KR20190086853A - 가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효과적으로 원통형 전지셀의 2차 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 일단부에 서로 다른 극성의 둘 이상의 전극 단자가 형성된 복수의 원통형 전지셀; 상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부, 상기 원통형 전지셀에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장되고 외부로 노출된 개방부가 형성된 가스 배출통로, 및 상기 가스 배출통로가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구가 구비된 상부 케이스와 하부 케이스; 상기 가스 배출통로의 개방부를 덮도록 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 사이에 개재된 덮개 시트; 및 상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자 사이를 전기적으로 접촉 연결되도록 구성된 복수의 와이어형 버스바를 포함한다.

Description

가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈 {Battery Module Having Gas Discharge Structure}
본 발명은 가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효과적으로 원통형 전지셀의 2차 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 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.
또한, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 더욱이, 강성의 금속 캔으로 구성된 캔형 이차 전지는, 폭발에 따른 위험성이 더 컸다.
따라서, 이러한 금속 캔으로 구성된 이차 전지를 다수 포함하고 있는 배터리 모듈의 경우, 이차 전지를 안전하고 효율적으로 관리하기 위하여, 릴레이나 전류센서, 퓨즈, BMS(Battery Management System) 등의 구성을 이용하기도 한다.
다만, 이러한 조치에도 불구하고, 외부로부터의 충격이나 내부 배터리 셀의 이상 동작, BMS에 의한 제어 실패 등으로 배터리 모듈 내부에 배터리 셀들이 폭발하는 등의 화재가 발생하는 경우가 있었다.
이때, 하나의 배터리 셀이 폭발할 경우, 내부에 발생된 화염 등의 열이 근처에 위치된 배터리 셀들로 전해져 연속적으로 배터리 셀들이 발화되는 현상이 일어나기 쉬워 위험성이 매우 커질 수 있었다. 이에 따라, 배터리 모듈의 안정성이 크게 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하도록 배터리 모듈의 안정성을 높이기 위한 기술 개발이 필요한 상황이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 효과적으로 원통형 전지셀의 2차 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
일단부에 서로 다른 극성의 둘 이상의 전극 단자가 형성된 복수의 원통형 전지셀;
상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부, 상기 원통형 전지셀에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장되고 하부 측으로 노출된 개방부가 형성된 가스 배출통로, 및 상기 가스 배출통로가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구가 구비된 상부 케이스;
상기 상부 케이스의 하부에 결합되고, 상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부, 상기 원통형 전지셀에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장되고 상부 측으로 노출된 개방부가 형성된 가스 배출통로, 및 상기 가스 배출통로가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구가 구비된 하부 케이스;
상기 가스 배출통로의 개방부를 덮도록 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 사이에 개재된 덮개 시트; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자 사이를 전기적으로 접촉 연결되도록 구성된 복수의 와이어형 버스바를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 배출구는, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 전단, 후단, 좌측단, 및 우측단 중 적어도 둘 이상에 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 가스 배출통로는, 상하 방향의 높이가 5 mm 이상일 수 있다.
그리고, 상기 복수의 원통형 전지셀은 적어도 0.1 mm 이상의 거리로 서로 이격될 수 있다.
또한, 상기 복수의 원통형 전지셀은, 전후 방향으로 일렬로 배치되고, 좌우 방향으로 연장된 기준선을 중심으로 전 방향 또는 후 방향으로 치우쳐 교번 배치된 지그 재그 배열 구조를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 가스 배출통로는, 상기 복수의 원통형 전지셀의 배치에 따라 전후 방향으로 곧게 연결 확장되고, 좌우 방향의 기준선을 중심으로 전후 방향으로 지그 재그로 연결 확장될 수 있다.
그리고, 상기 수용부는 상기 원통형 전지셀의 수평 방향의 외측면을 감싸도록 밀착 형성될 수 있다.
또한, 상기 수용부에는, 상기 원통형 전지셀의 상단면 또는 하단면의 적어도 일부위를 지지하도록 상기 원통형 전지셀의 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출 연장된 스토퍼가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 수용부에는 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 구획하는 격벽이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 격벽에는 외면의 상하 방향의 높이가 서로 다른 단차 구조가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 격벽에는, 하나의 원통형 전지셀에서 다른 하나의 원통형 전지셀이 위치한 방향으로 연속적으로 상하 높이가 변화하는 적어도 하나 이상의 경사 구조가 형성될 수 있다.
또한, 상기 격벽의 상단부는, 반원기둥의 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 격벽의 상단 및 하단 중 적어도 하나에는 상기 와이어형 버스바의 일부가 삽입되도록 내부 방향으로 만입된 구조의 고정홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 와이어형 버스바와 전기적으로 접촉 연결되고 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 좌우 방향의 양측에 위치된 복수의 플레이트형 버스바를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 상부 케이스의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 상부 방향으로 내입된 삽입홈이 형성될 수 있으며, 상기 하부 케이스의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 하부 방향으로 내입된 삽입홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 덮개 시트는 운모 소재를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 덮개 시트의 상하면 각각에는, 상기 가스 배출통로의 개방부에 적어도 일부가 삽입되도록, 상기 가스 배출통로를 따라 상하 방향으로 돌출된 융기 구조가 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 상부 케이스 및 하부 케이스에 형성된 가스 배출통로가 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장이 가능하도록 형성됨으로써, 원통형 전지셀의 폭발로 인한 가스 내지 화염이 사방으로 퍼져 나가, 발생한 열이 특정 부위에 집중되는 것을 피할 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 배출통로는 순간적으로 가스 및 화염을 수용할 수 있는 수용치가 충분하므로, 발화된 원통형 전지셀과 인접한 다른 원통형 전지셀의 2차 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 상부 케이스 및 하부 케이스의 수용부가 원통형 전지셀의 외측면을 감싸도록 형성됨으로써, 발화된 원통형 전지셀의 화염 등이 다른 원통형 전지셀의 외측면에 직접 접촉하거나 노출되지 않도록 보호할 수 있어, 복수의 원통형 전지셀의 2차 발화나 폭발을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 상부 케이스 및 하부 케이스에 전, 후, 좌, 우 방향의 단부에 가스 배출구를 형성시킴으로써, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 수용부의 어느 위치에서도 가깝게 가스 배출구가 형성되어 있어, 원통형 전지셀에서 발생된 가스, 화염, 열 등을 빠르게 배출 시킬 수 있다. 