제2 배터리 모듈(200)에서 제2 보호부재(255)는 제2 배터리셀(222)의 제2 단자(222b)를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 배터리 모듈(200) 내 제1 배터리셀(221)에서 내부 발화 시, 벤트부가 파단되며, 파손된 제1 단자(221a)를 통해 화염이 방출되는 경우, 제1 배터리모듈(100)의 제1 보호부재(150)는 방출된 화염을 반사시킴에 따라, 화염 전달을 차단시킬 수 있다.
이때, 제1 배터리 모듈(100)에 마련된 제1 보호부재(150)는, 제2 배터리모듈(200)에 구비된 제1 배터리셀(221)의 제1 단자(221a)에 대해 소정의 간격(G)을 두고 배열될 수 있으며, 상기 간격은 5mm 이하, 바람직하게, 3mm 이하로 설정될 수 있다. 상기 간격(G)은 배터리팩(100) 내에서, 제1 배터리 모듈(100)과 제2 배터리 모듈(200) 사이의 간격일 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 따르면, 배터리 모듈 내에 배치된 배터리셀의 음극 단자를 덮도록 구비된 보호부재를 통해, 인접하는 배터리셀의 발화시 화염 전달을 차단함으로써 배터리셀의 연쇄 발화를 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 벤트부를 갖는 제1 단자 및 상기 제1 단자와 떨어져 배치된 제2 단자를 포함하는 복수 개의 배터리셀;
    복수 개의 배터리셀이 삽입되도록 개방된 삽입구, 복수 개의 배터리셀이 안착되는 바닥부, 및 상기 바닥부에 마련된 복수 개의 제1 단자홀을 가지는 셀 케이스;
    배터리셀의 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 배터리셀이 셀 케이스의 바닥부에 안착된 상태에서, 상기 배터리셀의 제2 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치되는 제1 실링 부재; 및
    복수 개의 배터리셀을 둘러싸도록 상기 셀 케이스의 내부 공간에 마련된 포팅부를 포함하는 배터리모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 실링 부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 제2 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련되고,
    상기 제1 실링 부재는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 상기 제1 단자홀 사이를 밀폐시키는 배터리모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 실링 부재는 상기 제1 단자홀의 직경보다 큰 내경을 가진 링 형상을 갖는 배터리모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 실링 부재는 양면 테이프를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    복수 개의 제1 단자홀과 각각 마주하도록 배열된 복수 개의 제2 단자홀 및 상기 셀 케이스의 내부 공간과 유체 이동가능하게 마련된 적어도 하나의 레진 주입홀을 가지며, 상기 셀 케이스의 삽입구에 장착되는 셀 커버를 추가로 포함하는 배터리모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    포팅부는 레진 주입홀을 통해 상기 셀 케이스의 내부 공간으로 주입된 포팅 레진이 경화되어 형성된, 배터리모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 유체 이동 가능하게 연결된 에어홀을 가지는 배터리모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀 케이스는 삽입구 측에 내부 공간을 향하여 돌출된 복수 개의 끼움 돌기를 갖고,
    상기 셀 커버는 각각의 끼움 돌기가 끼움 결합되는 복수 개의 끼움홀을 갖는 배터리모듈.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀 케이스는 상기 셀 케이스의 바닥부에서 상기 삽입구를 향하여 돌출된 적어도 하나의 케이스 기둥을 포함하고,
    상기 셀 커버는 상기 셀 케이스의 바닥부를 향하여 연장되며, 상기 케이스 기둥에 연결되는 적어도 하나의 커버 기둥을 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커버 기둥과 상기 케이스 기둥은 끼움 결합되도록 마련되고,
    상기 커버 기둥 및 상기 케이스 기둥 사이에 배치되는 제2 실링 부재를 추가로 포함하는 배터리모듈.
  11. 제 5 항에 있어서, 복수 개의 배터리셀은,
    제2 단자가 제1 단자홀로 노출되고, 제1 단자가 제2 단자홀로 노출되도록 상기 셀 케이스 내에 배치되는 하나 이상의 제1 배터리셀; 및
    제1 단자가 제1 단자홀로 노출되고, 제2 단자가 제2 단자홀로 노출되도록 셀 케이스 내에 배치되는 하나 이상의 제2 배터리셀을 포함하는 배터리모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 및 제2 배터리셀은 각각 제1 단자 및 제2 단자가 배터리셀의 길이방향을 따라 서로 반대방향에 위치하는 배터리모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    제2 단자홀을 통해 제1 배터리셀의 제1 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제1 버스바;
    제2 단자홀을 통해 제2 배터리셀의 제2 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제2 버스바;
    상기 제1 단자홀을 통해 제1 배터리셀의 제2 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제3 버스바; 및
    상기 제1 단자홀을 통해 제2 배터리셀의 제1 단자와 전기적으로 연결되며, 셀 케이스 외부에 위치하는 제4 버스바를 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제1 실링부재는 복수 개로 구비되며,
    제1 배터리셀의 제2 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 제1 배터리셀이 상기 셀 케이스 내에 배치되고,
    제2 배터리셀의 제1 단자가 제1 단자홀로 노출되도록 상기 제2 배터리셀이 상기 셀 케이스 내에 배치되며,
    제1 배터리셀의 제2 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치된 제1 실링부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제2 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련되고,
    제2 배터리셀의 제1 단자 및 제1 단자홀 사이에 배치된 제1 실링부재는 제1 단자홀의 둘레방향을 따라 접착되고, 상기 제1 단자의 적어도 일부 영역을 제1 단자홀 외부로 노출시키도록 마련된 배터리 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각각의 제1 실링 부재는 상기 셀 케이스의 내부 공간과 상기 제1 단자홀 사이를 밀폐시키는 배터리 모듈.
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