WO2022186565A1 - 화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2022186565A1
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trap
battery
battery module
present
module
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홍성곤
공병오
김승현
신진규
오영후
옥승민
조상현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery, and more particularly, to a battery module capable of effectively preventing the occurrence or spread of fire, and a battery pack and an energy storage system including the same.
  • Currently commercialized secondary batteries include a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery is attracting attention because of the advantages of free charge/discharge, a very low self-discharge rate, and a high energy density because the memory effect hardly occurs compared to a nickel-based secondary battery.
  • the secondary battery may be used alone, but in general, a plurality of secondary batteries are electrically connected to each other in series and/or in parallel in many cases.
  • a plurality of secondary batteries may be accommodated in one module case while being electrically connected to each other to constitute one battery module.
  • the battery module may be used alone or two or more may be electrically connected to each other in series and/or parallel to constitute a higher level device such as a battery pack.
  • an energy storage system for storing the generated power is receiving more attention.
  • ESS energy storage system
  • a battery pack may typically include a large number of battery modules. And, in order to increase the energy density, a plurality of battery modules are often configured in a dense form in a very narrow space.
  • a thermal propagation situation may occur in one battery module, and a situation in which a high-temperature gas is discharged from at least one battery cell (secondary battery) may occur.
  • high-temperature sparks may be ejected when the gas is discharged, and the sparks may include active materials or molten aluminum particles that are desorbed from electrodes inside the battery cell.
  • a flare or the like may occur in some battery cells. If such sparks or flares leak to the outside of the battery module, a fire may occur in the battery pack.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and a battery module configured to effectively suppress fire even if sparks or flares are generated inside due to thermal runaway, etc., a battery pack including the same, and energy storage
  • the purpose is to provide a system, etc.
  • a battery module comprising: a cell assembly including a plurality of secondary batteries stacked on each other; and a lower plate, a side plate, and an upper plate to accommodate the cell assembly to form an inner space, and a trap portion concave outwardly formed on at least a portion of an inner surface of the side plate, wherein the trap portion is a front or It includes a module case formed biased to the rear.
  • the trap part may be formed to protrude outward from the outer surface of the side plate.
  • the cell assembly is stacked in a vertical direction in a state in which a plurality of pouch-type secondary batteries are laid down, electrode leads of the pouch-type secondary batteries are located in the front and rear directions of the module case, and the module case is front and rear At least one side may be configured to be open.
  • the module case may be configured such that when gas is generated from the cell assembly, the generated gas is discharged to at least one side of a front and a rear side.
  • the trap part may be configured to be positioned on only one side with respect to the front-rear center line of the side plate.
  • the side plate includes a left plate and a right plate
  • the trap part includes a left trap part formed on the left plate and a right trap part formed on the right plate
  • the left trap part and the right trap part include the side part It may be configured to be positioned on opposite sides with respect to the front-rear center line of the plate.
  • the trap portion may be formed such that the depth of the concave portion becomes deeper as at least a portion of the portion moves forward or rearward.
  • the side plate may further include a guide part inclined toward the trap part.
  • the module case may further include a protrusion formed to protrude in the central direction at the front end or the rear end of the trap unit.
  • the trap part, the front end or the rear end may be formed to be concave in the front or rear.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes the battery module according to the present invention.
  • an energy storage system for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the occurrence of fire in the battery module can be effectively prevented.
  • the spark, etc. from flowing out while easily discharging the gas to the outside of the battery module. Accordingly, it is possible to prevent explosion of the battery module and fundamentally prevent a fire from occurring outside the battery module.
  • the volume can be reduced and the energy density can be increased.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or the corresponding description will be omitted for effects that can be easily inferred by those skilled in the art.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a partial configuration of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view of the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a spark trap effect when a spark is generated in some secondary batteries in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view schematically illustrating a configuration in which two battery modules are arranged in a horizontal direction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a cell assembly separated from the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion E1 of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a top view showing a configuration in which two battery modules of FIG. 10 are stacked in the left and right lateral directions.
  • FIG. 12 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 and 15 are top views schematically illustrating a configuration of a battery module according to still another exemplary embodiment of the present invention.
  • 16 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 17 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is an enlarged view of a portion A6 of FIG. 18 .
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a part of the configuration of FIG. 1 .
  • the battery module according to the present invention includes a cell assembly 100 and a module case 200 .
  • the cell assembly 100 may include a plurality of secondary batteries 110 (battery cells).
  • the secondary battery 110 may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the secondary battery 110 provided in the cell assembly 100 may be a pouch-type secondary battery 110 .
  • other types of the secondary battery 110 such as a cylindrical battery or a prismatic battery, may also be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • the plurality of secondary batteries 110 may form the cell assembly 100 in a stacked form.
  • the plurality of secondary batteries 110 may be stacked in the vertical direction (the Z-axis direction of the drawing).
  • Each pouch-type secondary battery 110 may include an electrode lead 111 , and the electrode lead 111 may be located at both ends or at one end of each secondary battery 110 .
  • the secondary battery 110 in which the electrode lead 111 protrudes in both directions may be referred to as a bidirectional cell, and the secondary battery in which the electrode lead 111 protrudes in one direction may be referred to as a unidirectional cell.
  • the present invention is not limited by the specific type or shape of the secondary battery 110 , and various secondary batteries 110 known at the time of filing of the present invention may be employed in the cell assembly 100 of the present invention.
  • the module case 200 may have an empty space formed therein to accommodate the cell assembly 100 . Furthermore, the module case 200 may include a lower plate 210 , a side plate 220 , and an upper plate 230 as shown in the drawings.
  • the module case 200 may be manufactured in a form in which at least some plates are integrated, or may be configured in a form coupled to each other by a fastening method such as bolts or welding.
  • the lower plate 210 and the side plate 220 may be manufactured integrally with each other to form a lower case.
  • the lower plate 210 , the side plate 220 , and the upper plate 230 may define an inner space, and the cell assembly 100 may be accommodated in the inner space.
  • the lower plate 210 and the side plate 220 may be formed in a U-shape or a box shape to constitute a lower case.
  • the upper plate 230 may be coupled to the upper open end of the lower case to cover the upper end of the cell assembly 100 .
  • the upper plate 230 may be configured in a shape in which both ends are bent, but may be formed in various other shapes and configured to be coupled to the side plate 220 .
  • the module case 200 may be formed in the form of a mono frame in which the lower plate 210 , the side plate 220 , and the upper plate 230 are integrated.
  • the module case 200 may include a trap unit 221 .
  • the trap part 221 may be formed on the inner surface of the side plate 220 , in particular, the side plate 220 .
  • the trap unit 221 may be configured to be concavely formed in an outward direction from at least a portion of the inner surface of the side plate 220 .
  • the trap unit may be formed in a forward or backward biased form. This will be further described with reference to FIG. 3 .
  • FIG. 3 is a view of the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 3 may be referred to as a view of the battery module of FIGS. 1 and 2 as viewed from the top in a state in which the upper plate 230 is removed.
  • the side plate 220 may include a trap part 221 having an inner surface concave outwardly in at least a portion thereof.
  • the outward direction may refer to a direction opposite to the direction in which the battery cells are positioned, that is, an outer direction of the battery module.
  • the side plate 220 positioned in the +X-axis direction with respect to the secondary battery is formed to be concave in the outward direction (+X-axis direction), as indicated by an arrow on some inner surfaces.
  • a trap unit 221 may be provided.
  • FIG. 3 the configuration of FIG.
  • the side plate 220 positioned in the -X-axis direction with respect to the secondary battery has a trap portion formed concavely in the outward direction (-X-axis direction), as indicated by arrows on some inner surfaces of the side plate 220 . (221) may be provided.
  • the +X-axis direction and the -X-axis direction are also indicated as the right direction with respect to the cell assembly 100 , unless otherwise specified.
  • the +Y-axis direction is also indicated as the front
  • the -X-axis direction is also indicated as the rearward.
  • a direction toward the center of the battery module for example, a direction in which the cell assembly 100 is positioned, is indicated in an inner direction
  • a direction toward the outside of the battery module is indicated in an outer direction.
  • the trap unit 221 formed in the module case 200 it is possible to effectively prevent high-temperature sparks or flares from flowing out to the outside of the module case 200. have. This will be described in more detail with reference to FIG. 4 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a trap effect of a spark when a spark is generated in some secondary batteries 110 in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the ejected spark may be trapped by the trap portion 221 of the side plate 220 . That is, the spark ejected from the secondary battery 110 may be discharged into the inner space of the module case 200 , and the trap unit 221 is present in the inner space of the module case 200 .
  • the spark may be introduced into the concave portion of the trap portion 221 and move along the concave shape, and the movement may be blocked at the end of the concave portion.
  • the spark in the trap part 221 moves as indicated by an arrow in FIG. 4 , and then at the horizontal ends of the trap part 221 as indicated by A1 and A1', the movement is blocked or moved.
  • the direction can be switched.
  • the trap unit 221 may allow sparks generated inside the module case 200 to be confined in a concave space therein. Therefore, sparks and the like may not be discharged to the outside of the module case 200 . According to this implementation effect, sparks and the like are prevented from contacting oxygen existing outside the module case 200, thereby reducing the risk of fire.
  • the trap portion 221 may be configured to be biased forward or backward from the side plate 220 .
  • the trap part 221 of the side plate 220 positioned in the +X-axis direction that is, in the left direction with respect to the cell assembly 100, is rearward (-Y-axis direction).
  • the trap part 221 of the side plate 220 positioned in the -X-axis direction that is, the right direction with respect to the cell assembly 100, may be formed to be biased forward (+Y-axis direction). That is, when the front-rear center line of the side plate 220 is referred to as C-C', the trap unit 221 may be positioned to be biased toward the front side or the rear side without a central portion located on the line C-C'. .
  • FIG. 5 is a top view schematically illustrating a configuration in which two battery modules are arranged in a horizontal direction according to an embodiment of the present invention.
  • two battery modules according to the present invention may be stacked in the lateral direction, that is, in the X-axis direction.
  • the trap part 221 may protrude in the outward direction (X-axis direction) from the side plate 220, and the two battery modules M1 and M2 move in the lateral direction (X-axis direction). direction), the volume increase due to the trap part 221 may not be large.
  • the trap part ( 221) may be formed in a shape similar to that of the depth.
  • the trap portion 221 is formed on each of the side plates 220 facing each other of the two battery modules M1 and M2
  • the distance between the main bodies of the two battery modules M1 and M2 is such It can be said that the trap portion 221 is formed close to about 1 time, not about twice the depth of the trap portion 221 . And, it can be said that this is possible because, like the configuration of the present invention, the trap part 221 is biased forward or backward from the side plate 220 .
  • the trap part 221 may be formed to protrude outward from the outer surface of the side plate 220 .
  • the trap part 221 of the side plate 220 positioned in the +X-axis direction with respect to the cell assembly 100 has an inner surface in an outward direction (+X-axis direction).
  • the outer surface may be formed to protrude convexly in the outward direction (+X-axis direction) corresponding to the concave shape.
  • the trap part 221 of the side plate 220 positioned in the -X-axis direction with respect to the cell assembly 100 corresponds to a shape in which the inner surface is concave in the outward direction (-X-axis direction), the outer surface is It may be formed in a shape protruding convexly in an outward direction (-X-axis direction). That is, in the side plate 220 , the outer surface of the portion where the trap unit 221 is positioned may be convex, and the outer surface of the portion where the trap unit 221 is not positioned may be concave.