이에 따라, 안정적으로 2차 폭발의 위험성을 크게 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 운모 소재를 포함한 덮개 시트를 상부 케이스 및 하부 케이스 사이에 개재 시킴으로써, 배터리 모듈의 상부에 위치한 원통형 전지셀과, 하부에 위치한 원통형 전지셀 간의 단락이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 와이어형 버스바는, 적은 양의 소재로도 다수의 원통형 전지셀을 전기적으로 연결할 수 있어, 제조 비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라, 바(bar) 형태의 버스바와 비교할 경우, 상기 와이어형 버스바의 적은 부피를 가지므로, 가스 배출통로 내에 상기 와이어형 버스바가 위치하여도, 배출 되는 가스의 흐름을 방해하는 정도가 적어, 가스나 화염의 영향을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 상부 케이스 및 하부 케이스의 수용부에 형성된 격벽은, 와이어형 버스바의 일단부가 원통형 전지셀의 전극 단자로부터 단선될 경우, 다른 원통형 전지셀의 다른 극성의 전극 단자와 합선되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 와이어형 버스바의 일단부의 이동을 저지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈의 안전성을 크게 높일 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 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 여러 구성을 분리하여 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 원통형 전지셀의 일부 내부 구조를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 상부 케이스를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 상부 구성들을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 하부 구성들을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 하부 케이스를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 1의 A-A'의 선을 따라 절단된 배터리 모듈의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은, 도 8의 C'의 영역을 확대하여 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 14는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 비교예 1의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 16은, 본 발명의 실시예 2의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 비교예 3의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
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 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 여러 구성을 분리하여 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 원통형 전지셀의 일부 내부 구조를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 복수의 원통형 전지셀(100), 상부 케이스(210A), 하부 케이스(210B), 덮개 시트(230), 및 복수의 와이어형 버스바(240)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지캔(120), 및 상기 전지캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(170)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전지캔(120)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지캔(120)은 알루미늄, 스틸, 또는 구리 소재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전지캔(120)의 상부에 둘 이상의 전극 단자(111)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 단자(111)는, 서로 전기적 극성이 다른 제1 전극 단자(111A) 및 제2 전극 단자(111B)를 포함할 수 있다. 또한, F 방향(도 1에 도시함)으로 바라봤을 때, 상기 전지캔(120)의 상단의 원형의 상부에는 제1 전극 단자(111A)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 전지캔(120)의 원형의 외주변부에는 제2 전극 단자(111B)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 원통형 전지셀(100)은, 일단부에 서로 다른 극성의 둘 이상의 전극 단자(111)가 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상하전후좌우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
나아가, 상기 전극 조립체(170)는, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 권취한 구조로 형성될 수 있다. 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭(170)이 부착되어 전지캔(120)의 상단의 제1 전극 단자(111A)에 접속될 수 있다. 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 하단의 제2 전극 단자(111B)에 접속될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 원통형 전지셀(100)은, 탑 캡(110)은 돌출된 형태로 전극 단자(111)를 형성하고 적어도 일부가 내부 가스가 특정 기압 이상에 도달할 경우, 천공되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 원통형 전지셀(100)은, 하부에 전지셀 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 안전소자(122)(예컨대, PTC 소자(positive temperature coefficient element), TCO 등)를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 원통형 전지셀(100)은, 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있으나, 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 기체를 배기하는 안전 벤트 구조(safety vent, 130)를 구비할 수 있다.
나아가, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상단 일측 부위가 안전 벤트 구조(130)에 결합되어 있고 하단 일측이 전극조립체(140)의 양극에 연결되어 있는 전류차단부재(current interrupt device, CID)(150)가 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에는, 앞서 설명한 원통형 전지셀(100)로만 한정되는 것은 아니고, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 원통형 전지셀이 채용될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 상부 케이스를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 그리고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 상부 구성들을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 1 및 도 2와 함께, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)는 상기 원통형 전지셀(100)을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부(211)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 상부 케이스(210A)는 전기 절연성의 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 절연성의 소재는 플라스틱 소재일 수 있다.
구체적으로, 상기 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)이 수용 가능한 원통형의 수용 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상기 수용부(211)의 원형의 개구(O2)에 삽입되어 상기 상부 케이스(210A) 내부에 수납될 수 있다.
그리고, 상기 수용부(211)는 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면을 감싸도록 밀착 형성될 수 있다. 즉, 상기 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면에 특정 물질이나 화염 등이 유입되지 않도록 밀착 형성된 수용 공간이 형성될 수 있다.
