KR102096983B1 - 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 구비하며 서로 대면하여 적층되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀로 구성되는 셀 적층체; 한 쌍의 상기 배터리 셀 각각의 전극 리드 사이를 연결하는 커넥터; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 구비되며, 상기 전극 리드가 인출되는 한 쌍의 리드 슬릿과 상기 커넥터와 대응되는 위치에 형성되어 상기 배터리 셀의 벤팅 시에 배출되는 벤팅 가스가 분사되는 통로를 제공하는 분사 슬릿을 구비하는 지지 프레임;을 포함한다.

Description

벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈{Battery module with a structure to break a connector using venting gas}
본 발명은 벤팅 가스를 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 충방전 과정에서 배터리 셀의 내압 상승으로 인해 파우치 케이스가 파단됨으로써 외부로 배출되는 가스의 압력을 이용하여 커넥터를 파단시키는 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 과충전이나 단락 등의 이상 상황 발생으로 인해 배터리 셀의 내압이 일정 수준 이상을 ㅗ증가하는 경우 벤팅 가스의 배출압을 이용하여 전류의 흐름을 신속히 차단하여 이차전지 사용상의 안전성을 확보하는 것을 일 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.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 구비하며 서로 대면하여 적층되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀로 구성되는 셀 적층체; 한 쌍의 상기 배터리 셀 각각의 전극 리드 사이를 연결하는 커넥터; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 구비되며, 상기 전극 리드가 인출되는 한 쌍의 리드 슬릿과 상기 커넥터와 대응되는 위치에 형성되어 상기 배터리 셀의 벤팅 시에 배출되는 벤팅 가스가 분사되는 통로를 제공하는 분사 슬릿을 구비하는 지지 프레임;을 포함한다.
상기 리드 슬릿의 외측으로 노출된 전극 리드의 단부는 절곡되어 상기 지지 프레임에 의해 지지될 수 있다.
상기 분사 슬릿은, 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 각각의 테라스부 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 지지 프레임과 셀 적층체 간의 접합 부위는 상기 벤팅 가스가 상기 분사 슬릿을 통해서만 외부로 배출될 수 있도록 밀봉된 구조를 가질 수 있다.
상기 리드 슬릿의 내측면과 상기 전극 리드 사이에 형성되는 빈 공간에는 밀봉 부재가 개재될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 전극 탭을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 탭에 부착되는 전극 리드; 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및 적어도 하나의 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서, 상기 전극 리드 및 상기 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실링 테이프;를 포함할 수 있다.
상기 벤팅 패턴부는, 상기 전극 리드의 연장 방향을 따라 일정 깊이로 형성된 노치에 해당할 수 있다.
상기 벤팅 패턴부는, 상기 전극 리드의 연장 방향을 따라 폭이 점점 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
상기 벤팅 패턴부는, 쐐기 형상을 가질 수 있다.
상기 벤팅 패턴부는, 상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수개 형성될 수 있다.
상기 파우치 케이스는 테두리에 형성되는 실링 영역을 구비하고, 상기 벤팅 패턴부의 적어도 일부는 상기 실링 영역 내에 위치할 수 있다.
상기 벤팅 패턴부는, 상기 전극 리드의 양 면 상에 모두 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 과충전이나 단락 등의 이상 상황 발생으로 인해 배터리 셀의 내압이 비정상적으로 높아지는 경우 벤팅 가스의 배출압을 이용하여 전류의 흐름을 신속히 차단함으로써 이차전지의 발화/폭발 등이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 X-X' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 3에 나타난 M 영역에 대한 확대도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 Y-Y' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 9 및 도 10은 도 7과는 다른 형태의 벤팅 패턴부가 구비된 배터리 셀을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이다. 도 4 및 도 5는 도 2의 X-X' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 한 쌍의 배터리 셀(10)을 포함하는 셀 적층체, 한 쌍의 배터리 셀(10)을 전기적으로 연결시키는 커넥터(20) 및 셀 적층체의 적어도 일 측에 배치되는 지지 프레임(30)을 포함하는 형태로 구현된다.
