WO2019139385A1 - 가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈 - Google Patents

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gas discharge
battery cell
battery cells
discharge passage
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안수준
최범
이준호
이태규
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a gas exhaust structure, and more particularly, to a battery module capable of effectively preventing secondary explosion of a cylindrical battery cell.
  • the secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- It is very popular because of its low self-discharge rate and high energy density.
  • the lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an outer casing, that is, a battery case, for sealingly storing the electrode assembly together with the electrolyte solution.
  • a lithium secondary battery can be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the casing.
  • the can type secondary battery composed of a rigid metal can has a higher risk of explosion.
  • a configuration such as a relay, a current sensor, a fuse, and a BMS (Battery Management System) may be used to manage the secondary battery safely and efficiently .
  • a fire such as an explosion of battery cells inside the battery module may occur due to an external impact, an abnormal operation of the internal battery cell, a control failure by the BMS, or the like.
  • a battery module including:
  • a plurality of cylindrical battery cells having at least two electrode terminals of different polarities formed at one end;
  • a gas discharge passage extending in the front, rear, left, and right directions so as to discharge the gas discharged from the cylindrical battery cell and having an open portion exposed to the lower side;
  • An upper case having a gas discharge port opened to connect the gas discharge passage to the outside;
  • a receiving portion coupled to a lower portion of the upper case and having a space for receiving the cylindrical battery cell inserted therein, a second receiving portion extending in the front, rear, left, and right directions to discharge the gas discharged from the cylindrical battery cell,
  • a lower case having a gas discharge passage formed with an opened portion and a gas discharge opening communicating with the gas discharge passage;
  • the gas outlet may be formed on at least two of the front end, the rear end, the left end, and the right end of each of the upper case and the lower case.
  • the height of the gas discharge passage in the vertical direction may be 5 mm or more.
  • the plurality of cylindrical battery cells may be spaced apart from each other by a distance of at least 0.1 mm.
  • the plurality of cylindrical battery cells may be arranged in a line in the front-rear direction, and may have a zigzag array structure alternately arranged in the forward direction or the backward direction about the reference line extending in the left-right direction.
  • gas discharge passage may extend and extend in the front-rear direction depending on the arrangement of the plurality of cylindrical battery cells, and may be connected and extended in the back-and-forth direction about the reference line in the left and right direction.
  • the receiving portion may be formed in close contact with the cylindrical battery cell so as to surround the outer surface in the horizontal direction of the cylindrical battery cell.
  • the receiving portion may include a stopper protruding and extending in a direction in which the electrode terminal of the cylindrical battery cell is positioned to support at least a portion of the upper end surface or the lower end surface of the cylindrical battery cell.
  • a partition wall may be formed in the receiving portion of each of the upper case and the lower case to partition the plurality of cylindrical battery cells.
  • the barrier ribs may have stepped structures having different heights in the vertical direction of the outer surface.
  • At least one inclined structure may be formed in the partition wall such that the height of the one cylindrical battery cell changes continuously in the direction in which the other one of the cylindrical battery cells is located.
  • the upper end of the partition may have a semi-cylindrical shape.
  • At least one of the upper and lower ends of the barrier rib may have a fixing groove recessed inward to insert a part of the wire-shaped bus bar.
  • the apparatus may further include a plurality of plate-shaped bus bars electrically connected to the wire-shaped bus bars and positioned on both sides of the upper case and the lower case, respectively.
  • the upper case may have insertion grooves which are inserted in the upper direction so that at least a part of the plate-shaped bus bar is inserted and accommodated in the left and right side portions of the upper case, An insertion groove may be formed to be inserted in a downward direction so that at least a part of the plate bus bar is inserted and accommodated.
  • the cover sheet may comprise a mica material.
  • each of the upper and lower surfaces of the cover sheet may have a protruding structure protruding in the up-and-down direction along the gas discharge path so that at least a part of the gas discharge path is inserted into the open part of the gas discharge path.
  • a battery pack according to the present invention includes at least one battery module according to the present invention.
  • a device according to the present invention includes a battery pack according to the present invention.
  • the battery module is formed such that the gas discharge passage formed in the upper case and the lower case can extend in the front, rear, left, and right directions, It is possible to avoid spreading the generated heat to concentrate on a specific site. Accordingly, since the gas discharge passage has a sufficient accommodation value for instantaneously accommodating the gas and the flame, it is possible to prevent secondary explosion of another cylindrical battery cell adjacent to the ignited cylindrical battery cell.
  • the battery module is formed such that the accommodating portions of the upper case and the lower case enclose the outer side surface of the cylindrical battery cell, so that the flame of the ignited cylindrical battery cell, It is possible to prevent secondary ignition or explosion of the plurality of cylindrical battery cells.
