WO2022260425A1 - 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차 Download PDF

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battery
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battery module
battery cell
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신주환
김동현
김태근
최종화
이형석
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle, and more particularly, to a battery module having improved safety against fire or gas explosion, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an exterior material for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • the lithium secondary battery can be classified into a can-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet.
  • Such a large-capacity battery pack includes a plurality of battery modules having battery cells.
  • gas explosion may occur in some of the battery modules during electrical charging and discharging of the plurality of battery modules.
  • an object of the present invention is to provide a battery module having increased safety against fire or gas explosion, a battery pack including the battery module, and a vehicle.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object,
  • a cell accommodating portion having an outlet for accommodating the plurality of battery cells therein and discharging gas discharged from the plurality of battery cells to the outside, and configured to cover one side of the cell accommodating portion, and the gas discharged from the outlet
  • a module having a gas inlet, a gas channel formed with a passage through which the gas introduced into the gas inlet moves, and a gas venting part communicating with the gas channel and having a gas outlet provided at a position facing the outer circumference of the cell accommodating part. includes housing.
  • the plurality of battery cells are stacked in one direction to form at least two battery cell groups
  • At least two or more battery cell groups are spaced apart from each other,
  • Each of the two or more battery cell groups is configured to discharge gas into a space between the at least two or more battery cell groups when gas is discharged from the battery cell,
  • the outlet is positioned facing a space between at least two or more battery cell groups
  • the gas inlet may be positioned to communicate with the outlet.
  • the gas channel extends in a direction opposite to the space between at least two or more battery cell groups
  • the gas outlet may be formed at an end of the gas venting part in a direction opposite to a space between the battery cell groups.
  • At least two or more of the gas channels are provided in the gas venting part,
  • At least two or more gas channels communicate with each of the at least two or more outlets, and the at least two or more gas channels may be configured such that the moving direction of the gas is different from each other.
  • the cell accommodating part is mounted in the inner space of the cell accommodating part, is positioned between at least two or more battery cell groups, guides the movement of gas discharged from the plurality of battery cells to the outlet, and partitions between at least two or more battery cell groups. It may further include a reinforcing beam having a partition wall portion configured to do so.
  • a communication port configured to allow air to move to at least two or more battery cell groups is formed
  • the battery may further include an opening/closing member configured to seal the communication hole when gas is discharged from the plurality of battery cells.
  • a gas guide part having a structure protruding from the partition wall part may be provided to guide the gas to move to the gas inlet.
  • the cell accommodating part and the gas venting part may be integrally formed.
  • a plurality of protrusions configured to cause interference with gas moving therein may be formed spaced apart at predetermined intervals.
  • the battery pack of the present invention for achieving the above object includes at least one battery module.
  • the vehicle of the present invention for achieving the above object includes at least one battery module.
  • the present invention can move the gas discharged from the plurality of battery cells accommodated inside to a position facing the outer circumference of the cell accommodation part through the gas venting part, it is far from the position of another battery module adjacent to it. Gas or high-temperature sparks can be discharged to a distant location (ie, the intended location), effectively reducing the transfer of high-temperature gas to other adjacent battery modules when a plurality of battery modules inside the battery pack are mounted. .
  • the gas venting part is configured to cover one side of the cell accommodating part, thereby increasing the mechanical rigidity of the module housing.
  • At least two or more gas channels communicate with each of the at least two or more outlets, and the at least two or more gas channels are configured such that the moving directions of the gas are different from each other, so that at least two or more batteries
  • a high-temperature gas When a high-temperature gas is discharged from one of the cell groups, it may be discharged to the outside through an adjacent outlet among at least two or more outlets, and the gas channel communicating with the outlet has a direction in which the gas moves with other gas channels. Since it is set differently, it is possible to effectively prevent another normally operating battery cell group from being heated by a high-temperature gas or spark generated due to an abnormal operation of one battery cell group.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial perspective view schematically illustrating a part of a cell accommodating part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view schematically showing a state of a gas venting part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a state of a gas venting part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partially cut-away perspective view schematically illustrating a state of a gas venting unit along region A of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating an internal view of a cell accommodating part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view schematically illustrating an enlarged region B of FIG. 8 .
  • FIGS. 10 and 11 are partial vertical cross-sectional views schematically showing the inside of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial vertical cross-sectional view schematically illustrating an inside of a gas channel of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically illustrating the appearance of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is an exploded perspective view schematically illustrating appearances of some battery modules and some side frames of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a perspective view schematically illustrating a state of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view schematically showing the configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a partial perspective view schematically illustrating a part of a cell accommodating part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a bottom view schematically showing a state of a gas venting part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a plan view schematically illustrating a state of a gas venting part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partially cut-away perspective view schematically showing the state of the gas venting unit along area A of FIG. 2 .
  • the X-axis direction shown in FIG. 1 is the right direction
  • the Y-axis direction is the rear direction
  • the Z-axis direction is the upward direction.
  • a battery module 100 includes a plurality of battery cells 110 and a module housing 140 .
  • the battery cell 110 may be, for example, a pouch-type battery cell 110 having high energy density and easy stacking. As shown in FIG. 2 , the pouch-type battery cells 110 may be erected in a vertical direction (Z-axis direction) and stacked in a front-back direction (Y-axis direction) to form a battery cell group G1 . However, unlike the present embodiment, the battery cell 110 of the present invention is not limited to the pouch type, and rectangular battery cells 110 or cylindrical battery cells 110 may be used.
  • the module housing 140 as a component for accommodating the plurality of battery cells 110, is made of a material having high mechanical strength to protect the plurality of battery cells 110 from external physical and chemical factors. It can be formed into a closed structure.
  • the module housing 140 may include a cell accommodating part 120 and a gas venting part 130 .
  • the cell accommodating part 120 may accommodate the plurality of battery cells 110 therein.
  • the cell accommodating part 120 may include a lower housing 121 surrounding lower portions of the battery cells 110 and an upper housing 122 surrounding upper portions of the battery cells 110 .
  • the upper housing 122 and the lower housing 121 may be provided in a substantially U-shaped plate shape.
  • the upper housing 122 and the lower housing 121 may be coupled to each other by bolting and/or welding at respective rim portions.
  • the cell accommodating portion 120 may be formed with an outlet 123 through which gas or high-temperature spark discharged from the plurality of battery cells 110 accommodated therein is discharged to the outside.
  • an outlet 123 may be formed in the upper housing 122 .
  • the outlet 123 may have a shape in which a ceiling portion of the upper housing 122 is long opened in the front-rear direction (Y-axis direction).
  • Two outlets 123a and 123b may be formed in the cell accommodating part 120 .
  • the gas venting part 130 may be configured to cover one side of the cell accommodating part 120 . That is, as shown in FIG. 2 , it may have a plate shape extending in the horizontal direction to cover the upper portion of the cell accommodating part 120 .
  • the gas venting part 130 may have a shape bonded to the upper surface of the cell accommodating part 120 .
  • the cell accommodating part 120 and the gas venting part 130 may be integrally formed instead of being separated from each other.
  • the gas venting part 130 may have a size substantially corresponding to the upper surface of the upper housing 122 .
  • the gas venting unit 130 may have a hollow flat rectangular box shape.