  • an increase in volume due to the trap unit 221 can be reduced. That is, when the side plate 220 is viewed from the outer surface, only the portion where the trap portion 221 is located protrudes (convex portion), and the remaining portion is formed in a concave shape (concave portion). Accordingly, when stacking with other battery modules, the trap portion 221 of the other battery module adjacent to the concave portion may be inserted.
  • the coupling between the battery modules can be improved by the coupling between the convex part and the concave part formed on the outer surface of the battery module.
  • the movement of the two battery modules M1 and M2 in the Y-axis direction may be limited due to the combination of the convex part and the concave part between the side plates 220 .
  • the movement of the first battery module M1 in the -Y-axis direction is limited by the second battery module M2, and the second battery module M2 has the +Y-axis direction by the first battery module M1. Movement in the direction may be restricted.
  • the cell assembly 100 may be configured in a form in which a plurality of pouch-type secondary batteries 110 are stacked in a vertical direction in a lying state. This will be described in more detail with reference to FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a perspective view showing the cell assembly 100 separated from the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 110 included in the cell assembly 100 is a pouch-type secondary battery 110 and may be disposed in a lying state.
  • the pouch-type secondary battery 110 may be formed to have approximately two wide surfaces, and may be disposed in a laid-down form such that the two wide surfaces face upward and downward directions.
  • the X-Y plane of FIG. 6 may form the same plane as the lower plate 210 of the module case 200.
  • the secondary batteries 110 of the laid-down form may be stacked and disposed in the vertical direction (the Z-axis direction of the drawing) so that the upper surface and the lower surface face each other.
  • the sealing parts of all secondary batteries 110 may be configured to face the trap part 221 of the side plate 220 . Therefore, no matter what kind of secondary battery 110 a spark is discharged, the discharged spark may be configured to be confined by the trap unit 221 .
  • sparks are formed in any of the secondary batteries 110 stacked in the vertical direction and are discharged in the directions indicated by arrows A2 and A2 ′, but the emitted sparks may be directed toward the trap portion 221 of the side plate 220 . Accordingly, with respect to all the stacked secondary batteries 110 , the trap unit 221 may respond when sparks are ejected.
  • the cell assembly 100 may be configured such that the electrode leads 111 of the pouch-type secondary battery 110 are positioned in the front and rear directions of the module case 200 .
  • the electrode lead 111 is forward (+Y-axis direction) or rearward (- Y-axis direction) may be configured to face.
  • the module case 200 may be configured such that at least one side of the front and rear is opened.
  • the module case 200 may include a front plate 240 and a rear plate 250 .
  • the front plate 240 may be configured such that a portion thereof is opened, such as the portion indicated by O1.
  • the rear plate 250 may be configured such that a portion thereof is open, such as a portion indicated by O2.
  • the gas when the spark is ejected from the cell assembly 100 together with the gas, the gas is smoothly discharged to the outside of the module case 200, while the spark is discharged to the outside of the module case 200 can be suppressed
  • the gas when gas and sparks are discharged in the A2 and A2' directions, the gas is not greatly restricted by the flow by the trap part 221 as a gas, and the front opening part (O1) or the rear opening (O2). Accordingly, even when gas is generated from the cell assembly 100 , the internal pressure of the module case 200 is prevented from increasing to a certain level or more, so that the explosion of the battery module can be suppressed.
  • sparks and the like may contain particles or substances such as solid or liquid, gel or sol state. may impede its movement. Therefore, according to this configuration of the present invention, the effect of preventing both the explosion of the battery module and external leakage such as sparks can be achieved.
  • the trap part 221 for blocking the spark in the module case 200 is provided on the side plate 220, and the opening parts O1 and O2 from which the gas is discharged are the module case 200 .
  • the trap part 221 may be located anteriorly and/or posteriorly of
  • the trap part 221 may be positioned to face a side of the sealing part of the secondary battery 110 on which the electrode lead 111 is not positioned.
  • the openings O1 and O2 may be positioned to face the side surface where the electrode lead 111 is positioned among the sealing parts of the secondary battery 110 .
  • a portion where the gas is discharged by explosion is mainly a portion where the electrode lead 111 is not located. That is, in the configuration of FIG. 4 , when the secondary battery 110 explodes, the explosion site is highly likely to be a sealing portion at both ends in the ⁇ X-axis direction (left and right ends), and a sealing portion at both ends in the ⁇ Y-axis direction (both front and rear ends). Explosions may not easily occur in
  • the pouch-type secondary battery 110 may be formed in a substantially rectangular shape when viewed from the top in a lying state.
  • the pouch-type secondary battery 110 may be configured in a form in which four sealing parts surround the periphery of the receiving part, and the left and right sealing parts (wing parts) where the electrode leads 111 are not located are the electrode leads 111 . ) is often formed longer than the front and rear sealing portions (terrace portions) where they are located.
  • the trap unit 221 may be present at the gas and spark ejection portion or distribution portion.
  • the spark may inevitably pass through the trap portion 221 before heading toward the openings O1 and O2. Therefore, the movement of the spark can be suppressed by the trap portion 221 as shown in FIG. 4 . Accordingly, according to the embodiment, the spark discharge blocking effect of the trap unit 221 may be further improved.
  • each pouch-type secondary battery 110 of the cell assembly 100 is shown in a folded upward direction. According to this configuration, the volume of the cell assembly 100 can be reduced.
  • this is only an example, and the present invention is not necessarily limited to this form.
  • the battery module according to the present invention may further include a bus bar assembly 300 as shown in FIGS. 1 and 2 .
  • the bus bar assembly 300 may be located in the openings O1 and O2 of the module case 200 .
  • the electrode leads 111 of the cell assembly 100 may be positioned in the openings O1 and O2 of the module case 200 .
  • the bus bar assembly 300 may be configured to be coupled to the electrode lead 111 of the cell assembly 100 .
  • the electrode leads 111 are positioned at both ends in the Y-axis direction, and the module case 200 may be configured such that both ends in the Y-axis direction are opened in response thereto.
  • the bus bar assembly 300 may be coupled to the open portions O1 and O2.
  • the module case 200 may be configured to open only in the +Y-axis direction.
  • the module case 200 may be configured to be sealed except for an open portion to which the bus bar assembly 300 is coupled. Accordingly, when gas is generated inside the module case 200 , the generated gas may be discharged only to the side where the bus bar assembly 300 is located.
  • the bus bar assembly 300 may be configured to be positioned on at least one side of the module case 200 , for example, both front and rear ends of the module case 200 (both ends in the Y-axis direction in FIG. 2 ). have.
  • the bus bar assembly 300 may include a module bus bar 310 and a bus bar housing 320 .
  • the module bus bar 310 may be made of an electrically conductive material, for example, a metal material such as copper or nickel.
  • the module bus bar 310 may be configured to be electrically connected to the electrode lead 111 of the cell assembly 100 .
  • the module bus bar 310 may be welded or bolted in direct contact with the electrode lead 111 .
  • the module bus bar 310 may electrically connect between the electrode leads 111 or transmit voltage information sensed from the electrode leads 111 to an external control unit, for example, a Battery Management System (BMS). have.
  • BMS Battery Management System
  • the bus bar housing 320 may be configured such that the module bus bar 310 can be seated therein.
  • the bus bar housing 320 may have a shape corresponding to the surface of the module bus bar 310 , for example, a planar portion as a seating part so that the module bus bar 310 is mounted.
  • the bus bar housing 320 may support the module bus bar 310 so that the seated module bus bar 310 can stably maintain its position.
  • the bus bar housing 320 may be coupled and fixed to the module bus bar 310 using various fastening methods such as bolts, rivets, fusion, insertion, and adhesion.
  • the bus bar housing 320 may be made of an electrically insulating material such as plastic (polymer) so as not to be electrically connected to the module bus bar 310 .
  • the bus bar housing 320 may be coupled and fixed to the module case 200 , in particular, the front plate 240 or the rear plate 250 .
  • the coupling method between the bus bar housing 320 and the module case 200 may be implemented in various forms such as bolts, rivets, fusion, insertion, and adhesion.
  • a slot 321 may be formed so that the electrode lead 111 passes therethrough.
  • the module bus bar 310 is seated on the outer surface of the bus bar housing 320 , and the electrode lead 111 penetrates the slot 321 from the inside of the bus bar housing 320 . After that, it may be in contact with the outer surface of the module bus bar 310 located outside.
  • the slot 321 may be formed in a shape corresponding to the shape of the electrode lead 111 so that the electrode lead 111 can easily pass therethrough.
  • the slot 321 as shown in the drawing, may be formed in a form that is elongated in the left-right direction (X-axis direction of the drawing).
  • a plurality of such slots 321 may be formed in the bus bar housing 320 .
  • a plurality of electrode leads 111 may exist in the vertical direction. Accordingly, as shown in FIG. 2 , a plurality of slots 321 may also be disposed to be spaced apart by a predetermined distance in the vertical direction.
  • the slot 321 may serve to penetrate the electrode lead 111 and support the electrode lead 111 , and may additionally serve to discharge the vent gas.
  • the other part of the module case 200 may be configured in an almost sealed form.
  • the gas may increase the pressure inside the battery module.
  • the slot 321 since an empty gap is formed around the periphery through which the electrode lead 111 has passed, the gas inside the battery module may be discharged to the outside through the slot 321 .
  • sparks or flares other than gas may be prevented from being discharged to the outside by the trap unit 221 , as described above.
  • the module case 200 may be configured such that when gas is generated from the cell assembly 100, the generated gas is discharged to at least one side of the front and the rear. .
  • the portion from which the gas is discharged to the outside of the module case 200 may be a slot 321 of the bus bar assembly.
  • the trap unit 221 may be formed on the side plate 220 of the module case 200 . That is, the trap unit 221 may be formed on the left plate 220L and the right plate 220R of the module case 200 .
  • the gas and sparks discharged from the cell assembly 100 may pass through the trap unit 221 before being discharged to the outside of the module case 200 . Accordingly, while the gas in the gas state is smoothly discharged to the outside of the module case 200 , the spark in the non-gas state may be prevented from being discharged to the outside of the module case 200 by the trap unit 221 .
  • the trap part 221 may be configured to be positioned on only one side with respect to the front-rear center line of the side plate 220 . This will be described in more detail with reference to FIG. 7 .
  • FIG. 7 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the front-rear direction of the side plate 220 may be referred to as a ⁇ Y-axis direction.
  • the center line in the front-rear direction with respect to the side plate 220 may be referred to as a line C-C'.
  • the trap unit 221 may be configured to be located only in the front (+Y-axis direction) or rear (-Y-axis direction) with respect to the line C-C'.
  • the trap unit 221 may be configured to be positioned only in one direction of the front side and the rear side without crossing the line C-C'.
  • the side plate may include two side plates positioned in opposite directions to each other, as shown in FIG. 7 .
  • the two side plates are respectively positioned at both ends in the X-axis direction with respect to the cell assembly, and may be a left plate 220L and a right plate 220R.
  • the trap unit 221 may be formed on the left plate 220L and the right plate 220R, respectively.
  • the trap part 221 formed on the left plate 220L may be a left trap part 221L
  • the trap part 221 formed on the right plate 220R may be called a right trap part 221R.
  • the left trap part 221L and the right trap part 221R may be positioned on opposite sides with respect to the front-rear center line of the side plate 220 .
  • the left trap part 221L may be configured to be positioned at the rear (-Y-axis direction) based on a line C-C', which is a center line in the front-rear direction in the left plate 220L.