  • a gas outlet is formed at an end portion of an upper portion, a rear portion, a left portion and a right portion of the upper case and the lower case, A gas discharge port is formed, so that gas, flame, heat and the like generated in the cylindrical battery cell can be quickly discharged.
  • the risk of secondary explosion can be greatly reduced stably.
  • a lid sheet including a mica material is interposed between an upper case and a lower case, whereby a short circuit between a cylindrical battery cell located on the upper part of the battery module and a cylindrical battery cell located on the lower part is generated Can be effectively prevented.
  • a wire-type bus bar can electrically connect a plurality of cylindrical battery cells even with a small amount of material, thereby reducing manufacturing cost.
  • the wire-shaped bus bar since the wire-shaped bus bar has a small volume, even if the wire-shaped bus bar is located in the gas discharge passage, the influence of disturbing the flow of discharged gas is small , And secondary explosion due to gas or flame can be minimized.
  • the partition wall formed in the receiving portion of the upper case and the lower case it is possible to prevent movement (flow) of one end of the wire-shaped bus bar so as to prevent short-circuit with the electrode terminal.
  • the safety of the battery module of the present invention can be greatly enhanced.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating various configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a partial internal structure of a cylindrical battery cell, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing an upper case, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a bottom view schematically illustrating upper configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing sub-structures of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a lower case which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view schematically showing a part of the battery module cut along the line A-A 'in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 10 is a partially enlarged view schematically showing an enlarged view of the area C 'in Fig.
  • FIG. 11 is a partial enlarged view schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a partial enlarged view schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a side view schematically showing a cover sheet which is a part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Comparative Example 1 is a perspective view schematically showing the configuration of Comparative Example 1 of the present invention.
  • 16 is a perspective view schematically showing a configuration of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of Comparative Example 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating various configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a partial internal structure of a cylindrical battery cell, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 200 includes a plurality of cylindrical battery cells 100, an upper case 210A, a lower case 210B, a cover sheet 230, And a plurality of wire-shaped bus bars 240.
  • the cylindrical battery cell 100 may include a cylindrical battery can 120 and an electrode assembly 140 accommodated in the battery can 120.
  • the battery can 120 includes a material having high electrical conductivity.
  • the battery can 120 may include aluminum, steel, or copper.
  • two or more electrode terminals 111 may be formed on the battery can 120.
  • the electrode terminal 111 may include a first electrode terminal 111A and a second electrode terminal 111B having different electrical polarities from each other.
  • the first electrode terminal 111A may be formed on the circular upper portion of the battery can 120 when viewed in the direction F (shown in FIG. 1).
  • a second electrode terminal 111B may be formed on the outer periphery of the circular can of the battery can 120. That is, the cylindrical battery cell 100 may have two or more electrode terminals 111 having different polarities at one end thereof.
  • the electrode assembly 140 may be formed in a jelly-roll shape with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode tab 170 may be attached to the positive electrode (not shown) and connected to the first electrode terminal 111A at the upper end of the battery can 120.
  • a negative electrode tab may be attached to the negative electrode (not shown) and connected to the second electrode terminal 111B at the lower end of the battery can 120.
  • the cylindrical battery cell 100 includes an electrode terminal 111 protruding from the top cap 110, and at least a part of the electrode terminal 111 is pierced when the internal gas reaches a specific air pressure or more Consists of.
  • the cylindrical battery cell 100 further includes a safety element 122 (for example, a PTC element, a TCO, or the like) that cuts off current when the temperature of the battery cell rises, .
  • the cylindrical battery cell 100 may have a safety vent 130 that protrudes downward in a normal state but is ruptured when the pressure inside the battery rises to exhaust the gas. .
  • the cylindrical battery cell 100 may further include a current interrupt device (CID) (not shown) having an upper end connected to the safety vent structure 130 and a lower end connected to the positive electrode of the electrode assembly 140 150 may be provided.
  • CID current interrupt device
  • the battery module 200 according to the present invention is not limited to the above-described cylindrical battery cell 100, but various cylindrical battery cells known at the time of filing of the present invention can be employed.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing an upper case, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a bottom view schematically showing upper configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the upper case 210A may include a receiving portion 211 having a space for receiving the cylindrical battery cell 100 therein.
  • the upper case 210A may include an electrically insulating material.
  • the electrically insulating material may be a plastic material.
  • the receiving portion 211 may have a cylindrical receiving space in which the cylindrical battery cell 100 can be received.
  • the cylindrical battery cell 100 may be inserted into the circular opening O2 of the accommodating portion 211 and stored in the upper case 210A.
  • the accommodating portion 211 may be formed in close contact with the cylindrical battery cell 100 so as to surround the outer surface of the cylindrical battery cell 100 in the horizontal direction. That is, the accommodating portion 211 may be formed with an accommodating space formed in a tight contact with the outer surface of the cylindrical battery cell 100 so as to prevent a specific substance, flame, or the like from entering the outer surface.