  • the gas venting unit 130 is preferably formed of a fire-resistant material so that deformation does not easily occur even when high-temperature gas or high-temperature spark is introduced.
  • the gas venting unit 130 may include a gas inlet 132 , a gas channel 131 , and a gas outlet 133 .
  • the gas inlet 132 may be formed by opening a portion of the gas venting part 130 so that the gas discharged through the outlet 123 flows in.
  • the gas inlet 132 may be configured to communicate with the outlet 123 of the cell accommodating part 120 . That is, the gas inlet 132 may be formed at a position where an open shape faces the outlet 123 .
  • the gas inlet 132 may be formed on a lower surface of the gas venting unit 130 .
  • the gas inlet 132 may be formed at the center of the gas venting unit 130 in a left-right direction.
  • the gas inlet 132 may have an opening extending long in the front-rear direction.
  • the gas venting unit 130 may include a first gas inlet 132a and a second gas inlet 132b.
  • the gas channel 131 may be a portion in which a passage through which the gas introduced into the gas inlet 132 moves is formed.
  • the gas channel 131 may have a plurality of hollow structures.
  • the length and width of the gas channel 131 may correspond to the length and width of the upper surface of the upper housing 122 .
  • the gas channel 131 may have a hollow interior and may have a passage 137 through which gas flows.
  • a plurality of diaphragms 134 spaced apart from each other in the width direction and elongated in the length direction are provided inside the gas channel 131, so that the internal space can be partitioned.
  • the gas channel 131 distributes energy while the high-temperature gas, spark, flame, etc. introduced through the gas inlet 132 moves through the narrow passage 137, thereby lowering the heat or reducing the size of the flame. effect can be exerted.
  • the inside of the gas channel 131 is divided into diaphragms 134 and narrow passages 137 are formed between the diaphragms 134 .
  • These several narrow passages 137 effectively act to increase the moving speed of gas.
  • the narrow passages 137 can effectively limit the movement of high-temperature sparks or flames.
  • the movement of high-temperature sparks or flames may be further restricted by interposing a metal mesh (not shown) in the narrow passage 137 or the gas inlet 132 .
  • the gas outlet 133 may be configured to communicate with the gas channel 131 .
  • the gas outlet 133 may be formed at an end of a narrow passage of the gas channel 131 .
  • the gas outlet 133 may be formed by opening a portion of the gas venting unit 130 . That is, the gas outlet 133 may be an opening formed at an end portion of the gas channel 131 .
  • the gas outlet 133 may be provided at a position facing the outer circumference of the cell accommodating part 120 .
  • the gas venting unit 130 may include a first gas outlet 133a and a second gas outlet 133b. Each of the two gas outlets 133a and 133b may be provided at a position facing each of the left and right ends of the cell accommodating part 120 .
  • the gas outlets 133a and 133b may be located at either the left end or the right end of the gas venting unit 130. .
  • the present invention the gas discharged from the plurality of battery cells 110 accommodated inside faces the outer periphery of the cell accommodating portion 120 through the gas venting portion 130. Since it can be moved to the position, it is possible to discharge the gas at a place as far away as possible from the position of other adjacent battery modules (ie, the intended position), so that a plurality of battery modules 100 inside the battery pack 1000 are mounted In this case, the transfer of high-temperature gas to another adjacent battery module 100 can be effectively reduced.
  • the gas venting unit 130 is configured to cover one side of the cell accommodating unit 120, so that the mechanical rigidity of the module housing 140 can be increased. When this occurs, the plurality of battery cells 110 accommodated in the cell accommodating portion 120 can be safely protected from external impact.
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked in one direction (front and rear directions) to form a battery cell group G1. .
  • the plurality of battery cells 110 may form at least two or more battery cell groups G1 and G2.
  • the battery module 100 of the present invention may include battery cell groups G1 and G2 arranged side by side in the left and right directions.
  • the at least two or more battery cell groups G1 and G2 may be spaced apart from each other.
  • two battery cell groups G1 may be spaced apart from each other by a predetermined distance in the left and right directions.
  • the battery cell group G1 may have electrode leads (see 111 in FIG. 8 ) of the plurality of battery cells 110 provided at left and right ends.
  • electrode leads when electrode leads are formed at the left and right ends of the battery cell group G1, when gas is discharged to the outside of the battery cell 110, gas is discharged from the left and right sides compared to the front and rear sides. Chances are high.
  • the gas when gas is ejected from some of the battery cells 110 in the battery cell groups G1 and G2, the gas may be highly likely to move in a direction where the electrode lead is located. That is, in the battery cell groups G1 and G2, the plurality of battery cells 110 are stacked so that the electrode lead 111 is not formed facing each other, and the plurality of battery cells 110 are relatively Gas may be easily moved to one side or the other side of the battery cell group G1 where they are not concentrated.
  • the battery cell groups may be electrically connected by a bus bar having an electrically conductive metal.
  • the shape of the bus bar may have a metal rod or metal plate shape.
  • a known general connection member configured to electrically connect a plurality of battery cells may be applied to the bus bar. Therefore, in the present invention, this is not specifically described.
  • the outlet 123 may be positioned to face a space S (see FIG. 9 ) between at least two or more battery cell groups G1 and G2. That is, the outlet 123 may be formed adjacent to a location where gas discharge is relatively likely to occur in the battery cell group G1. For example, when swelling or thermal runaway occurs in the battery cell group G1, gas may be discharged into a space between at least two battery cell groups G1 and G2. For example, when the battery cell group G1 includes the pouch type battery cell 110, gas may be discharged into a space between at least two or more battery cell groups G1 and G2. .
  • the sealing part of the battery cell 110 facing the space between the battery cell groups G1 is relatively more sealed than the sealing part of the other part. force may be weak.
  • the gas inlet 132 may be positioned to communicate with the outlet 123 . That is, the gas inlet 132 faces a space between at least two battery cell groups G1 and G2 to minimize a movement line of gas discharged from one side of the battery cell group G1. can be located.
  • the gas is discharged into the space between the at least two or more battery cell groups G1 and G2, and the outlet 123 is configured to discharge the gas into the space between the at least two or more battery cell groups G1. , G2), and the gas inlet 132 is positioned to communicate with the outlet 123, so that the gas discharged to the battery cell group G1 passes through the outlet 123 adjacent thereto. It can be discharged out of the cell accommodating part 120 .
  • the battery module 100 of the present invention even if gas is discharged from some of the battery cells 110 to the space between the battery cell groups G1 among the plurality of battery cells 110, the battery cell groups G1 , G2), the gas can be discharged out of the cell accommodating part 120 in the shortest distance through the outlet 123 formed at a position facing the space between the bars, and the high-temperature gas is transferred to other battery cells 110 that are normally operating. is moved to reduce occurrence of thermal runaway or chain explosion of other battery cells 110 .
  • the gas channel 131 of the gas venting unit 130 provided in the battery module 100 of the present invention includes at least two of the battery cell groups G1 and G2. It may have a form extending in a direction opposite to the interspace (S in FIG. 8).
  • the gas venting unit 130 may include a first gas channel 131a and a second gas channel 131b.
  • the gas channels 131a and 131b may extend in left and right directions, respectively, with respect to the center of the gas venting part 130 .
  • the first gas channel 131a formed on the left side of the center of the gas venting unit 130 may communicate with the first gas inlet 132a formed on the left side.
