KR102626281B1 - 배터리 모듈 어셈블리 - Google Patents

배터리 모듈 어셈블리 Download PDF

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Abstract

배터리 모듈 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리(BMA: Battery Module Assembly)로서, 상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이, 상기 다이에 안착된 복수개의 배터리 셀의 외면을 감싸는 차단패드, 상기 차단패드의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제1양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제1차단패널, 및 상기 제1차단패널의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제2양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제2차단패널을 포함한다.

Description

배터리 모듈 어셈블리{BATTERY MODULE ASSEMBLY}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차용 배터리 셀의 화재 시, 열폭주를 지연할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 및 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다.
따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다.
또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다.
따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 기술에 따른 배터리 팩은 경량화를 위해 플라스틱 소재를 이용하여 열폭주 컨트롤 구조를 적용하는 것이 일반적이다.
이러한 종래 기술에 따른 배터리 팩은 배터리 셀의 화재 시, 적용되는 소재로 인해 충분히 소화 역할을 수행하지 못하는 문제가 있다.
더불어 고전압에 의한 과열 및 급속충전 및 고속에 발열이 되어 불꽃 등에 의해서 발생하는 열폭주(Thermal runaway)에 취약하다는 단점이 있다.
그러므로, 상기와 같은 배터리 모듈의 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 1차단패드, 제2차단패드, 제1차단패널, 및 제2차단패드에 의해 배터리 셀의 화재 시, 열폭주를 지연할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리(BMA: Battery Module Assembly)로서, 상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이, 상기 다이에 안착된 복수개의 배터리 셀의 외면을 감싸는 차단패드, 상기 차단패드의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제1양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제1차단패널, 및 상기 제1차단패널의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제2양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제2차단패널을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 차단패드는 플랙시블한 재질로 이루어지고, 상기 복수개의 배터리 셀에 접착되는 제1차단패드, 및 플랙시블한 재질로 이루어지고, 상기 제1차단패드와 접착되는 제2차단패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1차단패드는 복수개의 마이크로캡슐을 포함하여 이루어지며, 상기 배터리 셀의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2차단패드는 특정온도에서 활성화되어 열차단막을 형성하도록 구성되도록 에어로겔 분말로 이루어진 무기흡입 패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단패드에는 상기 제1양측면에 대응하는 일정영역에 상기 배터리 셀들의 전극리드들이 관통되어 노출되는 관통홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1차단패널은 하드한 재질로 이루어지고, 상기 다이에 대응하는 각 모서리에 배터리 팩에 체결을 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1차단패널은 금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2차단패널은 하드한 재질로 이루어지고, 상기 제2차단패널에는 상기 관통홀에 대응하여 장착홀이 형성되며, 상기 장착홀에 상기 ICB(Inter Connect Board)가 장착되어 상기 전극리드들과 연결될 수 있다.
또한, 상기 ICB에는 상기 배터리 셀의 화재를 감지하는 압력센서, 온도센서, 및 가스센서가 장착될 수 있다.
또한, 상기 제2차단패널은 금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 제1차단패드, 제2차단패드, 제1차단패널, 및 제2차단패드에 의해 배터리 셀의 화재 시, 열폭주를 지연할 수 있다.
즉, 상기 배터리 모듈 어셈블리는 상기 배터리 셀의 화재 시, 상기 배터리 셀을 차례로 감싸고 있는 제1차단패드, 제2차단패드, 제1차단패널, 및 제2차단패드에 의해 화재가 외부 또는 인접한 다른 배터리 모듈 어셈블리로 넘어가는 것을 지연시켜 사용자가 탈출할 시간을 확보할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 차단패드의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 제2차단패널의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 복수개의 배터리 셀(1)이 적층되어 패키징됨으로써 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀(1)은 양극판(3), 분리막(5), 및 음극판(7)의 순서로 파우치(9)에 의해 패키징되어 하나의 세트로 이루어질 수 있다.
상기 파우치(9)의 내부에는 전해질이 충진될 수 있다.
또한, 상기 파우치(9)의 외부로는 상기 양극판(3) 및 음극판(7)의 각 전극리드(10)들이 노출되도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)에 적용되는 배터리 셀(1)은 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)의 사양에 따라 그 개수가 정해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 조립 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 차단패드의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 제2차단패널의 사시도이다.