  • the cylindrical battery cell 100 has the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B at a lower end. That is, the cylindrical battery cell 100 may be inserted into the receiving portion 211 of the upper case 210A such that the upper and lower portions thereof are turned upside down.
  • the receiving portion 211 of the upper case 210A is formed so as to surround the outer surface of the cylindrical battery cell 100, as shown in Experimental Example 2,
  • the flame of the cylindrical battery cell 100 ignited in the inside of the battery module 200 can be protected against direct contact or exposure of the other cylindrical battery cell 100 so that the secondary ignition I can prevent explosion.
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 may be accommodated in the accommodating portion 211, for example, at least 0.1 mm apart from each other.
  • the present invention is not necessarily limited to such numerical values, but is merely an example.
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 accommodated in the battery module 200 according to the embodiment of the present invention By being spaced apart, when one cylindrical battery cell 100 is ignited, the amount of heat to be conducted is small, and it is possible to prevent an occurrence of a chain ignition of the adjacent cylindrical battery cell 100. Conversely, when the distance is less than 0.1 mm, when one cylindrical battery cell 100 is ignited, there is a high possibility that a chain ignition of the adjacent cylindrical battery cell 100 occurs.
  • the upper case 210A may be formed with gas discharge passages 212 extending in the front, rear, left, and right directions to discharge the gas discharged from the cylindrical battery cell 100 to the outside.
  • the gas discharge passage 212 is formed to extend in the front, back, left, and right directions, gas or flame due to the explosion of the cylindrical battery cell 100 can flow everywhere So that the generated heat can be prevented from concentrating on a specific region.
  • the gas discharge passage 212 has a sufficient capacity for instantaneously receiving gases and flames, it is possible to prevent secondary explosion of the adjacent cylindrical battery cell 100 adjacent to the ignited cylindrical battery cell 100 have.
  • the height of the gas discharge passage 212 in the vertical direction may be 5 mm or more. Conversely, when the height of the gas discharge passage 212 in the up-and-down direction (H1 in Fig. 9) is less than 5 mm, there is a risk of occurrence of a series of ignition of the plurality of cylindrical battery cells 100, which poses a risk.
  • the gas discharge passage 212 may be formed at the lower end of the upper case 210A adjacent to the first electrode terminal 111A formed at the lower end of the cylindrical battery cell 100.
  • the safety vent structure (130 in FIG. 3) may be formed on the lower end of the cylindrical battery cell 100 having the first electrode terminal 111A.
  • the gas discharge passage 212 of the upper case 210A may be formed with an opening portion 212K exposed to the lower side. That is, the gas discharge passage 212 may be formed with a side wall 212a capable of guiding movement of the gas. A lower portion of the side wall 212a may be formed with an open portion 212K exposed to the lower side.
  • the upper case 210A may be formed with a gas outlet 213 through which the gas discharge passage 212 is connected to the outside. 1, the front end 210a, the rear end 210b, the left end 210c, and the right end 210d of the upper case 210A are connected to the gas outlet 213, May be formed on at least two of them.
  • a plurality of gas outlets 213 may be provided in the front end 210a, the rear end 210b, the left end 210c, and the right end 210d of the upper case 210A, Can be formed.
  • the upper case 210A is formed with gas outlets 213 at the ends of the front, rear, left, and right directions, so that the gas generated from the cylindrical battery cell 100, Flame and heat can be rapidly discharged and the gas outlet 213 is formed at a position close to any position of the accommodating portion 211 of the upper case 210A so that the risk of secondary explosion can be greatly reduced stably .
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing sub-structures of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a side view schematically showing a lower case, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the lower case 210B may have a fastening structure that is coupled to a lower portion of the upper case 210A.
  • the fastening structure may be a fastening structure in which the hook protrusion G1 and the fastening groove G2 are coupled.
  • the upper case 210A and the lower case 210B may each have a hook projection G1 and a coupling groove G2. 4 and 7, the hook protrusion G1 of the upper case 210A may be formed at a corresponding position to be engaged with the coupling groove G2 of the lower case 210B. have. The hook protrusion G1 of the lower case 210B may be formed at a corresponding position to be engaged with the coupling groove G2 of the upper case 210A.
  • the lower case 210B may include a receiving portion 211 formed with a space for receiving the cylindrical battery cell 100 therein. Further, the lower case 210B may include an electrically insulating material.
  • the electrically insulating material may be a plastic material.
  • the receiving portion 211 may have a cylindrical receiving space in which the cylindrical battery cell 100 can be received.
  • the cylindrical battery cell 100 may be inserted into a circular opening O2 of the accommodating portion 211 and stored in the lower case 210B.
  • the cylindrical battery cell 100 has the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B at the upper end thereof. That is, the cylindrical battery cell 100 is inserted into the receiving portion 211 of the lower case 210B with the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B positioned at the upper end thereof .