  • the right trap part 221R may be configured to be positioned in the front (+Y-axis direction) based on the line C-C', which is the front-rear center line in the right plate 220R.
  • a trap portion is formed on the left plate 220L and the right plate 220R, respectively, and by dividing the arrangement of the trap portion in the front and rear, it is possible to reduce the volume when stacking a plurality of battery modules. .
  • the trap part 221 has a form that extends forward (+Y-axis direction) or rearward (-Y-axis direction) from a portion close to the center of the side plate 220, and the terrace part S2 is located It can be formed to extend to the part.
  • the pouch-type secondary battery 110 provided in the cell assembly 100 includes a housing R in which the electrode assembly is accommodated, and a sealing in which the upper pouch and the lower pouch are fused. It can be divided into a part (S).
  • the sealing part (S) may include a wing part (S1) and a terrace part (S2), and may be configured to surround the receiving part (R).
  • the trap unit 221 extends forward or rearward from the central side portion in the front-rear direction of the side plate 220 to the portion where the terrace portion S2 of the pouch-type secondary battery 110 is located, or more. can be extended to
  • the left trap portion 221L extends from a portion close to the line C-C' to the rear (-Y-axis direction), and at least the pouch-type secondary battery 110, like the portion indicated by the line A4-A4'. ) may be configured to extend to the rear end of the receiving portion (R) ends.
  • the right trap portion 221R extends from a portion close to the line C-C' toward the front (+Y-axis direction), and, like the portion indicated by the line A5-A5', at least the pouch-type secondary battery 110 .
  • the receiving portion (R) may be configured to extend to the end of the front end.
  • the trap part 221 can be made to cover the wing part S1 of the pouch-type secondary battery 110 as much as possible.
  • the left trap portion 221L can cover from the center portion of the wing portion S1 of the secondary battery to the rear end
  • the right trap portion 221R can cover from the center portion of the wing portion S1 of the secondary battery to the front end portion.
  • the trap portion 221 may be formed such that the depth of the concave portion increases as at least a portion of it moves forward or rearward. This will be described in more detail with reference to FIGS. 8 and 9 .
  • FIG. 8 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. Also, FIG. 9 is an enlarged view of a portion E1 of FIG. 8 .
  • the present embodiment will be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiment, and detailed descriptions of parts to which the description of the previous embodiment can be applied in the same or similar manner will be omitted.
  • the right trap part 221R has a concave portion toward the front (+Y-axis direction) from a portion close to the front-rear center line (line C-C') of the side plate 220 . may be configured to be deeper.
  • the left trap portion 221L is configured such that the depth of the concave portion increases from the portion close to the front-rear center line (line C-C') of the side plate 220 toward the rear (-Y-axis direction).
  • an inclined surface may be formed on the inner surface of the trap unit 221 .
  • the right trap portion 221R may have an inclined surface in such a way that the depth thereof increases as it goes forward (+Y-axis direction).
  • the left trap portion 221L may have an inclined surface in such a way that the depth thereof increases toward the rear (-Y-axis direction).
  • sparks ejected from the wing portion of the secondary battery 110 may move in the front-rear direction ( ⁇ Y-axis direction) along the inclined surfaces I1 and I2 of the trap portion 221 . Then, when the front and rear ends of the trap part 221 are reached, the portions indicated by E1 and E2 may no longer move, and the movement direction may be changed. In this case, the moving direction may be bent at an angle greater than 90°.
  • the angle itself near the edges of the front and rear ends E1 and E2 of the left trap part 221L constitutes an acute angle.
  • this may be said to be an angle greater than 90°. That is, looking at (a) of FIG. 9 , sparks and the like in the left trap part 221L first move in the direction of the arrow F1 , and then collide with the end of the left trap part 221L and the direction is changed, and the direction is changed by the arrow F2 . can move in the same direction as And, if the center points of the arrows F1 and F2 are the same, it is as shown in (b) of FIG. 9 . In this case, the angle ⁇ formed by the arrows F1 and F2 may be an obtuse angle greater than 90°.
  • the outer surface of the trap part 221 when the outer surface of the trap part 221 is formed to be inclined, when the side plate 220 is viewed from the outside, as in the part indicated by J, the central part is concave inward. It can be seen in the entered form.
  • the outer concave portion J due to the inclination of the trap part 221 may be used as a space between the battery modules as a flow path through which cooling air or the like flows.
  • the side plate 220 may further include a guide part 223 in addition to the trap part 221 . This will be described in more detail with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the present embodiment will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiment.
  • the left plate 220L has a left trap part 221L formed on the rear (-Y-axis direction) side with respect to the front-rear center line (C-C' line), and the front (+Y-axis direction) ) side, a left guide part 223L may be formed.
  • the left guide part 223L may be formed in a concave shape compared to other portions of the left plate 220L except for the left trap part 221L, and may be configured to extend to the left trap part 221L.
  • the left guide part 223L like the portion indicated by I4, may be configured in an inclined shape.
  • the left guide part 223L may be configured such that the depth of the concave portion increases toward the rear (-Y-axis direction).
  • the depth of the left guide part 223L may be formed to be less than or equal to the depth of the left trap part 221L.
  • the right plate 220R has a right trap portion 221R formed on the front (+Y-axis direction) side with respect to the front-rear center line (line C-C'), and a right guide on the rear (-Y-axis direction) side.
  • a portion 223R may be formed.
  • the right guide part 223R may be formed in a concave shape compared to other portions of the right plate 220R except for the right trap part 221R, and may be configured to extend to the right trap part 221R.
  • the right guide portion 223R like the portion indicated by I3, may be configured in an inclined shape. That is, the right guide part 223R may be configured such that the depth of the concave portion increases toward the front (+Y-axis direction). In this case, the depth of the right guide part 223R may be formed to be less than or equal to the depth of the right trap part 221R.
  • a trap effect such as sparks can be further improved.
  • the guide portion 223 such as the left guide portion 223L and the right guide portion 223R
  • a trap effect such as sparks can be further improved.
  • the left trap part 221L in the case of the left trap part 221L, it may be located only on the rear side.
  • sparks are generated from the left front part of the wing part of the secondary battery, these sparks are disposed on the left guide part. It can move backward along the inclined surface I4 of the 223L and be attracted to the left trap part 221L (arrow A3').
  • the right trap part 221R it may be located only on the front side.
  • the spark or the like When a spark or the like is generated from the right rear of the wing part of the secondary battery, the spark or the like is disposed on the inclined surface I3 of the right guide part 223R. It can be moved forward along and be attracted to the right trap part 221R (arrow A3). Therefore, in this case, spark trapping of the entire left and right wing portions of the secondary battery may be possible.
  • the inclined surface of the guide part 223 may be configured to correspond to the inclined surface of the trap part 221 . This will be described in more detail with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 11 is a top view showing a configuration in which two battery modules of FIG. 10 are stacked in the left and right lateral directions.
  • the present embodiment will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiments.
  • the inclined surface I3 of the right guide part 223R of the third battery module M3 has a shape, It may be configured to correspond to the shape of the inclined surface I1 of the left trap part 221L of the fourth battery module M4.
  • the angle of the inclined surface I3 of the right guide part 223R of the third battery module M3 is the same or similar to the angle of the inclined surface I1 of the left trap part 221L of the fourth battery module M4.
  • the shape of the inclined surface I4 of the left guide part 223L of the fourth battery module M4 may be configured to correspond to the shape of the inclined surface I2 of the right trap part 221R of the third battery module M3.
  • the angle of the inclined surface I4 of the left guide part 223L of the fourth battery module M4 is the same or similar to the angle of the inclined surface I2 of the right trap part 221R of the third battery module M3.
  • the inclined shape of the left guide part 223L is configured to correspond to the inclined shape of the right trap part 221R, and the inclined shape of the right guide part 223R is formed.
  • the volume can be further minimized when a plurality of battery modules are horizontally stacked.
  • the trap unit 221 may be configured such that irregularities are formed on the inner surface. This will be described in more detail with reference to FIG. 12 .
  • FIG. 12 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. Also with reference to FIG. 12, the parts with differences from the previous embodiment will be mainly described.
  • the trap part 221 may be configured in a shape having concavities and convexities by forming a plurality of grooves in an outwardly concave shape on the inner surface.
  • the left trap part 221L and the right trap part 221R may be configured in a form in which a plurality of grooves G are formed, respectively.
  • the movement of sparks and the like may be prevented by the irregularities formed on the inner surface of the trap unit 221 , that is, the plurality of grooves G. Therefore, it can be further suppressed that sparks are discharged to the outside through the openings O1 and O2 of the module case 200 .
  • each of the grooves (G) may be formed such that the depth of the concave portion becomes deeper toward the front or rear from the central portion.
  • each inclined surface is formed, and these inclined surfaces D3 are rearward (-Y) in the gas flow direction. axial direction) and may be configured in a form that becomes deeper in depth.
  • inclined surfaces may be respectively formed in the plurality of grooves G formed in the right trap part 221R, and these inclined surfaces are formed to become deeper in depth toward the front (+Y-axis direction), which is the gas flow direction.
  • the movement direction of the spark or the like for each groove (G) can be converted to an angle (obtuse angle) greater than a right angle. Accordingly, the effect of suppressing movement of sparks by the trap unit 221 may be further improved.
  • the present invention is limited to this embodiment it is not
  • the plurality of grooves G described in FIG. 12 are inclined surfaces I1 and I2 of each trap part in the embodiment of FIG. 8 , or inclined surfaces of each guide part 223 in the embodiment of FIG. 10 . It may be formed at (I3, I4). In this case, the spark blocking effect due to the inclined surface of the trap unit 221 and the like and the spark blocking effect due to the unevenness are summed, and the effect may be further increased.
  • module case 200 may further include a protrusion formed to protrude in the central direction at the front end or the rear end of the trap unit 221 . This will be described in more detail with reference to FIG. 13 .
  • 13 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. 13 will also be mainly described with respect to parts having differences from the previous embodiment.
  • the module case 200 may further include a protrusion 222 at the front end and/or the rear end of the trap unit 221 .
  • the protrusion 222 may be configured to protrude from the side plate 220 of the module case 200 toward the inner direction (central direction) of the trap unit 221 .
  • the protrusion 222 is configured to protrude in the front lateral direction (+Y-axis direction), and the left trap part 221L ) may be configured to partially cover the rear end.
  • the protrusion 222 may be configured to protrude in the rear lateral direction (-Y-axis direction) at the front end.
  • the sparks introduced into the trap part 221 may be switched in the opposite direction from the end side of the trap part 221 . Therefore, in this case, sparks and the like can be made to stay in the trap unit 221 , and thus, a trap effect of sparks generated by the trap unit 221 can be further improved.
  • the trap part 221 may have a front end or a rear end concave forward or rearward. This will be described in more detail with reference to FIGS. 14 and 15 .
  • FIG. 14 and 15 are top views schematically illustrating a configuration of a battery module according to still another exemplary embodiment of the present invention.
  • the present embodiments will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiments.
  • the trap part 221 is formed on the side plate 220 of the module case 200 , and the front-back direction (Y-axis direction) side end of the trap part 221 is further in the front-rear direction. may be concave.
  • the front end of the right trap part 221R may be more concave in the forward lateral direction (+Y-axis direction), such as the portion indicated by H1 ′, such that a groove is provided in the front.
  • the rear end of the left trap part 221L may be formed to be more concave in the rear lateral direction (-Y-axis direction) as indicated by H1 to provide a rear groove.
  • inclined surfaces may be formed on the front and rear ends of the trap portion 221 .