상기 셀 적층체는, 서로 대면하여 적층되는 제1 배터리 셀(10) 및 제2 배터리 셀(10)을 포함하여 구성된다. 상기 셀 적층체를 이루는 각각의 배터리 셀(10)들은 실질적으로 동일한 배터리 셀일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 한 쌍의 배터리 셀(10)은, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀일 수 있다. 상기 배터리 셀(10)은, 전극 조립체(11), 파우치 케이스(12), 전극 리드(15) 및 실란트(16)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않으나, 상기 전극 조립체는, 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적어도 1회 이상 순차적으로 적층된 형태를 가며, 절연성의 확보를 위해 최 외각에는 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 전극 조립체(11)는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등의 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 양극판은, 도전성 플레이트로 이루어지는 양극 집전판의 적어도 일 면 상에 양극 활물질이 코팅된 형태를 가지며, 마찬가지로, 상기 음극판은 도전성 플레이트로 이루어지는 음극 집전판의 적어도 일 면 상에 음극 활물질이 코팅된 형태를 갖는다.
상기 양극판 및 음극판은 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되지 않은 무지부 영역을 가지며, 이러한 무지부 영역은 전극 리드(15)와 결합되는 전극탭(11a)으로서 기능한다.
상기 세퍼레이터는, 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 이동할 수 있도록 다공성 막 형태를 가질 수 있다. 이러한 세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(12)는, 금속층 및 이를 감싸는 수지층을 포함하는 다층구조의 필름 형태를 갖는 외장재로 이루어지는 파우치 케이스일 수 있으며, 이러한 파우치 케이스(12)는 상부 케이스와 하부 케이스로 구성될 수 있다.
이처럼 상기 파우치 케이스(12)가 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되는 경우, 하부 케이스는 전극 조립체를 수용하기 위해 볼록하게 돌출된 수용부(13)를 구비한다. 또한, 상기 상부 케이스는 볼록하게 돌출된 수용부(13)를 구비할 수도 있고, 이러한 수용부(13)가 형성되지 아니한 평평한 형상을 가질 수도 있다.
즉, 상기 배터리 셀(10)은, 양 면이 돌출된 형태의 양 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있고, 이와는 달리 일 면만이 돌출된 형태의 일 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있는 것이다. 본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 배터리 셀(10)이 양 면 돌출형 배터리 셀인 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 배터리 셀이 양 면 돌출형 배터리 셀인 경우에 있어서, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은, 수용부(13)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(14)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(10)이 일 면 돌출형 배터리 셀인 경우에 있어서는, 하부 케이스는 수용부(13)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(14)를 구비하고, 상부 케이스는 하부 케이스의 실링부(14)와 맞닿는 영역에 형성되는 실링부(14)를 구비할 수 있다.
상기 파우치 케이스(12)는 수용부(13) 내에 전극 조립체를 수용하고 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 실링부(14)가 맞닿아 열 융착 됨으로써 밀봉된다. 이처럼, 상부 케이스 및 하부 케이스의 실링부(14)는 상호 맞닿은 상태에서 열 융착에 의해 접합될 수 있도록, 열 융착성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극 리드(15)는 전극 조립체의 전극탭(11a)에 연결되어 파우치 케이스(12)의 외부로 인출됨으로써 전극 조립체와 외부 부품 사이를 전기적으로 연결시켜주는 매개체 역할을 하는 구성요소로서, 양극판에 연결되는 양극 리드 및 음극판에 연결되는 음극 리드를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 양극 리드는 양극판에 구비된 양극 무지부에 연결되고, 음극 리드는 음극판에 구비된 음극 무지부에 연결된다.
하나의 배터리 셀(10)에 구비된 양극 리드와 음극 리드는 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 인출될 수 있는데, 본 발명의 도면에서는 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대방향으로 인출된 형태의 배터리 셀(10)만이 도시되어 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 상기 실링부(14) 중 전극 리드(15)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(14)를 가리켜 테라스부(Terrace portion)라 칭하기로 한다.