본 명세서에서는 도 2의 방향을 차량에 적용되는 기준방향으로 정의하며, 상기 기준방향을 기본으로 상,하,좌,우로 표현하고, 상,하방향을 차고방향, 좌,우방향은 차폭방향, 전,후방향을 차체길이방향으로 정의될 수 있다.
이러한 기준방향은 상대적인 방향으로, 차량에 적용되는 경우에 따라, 변경하여 적용할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 다이(30), 차단패드(40), 제1차단패널(50), 및 제2차단패널(60)을 포함한다.
상기 다이(30)에는 상기 복수개의 배터리 셀(1)이 안착된다.
이러한 다이(30)는 상기 배터리 셀(1)의 크기에 따라 정해질 수 있다.
상기 다이(30)는 평평한 판재 형상으로 이루어진다.
상기 다이(30)는 배터리 셀(1)이 적층되는 적층방향, 즉, 좌,우방향으로 평평하게 배치된다.
상기 차단패드(40)는 상기 다이(30)에 안착된 복수개의 배터리 셀(1)의 외면을 감싸도록 구성된다.
상기 차단패드(40)는 제1차단패드(41)와 제2차단패드(43)를 포함한다.
상기 제1차단패드(41)는 플랙시블한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1차단패드(41)는 상기 복수개의 배터리 셀(1)에 접착된다.
이러한 제1차단패드(41)는 복수개의 마이크로캡슐(410)을 포함하여 이루어진다.
예를 들어, 상기 제1차단패드(41)는 상기 배터리 셀(1)의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐(410)에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함할 수 있다.
이러한 자가소화패드는 화재에만 상기 소화 물질이 반응한다.
그리고 상기 제2차단패드(43)는 플랙시블한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2차단패드(43)는 상기 제1차단패드(41)와 접착된다.
예를 들어, 상기 제2차단패드(43)는 특정온도에서 활성화되어 열차단막을 형성하도록 구성되도록 에어로겔 분말(430)로 이루어진 무기흡입 패드를 포함할 수 있다.
상기 차단패드(40)에는 전,후방향에 대응하는 면의 일정영역에 관통홀(45)이 형성된다.
이때, 상기 관통홀(45)로는 상기 배터리 셀(1)들의 전극리드(10)들이 관통된다.
상기 차단패드(40)의 외측에는 제1차단패널(50)이 구성된다.
상기 제1차단패널(50)은 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 마주보는 제1양측면, 즉, 좌,우 방향에 대응되는 면과, 상기 다이(30)에 대향되는 면을 감쌀 수 있다.
즉, 상기 제1차단패널(50)은 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어지고, 적층된 상기 복수개의 배터리 셀(1) 중, 최외각에 각각 배치된 배터리 셀(1)의 각 외측면과 접촉될 수 있다.
상기 제1차단패널(50)은 하드한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1차단패널(50)은 상기 다이(30)에 대응하는 각 모서리에 배터리 팩(미도시)에 체결을 위한 체결홀(51)이 형성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(10)가 일정개수 패키징되어 배터리 팩을 이루는데, 이러한 배터리 팩은 전기자동차의 바닥면에 구성될 수 있다.
이에, 상기 배터리 모듈 어셈블리(10)를 배터리 팩에 고정하기 위한 장치가 필요하며, 상기 체결홀(51)을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(10)가 상기 배터리 팩에 각각 고정될 수 있는 것이다.
이러한 상기 제1차단패널(50)은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1차단패널(50)은 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다.
상기한 제1차단패널(50)의 외측에는 제2차단패널(60)이 구성된다.
상기 제2차단패널(60)은 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 마주보는 제2양측면, 즉, 전,후방향에 대응되는 면과, 상기 다이(30)에 대향되는 면을 감쌀 수 있다.
즉, 상기 제2차단패널(60)은 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 상기 제1차단패널(50)과 교차되게 배치될 수 있다.
상기 제2차단패널(60)은 적층된 상기 복수개의 배터리 셀(1)의 전극단자들에 대응하는 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 제2차단패널(60)은 하드한 재질로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 제2차단패널(60)은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2차단패널(60)은 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제2차단패널(60)에는 상기 관통홀(45)에 대응하여 장착홀(61)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 장착홀(61)에는 ICB(Inter Connect Board, 70)가 장착되어 상기 배터리 셀(1)들의 전극리드(10)들과 연결될 수 있다.
이때, 상기 상기 ICB(70)에는 상기 배터리 셀(1)의 화재를 감지하는 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)가 장착될 수 있다.
상기 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)는 브라켓에 각각 장착되어 상기 ICB(70)에 탈, 부착 가능하게 구성될 수 있다.
이러한 압력센서(71), 온도센서(73), 및 가스센서(75)는 배터리 셀(1)의 분리막(5)이 파괴되거나 붕괴되어 가스가 발생하기 시작할 시점인 약 100?에서 압력, 온도, 및 가스를 사전 검출하기 위함이다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 어셈블리(20)는 제1차단패드(41), 제2차단패드(43), 제1차단패널(50), 및 제2차단패드(43)에 의해 배터리 셀(1)의 화재 시, 열폭주를 지연시킬 수 있다.
즉, 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 상기 배터리 셀(1)의 화재 시, 상기 배터리 셀(1)을 차례로 감싸고 있는 제1차단패드(41), 제2차단패드(43), 제1차단패널(50), 및 제2차단패드(43)에 의해 화재가 외부 또는 인접한 다른 배터리 모듈 어셈블리(20)로 전달되는 것을 지연시켜 사용자가 탈출할 시간을 확보할 수 있다.
결과적으로 상기 배터리 모듈 어셈블리(20)는 전기자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 배터리 셀
3: 양극판
5: 분리막
7: 음극판
9: 파우치
10: 전극리드
20: 배터리 모듈 어셈블리
30: 다이
40: 차단패드
41: 제1차단패드
410: 마이크로캡슐
43: 제2차단패드
430: 에어로겔 분말
45: 관통홀
50: 제1차단패널
51: 체결홀
60: 제2차단패널
61: 장착홀
70: ICB
71: 압력센서
73: 온도센서
75: 가스센서