  • the front end of the right trap part 221R may be more concave in the forward lateral direction (+Y-axis direction), like the portion indicated by H2 ′, such that a groove is provided in the front.
  • the rear end of the left trap part 221L may be formed to be more concave in the rear lateral direction (-Y-axis direction), like the portion indicated by H2 , such that a groove is provided in the rear.
  • the trap portion 221 in order to provide grooves (recessed portions) at the front and rear ends of the trap portion 221 , the trap portion 221 may be formed in a more concave shape in the front and rear directions in the front and rear directions. have.
  • the effect of preventing sparks or flares by the trap unit 221 can be more stably secured.
  • the sparks or flares move in the front-rear direction and are difficult to flow out of the internal space of the trap part 221 by the recesses located on the front and rear ends.
  • spark particles and the like may be inserted into the grooves provided on the front and rear ends of the trap unit 221 . Therefore, in this case, the effect of preventing the discharge of sparks and flares by the trap unit 221 may be further improved.
  • FIG. 16 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the present embodiment will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiment.
  • the battery module according to the present invention may further include a mesh member 400 .
  • the mesh member 400 may be configured in a form in which a plurality of holes are formed.
  • the mesh member 400 may be configured in a form in which a plurality of holes are provided in a plate-shaped member.
  • the mesh member 400 may be configured in a form such as a mesh in which different wires are orthogonal to each other. In this case, the mesh member 400 may be easily manufactured, and a large number of holes may be formed while reducing the size of the holes.
  • the mesh member 400 may be configured to be introduced into the inner space of the trap unit 221 .
  • the mesh member 400 may be disposed so that holes are formed in the front and rear directions.
  • the mesh member 400 may be disposed at the front or rear end of the trap unit 221 .
  • the mesh member may be disposed at the rear end of the left trap part 221L.
  • the mesh member may be disposed at the front end of the right trap portion 221R.
  • the movement of sparks or flares by the mesh member 400 can be further blocked. That is, when the spark or flare together with the gas moves in the front-rear direction in the inner space of the trap unit 221 and reaches the mesh member 400 , the gas in a gaseous state can easily pass through the mesh, but the spark or flare Included particles and the like may be filtered by the mesh member 400 . Therefore, in this case, the effect of preventing external emission of sparks or flares can be further improved.
  • FIG. 17 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the present embodiment will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiment.
  • the battery module according to the present invention may further include a pore member 500 .
  • the pore member 500 may be configured in a form in which a plurality of pores are retained. In particular, these internal pores may be configured to communicate with the outside. That is, the pores held in the pore member 500 may be called empty spaces filled with only gas, and these pores may be configured to communicate with the outside, not in a closed form.
  • the porous member 500 may be configured in a form in which a plurality of wires, particularly a plurality of wires made of a material such as metal or polymer, are entangled with each other.
  • the pore member 500 may be configured to be inserted into the inner space of the left trap part 221L and/or the right trap part 221R.
  • FIG. 18 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. 19 is an enlarged view of a portion A6 of FIG. 18 .
  • the present embodiment will also be mainly described with respect to parts that are different from the previous embodiment.
  • a plurality of blocking protrusions P may be formed on the inner surface of the trap part 221 .
  • the blocking protrusion P is formed to protrude from the inner surface of the side plate 220 in the direction (X-axis direction) toward the cell assembly 100 .
  • the blocking protrusion P has an empty space therein, and the empty space may be configured to be in an open state in the front-rear direction, in particular, in a direction toward the front-rear central portion of the side plate 220 .
  • the inner space of the blocking protrusion P may be configured to be in a closed state toward the front end or the rear end of the side plate 220 .
  • the blocking protrusion P of the left trap part 221L in the drawing is a front (+Y-axis direction) in a direction toward the front-rear center line (C-C' line). It may be configured to open toward.
  • the blocking protrusion P of the left trap part 221L may be configured in a closed shape in a direction toward the rear end (-Y-axis direction).
  • the blocking protrusion P of the right trap part 221R may be configured to open toward the rear (-Y-axis direction), which is a direction toward the front-rear center line (line C-C').
  • the blocking protrusion P of the right trap part 221R may be configured in a closed shape in a direction toward the front end (+Y-axis direction).
  • the plurality of blocking projections (P) formed on the inner surface of the trap portion 221 external discharge such as sparks or flares can be more reliably blocked.
  • sparks or flares moving backward along the inner surface of the left trap part 221L are introduced into the inner space of the blocking protrusion P while Its movement is prevented and the direction can be diverted forward. Therefore, in this case, the effect of preventing movement of sparks or flares can be further improved.
  • the battery pack according to the present invention may include a plurality of the above-described battery modules according to the present invention.
  • the battery pack according to the present invention includes, in addition to the battery module, various other components, such as BMS, bus bar, pack case, relay, current sensor, etc. known at the time of filing of the present invention. may include more.
  • the energy storage system according to the present invention may include one or more battery modules according to the present invention.
  • a plurality of battery modules according to the present invention may be included in a form electrically connected to each other.
  • a plurality of battery modules according to the present invention may constitute one battery pack, and the energy storage system may be configured in such a way that a plurality of such battery packs are included.
  • the energy storage system according to the present invention may further include other various components of the energy storage system known at the time of filing of the present invention.
  • such an energy storage system can be used in various places or devices, such as a smart grid system or an electric charging station.
  • the battery module according to an aspect of the present invention is employed, the energy density of a battery pack or an energy storage system can be improved.
  • 220L Left plate
  • 220R Right plate
  • 223L left guide part
  • 223R right guide part

Landscapes

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Abstract

본 발명은 화재 발생 내지 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부는 전방 또는 후방으로 편중되어 형성된 모듈 케이스를 포함한다.

Description

화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈
본 출원은 2021년 3월 4일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0029057호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생 내지 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템 등에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 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 있다. 특히, 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.
이차 전지는 단독으로 사용되기도 하나, 일반적으로는 다수의 이차 전지가 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 형태로 구성된 경우가 많다. 특히, 다수의 이차 전지는 서로 전기적으로 연결된 상태로 하나의 모듈 케이스 내부에 수납되어, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈은, 단독으로 사용되거나 또는 둘 이상이 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어, 배터리 팩 등과 같은 보다 상위 수준의 장치를 구성할 수 있다.
최근, 전력 부족이나 친환경 에너지 등과 같은 이슈가 부각되면서, 생산된 전력을 저장하기 위한 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이 보다 주목받고 있다. 대표적으로, 이러한 에너지 저장 시스템을 이용하면, 스마트 그리드 시스템(Smart Grid System)과 같은 시스템 구축이 용이하여, 특정 지역이나 도시 등에서 용이하게 전력 수급 조절이 가능할 수 있다.
에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리 팩의 경우, 중소형 배터리 팩에 비해 매우 큰 용량이 필요할 수 있다. 따라서, 배터리 팩에는 통상적으로 많은 수의 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 그리고, 에너지 밀도를 높이기 위해, 다수의 배터리 모듈은 매우 좁은 공간에 밀집된 형태로 구성되는 경우가 많다.
그런데, 이와 같이 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주(thermal propagation) 상황이 발생하여, 적어도 하나의 배터리 셀(이차 전지)로부터 고온의 가스가 배출되는 상황이 발생할 수 있다. 더욱이, 이러한 가스 배출 시 고온의 스파크가 분출될 수 있는데, 스파크에는 배터리 셀 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등이 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 경우에 따라, 일부 배터리 셀에서 플래어(flare) 등이 발생할 수도 있다. 만일, 이러한 스파크나 플래어 등이 배터리 모듈의 외부로 유출되는 경우, 배터리 팩의 화재를 발생시킬 수 있다.
특히, 배터리 모듈 외부에는 산소가 많이 존재할 수 있으므로, 배터리 모듈 외부로 스파크 등이 배출되면, 산소와 접하게 되어 화재가 유발될 가능성이 높다. 만일, 특정 배터리 모듈 등에서 화재가 발생하는 경우, 이는 주변의 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 팩 등으로 확산될 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 좁은 공간에 많은 배터리들이 밀집되어 있기 때문에, 화재가 발생하는 경우, 진압이 용이하지 않다. 더욱이, 에너지 저장 시스템의 규모나 역할을 고려할 때, 배터리 팩 내부의 화재 발생은 매우 심각한 재산 및 인명 상 피해를 발생시킬 우려가 있다. 그러므로, 특정 배터리 셀이나 모듈에서 열폭주 상황 등이 발생하여 스파크나 플래어 등이 생성되더라도, 이를 조기에 진압하고, 배터리 모듈이나 배터리 팩의 화재로까지 나아가지 않도록 하는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열폭주 등으로 인해 내부에서 스파크나 플래어 등이 생성되더라도 화재가 효과적으로 억제될 수 있도록 구성된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부는 전방 또는 후방으로 편중되어 형성된 모듈 케이스를 포함한다.
여기서, 상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 외면에서 외측 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 어셈블리는, 다수의 파우치형 이차 전지가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층되며, 상기 파우치형 이차 전지의 전극 리드는 상기 모듈 케이스의 전후 방향에 위치하고, 상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 전후 방향 중심선을 기준으로 일측에만 위치하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 측부 플레이트는, 좌측 플레이트와 우측 플레이트를 구비하며, 상기 트랩부는, 좌측 플레이트에 형성된 좌측 트랩부와 우측 플레이트에 형성된 우측 트랩부를 구비하고, 상기 좌측 트랩부와 상기 우측 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 전후 방향 중심선을 기준으로 서로 반대되는 측에 위치하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 트랩부는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측부 플레이트는, 상기 트랩부를 향하여 경사지게 형성된 가이드부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 트랩부의 전방측 단부 또는 후방 측 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 트랩부는, 전방측 단부 또는 후방 측 단부가 전방 또는 후방으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 화재 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내에 포함된 특정 배터리 셀에서 열폭주 현상 등으로 인해 스파크나 플래어 등이 발생하더라도, 스파크 등의 외부 배출이 효과적으로 차단될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 스파크 등의 외부 배출로 인한 화재 발생이 억제될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 외부로 가스는 용이하게 배출시키면서도 스파크 등이 유출되는 것은 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 폭발은 방지하는 한편, 배터리 모듈 외부에서 화재가 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 화재가 발생한다 하더라도, 화염 배출을 저지함으로써 화재가 확산되지 않고 신속하게 진압되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 다수의 배터리 모듈 배치 시, 각 배터리 모듈에 대한 화재 억제 효과는 확보하면서도, 부피가 커지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 다수의 배터리 모듈을 이용하여 배터리 팩이나 에너지 저장 시스템을 구성하는 경우, 부피를 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
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 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 일부 이차 전지에서 스파크가 발생한 경우, 스파크의 트랩 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 수평 방향으로 2개 배치된 구성을 개략적으로 나타낸 상면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 9는, 도 8의 E1 부분에 대한 확대도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 11은, 도 10의 배터리 모듈 2개를 좌우 측면 방향으로 적층시킨 구성을 나타내는 상면도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 14 및 도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 19는, 도 18의 A6 부분에 대한 확대도이다.