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 are accommodated in the accommodating portion 211 such that the outer surface of one cylindrical battery cell 100 and the outer surfaces of the other cylindrical battery cell 100 are separated from each other by at least 0.1 mm or more. .
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 accommodated in the battery module 200 are separated from each other by 0.1 mm or more, as in the experimental result of Experimental Example 1,
  • the cylindrical battery cell 100 is ignited, the amount of heat to be conducted is small, and it is possible to prevent the occurrence of a chain ignition of the adjacent cylindrical battery cell 100.
  • the accommodating portion 211 may be formed in close contact with the cylindrical battery cell 100 so as to surround the outer surface of the cylindrical battery cell 100 in the horizontal direction. That is, the accommodating portion 211 may be formed with an accommodation space formed in close contact with the outer surface of the cylindrical portion of the cylindrical battery cell 100 so that a specific material, flame, or the like may not be introduced into the outer surface of the cylindrical battery cell 100.
  • the accommodating portion 211 of the lower case 210B is formed so as to surround the outer surface of the cylindrical battery cell 100, The flame of the cylindrical battery cell 100 can be protected against direct contact or exposure of the other cylindrical battery cell 100, thereby preventing secondary ignition or explosion of the cylindrical battery cell 100.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the lower case 210B is provided with a gas discharge passage 212 extending in the front, rear, left, and right directions to discharge the gas discharged from the cylindrical battery cell 100 to the outside May be formed.
  • the gas discharge passage 212 is formed to extend in the front, back, left, and right directions, gas or flame due to the explosion of the cylindrical battery cell 100 can flow everywhere So that the generated heat can be prevented from concentrating on a specific region and the gas discharge passage 212 can be instantaneously filled with the gas and the flame, so that the secondary of the other cylindrical battery cell 100 It is effective to prevent explosion.
  • the height of the gas discharge passage 212 in the vertical direction may be 5 mm or more. Conversely, when the height of the gas discharge passage 212 in the up-and-down direction (H1 in FIG. 9) is less than 5 mm, there is a risk of occurrence of a series of ignition of the plurality of cylindrical battery cells 100.
  • the gas discharge passage 212 may be formed at the upper end of the lower case 210B adjacent to the first electrode terminal 111A formed at the upper end of the cylindrical battery cell 100.
  • the safety vent structure (130 in FIG. 3) may be formed on the upper end of the cylindrical battery cell 100 in which the first electrode terminal 111A is formed.
  • the gas discharge passage 212 of the lower case 210B may be formed with an opening 212K exposed to the upper side. That is, the gas discharge passage 212 may be formed with a side wall 212a capable of guiding movement of the gas. In addition, an upper portion of the side wall 212a may be formed with an open portion 212K exposed to the upper side.
  • the lower case 210B may be formed with the gas outlet 213, which is opened to connect the gas discharge passage 212 to the outside.
  • the gas outlet 213 may be formed on at least two of the front end 210a, the rear end 210b, the left end 210c, and the right end 210d of the lower case 210B. 8, a plurality of gas outlets 213 are formed in the front end 210a, the rear end 210b, the left end 210c, and the right end 210d of the lower case 210B, respectively. Can be formed.
  • the lower case 210B can form gas outlets 213 in the front, rear, left, and right directions, Heat and the like can be discharged quickly and the gas outlet 213 is formed in a position close to any position of the accommodating portion 211 of the lower case 210B.
  • the risk of secondary explosion can be stably prevented.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view schematically showing a part of the battery module cut along the line A-A 'in FIG. 1; FIG.
  • the cover sheet 230 is disposed in the openings 212K of the gas discharge passages 212 of the upper case 210A and the lower case 210B And may be interposed between the upper case 210A and the lower case 210B.
  • the cover sheet 230 may include a material having high fire resistance and electrical insulation.
  • the cover sheet 230 may include a mica material and / or a ceramic material.
  • the cover sheet 230 may have a shape in which a mica layer is formed on both surfaces of the ceramic sheet.
  • the cover sheet 230 having electrical insulation is interposed between the upper case 210A and the lower case 210B so that the upper case 210A of the battery module 200 It is possible to effectively prevent a short circuit between the cylindrical battery cell 100 located in the lower case 210B and the cylindrical battery cell 100 located in the lower case 210B.
  • cover sheet 230 including the mica material is excellent in fire resistance and has an advantage of effectively reducing the influence on the flame in the adjacent cylindrical battery cells 100 adjacent to each other due to the explosion of the cylindrical battery cell 100 .
  • the wire-type bus bar 240 includes the plurality of cylindrical battery cells 100 mounted on the upper case 210A and the lower case 201B, respectively, And the electrode terminal 111 of the electrode terminal 111 may be electrically connected to each other.
  • the wire-shaped bus bar 240 may include an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material may be copper or aluminum, nickel, or the like.