이때, 상기 원통형 전지셀(100)은, 하단부에 상기 제1 전극 단자(111A) 및 상기 제2 전극 단자(111B)가 위치하고 있다. 즉, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상부와 하부가 뒤집히도록 상기 상부 케이스(210A)의 수용부(211)에 삽입될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하기 실험예 2의 결과와 같이, 상기 상부 케이스(210A)의 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감싸도록 형성됨으로써, 상기 배터리 모듈(200)의 내부에 발화된 원통형 전지셀(100)의 화염 등이 다른 원통형 전지셀(100)이 직접 접촉하거나 노출되지 않도록 보호할 수 있어, 상기 원통형 전지셀(100)의 2차 발화나 폭발을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 적어도 0.1 mm 이상 서로 이격되도록 상기 수용부(211)에 수용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하기 실험예 1의 실험 결과와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)의 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)은, 서로 0.1 mm 이상 서로 이격되어 위치됨으로써, 하나의 원통형 전지셀(100)이 발화될 경우, 전도되는 열의 양이 적어, 인접한 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화가 발생하는 것을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스(210A)에는, 상기 원통형 전지셀(100)에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장된 가스 배출통로(212)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가스 배출통로(212)가 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장이 가능하도록 형성됨으로써, 상기 원통형 전지셀(100)의 폭발로 인한 가스 내지 화염이 사방으로 퍼져 나가, 발생한 열이 특정 부위에 집중되는 것을 피할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출통로(212)는 순간적으로 가스 및 화염을 수용할 수 있는 수용치가 충분하므로, 발화된 원통형 전지셀(100)과 인접한 다른 원통형 전지셀(100)의 2차 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)는 5 mm 이상일 수 있다. 반대로, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)는 5 mm 미만일 경우, 복수의 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화가 일어나기 쉬워 위험성의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하기 실험예 3의 결과와 같이, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)를 5 mm 이상으로 형성시킬 경우, 밀집된 원통형 전지셀(100)들의 연쇄 발화를 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
더욱이, 상기 가스 배출통로(212)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 하단에 형성된 제1 전극 단자(111A)와 인접한 상기 상부 케이스(210A)의 하단부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 전극 단자(111A)가 형성된 상기 원통형 전지셀(100)의 하단부에는 상기 안전 벤트 구조(도 3의 130)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스(210A)의 가스 배출통로(212)는 하부 측으로 노출된 개방부(212K)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출통로(212)는, 가스의 이동을 가이드 할 수 있는 측벽(212a)이 형성될 수 있다. 상기 측벽(212a)의 하부는 하부 측으로 노출된 개방부(212K)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 상부 케이스(210A)는, 상기 가스 배출통로(212)가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구(213)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 배출구(213)는, 상기 상부 케이스(210A)의 전단(210a), 후단(210b), 좌측단(210c), 및 우측단(210d) 중 적어도 둘 이상에 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)의 전단(210a), 후단(210b), 좌측단(210c), 및 우측단(210d) 각각에 복수의 가스 배출구(213)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 상부 케이스(210A)는, 전, 후, 좌, 우 방향의 단부에 가스 배출구(213)를 형성시킴으로써, 상기 원통형 전지셀(100)에서 발생된 가스, 화염, 열 등을 빠르게 배출 시킬 수 있고, 상기 상부 케이스(210A)의 수용부(211)의 어느 위치에서도 가깝게 가스 배출구(213)가 형성되어 있어, 안정적으로 2차 폭발의 위험성을 크게 줄일 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 하부 구성들을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 하부 케이스를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2 및 도 4와 함께 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 하부 케이스(210B)는, 상기 상부 케이스(210A)의 하부에 결합되는 체결 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 체결 구조는, 후크 돌기(G1)와 체결홈(G2)이 결합되는 체결 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 각각에는 후크 돌기(G1)와 체결홈(G2)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4 및 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)의 후크 돌기(G1)는 상기 하부 케이스(210B)의 체결홈(G2)과 결합되도록 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부 케이스(210B)의 후크 돌기(G1)는 상기 상부 케이스(210A)의 체결홈(G2)과 결합되도록 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 하부 케이스(210B)는 상기 원통형 전지셀(100)을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부(211)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(210B)는 전기 절연성의 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 절연성의 소재는 플라스틱 소재일 수 있다.
구체적으로, 상기 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)이 수용 가능한 원통형의 수용 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상기 수용부(211)의 원형의 개구(O2)에 삽입되어 상기 하부 케이스(210B) 내부에 수납될 수 있다.
이때, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상단부에 상기 제1 전극 단자(111A) 및 상기 제2 전극 단자(111B)가 위치하고 있다. 즉, 상기 원통형 전지셀(100)은, 상단부에 상기 제1 전극 단자(111A) 및 상기 제2 전극 단자(111B)가 위치된 상태로 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)에 삽입될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 하나 원통형 전지셀(100)의 외면과 다른 하나의 원통형 전지셀(100)의 외면 사이가 적어도 0.1 mm 이상 서로 이격되도록 상기 수용부(211)에 수용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하기 실험예 1의 실험 결과와 같이, 상기 배터리 모듈(200)의 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)은, 서로 0.1 mm 이상 서로 이격되어 위치됨으로써, 하나의 원통형 전지셀(100)이 발화될 경우, 전도되는 열의 양이 적어, 인접한 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화가 발생하는 것을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
그리고, 상기 수용부(211)는 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면을 감싸도록 밀착 형성될 수 있다. 즉, 상기 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면에 특정 물질이나 화염 등이 유입되지 않도록 외측면에 밀착 형성된 수용 공간이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감싸도록 형성됨으로써, 상기 배터리 모듈(200)의 내부에 발화된 원통형 전지셀(100)의 화염 등이 다른 원통형 전지셀(100)이 직접 접촉하거나 노출되지 않도록 보호할 수 있어, 상기 원통형 전지셀(100)의 2차 발화나 폭발을 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6과 함께 도 8을 참조하면, 상기 하부 케이스(210B)에는, 상기 원통형 전지셀(100)에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장된 가스 배출통로(212)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가스 배출통로(212)가 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장이 가능하도록 형성됨으로써, 상기 원통형 전지셀(100)의 폭발로 인한 가스 내지 화염이 사방으로 퍼져나가, 발생한 열이 특정 부위에 집중되는 것을 피할 수 있고, 상기 가스 배출통로(212)가 순간적으로 가스 및 화염을 수용할 수 있는 수용치가 충분하므로, 다른 원통형 전지셀(100)의 2차 폭발을 방지할 수 있는데 효과적이다.
또한, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)는 5 mm 이상일 수 있다. 반대로, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)는 5 mm 미만일 경우, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화가 일어나기 쉬워 위험성의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하기 실험예 3의 결과와 같이, 상기 가스 배출통로(212)의 상하 방향의 높이(도 9의 H1)를 5 mm 이상으로 설정할 경우, 밀집된 복수의 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화를 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
더욱이, 상기 가스 배출통로(212)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상단에 형성된 제1 전극 단자(111A)와 인접한 상기 하부 케이스(210B)의 상단부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 전극 단자(111A)가 형성된 상기 원통형 전지셀(100)의 상단부에는 상기 안전 벤트 구조(도 3의 130)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 하부 케이스(210B)의 가스 배출통로(212)는 상부 측으로 노출된 개방부(212K)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출통로(212)는, 가스의 이동을 가이드 할 수 있는 측벽(212a)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 측벽(212a)의 상부는 상부 측으로 노출된 개방부(212K)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 하부 케이스(210B)는, 상기 가스 배출통로(212)가 외부와 연결되도록 개구된 상기 가스 배출구(213)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 배출구(213)는, 상기 하부 케이스(210B)의 전단(210a), 후단(210b), 좌측단(210c), 우측단(210d) 중 적어도 둘 이상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210B)의 전단(210a), 후단(210b), 좌측단(210c), 및 우측단(210d) 각각에 복수의 가스 배출구(213)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 하부 케이스(210B)는, 전, 후, 좌, 우 방향으로 가스 배출구(213)를 형성시킴으로써, 내부의 원통형 전지셀(100)에서 발생된 가스, 화염, 열 등을 빠르게 배출 시킬 수 있고, 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)의 어느 위치에서도 가깝게 가스 배출구(213)가 형성되어 있어, 안정적으로 2차 폭발의 위험성을 방지할 수 있다.