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 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100) 및 모듈 케이스(200)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 이차 전지(110)(배터리 셀)를 구비할 수 있다. 이차 전지(110)는, 전극 조립체, 전해액 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어셈블리(100)에 구비된 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지(110)일 수 있다. 다만, 이차 전지(110)의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
다수의 이차 전지(110)는 서로 적층된 형태로 셀 어셈블리(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 다수의 이차 전지(110)는 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 각각의 파우치형 이차 전지(110)는, 전극 리드(111)를 구비할 수 있는데, 이러한 전극 리드(111)는, 각 이차 전지(110)의 양 단부에 위치하거나 일 단부에 위치할 수 있다. 전극 리드(111)가 양방향으로 돌출된 이차 전지(110)는 양방향 셀이라고 하고, 전극 리드(111)가 일방향으로 돌출된 이차전지는 단방향 셀이라고 할 수 있다. 일례로, 도 1 및 도 2의 실시예에 도시된 이차 전지(110)는, 양방향 셀로서, 전극 리드(111)가 Y축 방향 양단에 위치한다고 할 수 있다. 본 발명은 이러한 이차 전지(110)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지(110)가 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 내부에 빈 공간이 형성되어 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 모듈 케이스(200)는, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 플레이트(210), 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)를 구비할 수 있다. 이러한 모듈 케이스(200)는, 적어도 일부 플레이트가 일체화된 형태로 제조되거나, 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 상호 결합된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220)는 서로 일체화된 형태로 제조되어 하부 케이스를 형성할 수 있다.
상기 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)는, 내부 공간을 한정하고, 그러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)가 수용되도록 할 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(210)와 측부 플레이트(220)는 U자 형태 또는 박스 형태와 같이 형성되어 하부 케이스를 구성할 수 있다. 그리고, 상부 플레이트(230)는, 이러한 하부 케이스의 상부 개방단에 결합되어, 셀 어셈블리(100)의 상단을 커버하도록 구성될 수 있다. 상부 플레이트(230)는, 도면에 도시된 바와 같이, 좌우 양단이 절곡된 형태로 구성될 수 있으나, 다른 다양한 형태로 형성되어 측부 플레이트(220)와 결합되도록 구성될 수 있다. 또는, 모듈 케이스(200)는, 하부 플레이트(210), 측부 플레이트(220) 및 상부 플레이트(230)가 일체화된 형태로 구성된 모노 프레임 형태로 형성될 수도 있다.
특히, 본 발명에 있어서, 상기 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220), 특히 측부 플레이트(220)의 내면에 형성될 수 있다. 그리고, 트랩부(221)는, 이러한 측부 플레이트(220)의 내면 중 적어도 일부분에서 외측 방향으로 오목하게 형성된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 트랩부는, 전방 또는 후방으로 편중된 형태로 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3을 추가로 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다. 예를 들어, 도 3은, 도 1 및 도 2의 배터리 모듈에 대하여, 상부 플레이트(230)를 제거한 상태에서 상부에서 바라본 형태의 도면이라 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 측부 플레이트(220)는, 적어도 일부분에서 내면이 외측 방향으로 오목한 형태로 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 여기서, 외측 방향이란 배터리 셀이 위치하는 방향의 반대 측 방향, 즉 배터리 모듈의 외부 방향을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 이차 전지를 기준으로 +X축 방향에 위치하는 측부 플레이트(220)는, 일부 내면이 화살표로 표시된 바와 같이, 외측 방향(+X축 방향)으로 오목하게 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다. 또한, 도 3의 구성에서, 이차 전지를 기준으로 -X축 방향에 위치하는 측부 플레이트(220)는, 일부 내면이 화살표로 표시된 바와 같이, 외측 방향(-X축 방향)으로 오목하게 형성된 트랩부(221)를 구비할 수 있다.
한편, 이하에서는, 특별한 설명이 없는 한, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 +X축 방향은 좌측 방향, -X축 방향은 우측 방향으로도 나타내도록 한다. 또한, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 +Y축 방향은 전방, -X축 방향은 후방으로도 나타내도록 한다. 그리고, 배터리 모듈의 중심을 향하는 방향, 이를테면 셀 어셈블리(100)가 위치하는 방향을 내측 방향으로 나타내고, 배터리 모듈의 외부를 향하는 방향을 외측 방향으로 나타내도록 한다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에 형성된 트랩부(221)에 의해, 고온의 스파크(spark)나 플래어(flare) 등이 모듈 케이스(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 일부 이차 전지(110)에서 스파크가 발생한 경우, 스파크의 트랩 효과를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, K로 표시된 바와 같이, 특정 이차 전지(110)에서 스파크가 분출되는 경우, 분출된 스파크는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)에 의해 가둬질 수 있다. 즉, 이차 전지(110)로부터 분출된 스파크는, 모듈 케이스(200)의 내부 공간으로 배출될 수 있는데, 모듈 케이스(200)의 내부 공간에는 트랩부(221)가 존재한다. 그리고, 스파크는 이러한 트랩부(221)의 오목한 부분 내로 유입되어 오목한 형상을 따라 이동하다가, 오목한 부분이 끝나는 부분에서는 그 이동이 저지될 수 있다.
예를 들어, 트랩부(221) 내에서 스파크는, 도 4에서 화살표로 표시된 바와 같이 이동하다가, A1 및 A1'으로 표시된 바와 같은 트랩부(221)의 수평 방향 단부에서, 그 이동이 저지되거나 이동 방향이 전환될 수 있다. 따라서, 트랩부(221)는 모듈 케이스(200) 내부에서 발생된 스파크 등이 내부의 오목한 공간에 가둬지도록 할 수 있다. 그러므로, 스파크 등은 모듈 케이스(200) 외부로 배출되지 않을 수 있다. 이러한 실시 효과에 의하면, 스파크 등이 모듈 케이스(200) 외부에 존재하는 산소와의 접촉을 방지하여, 화재 발생 위험을 낮출 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 모듈 외부에 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 모듈 등으로 스파크 등이 이동하여, 해당 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)에서 전방 또는 후방으로 편중되어 형성되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 +X축 방향, 즉 좌측 방향에 위치하는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)는, 후방(-Y축 방향)으로 편중되게 형성될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 -X축 방향, 즉 우측 방향에 위치하는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)는, 전방(+Y축 방향)으로 편중되게 형성될 수 있다. 즉, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선을 C-C'라 할 경우, 트랩부(221)는 이러한 C-C'선에 중앙 부분이 위치하지 않고, 전방 측 또는 후방 측으로 치우쳐 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)의 측면에 트랩부(221)가 형성되더라도, 이러한 트랩부(221)로 인해, 다수의 배터리 모듈 적층 시, 부피가 늘어나는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 수평 방향으로 2개 배치된 구성을 개략적으로 나타낸 상면도이다.
도 5를 참조하면, M1 및 M2로 표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈, 이를테면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 배터리 모듈이 측면 방향, 즉 X축 방향으로 2개 적층될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 측부 플레이트(220)에서 트랩부(221)가 외측 방향(X축 방향)으로 돌출될 수 있는데, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)이 측면 방향(X축 방향)으로 적층 배치되더라도, 트랩부(221)로 인한 부피 증가가 크지 않을 수 있다.
즉, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)을 측부 플레이트(220)가 서로 대면되게 적층 배치하더라도, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)의 본체 사이의 거리는, D1으로 표시된 바와 같이, 대략 트랩부(221)의 깊이와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 다시 말해, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)의 서로 대면되는 측부 플레이트(220)에 각각 트랩부(221)가 형성되어 있다 하더라도, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)의 본체 사이의 거리는, 이러한 트랩부(221)의 깊이의 약 2배가 아닌, 약 1배에 가깝게 형성된다고 할 수 있다. 그리고, 이는, 본 발명의 구성과 같이, 트랩부(221)가 측부 플레이트(220)에서 전방 또는 후방으로 편중되게 형성되어 있기 때문에 가능하다고 할 수 있다.
특히, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 외면에서 외측 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 구성을 참조하면, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 +X축 방향에 위치한 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)는, 내면이 외측 방향(+X축 방향)으로 오목하게 형성된 형태에 대응하여, 외면이 외측 방향(+X축 방향)으로 볼록하게 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(100)를 기준으로 -X축 방향에 위치한 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)는, 내면이 외측 방향(-X축 방향)으로 오목하게 형성된 형태에 대응하여, 외면이 외측 방향(-X축 방향)으로 볼록하게 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 측부 플레이트(220)는, 트랩부(221)가 위치하는 부분의 외면이 볼록하게 형성되고, 트랩부(221)가 위치하지 않는 부분의 외면은 오목하게 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 다수의 배터리 모듈 적층 시, 트랩부(221)에 의한 부피 증가를 줄일 수 있다. 즉, 측부 플레이트(220)를 외면 측에서 바라보면, 트랩부(221)가 위치한 부분만 돌출되어 있고(볼록부) 나머지 부분은 오목한 형태(오목부)로 형성되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 다른 배터리 모듈과 적층 시, 이와 같이 오목한 형태로 형성된 부분에 인접한 다른 배터리 모듈의 트랩부(221)가 삽입되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 외면에 형성된 볼록부와 오목부 간 결합에 의해, 배터리 모듈 사이의 결합성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성에서, 2개의 배터리 모듈(M1, M2)은, 측부 플레이트(220) 간 볼록부와 오목부의 결합으로, Y축 방향 이동이 제한될 수 있다. 특히, 제1 배터리 모듈(M1)은 제2 배터리 모듈(M2)에 의해 -Y축 방향으로의 이동이 제한되고, 제2 배터리 모듈(M2)은 제1 배터리 모듈(M1)에 의해 +Y축 방향으로의 이동이 제한될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 파우치형 이차 전지(110)가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리(100)를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지(110)로서, 눕혀진 상태로 배치될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지(110)는, 대략 2개의 표면이 넓게 형성될 수 있는데, 이러한 2개의 넓은 표면이 상부 및 하부 방향을 향하도록 눕혀진 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 X-Y 평면은 모듈 케이스(200)의 하부 플레이트(210)와 동일한 평면을 형성할 수 있는데, 이러한 X-Y 평면 상에, 가장 하부에 적층된 이차 전지(110)의 일 표면이 안착될 수 있다. 그리고, 이와 같이 눕혀진 형태의 이차 전지(110)들은, 상부면과 하부면이 서로 대면되도록, 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층되어 배치될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 모든 이차 전지(110)의 실링부가 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)를 향하도록 구성될 수 있다. 따라서, 어떠한 이차 전지(110)로부터 스파크 등이 배출되더라도, 배출된 스파크는 트랩부(221)에 의해 가둬지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서, 상하 방향으로 적층된 이차 전지(110) 중 어떠한 이차 전지(110)에서 스파크가 형성되어, 화살표 A2 및 A2'로 표시된 바와 같은 방향으로 배출되더라도, 배출된 스파크는 측부 플레이트(220)의 트랩부(221)로 향할 수 있다. 따라서, 적층된 모든 이차 전지(110)에 대하여, 스파크 분출 시 트랩부(221)의 대응이 가능해질 수 있다.