  • the wire-type bus bar 240 may be connected to the outer surface of the first electrode terminal 111A of the cylindrical battery cell 100 and the outer surface of the second electrode terminal 111B of the other cylindrical battery cell 100 have.
  • the wire-type bus bar 240 may be connected to the outer surface of the first electrode terminal 111A of the cylindrical battery cell 100 and the outer surface of the first electrode terminal 111A of the other cylindrical battery cell 100 have.
  • the wire-type bus bar 240 may be connected to the outer surface of the second electrode terminal 111B of the cylindrical battery cell 100 and the outer surface of the second electrode terminal 111B of the other cylindrical battery cell 100 have.
  • the wire-type bus bar 240 may be configured to electrically connect the plurality of cylindrical battery cells 100 in series or in parallel.
  • the end of the wire-shaped bus bar 240 which is in contact with the outer surface of the electrode terminal 111, may have a plate shape in close contact with the outer surface of the electrode terminal 111.
  • the end portion of the wire-shaped bus bar 240 is formed in a plate shape closely attached to the electrode terminal 111, the contact area with the electrode terminal 111 is increased and the adhesive force is also increased, The durability of the connection structure can be effectively increased.
  • the wire-shaped bus bar 240 may be positioned in the gas discharge passage 212. That is, the electrical connection structure of the plurality of cylindrical battery cells 100 through the plurality of wire-shaped bus bars 240 in the gas discharge passage 212 may be formed.
  • the plurality of wire-shaped bus bars 240 formed in the upper case 210A are electrically connected to the electrode terminals 111 of the cylindrical battery cell 100,
  • the electrode terminal 111 of the cell 100 can be contacted and connected. That is, in the two cylindrical battery cells 100 arranged in the front-rear direction, each of the second electrode terminals 111B may be electrically connected to each other through the wire-shaped bus bar 240.
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 arranged in the left and right direction are electrically connected to the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B through the wire-type bus bar 240 .
  • the plurality of wire-shaped bus bars 240 formed in the lower case 210B are connected to the electrode terminals 111 of one cylindrical battery cell 100,
  • the electrode terminal 111 of the cell 100 can be contacted and connected. That is, in the two cylindrical battery cells 100 arranged in the front-rear direction, each of the second electrode terminals 111B may be electrically connected to each other through the wire-shaped bus bar 240.
  • the plurality of cylindrical battery cells 100 arranged in the left and right direction are electrically connected to the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B through the wire-type bus bar 240 .
  • the wire-type bus bar 240 can electrically connect a plurality of cylindrical battery cells 100 with a small amount of material, thereby reducing manufacturing cost.
  • the wire-type bus bar 240 has a small volume as compared with a bar-shaped bus bar, even if the wire-type bus bar 240 is located in the gas discharge passage 212, The degree of disturbance of the flow of discharged gas is small, and secondary explosion due to the influence of gas or flame can be minimized.
  • the number of the wire-shaped bus bars 240 that make the electrical connection between the two electrode terminals 111 may be set in consideration of the cross-sectional area of the wire-shaped bus bar 240 and the required resistance value.
  • the wire-type bus bar 240 has a high resistance, the amount of heat generated increases, and the internal temperature of the battery module 200 may be increased to shorten the service life or cause a fire.
  • wire-type bus bars 240 When two or more wire-type bus bars 240 are electrically connected between the two electrode terminals 111, even if one wire-type bus bar 240 is disconnected, the remaining wire-type bus bars 240 are electrically connected So that damage caused by disconnection can be reduced.
  • a plurality of cylindrical battery cells 100 housed in the upper case 210A and the lower case 210B are arranged in a line in the back-and-forth direction, And may have a zigzag array structure alternately arranged in the leftward direction or the rightward direction with respect to the center.
  • the void space formed between the plurality of cylindrical battery cells 100 can be minimized, It becomes possible to accommodate a larger number of battery cells in the same volume, and thus the energy density of the battery module 200 can be effectively increased.
  • the gas discharge passage 212 may be set according to the arrangement structure of the plurality of cylindrical battery cells 100. Specifically, the gas discharge passage 212 is connected and extended in the back-and-forth direction in accordance with the arrangement of the plurality of cylindrical battery cells 100, and can be connected and extended in the forward and backward directions about the reference line in the left- have.
  • the gas discharge passage 212 is connected to the jig as a jig so that the flame generated in the cylindrical battery cell 100 interferes with the side wall 212a of the gas discharge passage 212 And the influence of the flame on the cylindrical battery cell 100 in the left and right direction adjacent to the ignited cylindrical battery cell 100 can be reduced.
  • FIG. 10 is a partially enlarged view schematically showing an enlarged view of the area C 'in Fig.
  • the electrode terminals 111 of the cylindrical battery cell 100 are located in the receiving portions 211 of the upper case 210A and the lower case 210B, A stopper 217 may be formed.