도 9는, 도 1의 A-A'의 선을 따라 절단된 배터리 모듈의 일부위를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
다시 도 2 및 도 8과 함께 도 9를 참조하면, 상기 덮개 시트(230)는, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 각각의 가스 배출통로(212)의 개방부(212K)를 덮도록, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 사이에 개재될 수 있다.
또한, 상기 덮개 시트(230)는, 내화성이 높고 전기 절연성을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 덮개 시트(230)는 운모(mica) 소재 및/또는 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 덮개 시트(230)는, 세라믹 시트의 양면에 운모층이 형성된 형태일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전기적 절연성을 가지는 상기 덮개 시트(230)는 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 사이에 개재됨으로써, 상기 배터리 모듈(200)의 상부에 위치한 원통형 전지셀(100)과, 하부에 위치한 원통형 전지셀(100) 간의 단락이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 운모 소재를 포함한 덮개 시트(230)는, 내화성이 우수하여, 상기 원통형 전지셀(100)의 폭발로 인해 인접한 주위의 다른 원통형 전지셀(100)에 화염에 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
다시 도 5 및 도 8과 함께 도 9을 참조하면, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(201B) 각각에 탑재된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111) 사이를 전기적으로 접촉 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 와이어형 버스바(240)는, 전기 전도성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 전도성 소재는 구리 또는 알루미늄, 니켈 등일 수 있다. 또한, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111A)와 다른 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(111B)의 외면에 접촉 결합될 수 있다.
또는, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111A)와 다른 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111A)의 외면에 접촉 결합될 수 있다.
또는, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(111B)와 다른 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(111B)의 외면에 접촉 결합될 수 있다.
즉, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 간의 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결을 이루도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 전극 단자(111)의 외면과 접촉된 와이어형 버스바(240)의 단부는 상기 전극 단자(111)의 외면과 밀착된 플레이트 형상을 가질 수 있다.
따라서, 본원의 이러한 구성에 의하면, 상기 와이어형 버스바(240)의 단부를 상기 전극 단자(111)와 밀착된 플레이트 형상으로 구성할 경우, 전극 단자(111)와의 접촉 면적을 늘리고 접착력 또한 높아져, 연결 구조의 내구성을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 상기 와이어형 버스바(240)는, 상기 가스 배출통로(212) 안에 위치될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출통로(212) 내에서 상기 복수의 와이어형 버스바(240)를 통한 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전기적 연결 구조가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)에 형성된 상기 복수의 와이어형 버스바(240)는 상기 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 다른 하나의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)를 접촉 연결할 수 있다. 즉, 상기 전후 방향으로 배열된 2개의 원통형 전지셀(100)은, 상기 와이어형 버스바(240)를 통해 각각의 제2 전극 단자(111B)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 좌우 방향으로 배열된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은, 상기 와이어형 버스바(240)를 통해 상기 제1 전극 단자(111A)와 상기 제2 전극 단자(111B)가 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210B)에 형성된 상기 복수의 와이어형 버스바(240)는, 하나의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 다른 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)를 접촉 연결할 수 있다. 즉, 상기 전후 방향으로 배열된 2개의 원통형 전지셀(100)은, 상기 와이어형 버스바(240)를 통해 각각의 제2 전극 단자(111B)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 좌우 방향으로 배열된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은, 상기 와이어형 버스바(240)를 통해 상기 제1 전극 단자(111A)와 상기 제2 전극 단자(111B)가 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 와이어형 버스바(240)는, 적은 양의 소재로도 다수의 원통형 전지셀(100)을 전기적으로 연결할 수 있어, 제조 비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라, 바(bar) 형태의 버스바와 비교할 경우, 상기 와이어형 버스바(240)의 적은 부피를 가지므로, 상기 가스 배출통로(212) 내에 상기 와이어형 버스바(240)가 위치하여도, 배출 되는 가스의 흐름을 방해하는 정도가 적어, 가스나 화염의 영향을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 2개의 전극 단자(111) 간의 전기적 연결을 이루는 와이어형 버스바(240)의 개수는, 상기 와이어형 버스바(240)의 단면적과 필요한 적정 수준의 저항 값을 고려하여 설정할 수 있다.
즉, 2개의 전극 단자(111) 간의 전기적 연결을 이루는 와이어형 버스바(240)의 면적이 넓을 수록 개수가 많을수록, 상기 두 원통형 전지셀(100) 간의 전기 흐름의 저항이 줄어들 수 있다. 반대로, 상기 와이어형 버스바(240)가 높은 저항을 가질 경우, 발열량이 많아져, 상기 배터리 모듈(200)의 내부 온도를 높여 수명을 단축시키거나 화재가 발생할 위험이 있다.
그리고, 2개의 전극 단자(111) 간의 전기적 연결을 이루는 와이어형 버스바(240)가 둘 이상일 경우, 하나의 와이어형 버스바(240)가 단선되더라도 나머지 와이어형 버스바(240)가 전기적 연결을 이룰 수 있어, 단선으로 인한 피해를 줄일 수 있다.