Claims (10)

  1. 복수개의 배터리 셀이 패키징되어 이루어지는 배터리 모듈 어셈블리(BMA: Battery Module Assembly)로서,
    상기 복수개의 배터리 셀이 안착되는 다이;
    상기 다이에 안착된 복수개의 배터리 셀의 외면을 감싸는 차단패드;
    상기 차단패드의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제1양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제1차단패널; 및
    상기 제1차단패널의 외측에서, 상기 복수개의 배터리 셀의 마주보는 제2양측면과, 상기 다이에 대향되는 면을 감싸는 제2차단패널을 포함하고,
    상기 차단패드는 상기 제1양측면에 대응하는 일정영역에 상기 배터리 셀들의 전극리드들이 관통되어 노출되는 관통홀이 형성되고,
    상기 제2차단패널은 상기 관통홀에 대응하여 장착홀이 형성되며, 상기 장착홀에 ICB(Inter Connect Board)가 장착되어 상기 전극리드들과 연결되는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단패드는
    플랙시블한 재질로 이루어지고, 상기 복수개의 배터리 셀에 접착되는 제1차단패드; 및
    플랙시블한 재질로 이루어지고, 상기 제1차단패드와 접착되는 제2차단패드;
    를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1차단패드는
    복수개의 마이크로캡슐을 포함하여 이루어지며, 상기 배터리 셀의 화재 시, 특정온도에서 상기 마이크로캡슐에 담긴 소화 물질이 분사되어 화재가 진압되는 자가소화패드를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2차단패드는
    특정온도에서 활성화되어 열차단막을 형성하도록 구성되도록 에어로겔 분말로 이루어진 무기흡입 패드를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1차단패널은
    하드한 재질로 이루어지고, 상기 다이에 대응하는 각 모서리에 배터리 팩에 체결을 위한 체결홀이 형성되는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1차단패널은
    금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 ICB에는
    상기 배터리 셀의 화재를 감지하는 압력센서, 온도센서, 및 가스센서가 장착되는 배터리 모듈 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2차단패널은
    금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 배터리 모듈 어셈블리.
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