특히, 상기 셀 어셈블리(100)는, 파우치형 이차 전지(110)의 전극 리드(111)가 모듈 케이스(200)의 전후 방향에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바를 참조하면, 상기 셀 어셈블리(100)에 구비된 각각의 파우치형 이차 전지(110)들은, 전극 리드(111)가 전방(+Y축 방향) 또는 후방(-Y축 방향)을 향하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(200)는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성을 참조하면, 모듈 케이스(200)는, 전방 플레이트(240) 및 후방 플레이트(250)를 구비할 수 있다. 이때, 전방 플레이트(240)는, O1으로 표시된 부분과 같이, 일부분이 개방되도록 구성될 수 있다. 또한, 후방 플레이트(250)는, O2로 표시된 부분과 같이, 일부분이 개방되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 가스와 함께 스파크가 분출된 경우, 가스는 모듈 케이스(200) 외부로 원활하게 배출되도록 하면서도, 스파크는 모듈 케이스(200) 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 구성을 참조하면, A2 및 A2' 방향으로 가스와 스파크가 배출되는 경우, 가스는 기체로서 트랩부(221)에 의해 그 흐름을 크게 구애받지 않고, 전방 개방부(O1)나 후방 개방부(O2)로 배출될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)로부터 가스가 발생하더라도, 모듈 케이스(200)의 내부 압력이 일정 수준 이상 증가하는 것을 방지하여, 배터리 모듈의 폭발이 억제될 수 있다. 반면, 스파크 등은 고체나 액체, 겔(gel) 또는 졸(sol) 상태 등의 입자나 물질 등을 함유할 수 있는데, 이러한 상태의 스파크 등은 도 4에 설명된 바와 같이, 트랩부(221)에 의해 그 이동이 방해받을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 폭발과 스파크 등의 외부 유출을 모두 방지하는 효과가 달성될 수 있다.
특히, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(200)에서 스파크를 저지하는 트랩부(221)는 측부 플레이트(220)에 구비되고, 가스가 배출되는 개방부(O1, O2)는 모듈 케이스(200)의 전방 및/또는 후방에 위치할 수 있다. 여기서, 트랩부(221)는, 이차 전지(110)의 실링부 중 전극 리드(111)가 위치하지 않는 측면에 대면하여 위치할 수 있다. 그리고, 개방부(O1, O2)는, 이차 전지(110)의 실링부 중 전극 리드(111)가 위치하는 측면에 대면하여 위치할 수 있다. 파우치형 이차 전지(110)에서, 열폭주 등으로 인해 내압이 증가하는 경우, 폭발하여 가스가 배출되는 부위는 주로, 전극 리드(111)가 위치하지 않는 부분일 가능성이 매우 높다. 즉, 도 4의 구성에서, 이차 전지(110)가 폭발하는 경우, 폭발 부위는 ±X축 방향 양단(좌우측 양단)의 실링부일 가능성이 높고, ±Y축 방향 양단(전후측 양단)의 실링부에서는 폭발이 쉽게 일어나지 않을 수 있다.
보다 구체적으로, 파우치형 이차 전지(110)는, 눕혀진 상태에서 상부에서 바라본 경우, 대략 사각 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지(110)는, 수납부의 주변을 4개의 실링부가 둘러싸고 있는 형태로 구성될 수 있는데, 전극 리드(111)가 위치하지 않는 좌우 측 실링부(윙부)가 전극 리드(111)가 위치하는 전후 측 실링부(테라스부)보다 길게 형성되는 경우가 많다.
그러므로, 폭발로 인한 가스와 스파크는 도 6의 화살표 A2 및 A2'과 같은 방향, 즉 좌우 측 실링부(윙부) 측에서 분출될 가능성이 높다. 그런데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 가스와 스파크 분출 부위나 유통 부위에 트랩부(221)가 존재할 수 있다. 특히, 스파크는 개방부(O1, O2)를 향하기 전에, 이러한 트랩부(221)를 필연적으로 경유해야 할 수 있다. 그러므로, 스파크는, 도 4에 도시된 바와 같이, 트랩부(221)에 의해 그 이동이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 트랩부(221)의 스파크 배출 차단 효과가 보다 향상될 수 있다.
한편, 도 6 등 앞선 실시예에서는, 셀 어셈블리(100)의 각 파우치형 이차 전지(110)의 좌우측 실링부가 상부 방향으로 폴딩된 형태로 도시되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 부피를 줄일 수 있다. 다만, 이는 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되지는 않는다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(300)는, 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)에 위치할 수 있다. 특히, 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)에는 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)가 위치할 수 있다. 따라서, 버스바 어셈블리(300)는, 이러한 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 결합되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 구성을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는 Y축 방향 양단에 전극 리드(111)가 위치하고, 이에 대응하여 모듈 케이스(200)는 Y축 방향 양단이 개방되도록 구성될 수 있다(O1, O2). 그리고, 이러한 개방 부분(O1, O2)에는 버스바 어셈블리(300)가 결합될 수 있다. 만일, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)가 배터리 모듈의 일측, 이를테면 +Y축 방향으로만 돌출되도록 위치한다면, 모듈 케이스(200)는 +Y축 방향으로만 개방되도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 케이스(200)는, 버스바 어셈블리(300)가 결합되는 개방 부분을 제외하고는 밀폐되도록 구성될 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(200) 내부에서 가스가 발생하는 경우, 발생된 가스는 버스바 어셈블리(300)가 위치하는 측으로만 배출될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(300)는, 앞서 설명한 바와 같이, 모듈 케이스(200)의 적어도 일 측, 이를테면 모듈 케이스(200)의 전방 및 후방 양단(도 2의 Y축 방향 양단)에 위치하도록 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 어셈블리(300)는, 모듈 버스바(310) 및 버스바 하우징(320)을 구비할 수 있다.
여기서, 모듈 버스바(310)는, 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 모듈 버스바(310)는, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 버스바(310)는, 전극 리드(111)와 직접 접촉하여 용접되거나 볼팅 체결될 수 있다. 그리고, 이러한 모듈 버스바(310)는, 전극 리드(111) 사이를 전기적으로 연결시키거나, 전극 리드(111)로부터 센싱된 전압 정보를 외부의 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)로 전송할 수 있다.
그리고, 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)가 안착 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)의 표면에 대응되는 형태, 이를테면 평면 형상 부분을 안착부로서 구비하여 모듈 버스바(310)가 안착되도록 할 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(320)은, 안착된 모듈 버스바(310)가 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록, 모듈 버스바(310)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 버스바 하우징(320)은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등의 다양한 체결 방식을 이용하여 모듈 버스바(310)가 결합 고정되도록 할 수 있다. 버스바 하우징(320)은, 모듈 버스바(310)와 전기적으로 도통되지 않도록, 플라스틱(폴리머)과 같은 전기 절연성 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 하우징(320)은, 모듈 케이스(200), 특히 전방 플레이트(240)나 후방 플레이트(250)에 결합 고정될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(320)과 모듈 케이스(200)의 결합 방식은, 볼트나 리벳, 융착, 삽입, 접착 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 버스바 하우징(320)은, 전극 리드(111)가 관통되도록 슬롯(321)이 형성될 수 있다. 일반적으로, 결합의 안정성을 위해, 모듈 버스바(310)는 버스바 하우징(320)의 외측 표면에 안착되고, 전극 리드(111)는 버스바 하우징(320)의 내측에서 슬롯(321)을 관통한 후 외측에 위치한 모듈 버스바(310)의 외면에 접촉될 수 있다.
슬롯(321)은, 전극 리드(111)가 용이하게 관통될 수 있도록, 전극 리드(111)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(321)은, 도면에 도시된 바와 같이, 좌우 방향(도면의 X축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 이러한 슬롯(321)은 버스바 하우징(320)에 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 파우치형 이차 전지(110)가 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층된 경우, 전극 리드(111)는, 상하 방향으로 다수 존재할 수 있다. 따라서, 슬롯(321) 역시, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 소정 거리 이격된 형태로 다수 배치될 수 있다.
상기 슬롯(321)은, 전극 리드(111)를 관통시키고 전극 리드(111)를 지지하는 역할을 할 수 있는데, 추가로 벤트 가스를 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 슬롯(321)은, 전극 리드(111)가 통과된 상태에서, 전극 리드(111) 주변으로 빈 틈이 존재할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(200)의 다른 부분은 거의 밀폐된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)에 포함된 이차 전지(110) 중 적어도 하나에서 열 폭주 상황 등이 발생하여 벤트 가스가 발생하는 경우, 이러한 가스는 배터리 모듈 내부의 압력을 증가시킬 수 있다. 그런데, 상기 슬롯(321)에서는 전극 리드(111)가 통과한 주변으로 빈 틈이 형성되어 있으므로, 이러한 슬롯(321)을 통해 배터리 모듈 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다. 다만, 가스 이외의 스파크나 플래어 등은 트랩부(221)에 의해 외부 배출이 저지될 수 있으며, 이에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 설명된 실시예와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 모듈 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 케이스(200)에서 가스가 외부로 배출되는 부분은 버스바 어셈블리의 슬롯(321)일 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성에서, 트랩부(221)는, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에 형성될 수 있다. 즉, 트랩부(221)는, 모듈 케이스(200)의 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 가스 및 스파크 등이 모듈 케이스(200) 외부로 유출되기 전에 트랩부(221)를 거치도록 할 수 있다. 따라서, 기체 상태의 가스는 모듈 케이스(200) 외부로 원활하게 배출되도록 하는 반면, 기체 이외 상태의 스파크는 트랩부(221)에 의해 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 저지될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선을 기준으로 일측에만 위치하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 7의 구성에서, 측부 플레이트(220)의 전후 방향은 ±Y축 방향이라 할 수 있다. 그리고, 측부 플레이트(220)에 대하여 전후 방향 중심선은 C-C'선이라 할 수 있다. 이때, 트랩부(221)는, C-C'선을 기준으로 전방(+Y축 방향) 또는 후방(-Y축 방향)에만 위치하도록 구성될 수 있다. 특히, 트랩부(221)는, C-C'선을 넘어서지 않고, 전방 측 및 후방 측 중 어느 하나의 방향에만 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 다수의 배터리 모듈을 좌우 측면 방향(X축 방향)으로 적층시키는 경우, 트랩부(221)에 의한 상호 간섭을 줄일 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 측부 플레이트(220)에는 외면을 기준으로 트랩부(221)가 형성된 볼록부(N1)와 트랩부(221)가 형성되지 않은 오목부(N2)가 형성될 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 배터리 모듈을 서로 수평 적층시키는 경우, 볼록부(N1)는 다른 배터리 모듈의 볼록부(N1)에 의해 간섭되지 않고, 다른 배터리 모듈의 오목부(N2)로 삽입될 수 있다. 그러므로, 이러한 구성에 의하면, 다수의 배터리 모듈 적층 시, 부피를 감소시킬 수 있다.
상기 측부 플레이트는, 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 반대 방향에 위치하는 2개의 측부 플레이트를 구비할 수 있다. 여기서, 2개의 측부 플레이트는, 셀 어셈블리를 중심으로 X축 방향의 양단에 각각 위치하는 구성으로, 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)일 수 있다.
그리고, 트랩부(221)는, 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)에 각각 형성될 수 있다. 이때, 좌측 플레이트(220L)에 형성된 트랩부(221)는 좌측 트랩부(221L)이고, 우측 플레이트(220R)에 형성된 트랩부(221)는 우측 트랩부(221R)라 할 수 있다.
여기서, 상기 좌측 트랩부(221L)와 상기 우측 트랩부(221R)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선을 기준으로 서로 반대되는 측에 위치할 수 있다.
예를 들어, 도 7에서, 좌측 트랩부(221L)는 좌측 플레이트(220L)에서 전후 방향 중심선인 C-C'선을 기준으로 후방(-Y축 방향)에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 7에서, 우측 트랩부(221R)는 우측 플레이트(220R)에서 전후 방향 중심선인 C-C'선을 기준으로 전방(+Y축 방향)에 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 좌측 플레이트(220L)와 우측 플레이트(220R)에 각각 트랩부가 형성되되, 트랩부의 배치를 전방과 후방으로 분할 배치함으로써, 다수의 배터리 모듈 적층 시, 부피를 줄일 수 있다.