다시, 도 5 및 도 8을 참조하면, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B)에 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)은, 전후 방향으로 일렬로 배치되고, 전후 방향으로 연장된 기준선을 중심으로 좌 방향 또는 우 방향으로 치우쳐 교번 배치된 지그 재그 배열 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 좌우 방향으로 지그 재그 배열 구조를 가질 경우, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 간에 형성된 빈 공간을 최소화할 수 있어, 동일 부피에 더 많은 개수의 전지셀 수용이 가능해짐에 따라, 배터리 모듈(200)의 에너지 밀도를 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 배치 구조에 따라 상기 가스 배출통로(212)가 설정될 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 배출통로(212)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 배치에 따라 전후 방향으로 곧게 연결 확장되고, 좌우 방향의 기준선을 중심으로 전후 방향으로 지그 재그로 연결 확장될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가스 배출통로(212)가 지그 재그로 연결 확장됨으로써, 상기 원통형 전지셀(100)에서 발생된 화염이 가스 배출통로(212)의 측벽(212a)에 간섭될 수 있어, 발화된 원통형 전지셀(100)과 인접한 좌우 방향의 원통형 전지셀(100)에 화염의 영향을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 10은, 도 8의 C'의 영역을 확대하여 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 2와 함께, 도 8 및 도 10을 참조하면, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)가 위치한 방향으로 돌출 연장된 스토퍼(217)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 스토퍼(217)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상단면 또는 하단면의 적어도 일부위를 지지하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 스토퍼(217)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상기 제1 전극 단자(111A) 및 상기 제2 전극 단자(111B)가 형성된 일단부를 지지하도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 상부 케이스(210A)에 형성된 수용부(211)에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 하단면을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(210B)에 형성된 수용부(211)에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상단면을 지지하도록 구성될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)에는 상기 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(111B)의 일부위를 지지하도록 돌출 연장된 복수의 스토퍼(217)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 수용부(211)에 형성된 복수의 스토퍼(217)는, 상기 원통형 전지셀(100)이 수용부(211)로부터 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 복수의 스토퍼(217) 사이에는 상기 와이어형 버스바(240)가 연장될 수 있는 이격 공간(217d)이 형성될 수 있다. 즉, 하나의 스토퍼(217)의 수평 방향의 측면과 다른 스토퍼(217)의 수평 방향의 측면 사이에 이격 공간(217d)이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 스토퍼(217)는, 상기 와이어형 버스바(240)의 복수의 전극 단자(111) 간의 연결 구조가 단선되더라도, 상기 이격 공간(217d)에서 상기 와이어형 버스바(240)가 벗어나지 않도록 저지할 수 있는 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(200)의 내구성을 효과적으로 높일 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 10을 참조하면, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 각각의 수용부(211)에는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 구획하는 격벽(219)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 격벽(219)은, 상 방향 또는 하 방향으로 돌출 연장될 수 있다. 또한, 상기 격벽(219)에는, 상기 격벽(219)의 외면이 상기 수용부(211)의 외면과 상하 방향의 높이가 서로 다른 단차 구조가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 격벽(219)은, 상기 하부 케이스(210B)의 수용부(211)에 형성된 2개의 스토퍼(217) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 격벽(219)은, 상부 방향으로 돌출되어 상기 수용부(211)의 외면과 상하 방향의 높이가 서로 다른 단차 구조를 가진 사각 블록 형태일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 격벽(219)은, 상기 와이어형 버스바(240)의 일단부가 상기 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)로부터 단선될 경우, 다른 원통형 전지셀(100)의 다른 극성의 전극 단자(111)와 합선되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 와이어형 버스바(240)의 일단부의 이동을 저지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(200)의 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 11을 참조하면, 상기 격벽(219B)에는, 하나의 원통형 전지셀(100)에서 다른 하나의 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 연속적으로 상하 높이가 변화하는 적어도 하나 이상의 경사 구조(C1)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 격벽(219B)에는, 하나의 원통형 전지셀(100)에서 다른 하나의 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 연속적으로 높이가 상승하는 경사 구조(C1)와 연속적으로 높이가 하강하는 경사 구조(C2)를 가질 수 있다.
또한, 상기 격벽(219B)의 상단부(S1)는, 반원기둥의 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 격벽(219B)은, 하나의 원통형 전지셀(100)에서 다른 하나의 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 연속적으로 높이가 변화하는 2개의 경사 구조(C1, C2)가 형성되고, 상기 격벽(219B)의 상단부(S1)는, 반원기둥의 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 격벽(219B)은, 상기 와이어형 버스바(240)의 하부를 지지하도록 형성됨으로써, 상기 와이어형 버스바(240)가 상기 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 다른 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111) 사이에 적절히 배치되도록 가이드 할 수 있으므로, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전기 연결 공정이 손쉽게 수행될 수 있고, 제조 시간을 단축시킬 수 있다.
도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 12를 참조하면, 상기 격벽(219)의 상단 및 하단 중 적어도 하나에는 내부 방향으로 만입된 구조의 고정홈(G4)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정홈(G4)은, 상기 와이어형 버스바(240)의 일부가 삽입되도록 상기 와이어형 버스바(240)의 외형이 수용될 수 있는 크기로 만입될 수 있다.
예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 격벽(219)의 상단에는 하부 방향으로 만입된 고정홈(G4)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 고정홈(G4)의 내부의 양측 각각에는 상기 와이어형 버스바(240)가 삽입될 수 있는 삽입부(G4a)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 와이어형 버스바(240)를 상기 격벽(219)에 형성된 고정홈(G4) 내에 고정시킴으로써, 상기 와이어형 버스바(240)가 전극 단자(111)로부터 연결이 끊어질 경우, 상기 와이어형 버스바(240)의 일단부가 위치 이동하여 다른 전극 단자(111)와 접촉하는 것으로 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2와 함께, 도 8을 참조하면, 상기 복수의 플레이트형 버스바(260) 각각은, 상기 복수의 와이어형 버스바(240)와 전기적으로 접촉 연결될 수 있다. 또한, 상기 플레이트형 버스바(260)는, 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 모듈 단자(도 1의 280)와 최종적으로 전기적 연결을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 플레이트형 버스바(260)는, 상기 배터리 모듈(200) 내에 복수의 원통형 전지셀(100)과 모듈 단자(도 1의 280) 간의 전기적 연결을 이루도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 플레이트형 버스바(260)는, 전기 전도성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 전도성 소재는 구리 또는 알루미늄, 니켈 등일 수 있다.
더욱이, 상기 복수의 플레이트형 버스바(260)는, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B) 각각의 좌우 방향의 양측에 위치될 수 있다. 구체적으로, 상기 상부 케이스(210A) 및 상기 하부 케이스(210B)의 양측 각각에 위치된 복수의 플레이트형 버스바(260)는 전기 극성이 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210B)의 좌측부에 위치한 플레이트형 버스바(260)는 전기적으로 음극을 띌 수 있고, 우측부에 위치한 플레이트형 버스바(260)는 양극을 띌 수 있다.