  • a narrow passage 137 through which the gas moves may extend leftward with respect to the center of the gas venting part 130 .
  • the second gas channel 131b formed on the right side may communicate with the second gas inlet 132b formed on the right side.
  • the second gas channel 131b formed on the right side may have a shape in which a narrow passage 137 through which the gas moves extends in a right direction based on the center of the gas venting part 130 .
  • the gas outlet 133 may be formed at an end of the gas venting part 130 facing a space between the battery cell groups G1 and G2 .
  • the gas outlet 133 may be located on an outer periphery of the gas venting unit 130 .
  • the gas outlet 133 may be formed on one side of the outer circumference of the gas venting unit 130 that does not face the other battery module 100 .
  • the gas outlet 133 may be formed by partially opening an upper surface of the gas venting unit 130 .
  • the gas outlet 133 may be formed by opening a portion of the left side of the left end or the right side of the right end of the gas venting unit 130 .
  • the gas channel 131 extends in a direction opposite to the space between the at least two or more battery cell groups G1 and G2, and the gas outlet 133 Silver is formed at the end of the gas venting part 130 in a direction opposite to the space between the battery cell groups G1, so that the gas discharged to the outside of the module housing 140 through the gas outlet 133
  • the gas outlet 133 Silver is formed at the end of the gas venting part 130 in a direction opposite to the space between the battery cell groups G1, so that the gas discharged to the outside of the module housing 140 through the gas outlet 133
  • outlets 123 may be formed.
  • a first outlet 123a and a second outlet 123b formed side by side in the left and right directions may be formed in the upper housing 122 .
  • the first discharge port 123a and the second discharge port 123b may be spaced apart from each other by a predetermined distance in a left-right direction.
  • the gas venting unit 130 may include at least two or more gas channels 131 .
  • Each of the two or more gas channels 131a and 131b may communicate with each of the two or more outlets 123a and 123b of the cell accommodating part 120 .
  • At least two or more of the gas channels 131a and 131b may be configured to have different moving directions of the gas.
  • the gas movement direction may be in the left direction, which is the direction in which the first battery cell group G1 is located.
  • the gas movement direction may be in the right direction.
  • At least two or more of the gas channels 131 are in communication with each of the at least two or more of the outlets 123, and at least two or more of the gas channels 131 are of the gas Since the moving directions are configured to be different from each other, when a high-temperature gas is discharged from any one of the at least two or more battery cell groups G1 and G2, through an adjacent outlet 123 among the at least two or more outlets 123.
  • the gas channel 131 that can be discharged to the outside and is in communication with the outlet 123 has a different direction of gas movement than the other gas channels 131, so that one battery cell group G2 operates abnormally. It is possible to effectively prevent the other battery cell groups G1, which are normally operating, from being heated by the generated high-temperature gas.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating an internal view of a cell accommodating part of a module housing of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view schematically illustrating an enlarged region B of FIG. 8 .
  • the battery module 100 may further include a reinforcing beam 150 .
  • the reinforcing beam 150 may be mounted in an inner space of the cell accommodating part 120 .
  • the reinforcing beam 150 may be positioned between at least two of the battery cell groups G1 and G2.
  • the reinforcing beam 150 may be positioned at the center of the inner space of the cell accommodating part 120 .
  • the reinforcing beam 150 may be disposed between spaced apart battery cell groups G1 and G2 disposed in the left and right directions.
  • the reinforcing beam 150 may be configured to guide the gas discharged from the plurality of battery cells 110 to the outlet 123 .
  • the reinforcing beam 150 is a partition wall portion configured to guide the movement of gas discharged from the plurality of battery cells 110 to the outlet 123 and to partition between at least two or more battery cell groups G1 and G2. (150a) may be provided.
  • the reinforcing beam 150 has a coupling portion 150b configured to be coupled to the lower housing 121, and the outlet 123 from the coupling portion 150b.
  • a partition wall portion 150a protruding upward may be provided.
  • the barrier rib portion 150a may divide an accommodation space in which at least two or more battery cell groups G1 and G2 are mounted into two spaces.
  • the barrier rib portion 150a may be configured to block high-temperature gas discharged from one of the two or more battery cell groups G1 and G2 from moving to the other battery cell group G1. have.
  • the present invention guides the gas discharged from the plurality of battery cells 110 to the outlet 123 and moves between at least two or more battery cell groups G1 and G2.
  • a reinforcing beam 150 having a partition wall portion 150a configured to partition the high-temperature gas generated in at least two or more battery cell groups G1 and G2 can be moved to the outlet 123 can guide
  • the high-temperature gas A discharged from one of the at least two or more battery cell groups G1 and G2 by the partition wall portion 150a of the reinforcing beam 150 is discharged from the other battery cell groups. Movement to (G1) can be blocked, and thus thermal runaway or gas explosion can be prevented from being propagated to other battery cell groups (G1).
  • FIGS. 10 and 11 are partial vertical cross-sectional views schematically showing the inside of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the reinforcing beam 150 of the battery module 100 is configured to allow air to move when compared to the reinforcing beam 150 of FIG.
  • a communication hole (H) may be formed.
  • Other components may be the same as those of the battery module 100 shown in FIG. 9 .
  • the reinforcing beam 150 of FIG. 10 may have a communication hole H configured to allow air to move to at least two or more battery cell groups G1 and G2.
  • the communication hole H may be formed by opening a portion of the reinforcing beam 150 .
  • the communication hole H may have a groove shape formed by inserting an upper end of the reinforcing beam 150 downward.
  • the reinforcing beam 150 may further include an opening and closing member 151 configured to seal the communication hole H when gas is discharged from the plurality of battery cells 110.
  • the opening and closing member 151 may be a thermally expandable material whose volume expands when the temperature rises above a predetermined temperature.
  • the thermal expansion material of the opening/closing member 151 may be, for example, Saint-Gobain's FS1000 material.
  • the thermal expansion material may include graphite flakes that expand in volume at a predetermined temperature.
  • the opening and closing member 151 may be provided in the communication hole (H). When high-temperature gas is discharged from the battery cell 110, the opening/closing member 151 may be configured to increase the temperature of the thermally expandable material and seal the communication hole H.
  • the reinforcing beam 150 is formed with a communication port H configured to allow air to move to at least two or more battery cell groups G1 and G2,
  • a communication port H configured to allow air to move to at least two or more battery cell groups G1 and G2,
  • an opening and closing member 151 configured to seal the communication hole (H)
  • thermal equilibrium between at least two or more battery cell groups G1 and G2 may be well achieved.
  • the communication hole H formed in the reinforcing beam 150 by the opening and closing member 151 Since it can be sealed, it is possible to prevent high-temperature gas from flowing into the battery cell group G1 operating normally on the opposite side. Accordingly, according to the present invention, it is possible to prevent a secondary gas explosion of other battery cell groups G1 from being caused by a gas explosion of some battery cells 110, thereby minimizing damage.
  • FIG. 12 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the reinforcing beam 150 has a gas guide part 152. More may be provided. However, other components may be the same as those of the battery module 100 of FIG. 9 .
  • the reinforcing beam 150 of FIG. 12 may be provided with a gas guide part 152 to guide the gas A to move to the gas inlet 132 .