상기 실란트(16)는 파우치 케이스(12)의 외부로 인출되는 전극 리드(15)와 실링부(14)의 내측면 사이에서 밀봉력 저하가 발생되는 것을 방지하기 위해서 실링부(14)의 내측면과 전극 리드(15) 사이에 개재된다.
상기 배터리 셀(10)은, 상술한 바와 같이, 상부 케이스와 하부 케이스를 열융착하여 밀봉되어 있기 때문에 내부에 가스가 발생하여 내압이 일정 수준 이상으로 상승하게 되면, 실링부(14)의 열융착 부위가 파단되어 벤팅이 발생될 수 있다.
상기 배터리 셀(10)은, 특히 전극 리드(15)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(14)와 전극 조립체(11) 사이에 형성되는 내부 가스 포집 공간(S)에 가스가 모이게 되며, 이로써 내압이 일정 수준 이상이 되는 경우 전극 리드(15)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(14)를 통해 벤팅이 발생하게 된다(즉, 도 3의 화살표 방향으로 벤팅이 발생하게 됨).
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 이러한 벤팅 방향을 고려하여, 후술할 바와 같이, 셀 적층체의 적어도 일 측에 지지 프레임(30)을 배치하여 벤팅 가스의 분사 압력을 이용하여 배터리 셀(10) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있도록 설계된 것이다.
상기 커넥터(20)는, 서로 인접하는 배터리 셀(10) 상호간을 전기적으로 연결시켜 주기 위해 적용되는 구성요소로서, 전기 저항을 최소화 하면서도 배터리 셀(10)에 벤팅이 발생되는 경우 신속하고 확실하게 파단될 수 있도록 하기 위해, 예를 들어 다수의 금속 와이어 형태로 구현될 수 있다.
이 경우, 개개의 상기 금속 와이어들은 인접한 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 전극 리드(15)와 용접 등에 의해 연결될 수 있으며, 이하 설명할 벤팅 가스의 분사 압력에 의해 이러한 금속 와이어와 전극 리드(15) 간의 용접 부위가 파단되어 이웃하는 배터리 셀(10) 간의 전기적 연결이 차단된다.
상기 지지 프레임(30)은, 셀 적층체의 적어도 일 측에 배치되는 것으로서, 전극 리드(15)가 통과되는 한 쌍의 리드 슬릿(31)을 구비하며, 또한 벤팅 가스가 분사되는 통로를 제공하는 분사 슬릿(32)을 구비한다. 상기 지지 프레임(30)은 절연성을 갖는 수지 재질로 만들어질 수 있다.
상기 한 쌍의 리드 슬릿(31)은, 각각 제1 배터리 셀(10)과 제2 배터리 셀(10)의 전극 리드(15)가 통과되어 외부로 노출될 수 있도록 지지 프레임(30)의 하면과 상면 사이를 관통하여 형성된다. 상기 전극 리드(15)는 상방으로 연장되어 리드 슬릿(31)의 외측으로 노출되며, 노출된 전극 리드(15)의 단부는 절곡되어 지지 프레임(30)의 상면에 안착되어 지지된다.
상기 분사 슬릿(32)은, 커넥터(20)와 대응되는 위치에 형성되어, 배터리 셀(10)의 벤팅 시에 배출되는 벤팅 가스가 커넥터(20)를 향해 분사될 수 있도록 하는 통로로서 기능한다. 상기 분사 슬릿(32)은, 제1 배터리 셀(10)과 제2 배터리 셀(10) 각각의 테라스부 사이에 형성되는 공간(G)과 대응되는 위치에 형성된다.
상기 분사 슬릿(32)은, 한 쌍의 리드 슬릿(31) 사이에 형성되며, 리드 슬릿(31)과 마찬가지로 지지 프레임(30)의 하면과 상면 사이를 관통하여 형성되되, 분사 슬릿의 하부(32a)는 분사 슬릿의 상부(32b)보다 더 넓은 폭을 갖는다.