  • the stopper 217 may be configured to support at least a part of the upper end surface or the lower end surface of the cylindrical battery cell 100. That is, the stopper 217 may be formed to support one end of the cylindrical battery cell 100 where the first electrode terminal 111A and the second electrode terminal 111B are formed.
  • the receiving portion 211 formed in the upper case 210A may be configured to support the lower end surface of the cylindrical battery cell 100.
  • the receiving portion 211 formed in the lower case 210B may be configured to support the upper end surface of the cylindrical battery cell 100.
  • a plurality of stoppers 217 protruding and extending to support a part of the second electrode terminal 111B of the cylindrical battery cell 100 are formed in the receiving portion 211 of the lower case 210B, May be formed.
  • the plurality of stoppers 217 formed in the accommodating portion 211 can effectively prevent the cylindrical battery cell 100 from being disengaged from the accommodating portion 211.
  • a spacing space 217d in which the wire-shaped bus bar 240 can extend may be formed between the plurality of stoppers 217. That is, a spacing space 217d may be formed between the horizontal side surface of one stopper 217 and the horizontal side surface of the other stopper 217.
  • the plurality of stoppers 217 are arranged in the spacing space 217d, It is possible to prevent the wire-type bus bar 240 from coming off. Accordingly, the durability of the battery module 200 can be effectively increased.
  • a partition 219 for partitioning between the plurality of cylindrical battery cells 100 is formed in the accommodating portion 211 of each of the upper and lower cases 210A and 210B.
  • the barrier ribs 219 may protrude upward or downward.
  • the partition 219 may have a stepped structure in which the outer surface of the partition 219 is different in vertical height from the outer surface of the accommodating portion 211.
  • the partition 219 may be formed between two stoppers 217 formed in the receiving portion 211 of the lower case 210B.
  • the partition 219 may be a rectangular block having a stepped structure protruding upward and different in vertical height from the outer surface of the accommodating portion 211.
  • Shaped bus bar 240 can be prevented from being short-circuited with the electrode terminal 111 of the other polarity of the wire-type bus bar 240. Accordingly, the safety of the battery module 200 of the present invention can be greatly enhanced.
  • FIG. 11 is a partial enlarged view schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • At least one inclined structure C1 having a vertically varying height in a direction in which one cylindrical battery cell 100 is located in one of the cylindrical battery cells 100 is formed in the partition 219B, Can be formed.
  • the partition 219B is provided with an inclined structure C1 in which the height of the one cylindrical battery cell 100 is continuously increased in the direction in which the other one of the cylindrical battery cells 100 is located, And may have an inclined structure C2. That is, the barrier rib 219B has a tapered structure C1 and a tapered structure C2, and the cross-sectional area of the protruded barrier rib 219B may be triangular.
  • the upper end S1 of the partition 219B may be formed to have a semi-cylindrical shape.
  • the partition 219B may include two slopes, each of which continuously changes in height in the direction in which the other one of the cylindrical battery cells 100 is located, in one of the cylindrical battery cells 100.
  • Structures C1 and C2 are formed and the upper end S1 of the partition 219B may be formed to have a semi-cylindrical shape.
  • the barrier rib 219B is formed to support the lower portion of the wire-type bus bar 240, so that the wire-type bus bar 240 is connected to the upper portion of the cylindrical battery cell 100 It is possible to guide the electrode terminals 111 and the electrode terminals 111 of the other cylindrical battery cells 100 to be disposed appropriately so that the electrical connection process of the plurality of cylindrical battery cells 100 can be easily performed, Time can be shortened.
  • FIG. 12 is a partial enlarged view schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • At least one of the upper and lower ends of the partition 219 may have a fixing groove G4 recessed inward.
  • the fixing groove G4 may be formed to have a size such that the outer shape of the wire-type bus bar 240 can be received so that a part of the wire-type bus bar 240 is inserted.
  • a fixing groove G4 recessed in the downward direction may be formed at an upper end of the partition wall 219.
  • An insertion portion G4a into which the wire-type bus bar 240 can be inserted may be formed on each side of the fixing groove G4.
  • the wire-shaped bus bar 240 can be separated from the electrode terminal 111 When the connection is broken, one end of the wire-type bus bar 240 moves to contact the other electrode terminal 111, thereby preventing a short circuit from occurring.
  • each of the plurality of plate shaped bus bars 260 may be electrically contacted with the plurality of wire shaped bus bars 240.
  • the plate bus bar 260 may be finally electrically connected to the module terminal (280 in FIG. 1) for electrically connecting to the external device.
  • the plate bus bar 260 may be configured to establish electrical connection between the plurality of cylindrical battery cells 100 and the module terminals (280 in FIG. 1) in the battery module 200.
  • the plate bus bar 260 may include an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material may be copper or aluminum, nickel, or the like.