  • the gas guide part 152 may protrude from the barrier rib part 150a and have a structure.
  • the reinforcing beam 150 may be provided with a gas guide part 152 on both sides of the barrier rib part 150a.
  • the gas guiding part 152 may have an inclined surface to guide the movement of the gas A to the outlet 123 .
  • the inclined surface may have a shape extending from the partition wall portion 150a toward the outlet 123 .
  • the gas guide part 152 may have a curved surface extending from the partition wall part 150a toward the outlet 123.
  • the present invention has a structure in which the reinforcing beam 150 protrudes from the partition wall portion 150a to guide the gas A to move to the gas inlet 132.
  • the gas induction unit 152 By having the gas induction unit 152, the high-temperature gas discharged from the battery cell 110 can be moved to the outlet 123 without being stagnant. temperature rise can be minimized. Accordingly, it is possible to prevent greater damage to the battery module 100 from occurring.
  • FIG. 13 is a partial vertical cross-sectional view schematically illustrating an inside of a gas channel of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of protrusions K configured to cause interference with high-temperature gas, sparks, flames, etc. may be formed spaced apart at predetermined intervals inside the gas channel 131. have.
  • These plurality of protrusions (K) may have a shape protruding inward from the inner surface of the narrow passage (137).
  • the plurality of protrusions (K) may have a shape inclined in the moving direction of the gas (A). That is, the plurality of protrusions K may reduce the moving speed of the gas A while allowing the gas A to move in the intended direction of movement.
  • the plurality of protrusions K may prevent gas from being introduced into the cell accommodating part 120 again by moving in the reverse direction (opposite to the intended direction).
  • the battery module 100 of the present invention is configured to interfere with the gas A moving inside the gas channel 131 of the gas venting unit 130. Since the protrusions K are spaced apart from each other at predetermined intervals, the moving speed and gas pressure of the gas A moving through the gas channel 131 can be effectively reduced. Furthermore, the plurality of protrusions K may suppress movement (reverse flow) of the gas in a direction other than the intended direction of gas movement of the gas channel 131, and the gas moving through the gas channel 131 may be suppressed. may be prevented from flowing into the module housing again. Accordingly, the battery module 100 of the present invention can prevent the plurality of battery cells 110 from rising in temperature due to a reverse flow of high-temperature gas into the module housing.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically illustrating a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1000 includes at least one battery module 100 and a pack accommodating a plurality of battery modules 100 .
  • a case 200 may be provided.
  • the pack case 200 is a component for accommodating the battery modules 100, and includes a left side frame 230, a right side frame 240, the left side frame 230, and the right side frame 240, respectively.
  • the base plate 210 coupled to the lower part, and the top plate 220 coupled to the upper part of each of the left side frame 230 and the right side frame 240, forming the front wall of the pack case 200
  • a front cover 250 and a rear cover 260 forming a rear wall may be included.
  • a plurality of battery modules 100 may be arranged in a front-back direction, for example.
  • a discharge port O communicating with the gas outlet 133 of the gas venting unit 130 of the battery module 100 may be formed on the front side of the battery pack 1000 .
  • the gas venting unit 130 may be in communication with a gas discharge passage (not shown) provided in each of the left side frame 230 and the right side frame 240 .
  • an end of the gas discharge passage may be connected to the discharge port (O).
  • the gas discharge passage may be a gas passage extending long along the extension direction of the left side frame 230 .
  • FIG. 15 is an exploded perspective view schematically illustrating appearances of some battery modules and some side frames of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a partial vertical cross-sectional view schematically showing the inside of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the right side frame 240 includes a vertical frame part 241 extending in the height direction of the battery module 100, and a horizontal direction (left direction) from the vertical frame part 241. ) and may include a module connection frame portion 242 provided to be connected to the gas venting portion 130 .
  • the module connecting frame part 242 is formed in a hollow structure and thus has a gas movement passage FP therein.
  • the module connection frame part 242 has a plurality of suction ports 244 formed at predetermined intervals along the longitudinal direction (Y-axis direction), and one discharge port (O) at one end of the front cover 250 side to provide Each suction port 244 may be positioned to face the gas outlet 133 of the gas venting unit 130 of each battery module 100 .
  • a gasket may be applied to a contact interface between each of the suction ports 244 and the gas outlet 133 to seal and prevent pushing.
  • a metal mesh may be applied to each of the suction ports 244 to prevent high-temperature sparks or flames from leaking out.
  • the module connection frame part 242 of the right side frame 240 of this embodiment is disposed above the gas venting part 130 .
  • the module connecting frame part 242 has one end placed on the right edge of the upper surface of the gas channel 131 and the suction port 244 is vertically matched to the second gas outlet 133b so that the gas venting part 130 form a structure connected with
  • the gas generated in the battery cell group G2 flows into the gas venting unit 130 through the second outlet 123b, moves horizontally in the right direction along the gas channel 131, and passes through the second gas outlet 133b. It can rise from and flow into the right side frame 240. Then, the moved gas moves toward the front cover 250 of the pack case 200 along the gas movement passage FP of the right side frame 240 again, and the discharge port O of the module connection frame part 242 It can be discharged out of the pack case 200 through.
  • the direction of the first movement path is changed by the vertical connection structure between the second outlet 123b and the second gas inlet 132b.
  • sparks or flames are secondarily distributed by several narrow passage structures inside the gas channel 131, and sparks or flames are thirdly distributed by the vertical connection structure between the second gas outlet 133b and the suction port 244.
  • the direction of movement can be switched. Therefore, the high-temperature spark or flame may be lost through a process in which the moving direction of the high-temperature spark or flame is changed and dispersed several times, so that the spark and the flame can be prevented from being discharged to the outside of the pack case 200. .
  • the battery pack 1000 of the present invention can significantly reduce the risk of fire around the outside of the battery pack 1000 .
  • the left side frame 230 may be provided with a suction port communicating with the first gas outlet 133a of the gas venting unit 130.
  • the left side frame 230 includes a vertical frame portion extending in the height direction of the battery module 100, and extending in a horizontal direction (right direction) from the vertical frame portion and is provided to be connected to the gas venting portion 130.
  • a module connection frame may be included.
  • the module connection frame part is formed in a hollow structure and has a gas movement passage therein.
  • the module connection frame part 242 has one discharge port O at one end of the front cover 250 side.
  • the suction port of the left side frame 230 may be positioned to face the gas outlet 133 of the gas venting unit 130 of each battery module 100 .
  • 17 is a perspective view schematically illustrating a state of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 10 may include at least one battery module (not shown).
  • the automobile may include, for example, a vehicle body having an accommodating space accommodating the battery pack 1000 in which at least one battery module is mounted.
  • the vehicle may be an electric vehicle, an electric scooter, an electric wheelchair, or an electric bike.

Landscapes

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Abstract

본 발명은, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하고 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키는 배출구가 형성된 셀 수용부, 및 상기 셀 수용부의 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 유입되는 가스 인렛, 상기 가스 인렛으로 유입된 가스가 이동하는 통로가 형성된 가스 채널, 및 상기 가스 채널과 연통되고 상기 셀 수용부의 외주부와 대면하는 위치에 구비된 가스 아웃렛이 형성된 가스 벤팅부를 구비한 모듈 하우징을 포함한다.