그리고, 상기 상부 케이스(210A)의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바(260)의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 상부 방향으로 내입된 삽입홈(G3)이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 하부 케이스(210B)의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바(260)의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 하부 방향으로 내입된 삽입홈(G3)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210A)의 양측부 각각에는 삽입홈(G3)이 형성될 수 있고, 상기 삽입홈(G3)에는 플레이트형 버스바(260)가 삽입되어 고정될 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210B)의 양측부 각각에는 삽입홈(G3)이 형성될 수 있고, 상기 삽입홈(G3)에는 플레이트형 버스바(260)가 삽입되어 고정될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
다시 도 2와 함께 도 13을 참조하면, 상기 상부 케이스(210A)의 상단부에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 상부를 수용하는 수용 공간이 형성된 상부 받침 커버(250A)가 결합 형성될 수 있다. 즉, 상기 상부 받침 커버(250A)는, 원형으로 천공된 복수의 개구(O1)가 형성된 수용 공간이 마련될 수 있다. 또한, 상기 상부 받침 커버(250A)의 상단에는 상기 원통형 전지셀(100)의 상단면을 지지하는 지지대(253)가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 하부 케이스(210B)의 하단부에는, 상기 원통형 전지셀(100)의 하부를 수용하는 수용 공간이 형성된 하부 받침 커버(250B)가 결합 형성될 수 있다. 즉, 상기 하부 받침 커버(250B)는, 원형으로 천공된 복수의 개구(O1)가 형성된 수용 공간이 마련될 수 있다. 또한, 상기 하부 받침 커버(250B)의 하단에는 상기 원통형 전지셀(100)의 하단면을 지지하는 지지대(253)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)의 상단 및 하단 각각에는 상부 받침 커버(250A) 및 하부 받침 커버(250B)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 상부 받침 커버(250A) 및 상기 하부 받침 커버(250B) 각각에는 112개의 원통형 전지셀(100)의 일부위가 수용될 수 있는 수용 공간이 마련되어 있다. 그리고, 상기 상부 받침 커버(250A) 및 상기 하부 받침 커버(250B) 각각에는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 단면을 지지할 수 있는 지지대(253)가 6개씩 형성되어 있다.
도 14는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 8과 함께 도 14를 참조하면, 상기 덮개 시트(230B)의 상하면 각각에는, 상하 방향으로 돌출된 융기 구조(232)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 융기 구조(232)는, 상기 가스 배출통로(212)의 개방부(212K)에 적어도 일부가 삽입되도록, 상기 가스 배출통로(212)를 따라 형성될 수 있다. 그리고, 상기 융기 구조(232)의 융기된 크기는, 상기 가스 배출통로(212) 내에서 가스의 이동을 크게 방해하지 않을 정도로 돌출될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(도시하지 않음)은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(200) 이외에, 이러한 배터리 모듈(200)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 에너지 저장장치와 같은 디바이스에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디바이스는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리 팩은, 비상시 전기 전원으로 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
비교예 1
Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 탑 캡 및 원통형 케이스를 제작하고, 원통형 케이스 전극 조립체를 장착한 다음, 전극 조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원통형 케이스에 비딩 공정을 행하여 클림핑 부위를 형성하고, 클림핑 부위의 내측면에 가스켓을 삽입하여, 원통형 전지셀(100)을 제작하였다. 그리고, 도 15에서와 같이, 이러한 원통형 전지셀(100) 7개를 서로 이격된 거리 없이 서로 접촉되도록 배치하여 구성하였다
실시예 1
원통형 전지셀(100) 7개가 서로 0.1 mm 거리로 이격되도록 배치한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 구성하였다.
< 실험예 1: 연쇄 발화 실험>
비교예 1 및 실시예 1 각각을 2개의 하우징에 넣고, 비교예 1 및 실시예 1 각각의 7개의 전지셀 중, 가운데 위치한 중앙 전지셀을 임의로 발화시킨 뒤 하우징을 밀폐 시켰다. 이후, 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀에서 연쇄 발화가 일어나는 여부를 확인하였다.
실험 결과, 비교예 1은 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀에서 연쇄 발화가 일어났고, 실시예 1은 연쇄 발화가 일어나지 않았다. 이는, 실시예 1의 발화된 중앙 전지셀과 0.1 mm의 이격 거리를 가짐으로써, 발화된 원통형 전지셀로부터 나머지 전지셀들에게 전도되는 열의 양이 비교예 1과 비교하여 적어져, 연쇄 발화가 일어나지 않은 것으로 보인다.
실시예 2
도 16과 같이, 비교예 1에 제조된 원통형 전지셀(100) 7개를 서로 0.1 mm 거리로 이격되도록 배치하고, 7개 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 측부에 화염이 유입되지 않도록 원통형 전지셀(100)의 상부에 밀착되도록 감싸는 상부 커버(215)를 탑재하여 구성하였다.
비교예 2
7개 원통형 전지셀(100)의 수평 방항의 상단부가 외부로 노출되도록 별도의 부재를 장착하지 않은 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 구성하였다.
< 실험예 2: 연쇄 발화 실험>
비교예 2 및 실시예 2 각각을 2개의 하우징에 넣고, 비교예 2 및 실시예 2 각각의 7개의 전지셀 중, 가운데 위치한 중앙 전지셀을 임의로 발화시킨 뒤 하우징을 밀폐 시켰다. 이후, 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀에서 연쇄 발화가 일어나는 여부를 확인하였다.
실험 결과, 비교예 2는 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀에서 연쇄 발화가 일어났고, 실시예 2는 연쇄 발화가 일어나지 않았다. 이는, 실시예 2의 발화된 중앙 전지셀의 상부에서 분출된 화염이 상부 커버에 의해 인접한 전지셀들에 노출되는 면적이 적어지도록 하여, 전지셀들 간의 복사열이 비교예 2와 비교하여 적어지므로 써, 연쇄 발화가 일어나지 않은 것으로 보인다.
비교예 3
도 17에서와 같이, 비교예 3은, 7개의 원통형 전지셀(100)를 내부에 수용하는 수용부(211) 및 가스 배출통로(212)가 형성된 모듈 케이스(270)를 준비하였다. 이때, 상기 모듈 케이스(270)의 가스 배출통로(212)의 상하 높이(H2)를 4 mm로 형성시켰다.
실시예 3
모듈 케이스(270)의 가스 배출통로(212)의 상하 높이(H2)를 5 mm로 형성시킨 점을 제외하고, 비교예 3과 동일하게 구성하였다.
< 실험예 3: 연쇄 발화 실험>
비교예 3 및 실시예 3 각각의 7개의 전지셀 중, 가운데 위치한 중앙 전지셀을 임의로 발화시켰다. 이후, 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀들에서 연쇄 발화가 일어나는 여부를 확인하였다.