  • the plurality of plate-shaped bus bars 260 may be positioned on both sides of the upper case 210A and the lower case 210B in the left-right direction. Specifically, the plurality of plate-shaped bus bars 260 located on both sides of the upper case 210A and the lower case 210B may have different polarities. For example, as shown in FIG. 8, the plate-shaped bus bar 260 located at the left side of the lower case 210B may have a negative polarity and the plate-shaped bus bar 260 located at the right side The electrical polarity may be the anode.
  • Each of the left and right side portions of the upper case 210A may be formed with an insertion groove G3 which is inserted upwardly so that at least a part of the plate bus bar 260 is inserted and accommodated. Further, insertion slots G3 may be formed in the left and right sides of the lower case 210B, respectively, so that at least a portion of the plate-shaped bus bar 260 is inserted and accommodated in the downward direction.
  • an insertion groove G3 may be formed in each of both side portions of the upper case 210A and a plate type bus bar 260 (not shown) may be formed in the insertion groove G3. Can be inserted and fixed. 8, insertion grooves G3 may be formed on both side portions of the lower case 210B, and plate-type bus bars 260 may be inserted into the insertion grooves G3. .
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a top support cover 250A having an accommodation space for accommodating the upper portion of the cylindrical battery cell 100 may be coupled to the upper end of the upper case 210A. That is, the upper support cover 250A may be provided with a receiving space formed with a plurality of circular apertures O1. In addition, a support 253 for supporting the upper end surface of the cylindrical battery cell 100 may be formed on the upper end of the upper support cover 250A.
  • a lower receiving cover 250B having a receiving space for receiving the lower portion of the cylindrical battery cell 100 may be coupled to the lower end of the lower case 210B. That is, the lower receiving cover 250B may be provided with a receiving space formed with a plurality of circular apertures O1.
  • a support 253 for supporting the lower end surface of the cylindrical battery cell 100 may be formed at the lower end of the lower support cover 250B.
  • a top support cover 250A and a bottom support cover 250B are provided at upper and lower ends of the battery module 200, respectively.
  • Each of the upper support cover 250A and the lower support cover 250B is provided with a housing space in which a part of 112 cylindrical battery cells 100 can be accommodated.
  • Each of the upper support cover 250A and the lower support cover 250B is formed with six support posts 253 capable of supporting the end face of the plurality of cylindrical battery cells 100.
  • FIG. 14 is a side view schematically showing a cover sheet which is a part of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a protruding structure 232 protruding in the vertical direction may be formed on each of the upper and lower surfaces of the cover sheet 230B.
  • the protrusion structure 232 may be formed along the gas discharge passage 212 such that at least a portion of the protrusion 232 is inserted into the opening 212K of the gas discharge passage 212.
  • the raised size of the protruding structure 232 may protrude so as not to significantly disturb gas movement in the gas discharge passage 212.
  • sixteen raised structures 232 projecting in the vertical direction may be formed on each of the upper and lower surfaces of the cover sheet 230B.
  • the battery pack (not shown) according to the present invention may include at least one battery module 200 according to the present invention.
  • the battery pack according to the present invention may include a pack case for storing the battery module 200, various devices for controlling the charging and discharging of the battery module 200, such as a BMS Management System), a current sensor, a fuse, and the like.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to a device such as an energy storage device. That is, the device according to the present invention may include the battery pack according to the present invention.
  • the battery pack may be applied to an energy storage system that can be used as an electrical power source in an emergency.
  • the energy storage system according to the present invention may include a controller capable of controlling operation of the battery pack according to the present invention.
  • a top cap and a cylindrical case were manufactured using SPCE (cold rolled steel plate) plated with Ni, an electrode assembly was mounted inside the cylindrical case, and a beading process was performed on the cylindrical case corresponding to the upper end of the electrode assembly, And a gasket was inserted into the inner surface of the crimping portion, and a top cap was connected to the upper portion of the cylindrical case.
  • SPCE cold rolled steel plate
  • a gasket was inserted into the inner surface of the crimping portion
  • a top cap was connected to the upper portion of the cylindrical case.
  • a cylindrical battery cell 100 was fabricated. As shown in FIG. 15, seven such cylindrical battery cells 100 were arranged so that their side portions in the horizontal direction were in contact with each other without a distance therebetween
  • Comparative Example 1 and Example 1 were placed inside two housings and central battery cells located at the middle among seven battery cells of Comparative Example 1 and Example 1 were arbitrarily ignited and then the housing was sealed. Thereafter, it was confirmed whether or not chain firing occurred in the remaining battery cells adjacent to the central battery cell.
  • seven cylindrical battery cells 100 manufactured in Comparative Example 1 were arranged so as to be spaced apart from each other by a distance of 0.1 mm, and a cylindrical shape was formed so as to prevent flames from entering the lateral side portions of the seven cylindrical battery cells 100 And an upper cover 215 which covers the upper portion of the battery cell 100 so as to be closely attached thereto.