상기 분사 슬릿의 하부(32a)는 배터리 셀(10)로부터 배출된 벤팅 가스가 우선적으로 모이는 공간에 해당하며, 분사 슬릿의 상부(32b)는 이러한 분사 슬릿의 하부(32a)보다 더 좁은 폭을 가짐으로써 분사 슬릿의 하부(32a)에 모인 벤팅 가스가 강한 압력으로 상방으로 분사될 수 있도록 한다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 분사 슬릿(32)을 통해 분사되는 벤팅 가스를 이용하여 커넥터(20)와 전극 리드(15)의 연결 부위를 파단시켜 인접한 배터리 셀(10) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
상기 벤팅 가스의 분사 압력을 높이기 위해서는 분사 슬릿(32) 이 외의 다른 공간을 통해 벤팅 가스가 빠져나가지 못하도록 밀봉이 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 지지 프레임(30)과 셀 적층체 간의 접합 부위가 밀봉된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 벤팅 가스는 리드 슬릿(31)의 내측면과 전극 리드(15) 사이에 형성되는 빈 공간을 통해서도 누출될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 리드 슬릿(31)의 내측면과 전극 리드(15) 사이에 형성되는 빈 공간에는 밀봉 부재가 개재될 수 있다.
다음은, 도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기로 한다.
도 6은 도 3에 나타난 M 영역에 대한 확대도이다고, 도 7 및 도 8은 도 6의 Y-Y' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 9 및 도 10은 도 7과는 다른 형태의 벤팅 패턴부가 구비된 배터리 셀을 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈과 비교하여 배터리 셀(10)에 구비된 실란트(16)의 구조에 있어서 일부 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명함에 있어서는 배터리 셀(10)의 실란트(16) 구조에 대해서 중점적으로 설명하기로 하며, 앞선 실시예에서와 중복되는 사항에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 적용되는 배터리 셀(10)은 전극 리드(15)가 인출되는 방향에만 실링부(14)가 형성되는 것이 아니라, 수용부(13)의 둘레에 전체적으로 실링부(14)가 형성된 구조를 가지므로, 내압 증가시에 지지 프레임(30)의 외측에서도 벤팅이 발생될 가능성은 존재한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상술한 바와 같이 지지 프레임(30)의 외측에서 벤팅이 발생되는 것을 방지하기 위해 실란트(16)에 벤팅 패턴부(16a)가 형성된 구조를 갖는다.
상기 벤팅 패턴부(16a)는 실란트(16)의 두께를 이루는 면 중 전극 조립체(11)와 마주보는 면에 일정 깊이로 형성되는 노치(notch)에 해당한다. 즉, 상기 벤팅 패턴부(13a)는 전극 리드(15)의 연장 방향, 즉 길이 방향을 따라 형성된다.
상기 벤팅 패턴부(16a)의 적어도 일부는 파우치 케이스(12)의 실링부(14)와 중첩되는 영역 내에 위치한다. 따라서, 상기 파우치 케이스(12) 내부에 가스가 발생하는 경우 벤팅 패턴부(16a)가 형성된 영역에 압력이 집중(도 6의 화살표 참조)됨으로써 파우치 케이스(12)의 밀봉이 신속히 해제될 수 있다.
이처럼, 실란트(16)에 벤팅 패턴부(16a)를 형성시켜 실란트(16)와 파우치 케이스(12) 간의 접착력을 부분적으로 감소시킴으로써 원하는 영역에서 벤팅이 발생될 수 있도록 조절할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서, 벤팅 패턴부(16a)가 형성된 영역은 지지 프레임(30)의 내부 공간에 해당하므로, 벤팅의 발생 시에 분사 슬릿(32)을 통해 집중적으로 가스를 분사시키는 것이 가능하게 된다.