Description

배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 06월 08일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0074433에 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 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 이러한 리튬 이차전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
특히, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 팩은, 배터리 셀을 구비한 배터리 모듈을 다수개 포함하였다. 이렇게 자동차에 탑재된 대용량의 배터리 팩은, 다수의 배터리 모듈의 전기 충방전 중에 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생될 수 있다. 이때, 종래기술에서는, 배터리 모듈로부터 배출되는 가스의 방향성을 예측하거나, 설정된 위치에 배출하도록 컨트롤 하기 어려웠다. 이에 따라, 배터리 모듈로부터 외부로 배출된 고온의 가스, 화염, 스파크가 인접한 다른 배터리 모듈로 이동되어, 다른 배터리 모듈의 열폭주나, 또는 2차 가스 폭발을 유발시키는 원인이 되었다. 이에 따라, 초기에 발생된 가스 폭발이, 연쇄 폭발로 이어지는 등의 사고의 규모와 위험이 더욱 커지는 문제가 발생되었다.
따라서, 다수의 배터리 모듈 중, 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생하더라도, 인접한 다른 배터리 모듈로 가스가 이동되는 것을 최소화하는 방안이 필요한 실정이다.
또한, 대용량의 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀이 내부에 수용되어 있으므로, 일부 배터리 셀의 가스 폭발 내지 열폭주 발생시, 내부의 다른 배터리 셀들로 그 고온의 가스, 스파크(입자), 및 화염이 전달되어, 열폭주 내지 화재가 전파되는 문제가 있었다.
이에 따라, 하나의 배터리 모듈 내에 수납된 배터리 셀들 간의 열폭주나, 화재가 전파되는 것을 최소화할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차를 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,
복수의 배터리 셀; 및
상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하고 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키는 배출구가 형성된 셀 수용부, 및 상기 셀 수용부의 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 유입되는 가스 인렛, 상기 가스 인렛으로 유입된 가스가 이동하는 통로가 형성된 가스 채널, 및 상기 가스 채널과 연통되고 상기 셀 수용부의 외주부와 대면하는 위치에 구비된 가스 아웃렛이 형성된 가스 벤팅부를 구비한 모듈 하우징을 포함한다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀은, 일 방향으로 적층되어 배터리 셀 그룹을 적어도 둘 이상 형성하고,
적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹은, 서로 이격되어 배치되고,
적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 각각은, 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간으로 가스를 배출하도록 구성되며,
상기 배출구는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대면하여 위치되고,
상기 가스 인렛은, 상기 배출구와 연통되도록 위치될 수 있다.
그리고, 상기 가스 채널은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향으로 연장되고,
상기 가스 아웃렛은, 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅부의 단부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 배출구는, 적어도 둘 이상이 상기 셀 수용부에 형성되고,
상기 가스 채널은, 적어도 둘 이상이 상기 가스 벤팅부에 구비되며,
적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 적어도 둘 이상의 상기 배출구 각각과 연통되며, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 상기 가스의 이동 방향이 서로 다르 도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 셀 수용부의 내부 공간에 탑재되고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이에 위치되고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스가 상기 배출구로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹 사이를 구획하도록 구성된 격벽부를 구비한 보강 빔을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 보강 빔은,
적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구가 형성되고,
상기 복수의 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 보강 빔은,
상기 가스가 상기 가스 인렛으로 이동하게 유도하도록 상기 격벽부로부터 돌출된 구조를 가진 가스 유도부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 셀 수용부와 상기 가스 벤팅부는 일체로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 가스 채널은,
내부에 이동하는 가스와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기들이 소정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차는, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 내부에 수용된 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 가스 벤팅부를 통해 셀 수용부의 외주부와 대면하는 위치로 이동 시킬 수 있으므로, 인접한 다른 배터리 모듈의 위치에서 멀리 떨어진 곳(즉, 의도된 위치)으로 가스나 고온의 스파크를 배출 시킬 수 있어, 배터리 팩 내부의 다수의 배터리 모듈이 탑재된 경우, 인접한 다른 배터리 모듈로 고온의 가스가 이동되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 가스 벤팅부가 셀 수용부의 일측을 커버하도록 구성되어, 모듈 하우징의 기계적 강성을 높일 수 있는 바, 배터리 모듈에 외부 충격이 발생될 경우, 셀 수용부에 수납된 복수의 배터리 셀을 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 가스 채널이 적어도 둘 이상의 배출구 각각과 연통되며, 적어도 둘 이상의 가스 채널은 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성됨으로써, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들 중, 어느 하나에서 고온의 가스가 배출될 경우, 적어도 둘 이상의 배출구 중, 인접한 배출구를 통해 외부로 배출될 수 있고, 배출구와 연통된 가스 채널은, 다른 가스 채널과 가스의 이동 방향이 다르게 설정되어 있어, 하나의 배터리 셀 그룹의 비정상 작동으로 인해 생성된 고온의 가스나 스파크에 의해 정상 작동하고 있는 다른 배터리 셀 그룹을 승온 시키는 것을 효과적으로 방지할 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 모듈의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 셀 수용부의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은, 도 2의 A 영역에 따른 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 셀 수용부의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 9는, 도 8의 B 영역을 확대하여 개략적으로 나타낸 부분 확대도이다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도들이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 채널의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 배터리 모듈과 일부 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 셀 수용부의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 저면도이다. 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 6은, 도 2의 A 영역에 따른 가스 벤팅부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 절개 사시도이다. 도 1에서 나타낸 X축 방향은 우 방향이고, Y축 방향은 후 방향이며, Z축 방향은 상 방향이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110), 및 모듈 하우징(140)을 포함한다.
여기서, 상기 배터리 셀(110)은, 예를 들면, 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 배터리 셀(110)이 적용될 수 있다. 상기 파우치 타입의 배터리 셀(110)들은 도 2와 같이, 상하 방향(Z축 방향)으로 세워져 전후 방향(Y축 방향)으로 적층된 형태로 배터리 셀 그룹(G1)을 형성할 수 있다. 그러나, 본 실시예와 달리, 본 발명의 배터리 셀(110)은, 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니고, 직육면의 각형 배터리 셀(110)들이나 원통형 배터리 셀(110)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(140)은, 복수 개의 배터리 셀(110)들을 수납하기 위한 구성 요소로서 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들을 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 소재로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 하우징(140)은, 셀 수용부(120), 및 가스 벤팅부(130)를 구비할 수 있다. 상기 셀 수용부(120)는, 상기 복수의 배터리 셀(110)을 내부에 수용할 수 있다. 예를 들면, 상기 셀 수용부(120)는, 배터리 셀(110)들의 하부를 감싸는 하부 하우징(121)과 배터리 셀(110)들의 상부를 감싸는 상부 하우징(122)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 상부 하우징(122)과 하부 하우징(121)은 대략 U자형 플레이트 형태로 마련될 수 있다. 상기 상부 하우징(122)과 하부 하우징(121)은 각각의 테두리 부분이 볼팅 및/또는 용접으로 상호 결합될 수 있다.