실험 결과, 비교예 3은 중앙 전지셀과 인접한 나머지 전지셀에서 연쇄 발화가 일어났고, 실시예 3은 연쇄 발화가 일어나지 않았다. 이는, 실시예 3은, 비교예 3과 비교하여, 가스 배출통로(212)를 더 높게 형성시켜, 순간적으로 화염 내지 가스를 수용할 수 있는 용량이 증대 시킴으로써, 발화된 중앙 전지셀에서 분출된 화염과 고온의 가스가 인접한 전지셀들에 노출되는 시간을 줄어들도록 하였고, 전지셀들 간의 대류로 전달된 열이 적어지므로 써, 연쇄 발화가 일어나지 않은 것으로 보인다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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.
100: 원통형 전지셀 200: 배터리 모듈
111: 전극 단자
210A: 상부 케이스 210B: 하부 케이스
211: 수용부
212: 가스 배출통로
213: 가스 배출구
212K: 개방부
219: 격벽
230: 덮개 시트 232: 융기 구조
240: 와이어형 버스바
G4: 고정홈 G1: 후크 돌기
G2: 체결홈 G3: 삽입홈
217: 스토퍼
250A: 상부 받침 커버 250B: 하부 받침 커버
260: 플레이트형 버스바

Claims (14)

  1. 일단부에 서로 다른 극성의 둘 이상의 전극 단자가 형성된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부, 상기 원통형 전지셀에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장되고 하부 측으로 노출된 개방부가 형성된 가스 배출통로, 및 상기 가스 배출통로가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구가 구비된 상부 케이스;
    상기 상부 케이스의 하부에 결합되고, 상기 원통형 전지셀을 삽입 수용하는 공간이 형성된 수용부, 상기 원통형 전지셀에서 배출된 가스를 외부로 배출하도록 전, 후, 좌, 우 방향으로 연장되고 상부 측으로 노출된 개방부가 형성된 가스 배출통로, 및 상기 가스 배출통로가 외부와 연결되도록 개구된 가스 배출구가 구비된 하부 케이스;
    상기 가스 배출통로의 개방부를 덮도록 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 사이에 개재된 덮개 시트; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 전극 단자 사이를 전기적으로 접촉 연결되도록 구성된 복수의 와이어형 버스바
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출구는, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 전단, 후단, 좌측단, 및 우측단 중 적어도 둘 이상에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 배출통로는, 상하 방향의 높이가 5 mm 이상이고,
    상기 복수의 원통형 전지셀은 적어도 0.1 mm 이상의 거리로 서로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 원통형 전지셀은, 전후 방향으로 일렬로 배치되고, 좌우 방향으로 연장된 기준선을 중심으로 전 방향 또는 후 방향으로 치우쳐 교번 배치된 지그 재그 배열 구조를 가지며,
    상기 가스 배출통로는, 상기 복수의 원통형 전지셀의 배치에 따라 전후 방향으로 곧게 연결 확장되고, 좌우 방향의 기준선을 중심으로 전후 방향으로 지그 재그로 연결 확장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 원통형 전지셀의 수평 방향의 외측면을 감싸도록 밀착 형성되고,
    상기 수용부에는, 상기 원통형 전지셀의 상단면 또는 하단면의 적어도 일부위를 지지하도록 상기 원통형 전지셀의 전극 단자가 위치한 방향으로 돌출 연장된 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 수용부에는 상기 복수의 원통형 전지셀 사이를 구획하는 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 격벽에는 외면의 상하 방향의 높이가 서로 다른 단차 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 격벽에는, 하나의 원통형 전지셀에서 다른 하나의 원통형 전지셀이 위치한 방향으로 연속적으로 상하 높이가 변화하는 적어도 하나 이상의 경사 구조가 형성되고,
    상기 격벽의 상단부는, 반원기둥의 형상을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 격벽의 상단 및 하단 중 적어도 하나에는 상기 와이어형 버스바의 일부가 삽입되도록 내부 방향으로 만입된 구조의 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 와이어형 버스바와 전기적으로 접촉 연결되고 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스 각각의 좌우 방향의 양측에 위치된 복수의 플레이트형 버스바를 더 포함하고,
    상기 상부 케이스의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 상부 방향으로 내입된 삽입홈이 형성되며,
    상기 하부 케이스의 좌우 방향의 양측부 각각에는 상기 플레이트형 버스바의 적어도 일부위가 삽입되어 수용되도록 하부 방향으로 내입된 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 시트는 운모 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 시트의 상하면 각각에는, 상기 가스 배출통로의 개방부에 적어도 일부가 삽입되도록, 상기 가스 배출통로를 따라 상하 방향으로 돌출된 융기 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스.