또한, 상기 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 중앙에 가까운 부분으로부터 전방(+Y축 방향) 또는 후방(-Y축 방향)으로 길게 연장된 형태로, 테라스부(S2)가 위치하는 부분까지 연장 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 파우치형 이차 전지(110)는, 전극 조립체가 수납되는 수납부(R)와 상부 파우치 및 하부 파우치가 융착되는 실링부(S)로 구분될 수 있다. 특히, 실링부(S)는, 윙부(S1)와 테라스부(S2)를 구비하여, 수납부(R)를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 트랩부(221)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중앙 측 부분으로부터 전방 또는 후방으로 연장되어, 파우치형 이차 전지(110)의 테라스부(S2)가 위치하는 부분까지, 또는 그 이상으로 연장될 수 있다.
예를 들어, 좌측 트랩부(221L)는, C-C'선에 가까운 부분으로부터 후방(-Y축 방향) 측으로 연장되다가, A4-A4'선으로 표시된 부분과 같이, 적어도 파우치형 이차 전지(110)의 수납부(R)가 끝나는 후단 부분까지 연장되도록 구성될 수 있다. 또한, 우측 트랩부(221R)는, C-C'선에 가까운 부분으로부터 전방(+Y축 방향) 측으로 연장되다가, A5-A5'선으로 표시된 부분과 같이, 적어도 파우치형 이차 전지(110)의 수납부(R)가 끝나는 전단 부분까지 연장되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)가 파우치형 이차 전지(110)의 윙부(S1)를 최대한 커버하도록 할 수 있다. 특히, 좌측 트랩부(221L)는 이차 전지의 윙부(S1) 중앙 부분부터 후단 부분까지 커버가 가능하고, 우측 트랩부(221R)는 이차 전지의 윙부(S1) 중앙 부분부터 전단 부분까지 커버가 가능할 수 있다. 따라서, 파우치형 이차 전지(110)의 윙부(S1)에서 스파크나 플래어 등이 분출될 때, 트랩부(221)에 의한 이동 저지 효과가 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
상기 트랩부(221)는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 8 및 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 또한, 도 9는 도 8의 E1 부분에 대한 확대도이다. 본 실시예에 대해서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하며, 앞선 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 우측 트랩부(221R)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(C-C'선)에 가까운 부분으로부터 전방(+Y축 방향)을 향할수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 구성될 수 있다. 또한, 좌측 트랩부(221L)는, 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중심선(C-C'선)에 가까운 부분으로부터 후방(-Y축 방향)을 향할수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 구성될 수 있다.
특히, 이와 같은 구성에서, 트랩부(221)의 내면에는 경사면이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 I2로 표시된 부분과 같이, 우측 트랩부(221R)는, 전방(+Y축 방향)을 향할수록 그 깊이가 더 깊어지는 형태로 경사면이 형성될 수 있다. 또한, 도면에서 I1으로 표시된 부분과 같이, 좌측 트랩부(221L)는, 후방(-Y축 방향)을 향할수록 그 깊이가 더 깊어지는 형태로 경사면이 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)에 의한 스파크나 플래어 등의 저지 효과가 보다 향상될 수 있다. 특히, 이차 전지(110)의 윙부로부터 분출된 스파크 등은 트랩부(221)의 경사면(I1, I2)을 따라 전후 방향(±Y축 방향)으로 이동할 수 있다. 그러다가, 트랩부(221)의 전후 방향 단부에 이르게 되면, E1 및 E2로 표시된 부분에서 더 이상 이동하지 못하고, 이동 방향이 바뀔 수 있다. 이때, 이동 방향은 90°보다 큰 각으로 절곡될 수 있다.
이와 관련하여 보다 구체적으로 도 9를 참조하면, 좌측 트랩부(221L)의 전후 방향 단부(E1 및 E2) 모서리 부근의 각도 자체는 예각을 이룬다고 할 수 있다. 그러나, 스파크 등의 이동 방향 관점에서 본다면 이는 90°보다 큰 각도라 할 수 있다. 즉, 도 9의 (a)를 살펴보면, 좌측 트랩부(221L) 내에서 스파크 등은 먼저 화살표 F1 방향으로 이동하다가, 좌측 트랩부(221L)의 단부에 부딪히게 되어 그 방향이 전환되고, 화살표 F2와 같은 방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 화살표 F1과 F2의 중심점을 동일하게 하면, 도 9의 (b)로 표시된 바와 같다. 이때, 화살표 F1과 F2가 이루는 각도(θ)는 90°보다 큰 둔각이라 할 수 있다.
따라서, 상기 실시 구성에 의하면, 스파크 등의 이동 방향이 90°보다 크게 둔각으로 전환되므로, 트랩부(221)가 스파크 등의 외측 방향으로 이동하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 트랩부(221)의 외면이 경사지게 형성되는 경우, 측부 플레이트(220)를 외부에서 바라볼 때, J로 표시된 부분과 같이, 중앙 부분이 내측 방향으로 오목하게 들어간 형태로 볼 수 있다. 이때, 다수의 배터리 모듈을 수평 방향으로 적층시키는 경우, 트랩부(221)의 경사로 인한 외측 오목한 부분(J)은, 배터리 모듈 사이의 공간으로서 냉각 공기 등을 유통시키는 유로로 활용될 수도 있다.
상기 측부 플레이트(220)는, 트랩부(221) 이외에 가이드부(223)를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 10을 참조하면, 좌측 플레이트(220L)는, 전후 방향 중심선(C-C'선)을 기준으로 후방(-Y축 방향) 측에는 좌측 트랩부(221L)가 형성되고, 전방(+Y축 방향) 측에는 좌측 가이드부(223L)가 형성될 수 있다. 여기서, 좌측 가이드부(223L)는, 좌측 플레이트(220L)에서 좌측 트랩부(221L)를 제외한 다른 부분에 비해 오목한 형태로 형성되어, 좌측 트랩부(221L)까지 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 좌측 가이드부(223L)는, I4로 표시된 부분과 같이, 경사진 형태로 구성될 수 있다. 즉, 좌측 가이드부(223L)는, 후방(-Y축 방향)으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 점점 더 깊어지도록 구성될 수 있다. 이때, 좌측 가이드부(223L)의 깊이는, 좌측 트랩부(221L)의 깊이 이하로 형성될 수 있다.
또한, 우측 플레이트(220R)는, 전후 방향 중심선(C-C'선)을 기준으로 전방(+Y축 방향) 측에는 우측 트랩부(221R)가 형성되고, 후방(-Y축 방향) 측에는 우측 가이드부(223R)가 형성될 수 있다. 우측 가이드부(223R)는, 우측 플레이트(220R)에서 우측 트랩부(221R)를 제외한 다른 부분에 비해 오목한 형태로 형성되어, 우측 트랩부(221R)까지 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 우측 가이드부(223R)는, I3로 표시된 부분과 같이, 경사진 형태로 구성될 수 있다. 즉, 우측 가이드부(223R)는, 전방(+Y축 방향)으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 점점 더 깊어지도록 구성될 수 있다. 이때, 우측 가이드부(223R)의 깊이는, 우측 트랩부(221R)의 깊이 이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 좌측 가이드부(223L)와 우측 가이드부(223R)와 같은 가이드부(223)에 의해, 스파크 등의 트랩 효과가 더욱 향상될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 구성에서, 좌측 트랩부(221L)의 경우, 후방 측에만 위치할 수 있는데, 이차 전지의 윙부 중, 좌측 전방에서 스파크 등이 발생하는 경우, 이러한 스파크 등은 좌측 가이드부(223L)의 경사면(I4)을 따라 후방으로 이동하여 좌측 트랩부(221L)로 유인될 수 있다(화살표 A3'). 또한, 우측 트랩부(221R)의 경우, 전방 측에만 위치할 수 있는데, 이차 전지의 윙부 중, 우측 후방에서 스파크 등이 발생하는 경우, 이러한 스파크 등은 우측 가이드부(223R)의 경사면(I3)을 따라 전방으로 이동하여 우측 트랩부(221R)로 유인될 수 있다(화살표 A3). 그러므로, 이 경우, 이차 전지의 좌우 윙부 전체 부분에 대한 스파크 트랩이 가능할 수 있다.
더욱이, 상기 실시 구성에서, 가이드부(223)의 경사면은 트랩부(221)의 경사면에 대응되게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 11은, 도 10의 배터리 모듈 2개를 좌우 측면 방향으로 적층시킨 구성을 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 11을 참조하면, 2개의 배터리 모듈(M3, M4)을 좌우 방향(X축 방향)으로 적층시킬 때, 제3 배터리 모듈(M3)의 우측 가이드부(223R)의 경사면(I3) 형태는, 제4 배터리 모듈(M4)의 좌측 트랩부(221L)의 경사면(I1) 형태에 대응되게 구성될 수 있다. 특히, 제3 배터리 모듈(M3)의 우측 가이드부(223R)의 경사면(I3) 각도는, 제4 배터리 모듈(M4)의 좌측 트랩부(221L)의 경사면(I1) 각도에 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 또한, 제4 배터리 모듈(M4)의 좌측 가이드부(223L)의 경사면(I4) 형태는, 제3 배터리 모듈(M3)의 우측 트랩부(221R)의 경사면(I2) 형태에 대응되게 구성될 수 있다. 특히, 제4 배터리 모듈(M4)의 좌측 가이드부(223L)의 경사면(I4) 각도는, 제3 배터리 모듈(M3)의 우측 트랩부(221R)의 경사면(I2) 각도에 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
이와 같이, 각 배터리 모듈의 측부 플레이트(220)에 대하여, 좌측 가이드부(223L)의 경사 형태를 우측 트랩부(221R)의 경사 형태에 대응되게 구성하고, 우측 가이드부(223R)의 경사 형태를 좌측 트랩부(221L)의 경사 형태에 대응시키는 경우, 다수의 배터리 모듈 수평 적층 시, 부피를 보다 최소화할 수 있다.
상기 트랩부(221)는, 내면에 요철이 형성되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 12에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 12를 참조하면, 트랩부(221)는, G로 표시된 바와 같이, 내측 표면에 외측 방향으로 오목한 형태의 홈이 다수 형성되어 요철을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 좌측 트랩부(221L)와 우측 트랩부(221R)는, 각각 다수의 홈(G)이 형성되는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 내면에 형성된 요철, 즉 다수의 홈(G)에 의해 스파크 등의 이동이 방해받을 수 있다. 그러므로, 스파크 등이 모듈 케이스(200)의 개방부(O1, O2)를 거쳐 외부로 배출되는 것이 더욱 억제될 수 있다.
특히, 각각의 홈(G)은 중앙 부분으로부터 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 좌측 트랩부(221L)에 형성된 다수의 홈(G)은, 도 12에서 D3로 표시된 바와 같이, 각각 경사면이 형성되는데, 이러한 경사면(D3)들은 가스의 흐름 방향인 후방(-Y축 방향)으로 갈수록 깊이가 더 깊어지는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 우측 트랩부(221R)에 형성된 다수의 홈(G)에도, 각각 경사면이 형성될 수 있는데, 이러한 경사면들은 가스의 흐름 방향인 전방(+Y축 방향)으로 갈수록 깊이가 더 깊어지는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각각의 홈(G)마다 스파크 등의 이동 방향이 직각보다 큰 각도(둔각)로 전환될 수 있다. 따라서, 트랩부(221)에 의한 스파크 등의 이동 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다.