그리고, 상기 셀 수용부(120)는, 내부에 수용된 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스나 고온의 스파크를 외부로 배출시키는 배출구(123)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 배출구(123)가 상기 상부 하우징(122)에 형성될 수 있다. 상기 배출구(123)는 상기 상부 하우징(122)의 천장 부분이 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 개구된 형태를 가질 수 있다. 상기 셀 수용부(120)에는 2개의 배출구들(123a, 123b)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 벤팅부(130)는, 상기 셀 수용부(120)의 일측을 커버하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 수용부(120)의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)는, 상기 셀 수용부(120)의 상면과 접합된 형태를 가질 수 있다. 또는, 상기 셀 수용부(120)와 상기 가스 벤팅부(130)는 서로 분리된 구성이 아닌 일체로 형성된 것일 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)는 대략 상부 하우징(122)의 상면에 대응하는 사이즈를 가질 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)는, 속이 빈 납작한 사각 박스형을 가질 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)는, 고온의 가스 또는 고온의 스파크가 유입되어도 변형이 쉽게 일어나지 않도록 내화성 재질로 형성된 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 가스 벤팅부(130)는, 가스 인렛(132), 가스 채널(131), 및 가스 아웃렛(133)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)로 배출된 가스가 유입되도록 상기 가스 벤팅부(130)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 상기 가스 인렛(132)은, 상기 셀 수용부(120)의 배출구(123)와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 인렛(132)은 개구된 형태가 상기 배출구(123)와 대면하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 가스 인렛(132)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 좌우 방향의 중심에 형성될 수 있다. 상기 가스 인렛(132)은, 전후 방향으로 길게 연장된 개구를 가질 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)는 제1 가스 인렛(132a) 및 제2 가스 인렛(132b)을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 가스 채널(131)은, 상기 가스 인렛(132)으로 유입된 가스가 이동하는 통로가 형성된 부분일 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 다수의 중공 구조를 가질 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 길이와 너비가 상부 하우징(122)의 상면부 길이와 너비에 대응할 수 있다. 상기 가스 채널(131)은, 내부가 비어 있어 가스가 유동할 수 있게 통로(137)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 가스 채널(131)의 내부에는 너비 방향으로 상호 이격되고 길이 방향으로 길게 연장된 복수 개의 격판(134)들이 구비되어 있어 내부 공간이 구획될 수 있다. 이러한 가스 채널(131)은 상기 가스 인렛(132)을 통해 유입된 고온의 가스, 스파크, 화염 등이 좁은 통로(137)를 이동하는 중에 에너지가 분산되어, 열이 낮아지거나, 화염의 규모를 축소하는 효과를 발휘할 수 있다.
예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 가스 채널(131)의 내부는 격판(134)들로 구획되고 상기 격판(134)들 사이마다 좁은 통로(137)가 형성되어 있다. 이러한 여러 개의 좁은 통로(137)들은 가스의 이동 속도를 증가시키는데 효과적으로 작용한다. 또한, 상기 좁은 통로(137)들은 고온의 스파크 또는 화염의 이동을 제한하는데 효과적으로 작용할 수 있다. 또한, 상기 좁은 통로(137)나 가스 인렛(132)에 금속 메쉬망(미도시)을 개재해 고온의 스파크 또는 화염의 이동을 추가적으로 제한할 수도 있다.
나아가, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)의 좁은 통로의 말단에 형성될 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 채널(131)의 말단 부분에 형성된 개구일 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 셀 수용부(120)의 외주부와 대면하는 위치에 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가스 벤팅부(130)는 제1 가스 아웃렛(133a) 및 제2 가스 아웃렛(133b)을 구비할 수 있다. 상기 2개의 가스 아웃렛들(133a, 133b) 각각은, 상기 셀 수용부(120) 좌 단부와 우 단부 각각과 대면하는 위치에 구비될 수 있다.
예를 들면, 복수의 배터리 모듈(100)이 전후 방향으로 배열될 경우, 상기 가스 아웃렛들(133a, 133b)은 상기 가스 벤팅부(130)의 좌측단 및 우측단 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 내부에 수용된 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스를 상기 가스 벤팅부(130)를 통해 상기 셀 수용부(120)의 외주부와 대면하는 위치로 이동 시킬 수 있으므로, 인접한 다른 배터리 모듈의 위치에서 가능한 멀리 떨어진 곳(즉, 의도된 위치)에서 가스를 배출 시킬 수 있어, 배터리 팩(1000) 내부의 다수의 배터리 모듈(100)이 탑재된 경우, 인접한 다른 배터리 모듈(100)로 고온의 가스가 이동되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 가스 벤팅부(130)가 셀 수용부(120)의 일측을 커버하도록 구성되어, 모듈 하우징(140)의 기계적 강성을 높일 수 있는 바, 배터리 모듈(100)에 외부 충격이 발생될 경우, 셀 수용부(120)에 수납된 복수의 배터리 셀(110)을 외부 충격으로부터 안전하게 보호할 수 있다.
한편, 다시 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110)이 일 방향(전후 방향)으로 적층되어 배터리 셀 그룹(G1)을 형성할 수 있다. 상기 복수의 배터리 셀(110)은, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 좌우 방향으로 나란하게 배치된 배터리 셀 그룹들(G1, G2)을 구비할 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)은, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 배터리 셀 그룹(G1)은 좌우 방향의 소정 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 구성된 복수의 배터리 셀(110) 각각의 전극 리드(도 8의 111 참조)가 좌단부 및 우단부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 좌단부 및 우단부에 전극 리드가 형성될 경우, 배터리 셀(110) 외부로 가스가 배출될 경우, 전측 및 후측에 비해 좌측 및 우측에서 가스 배출이 이뤄질 가능성이 높을 수 있다.
또는, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)는, 일부 배터리 셀(110)에서 가스가 분출될 경우, 상기 가스는 상기 전극 리드가 위치한 방향으로 이동할 가능성이 높을 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 그룹들은(G1, G2)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)들이 상기 전극 리드(111)가 형성되지 않은 부분을 서로 마주보도록 적층되어 있는 바, 상대적으로 상기 복수의 배터리 셀들이 밀집되어 있지 않은 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 일측 또는 타측으로 가스가 이동되기 쉬울 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나, 상기 배터리 셀 그룹은, 전기 전도성의 금속을 구비한 버스바에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바의 형태를 금속 막대 또는 금속 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 버스바는 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하도록 구성된 공지된 일반적인 접속 부재가 적용될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 이에 대해 구체적으로 서술하지 않는다.
더욱이, 상기 배출구(123)는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(S, 도 9참조)과 대면하여 위치될 수 있다. 즉, 상기 배출구(123)는, 상기 배터리 셀 그룹(G1)의 상대적으로 가스 배출이 일어날 확률이 높은 곳과 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 스웰링 현상이나, 열폭주가 발생될 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간으로 가스가 배출되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀 그룹(G1)은, 파우치 타입의 배터리 셀(110)을 구비할 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간으로 가스가 배출되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 셀(110)이 파우치형 배터리 셀(110)인 경우, 상기 배터리 셀 그룹(G1) 사이 공간과 대면하는 배터리 셀(110)의 실링부는 상대적으로 다른 부분의 실링부 보다 실링력이 약하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)와 연통되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 가스 인렛(132)은, 배터리 셀 그룹(G1)의 일측으로부터 배출된 가스의 이동의 이동 동선을 최소화할 수 있도록, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대면하여 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간으로 가스를 배출하도록 구성되고, 상기 배출구(123)는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대면하여 위치되며, 상기 가스 인렛(132)은, 상기 배출구(123)와 연통되도록 위치됨으로써, 상기 배터리 셀 그룹(G1)으로 배출된 가스가 인접한 상기 배출구(123)를 통해 상기 셀 수용부(120) 밖으로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110) 중, 일부 배터리 셀(110)로부터 가스가 상기 배터리 셀 그룹(G1) 사이 공간에 배출되더라도 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대면하는 위치에 형성된 배출구(123)를 통해 최단 거리로 가스를 상기 셀 수용부(120) 밖으로 배출 시킬 수 있는 바, 정상 작동하는 다른 배터리 셀(110)들로 고온의 가스가 이동되어 다른 배터리 셀(110)의 열폭주나 또는 연쇄 폭발이 발생되는 것을 줄일 수 있다.