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CN201980002148.XA CN110574189B (zh) 2018-01-15 2019-01-10 电池模块和包括该电池模块的电池组
JP2019564424A JP6801128B2 (ja) 2018-01-15 2019-01-10 ガス排出構造が形成されたバッテリーモジュール
US16/615,650 US11462799B2 (en) 2018-01-15 2019-01-10 Battery module having gas discharge structure

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021101075A1 (ko) * 2019-11-20 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20210067765A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
WO2022149831A1 (ko) * 2021-01-11 2022-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 전동 휠체어, 및 자동차
US20220311088A1 (en) * 2020-04-17 2022-09-29 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module having flame arresting structure, battery pack, vehicle and energy storage system comprising the same
WO2023063531A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-20 Lg Electronics Inc. Energy storage system
US11652256B2 (en) 2019-11-29 2023-05-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
WO2023132611A1 (ko) * 2022-01-04 2023-07-13 주식회사 엘지에너지솔루션 연쇄 발화 방지용 배터리 모듈 및 이의 제조 방법
US11721864B2 (en) 2019-11-29 2023-08-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack with separated cooling channels and discharge path
US11837738B2 (en) 2019-11-29 2023-12-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
WO2024076019A1 (ko) * 2022-10-04 2024-04-11 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 벤팅패스를 구비한 배터리 팩

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210035520A (ko) * 2019-09-24 2021-04-01 주식회사 엘지화학 버스바 플레이트를 포함하는 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 전자 디바이스
CN114128033B (zh) * 2019-10-11 2024-06-28 株式会社Lg新能源 包括汇流条板的电池模块、包括电池模块的电池组及电子装置
KR20210088984A (ko) * 2020-01-07 2021-07-15 주식회사 엘지에너지솔루션 Hv 와이어 어셈블리를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조 방법
KR20210108127A (ko) * 2020-02-25 2021-09-02 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 팩
KR20210122511A (ko) * 2020-04-01 2021-10-12 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022024895A1 (ja) * 2020-07-31 2022-02-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電モジュール
KR20220059233A (ko) * 2020-11-02 2022-05-10 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
WO2022114769A1 (ko) * 2020-11-26 2022-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022219751A1 (ja) * 2021-04-14 2022-10-20 日産自動車株式会社 電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム
KR20230031661A (ko) * 2021-08-27 2023-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 버스바 플레이트와 icb 조립체 간의 와이어 본딩 연결 구조를 개선한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2023032152A1 (ja) * 2021-09-03 2023-03-09 株式会社 東芝 バスバー及び電池モジュール
US20230178865A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-08 Microvast Power Systems Co., Ltd. Battery cell, battery unit and battery cluster
CN115000583B (zh) * 2022-08-04 2022-11-11 嘉兴模度新能源有限公司 热排放结构、电池单元、电池组、集装箱及电池组的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6627345B1 (en) * 1999-07-15 2003-09-30 Black & Decker Inc. Battery pack
KR20140128845A (ko) * 2013-04-29 2014-11-06 주식회사 엘지화학 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스
US20150270590A1 (en) * 2012-10-31 2015-09-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery module
KR20170106933A (ko) * 2016-03-14 2017-09-22 신흥에스이씨주식회사 내구성이 우수한 배터리팩
EP3249716A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha In-vehicle battery module

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100859948B1 (ko) * 2007-01-25 2008-09-23 삼성에스디아이 주식회사 단위 전지간 직렬 인터페이스
JP5213426B2 (ja) * 2007-12-11 2013-06-19 パナソニック株式会社 電池パック
JP5413650B2 (ja) * 2009-04-14 2014-02-12 株式会社オートネットワーク技術研究所 電池モジュール
JP5466906B2 (ja) 2009-09-18 2014-04-09 パナソニック株式会社 電池モジュール
JP2011070872A (ja) 2009-09-25 2011-04-07 Panasonic Corp 電池モジュール
JP5496604B2 (ja) * 2009-10-30 2014-05-21 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを備える車両
KR20110118807A (ko) 2010-01-29 2011-11-01 파나소닉 주식회사 전지 모듈
JP2011204395A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Panasonic Corp 電池パック
US20140178723A1 (en) 2011-08-10 2014-06-26 Panasonic Corporation Battery block and battery module comprising same
US9054367B2 (en) * 2012-02-01 2015-06-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery assembly and pack including the same
JP5672294B2 (ja) * 2012-11-30 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 組電池及び車両
US9966584B2 (en) * 2013-03-11 2018-05-08 Atieva, Inc. Bus bar for battery packs
US9985259B2 (en) 2013-03-29 2018-05-29 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery pack
JP6245038B2 (ja) * 2014-03-31 2017-12-13 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置
US10381615B2 (en) * 2014-06-20 2019-08-13 Robert Bosch Gmbh Battery module with cell fixation
JP6245478B2 (ja) * 2014-09-29 2017-12-13 豊田合成株式会社 バスバー
JP6144658B2 (ja) * 2014-10-01 2017-06-07 トヨタ自動車株式会社 車載用電源装置
KR20160041311A (ko) 2014-10-07 2016-04-18 주식회사 엘지화학 내화성 안전 부재를 포함하는 전지팩
JP6213440B2 (ja) 2014-10-20 2017-10-18 トヨタ自動車株式会社 蓄電モジュール
KR101629004B1 (ko) 2014-12-02 2016-06-09 포스코에너지 주식회사 전력 저장 장치
JP6476915B2 (ja) * 2015-01-27 2019-03-06 株式会社デンソー 電池パック
US9735414B2 (en) * 2015-08-11 2017-08-15 Atieva, Inc. Current distribution system for a battery assembly utilizing non-overlapping bus bars
CN205231148U (zh) * 2015-11-24 2016-05-11 北京闪信鼎中技术有限公司 一种电池模组
JP6350593B2 (ja) * 2015-12-15 2018-07-04 株式会社オートネットワーク技術研究所 配線モジュール
KR20170072000A (ko) 2015-12-16 2017-06-26 주식회사 엘지화학 방열성 및 절연성이 우수한 복합소재
KR20180004908A (ko) 2016-07-05 2018-01-15 (주)피엔아이 상변화소재로 코팅된 냉동기기용 온도감지센서 및 그를 구비한 냉장기기
CN205985203U (zh) * 2016-08-04 2017-02-22 东莞博力威电池有限公司 一种电池组电芯层间的隔板
DE102016225057A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batterieeinheit für eine Traktionsbatterie und Traktionsbatterie

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6627345B1 (en) * 1999-07-15 2003-09-30 Black & Decker Inc. Battery pack
US20150270590A1 (en) * 2012-10-31 2015-09-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery module
KR20140128845A (ko) * 2013-04-29 2014-11-06 주식회사 엘지화학 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스
KR20170106933A (ko) * 2016-03-14 2017-09-22 신흥에스이씨주식회사 내구성이 우수한 배터리팩
EP3249716A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha In-vehicle battery module

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021101075A1 (ko) * 2019-11-20 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20210067765A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
US11616266B2 (en) 2019-11-29 2023-03-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack including exhaust pipe
US11652256B2 (en) 2019-11-29 2023-05-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US11721864B2 (en) 2019-11-29 2023-08-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack with separated cooling channels and discharge path
KR20230129349A (ko) * 2019-11-29 2023-09-08 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
US11837738B2 (en) 2019-11-29 2023-12-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US20220311088A1 (en) * 2020-04-17 2022-09-29 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module having flame arresting structure, battery pack, vehicle and energy storage system comprising the same
WO2022149831A1 (ko) * 2021-01-11 2022-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 전동 휠체어, 및 자동차
WO2023063531A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-20 Lg Electronics Inc. Energy storage system
WO2023132611A1 (ko) * 2022-01-04 2023-07-13 주식회사 엘지에너지솔루션 연쇄 발화 방지용 배터리 모듈 및 이의 제조 방법
WO2024076019A1 (ko) * 2022-10-04 2024-04-11 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 벤팅패스를 구비한 배터리 팩

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US20200227708A1 (en) 2020-07-16
CN110574189A (zh) 2019-12-13

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