  • Comparative Example 2 and Example 2 were placed in two housings and central battery cells located at the middle among seven battery cells of Comparative Example 2 and Example 2 were arbitrarily ignited and then the housing was sealed. Thereafter, it was confirmed whether or not chain firing occurred in the remaining battery cells adjacent to the central battery cell.
  • a module case 270 having a housing portion 211 for accommodating seven cylindrical battery cells 100 therein and a gas discharge passage 212 is prepared.
  • the vertical height H2 of the gas discharge passage 212 of the module case 270 is 4 mm.
  • the middle battery cell located at the middle among the seven battery cells of each of Comparative Example 3 and Example 3 was arbitrarily ignited. Thereafter, it was confirmed whether or not chain firing occurred in the remaining battery cells adjacent to the central battery cell.
  • Example 3 the chain ignition occurred in the remaining battery cells adjacent to the central battery cell, and the chain ignition did not occur in the example 3.
  • the gas discharge passage 212 is formed higher than in Comparative Example 3, and the capacity for instantaneously accommodating the flame or gas is increased, so that the flame ejected from the ignited central battery cell And the high temperature gas are exposed to the adjacent battery cells, and the heat transferred by the convection between the battery cells is reduced, so that the chain ignition does not occur.
  • cover sheet 232 raised structure
  • G2 fastening groove
  • G3 insertion groove
  • 250A Upper Base Cover 250B: Lower Base Cover
  • the present invention relates to a battery module having a gas exhaust structure and a battery pack including the same. Further, the present invention is applicable to an electronic device or a car industry that requires power.

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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
본 발명은 가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효과적으로 원통형 전지셀의 2차 폭발을 방지할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 01월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0004908호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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 장착된 전체 배터리 셀 중, 일부에 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, 본 발명은, 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, 배출되는 가스의 흐름을 방해하는 영향이 적어, 가스나 화염에 따른 2차 폭발 등의 위험을 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 방지하도록, 상기 와이어형 버스바의 일단부의 이동(유동)을 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 일부 확대도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 12는, 본 발명의 또 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 구성인 덮개 시트를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
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)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지캔(120), 및 상기 전지캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(140)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, 상, 하, 전, 후, 좌, 우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
나아가, 상기 전극 조립체(140)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)이 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, 예를 들면, 적어도 0.1 mm 이상 서로 이격되도록 상기 수용부(211)에 수용될 수 있다. 그러나, 반드시 이러한 수치로 한정되는 것은 아니고, 하나의 예시에 불과하다.
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. 반대로, 0.1 mm 미만으로 이격된 경우, 하나의 원통형 전지셀(100)이 발화될 경우, 인접한 원통형 전지셀(100)의 연쇄 발화가 일어날 가능성이 높다.
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, 도 1의 F 방향에서 바라볼 경우, 상기 상부 케이스(210A)의 전단(210a), 후단(210b), 좌측단(210c), 및 우측단(210d) 중 적어도 둘 이상에 형성될 수 있다.
예를 들면, 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 퍼져 나가, 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, 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 상부 케이스(210A)에 위치한 원통형 전지셀(100)과, 하부 케이스(210B)에 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, 배출되는 가스의 흐름을 방해하는 정도가 적어, 가스나 화염의 영향에 따른 2차 폭발을 최소화시킬 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 일부 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. 즉, 상기 격벽(219B)은 경사 구조(C1)와 경사 구조(C2)를 가지고, 격벽(219B)의 돌출된 향방의 단면적이 삼각형인 형태일 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 또 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 전기적 극성이 음극일 수 있고, 우측부에 위치한 플레이트형 버스바(260)는 전기적 극성이 양극일 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 구성인 덮개 시트를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
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. 예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 덮개 시트(230B)의 상하면 각각에는, 상하 방향으로 돌출된 융기 구조(232)가 16개 형성될 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 작동을 제어할 수 있는 제어부를 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 내부에 전극 조립체를 장착한 다음, 전극 조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원통형 케이스에 비딩 공정을 행하여 클림핑 부위를 형성하고, 클림핑 부위의 내측면에 가스켓을 삽입하고, 상기 원통형 케이스 상부에 탑 캡을 결합하여 원통형 전지셀(100)을 제작하였다. 그리고, 도 15에서와 같이, 이러한 원통형 전지셀(100) 7개를 서로 이격된 거리 없이 서로 수평 방향의 측부가 접촉되도록 배치하여 구성하였다
실시예 1
원통형 전지셀(100) 7개가 서로 수평 방향으로 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 하우징 내부에 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 적어, 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)을 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.
[부호의 설명]
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
본 발명은 가스 배출 구조가 형성된 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전원이 필요한 전자 디바이스나, 또는 자동차 산업에 이용 가능하다.

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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