상기 벤팅 패턴부(16a)는 전극 리드(15)의 양 면 중 어느 일 면 상에만 형성될 수도 있으나(도 7 참조), 벤팅이 좀 더 용이하게 발생되도록 하기 위해 전극 리드(15)의 양 면 상에 모두 형성(도 8 참조)될 수도 있다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 벤팅 패턴부(16a)는 전극 리드(15)가 인출되는 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 이처럼 상기 벤팅 패턴부(16a)가 전극 리드(15)가 인출되는 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 경우, 압력 집중의 효과를 극대화시킬 수 있어 더 신속한 벤팅을 가능하게 하며, 특히 벤팅 패턴부(16a)가 형성되나 영역 이 외의 영역에서 벤팅이 발생되는 현상을 좀 더 확실하게 방지할 수 있게 된다.
특히, 상기 벤팅 패턴부(16a)는 도 9에 도시된 바와 같이 끝이 뾰족한 쐐기 형상을 가질 수 있는데, 이경우 압력 집중의 효과가 극대화 되어 벤팅 패턴부(16a)의 단부 모서리로부터 연장된 라인(L)을 따라 실링 테이프(16)와 파우치 케이스(12)의 내측면 사이의 접착이 용이하게 해제될 수 있다.
또한, 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 쐐기 형상의 벤팅 패턴부(16a)는 실란트(16)의 길이 방향, 즉 전극 리드(15)의 연장 방향과 수직한 방향을 따라 서로 이격되어 복수개 형성될 수도 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 배터리 셀
11: 전극 조립체
11a: 전극탭
12: 파우치 케이스
13: 수용부
14: 실링부
15: 전극 리드
16: 실란트
S: 내부 가스 포집 공간
20: 커넥터
30: 지지 프레임
31: 리드 슬릿
32: 분사 슬릿
32a: 분사 슬릿 하부
32b: 분사 슬릿 상부

Claims (12)

  1. 전극 리드를 구비하며 서로 대면하여 적층되는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀로 구성되는 셀 적층체;
    한 쌍의 상기 배터리 셀 각각의 전극 리드 사이를 연결하는 커넥터; 및
    상기 셀 적층체에서 상기 전극 리드가 인출되는 방향에 구비되며, 상기 전극 리드가 인출되는 한 쌍의 리드 슬릿과 상기 커넥터와 대응되는 위치에 형성되어 상기 배터리 셀의 벤팅 시에 배출되는 벤팅 가스가 분사되는 통로를 제공하는 분사 슬릿을 구비하는 지지 프레임;
    을 포함하고,
    상기 한 쌍의 리드 슬릿은, 각각 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀의 전극 리드가 통과되어 외부로 노출될 수 있도록 상기 지지 프레임의 하면과 상면 사이를 관통하여 형성되고, 상기 전극 리드는 상방으로 연장되어 상기 리드 슬릿의 외측으로 노출되며, 노출된 전극 리드의 단부는 절곡되어 상기 지지 프레임의 상면에 안착되어 지지되고,
    상기 분사 슬릿은, 상기 한 쌍의 리드 슬릿 사이에 형성되며, 상기 지지 프레임의 하면과 상면 사이를 관통하여 형성되고,
    상기 커넥터는 상기 지지 프레임의 상면에 안착되어 지지되고 있는 상기 전극 리드의 단부 각각과 연결되는 단부들을 가진 다수의 금속 와이어인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사 슬릿은,
    상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀 각각의 테라스부 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지 프레임과 셀 적층체 간의 접합 부위는 상기 벤팅 가스가 상기 분사 슬릿을 통해서만 외부로 배출될 수 있도록 밀봉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리드 슬릿의 내측면과 상기 전극 리드 사이에 형성되는 빈 공간에는 밀봉 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    전극 탭을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 탭에 부착되는 전극 리드;
    상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스; 및
    적어도 하나의 벤팅 패턴부를 구비하는 것으로서, 상기 전극 리드 및 상기 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실링 테이프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    상기 전극 리드의 연장 방향을 따라 일정 깊이로 형성된 노치인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    상기 전극 리드의 연장 방향을 따라 폭이 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    쐐기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    상기 실링 테이프의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는 테두리에 형성되는 실링 영역을 구비하고,
    상기 벤팅 패턴부의 적어도 일부는 상기 실링 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 벤팅 패턴부는,
    상기 전극 리드의 양 면 상에 모두 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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