한편, 도 12의 실시예에서는, 트랩부(221)의 내측 표면이 전후 방향(Y축 방향)으로 평행한 상태에서 다수의 요철이 형성된 구성이 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 12에서 설명된 다수의 홈(G)들은, 도 8의 실시예에서의 각 트랩부의 경사면(I1, I2)이나, 도 10의 실시예에서의 각 가이드부(223)의 경사면(I3, I4)에 형성될 수도 있다. 이 경우, 트랩부(221) 등의 경사면에 의한 스파크 저지 효과와, 요철에 의한 스파크 저지 효과가 합산되어, 그 효과가 더욱 증대될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)의 전방 측 단부 또는 후방 측 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 13을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 13에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 13을 참조하면, 모듈 케이스(200)는, 트랩부(221)의 전방 측 단부 및/또는 후방 측 단부에 돌출부(222)를 더 구비할 수 있다. 상기 돌출부(222)는, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에서, 트랩부(221)의 내측 방향(중앙 방향)을 향하여 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13에서 좌측 트랩부(221L)의 후방 측 단부를 확대한 도면을 참조하면, 돌출부(222)가 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 돌출되게 구성되어, 좌측 트랩부(221L)의 후단부를 일부 커버하도록 구성될 수 있다. 또한, 우측 트랩부(221R)의 경우에도, 전단부에 돌출부(222)가 후방 측 방향(-Y축 방향)으로 돌출되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 단부 측에서 스파크 등의 이동을 차단하거나 방향을 추가로 전환시킴으로써, 스파크 등의 외부 배출을 보다 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 트랩부(221)의 내부로 유입된 스파크 등은, 도 13의 확대도에서 화살표로 표시된 바와 같이, 트랩부(221)의 단부 측에서 반대 방향으로 전환될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크 등이 트랩부(221) 내에 더 머물도록 할 수 있으며, 이로 인해, 트랩부(221)에 의한 스파크 등의 트랩(trap) 효과가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 트랩부(221)는, 전방 측 단부 또는 후방 측 단부가 전방 또는 후방으로 오목하게 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 14 및 도 15를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 14 및 도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예들에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 모듈 케이스(200)의 측부 플레이트(220)에 트랩부(221)가 형성되되, 트랩부(221)의 전후 방향(Y축 방향) 측 단부는 전후 방향으로 더 오목하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 14에서, 우측 트랩부(221R)의 전단부는 H1'으로 표시된 부분과 같이, 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 전방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 또한, 도 14에서, 좌측 트랩부(221L)의 후단부는 H1으로 표시된 바와 같이, 후방 측 방향(-Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 후방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 특히, 도 14의 구성에서는, 트랩부(221)의 전후방 단부에서 홈(오목부)을 마련하기 위해, 트랩부(221)의 전후방 단부 측에 경사면이 형성될 수 있다.
다른 예로, 도 15에서, 우측 트랩부(221R)의 전단부는 H2'으로 표시된 부분과 같이, 전방 측 방향(+Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 전방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 또한, 도 15에서, 좌측 트랩부(221L)의 후단부는 H2로 표시된 부분과 같이, 후방 측 방향(-Y축 방향)으로 더 오목하게 형성되어 후방으로 홈이 마련되도록 할 수 있다. 특히, 도 15의 구성에서는, 트랩부(221)의 전후방 단부에서 홈(오목부)을 마련하기 위해, 트랩부(221)의 전후방 단부 측에 전후 방향으로 더 오목하게 파여진 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)에 의한 스파크나 플래어 등의 저지 효과가 더욱 안정적으로 확보될 수 있다. 특히, 트랩부(221)의 내부 공간으로 스파크나 플래어 등이 유입되는 경우, 스파크나 플래어는 전후 방향으로 이동하다가, 전후방 단부 측에 위치한 오목부에 의해 트랩부(221) 내부 공간에서 유출되기 어려울 수 있다. 더욱이, 트랩부(221)의 전후방 단부 측에 마련된 홈에 스파크 입자 등이 삽입될 수도 있다. 그러므로, 이 경우, 트랩부(221)에 의한 스파크 및 플래어 등의 배출 저지 효과가 더욱 개선될 수 있다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 메쉬 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 메쉬 부재(400)는, 다수의 홀이 형성된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 메쉬 부재(400)는, 판상의 부재에 다수의 홀이 마련된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 상기 메쉬 부재(400)는, 서로 다른 와이어가 직교하는 그물망과 같은 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 메쉬 부재(400)의 제조가 용이할 수 있으며, 홀의 크기를 작게 하면서도 많은 개수의 홀이 형성되도록 할 수 있다. 메쉬 부재(400)는, 트랩부(221)의 내부 공간에 인입된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 메쉬 부재(400)는, 전후 방향으로 홀이 형성되도록 배치될 수 있다. 그리고, 메쉬 부재(400)는, 트랩부(221)의 전단 또는 후단에 배치될 수 있다. 예를 들어, 좌측 플레이트(220L)에서, 메쉬 부재는 좌측 트랩부(221L)의 후단에 배치될 수 있다. 또한, 우측 플레이트(220R)에서, 메쉬 부재는 우측 트랩부(221R)의 전단에 배치될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 메쉬 부재(400)에 의해 스파크나 플래어 등의 이동이 더욱 차단될 수 있다. 즉, 가스와 함께 스파크나 플래어가 트랩부(221)의 내부 공간에서 전후 방향을 따라 이동하다가 메쉬 부재(400)에 이르게 되면, 기체 상태인 가스는 메쉬를 쉽게 통과할 수 있지만, 스파크나 플래어에 포함된 입자 등은 메쉬 부재(400)에 의해 필터링될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크나 플래어 등의 외부 배출 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 다른 배터리 모듈은, 기공 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 기공 부재(500)는, 내부에 다수의 기공이 보유된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 내부 기공들은 외부와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 기공 부재(500)에 보유된 기공들은 기체만 채워진 빈 공간이라 할 수 있는데, 이러한 기공들은 밀폐된 형태가 아닌, 외부와 연통 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기공 부재(500)는, 다수의 와이어, 특히 금속이나 폴리머 등의 재질로 이루어진 다수의 와이어가 서로 엉킨 형태로 구성될 수 있다. 특히, 기공 부재(500)는, 좌측 트랩부(221L) 및/또는 우측 트랩부(221R)의 내부 공간에 삽입된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)로 유입된 스파크나 플래어가, 기공 부재(500)에 형성된 기공에 의해, 외부로 이동하는 것을 더욱 효과적으로 저지할 수 있다. 특히, 스파크나 플래어 등에 포함된 활물질 입자 등의 경우, 이러한 기공 부재(500)의 기공에 포집됨으로써, 모듈 케이스(200) 외부로의 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다.
도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 또한, 도 19는, 도 18의 A6 부분에 대한 확대도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
먼저, 도 18을 참조하면, 트랩부(221)의 내면에 다수의 차단 돌기(P)가 형성될 수 있다. 이러한 차단 돌기(P)는, 측부 플레이트(220)의 내면에서 셀 어셈블리(100)를 향하는 방향(X축 방향)으로 돌출된 형태로 형성되어 있다. 또한, 차단 돌기(P)는, 내부에 빈 공간을 구비하되, 이러한 빈 공간은 전후 방향, 특히 측부 플레이트(220)의 전후 방향 중앙 부분을 향하는 방향으로 열린 상태가 되도록 구성될 수 있다. 그리고, 차단 돌기(P)의 내부 공간은, 측부 플레이트(220)의 전방 단부 또는 후방 단부를 향해서는 닫힌 상태가 되도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 19의 구성을 참조하면, 도면에서 좌측 트랩부(221L)의 차단 돌기(P)는, 전후 방향 중심선(C-C'선)을 향하는 방향인 전방(+Y축 방향)을 향하여 개방되도록 구성될 수 있다. 그리고, 좌측 트랩부(221L)의 차단 돌기(P)는, 후단을 향하는 방향(-Y축 방향)이 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다. 반면, 우측 트랩부(221R)의 차단 돌기(P)는, 전후 방향 중심선(C-C'선)을 향하는 방향인 후방(-Y축 방향)을 향하여 개방되도록 구성될 수 있다. 그리고, 우측 트랩부(221R)의 차단 돌기(P)는, 전단을 향하는 방향(+Y축 방향)이 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 트랩부(221)의 내면에 형성된 다수의 차단 돌기(P)에 의해, 스파크나 플래어 등의 외부 배출이 보다 확실하게 차단될 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바를 참조하면, 화살표로 표시된 바와 같이, 좌측 트랩부(221L)의 내면을 따라 후방으로 이동하는 스파크나 플래어 등은, 차단 돌기(P)의 내부 공간으로 유입되면서 그 이동이 저지되고 전방으로 방향이 전환될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 스파크나 플래어 등의 이동 저지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 다수 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템은, 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 서로 전기적으로 연결된 형태로 다수 포함되도록 할 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 다수가 하나의 배터리 팩을 구성하고, 이러한 배터리 팩이 다수 포함된 형태로 에너지 저장 시스템이 구성될 수 있다. 이 밖에도, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 에너지 저장 시스템의 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 에너지 저장 시스템은, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 장소나 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈을 채용하는 경우, 배터리 팩이나 에너지 저장 시스템의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
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: 셀 어셈블리
110: 이차 전지
111: 전극 리드
200: 모듈 케이스
210: 하부 플레이트
220: 측부 플레이트
220L: 좌측 플레이트, 220R: 우측 플레이트
221: 트랩부
221L: 좌측 트랩부, 221R: 우측 트랩부
222: 돌출부
223: 가이드부
223L: 좌측 가이드부, 223R: 우측 가이드부
230: 상부 플레이트
240: 전방 플레이트
250: 후방 플레이트
300: 버스바 어셈블리
310: 모듈 버스바, 320: 버스바 하우징
321: 슬롯
400: 메쉬 부재
500: 기공 부재
P: 차단 돌기

Claims (12)

  1. 상호 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및
    상기 셀 어셈블리를 수용하도록, 하부 플레이트, 측부 플레이트 및 상부 플레이트를 구비하여 내부 공간을 형성하며, 상기 측부 플레이트의 내면 중 적어도 일부에 외측 방향으로 오목하게 형성된 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부는 전방 또는 후방으로 편중되어 형성된 모듈 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 외면에서 외측 방향으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는, 다수의 파우치형 이차 전지가 눕혀진 상태에서 상하 방향으로 적층되며,
    상기 파우치형 이차 전지의 전극 리드는 상기 모듈 케이스의 전후 방향에 위치하고,
    상기 모듈 케이스는, 전방 및 후방 중 적어도 일측이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리로부터 가스 발생 시, 발생된 가스가 전방 및 후방 중 적어도 일측으로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 전후 방향 중심선을 기준으로 일측에만 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측부 플레이트는, 좌측 플레이트와 우측 플레이트를 구비하며,
    상기 트랩부는, 좌측 플레이트에 형성된 좌측 트랩부와 우측 플레이트에 형성된 우측 트랩부를 구비하고,
    상기 좌측 트랩부와 상기 우측 트랩부는, 상기 측부 플레이트의 전후 방향 중심선을 기준으로 서로 반대되는 측에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트랩부는, 적어도 일부분이 전방 또는 후방으로 갈수록 오목한 부분의 깊이가 더 깊어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측부 플레이트는, 상기 트랩부를 향하여 경사지게 형성된 가이드부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상기 트랩부의 전방측 단부 또는 후방 측 단부에 중앙 방향으로 돌출되게 형성된 돌출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트랩부는, 전방측 단부 또는 후방 측 단부가 전방 또는 후방으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 다수 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템.
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