한편, 다시 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)에 구비된 가스 벤팅부(130)의 가스 채널(131)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간(도 8의 S)과 대향하는 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 4에서와 같이, 상기 가스 벤팅부(130)는, 제1 가스 채널(131a) 및 제2 가스 채널(131b)을 구비할 수 있다. 상기 가스 채널들(131a, 131b)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로 좌 방향 및 우 방향 각각으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로, 좌측에 형성된 제1 가스 채널(131a)은, 좌측에 형성된 제1 가스 인렛(132a)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 좌측에 형성된 제1 가스 채널(131)은, 상기 가스가 이동하는 좁은 통로(137)가 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로 좌측 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 또한, 우측에 형성된 제2 가스 채널(131b)은, 우측에 형성된 제2 가스 인렛(132b)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 우측에 형성된 제2 가스 채널(131b)은, 상기 가스가 이동하는 좁은 통로(137)가 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로 우측 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅부(130)의 단부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 외주부에 위치할 수 있다. 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 외주부 중 다른 배터리 모듈(100)과 대면하고 있지 않은 일측에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 아웃렛(133)은 상기 가스 벤팅부(130)의 상면에 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 그러나, 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니고, 상기 가스 아웃렛(133)은 가스 벤팅부(130)의 좌측단의 좌측면 또는 우측단의 우측면의 일부가 개구되어 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가스 채널(131)은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이 공간과 대향하는 방향으로 연장되고, 상기 가스 아웃렛(133)은, 상기 배터리 셀 그룹(G1) 사이 공간과 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅부(130)의 단부에 형성됨으로써, 상기 가스 아웃렛(133)을 통해 상기 모듈 하우징(140) 외부로 배출된 가스가 상기 모듈 하우징(140)을 승온 시켜, 2차 열폭주 내지 2차 가스 폭발이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 배출구(123)는, 적어도 둘 이상이 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에서와 같이, 상기 상부 하우징(122)에는, 좌우 방향으로 나란히 형성된 제1 배출구(123a), 및 제2 배출구(123b)가 형성될 수 있다. 상기 제1 배출구(123a), 및 상기 제2 배출구 (123b)는 좌우 방향의 소정 거리로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 다시 도 4를 참조하면, 상기 가스 벤팅부(130)는, 상기 가스 채널(131)이 적어도 둘 이상이 구비될 수 있다. 적어도 둘 이상의 가스 채널들(131a, 131b) 각각은 상기 셀 수용부(120)의 적어도 둘 이상의 배출구들(123a, 123b) 각각과 연통되도록 구성될 수 있다. 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널들(131a, 131b)은, 상기 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로 좌측에 위치한 제1 가스 채널(131a)은, 가스의 이동 방향이 제1 배터리 셀 그룹(G1)이 위치한 방향인 좌 방향일 수 있다. 상기 가스 벤팅부(130)의 중앙을 기준으로 우측에 위치한 제2 가스 채널(131b)은, 가스의 이동 방향이 우 방향일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131)이 적어도 둘 이상의 상기 배출구(123) 각각과 연통되며, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널(131)은 상기 가스의 이동 방향이 서로 다르도록 구성됨으로써, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중, 어느 하나에서 고온의 가스가 배출될 경우, 적어도 둘 이상의 배출구(123) 중, 인접한 배출구(123)를 통해 외부로 배출될 수 있고, 상기 배출구(123)와 연통된 가스 채널(131)은, 다른 가스 채널(131)과 가스의 이동 방향이 다르게 설정되어 있어, 하나의 배터리 셀 그룹(G2)의 비정상 작동으로 인해 생성된 고온의 가스에 의해 정상 작동하고 있는 다른 배터리 셀 그룹(G1)을 승온 시키는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 하우징의 셀 수용부의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다. 그리고, 도 9는, 도 8의 B 영역을 확대하여 개략적으로 나타낸 부분 확대도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 보강 빔(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 상기 셀 수용부(120)의 내부 공간에 탑재될 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 셀 수용부(120)의 내부 공간의 중앙에 상기 보강 빔(150)이 위치할 수 있다. 그리고, 상기 보강 빔(150)은, 좌우 방향으로 배치된 배터리 셀 그룹들(G1, G2)의 이격된 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 보강 빔(150)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하도록 구성될 수 있다. 상기 보강 빔(150)은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이를 구획하도록 구성된 격벽부(150a)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보강 빔(150)은, 상기 하부 하우징(121)과 결합되도록 구성된 결합부(150b), 및 상기 결합부(150b)로부터 상기 배출구(123)가 위치한 상부를 향해 돌출된 격벽부(150a)를 구비할 수 있다. 상기 격벽부(150a)는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)이 탑재되는 수용 공간을 2개의 공간으로 구획할 수 있다. 상기 격벽부(150a)는, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중 어느 하나(G2)에서 배출된 고온의 가스가 나머지 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 이동되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 배출된 가스가 상기 배출구(123)로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 사이를 구획하도록 구성된 격벽부(150a)를 구비한 보강 빔(150)을 더 포함함으로써, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2)에서 발생된 고온의 가스를 상기 배출구(123)로 이동할 수 있도록 가이드 할 수 있다. 더욱이, 상기 보강 빔(150)의 격벽부(150a)에 의해, 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중 어느 하나(G2)에서 배출된 고온의 가스(A)가 나머지 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 이동되는 것을 차단할 수 있어, 다른 배터리 셀 그룹(G1)으로 열폭주나 가스 폭발이 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도들이다.
다시 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 보강 빔(150)은, 도 9의 보강 빔(150)과 비교할 경우, 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성될 수 있다. 그외 나머지 구성들은, 도 9에 나타낸 배터리 모듈(100) 구성들과 동일할 수 있다.
구체적으로, 도 10의 상기 보강 빔(150)은, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성될 수 있다. 상기 연통구(H)는, 상기 보강 빔(150)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 또는, 도 10에서와 같이, 상기 연통구(H)는, 상기 보강 빔(150)의 상단이 하부로 내입되어 형성된 홈 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 보강 빔(150)은, 도 11에서와 같이, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재(151)를 더 포함할 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는, 소정 온도 이상으로 상승될 경우, 부피가 팽창하는 열 팽창 소재일 수 있다. 상기 개폐 부재(151)의 열 팽창 소재는, 예를 들면 Saint-Gobain사의 FS1000 제품의 소재일 수 있다. 또는 상기 열 팽창 소재는 소정 온도에서 부피 팽창하는 흑연 조각(Graphite Flake)을 구비할 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는 상기 연통구(H)에 구비될 수 있다. 상기 개폐 부재(151)는, 상기 배터리 셀(110)로부터 고온의 가스가 배출될 경우, 상기 열팽창 소재가 승온되고 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 보강 빔(150)에 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2)로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구(H)가 형성되고, 상기 복수의 배터리 셀(110)로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구(H)를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재(151)를 더 포함함으로써, 배터리 모듈(100)이 정상 작동 시에는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 간의 공기 이동을 원활하게 하여, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 간의 열 평형이 잘 이뤄지도록 할 수 있다. 그리고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹들(G1, G2) 중, 어느 한 그룹에 가스 폭발이 발생될 경우, 상기 개폐 부재(151)에 의해 상기 보강 빔(150)에 형성된 연통구(H)를 밀폐시킬 수 있는 바, 나머지 반대편의 정상 작동하는 배터리 셀 그룹(G1)으로 고온의 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 일부 배터리 셀(110)의 가스 폭발로 인해, 다른 배터리 셀 그룹(G1)의 2차 가스 폭발이 유발되는 것을 방지할 수 있어, 피해를 최소화할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 12를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 도 9의 배터리 모듈(100)의 보강 빔(150)과 달리, 상기 보강 빔(150)에 가스 유도부(152)가 더 구비될 수 있다. 그러나, 그외 나머지 구성들은, 도 9의 배터리 모듈(100)의 구성들과 동일 할 수 있다.
구체적으로, 도 12의 보강 빔(150)은, 상기 가스(A)가 상기 가스 인렛(132)으로 이동하게 유도하도록 가스 유도부(152)가 구비될 수 있다. 상기 가스 유도부(152)는, 상기 격벽부(150a)로부터 돌출되고 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 보강 빔(150)은, 상기 격벽부(150a)의 양측면 각각에 가스 유도부(152)가 구비될 수 있다. 상기 가스 유도부(152)는 상기 가스(A)가 상기 배출구(123)로 이동되는 것을 가이드 하도록 경사면을 가질 수 있다. 상기 경사면은, 상기 격벽부(150a)로부터 상기 배출구(123)를 향해 연장된 형태를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 형상만으로 한정되는 것은 아니고, 도시하지 않았으나, 예를 들면, 상기 가스 유도부(152)는, 상기 격벽부(150a)로부터 상기 배출구(123)를 향해 연장된 곡면을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 보강 빔(150)이 상기 가스(A)가 상기 가스 인렛(132)으로 이동하게 유도하도록 상기 격벽부(150a)로부터 돌출된 구조를 가진 가스 유도부(152)를 구비함으로써, 상기 배터리 셀(110)로부터 배출된 고온 가스가 정체되지 않고 상기 배출구(123)로 이동될 수 있는 바, 상기 고온의 가스로 인해 주변의 다른 배터리 셀(110)을 승온 시키는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 더 큰 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 가스 채널의 내부의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 6 및 도 9와 함께 도 13을 참조하면, 상기 가스 채널(131)의 내부에 고온의 가스, 스파크, 화염 등과 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기(K)들이 소정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 다수의 돌기(K)들은 좁은 통로(137)의 내면으로부터 내측 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 다수의 돌기(K)들은, 가스(A)의 이동 방향으로 기울어진 형상을 가질 수 있다. 즉, 이러한 다수의 돌기(K)들은, 의도된 이동 방향으로 가스(A)를 이동을 허용하면서, 가스(A)의 이동 속도를 감소 시킬 수 있다. 더불어, 이러한 다수의 돌기(K)들은, 가스가 역 방향(의도된 방향과 반대 방향)으로 이동하여 다시 셀 수용부(120) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 상기 가스 벤팅부(130)의 상기 가스 채널(131)의 내부에 이동하는 가스(A)와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기(K)들이 소정 간격으로 이격되어 형성됨으로써, 상기 가스 채널(131)을 이동하는 가스(A)의 이동 속도와 가스 압력을 효과적으로 줄일 수 있다. 더욱이, 상기 다수의 돌기(K)들은, 상기 가스 채널(131)의 의도한 가스의 이동 방향이 아닌 역방향으로 이동(역류)하는 것을 억제할 수 있는 바, 상기 가스 채널(131)을 이동하는 가스가 다시 모듈 하우징 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 고온의 가스가 모듈 하우징 내부로 역류하는 것으로 인해 복수의 배터리 셀(110)이 승온되는 것을 방지할 수 있다.
도 14는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 상기 배터리 모듈(100)을 적어도 하나 이상, 및 복수의 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 팩 케이스(200)를 구비할 수 있다. 상기 팩 케이스(200)는 배터리 모듈(100)들을 수납하기 위한 구성품으로서, 좌측 사이드 프레임(230), 우측 사이드 프레임(240), 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각의 하부와 결합되는 베이스 플레이트(210), 및 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각의 상부와 결합되는 탑 플레이트(220), 상기 팩 케이스(200)의 전면 벽체를 형성하는 프런트 커버(250), 및 후면 벽체를 형성하는 리어 커버(260)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은, 도시하진 않았으나 예를 들면, 복수개가 전후 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1000)의 전면부에는, 상기 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅부(130)의 가스 아웃렛(133)과 연통된 토출구(O)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 벤팅부(130)는, 상기 좌측 사이드 프레임(230) 및 상기 우측 사이드 프레임(240) 각각에 구비된 가스 배출 유로(보이지 않음)와 연통될 수 있다. 그리고, 상기 가스 배출 유로의 말단은, 상기 토출구(O)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 배출 유로는 상기 좌측 사이드 프레임(230)의 연장 방향으로 따라 길게 연장된 가스 통로일 수 있다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 배터리 모듈과 일부 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 우측 사이드 프레임(240)은, 배터리 모듈(100)의 높이 방향으로 연장된 수직 프레임부(241), 및 상기 수직 프레임부(241)에서 수평 방향(좌측 방향)으로 연장되고 상기 가스 벤팅부(130)와 연결되게 마련된 모듈 연결 프레임부(242)를 포함할 수 있다. 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 중공 구조로 형성됨으로써 내부에 가스 이동통로(FP)를 구비한다.
또한, 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 간격마다 형성되는 복수 개의 흡인구(244)들과, 프런트 커버(250) 쪽 일단부에 하나의 토출구(O)를 구비한다. 각 상기 흡인구(244)는 각 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅부(130)의 가스 아웃렛(133)과 대면하도록 위치될 수 있다. 각 상기 흡인구(244)와 가스 아웃렛(133)의 접촉 계면에는 실링과 밀림 방지를 위해 가스켓이 적용될 수 있다. 또한, 고온의 스파크 또는 화염의 외부 유출 방지를 위해 금속 메쉬망이 각 상기 흡인구(244)에 적용될 수도 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 참조하여 살펴보면, 본 실시예의 우측 사이드 프레임(240)의 모듈 연결 프레임부(242)는 상기 가스 벤팅부(130)의 상부에 배치된다. 다시 말하면, 모듈 연결 프레임부(242)는 그 일단부가 가스 채널(131)의 상면 우측 가장자리 위에 놓이고 흡인구(244)가 제2 가스 아웃렛(133b)에 수직으로 매칭됨으로써 가스 벤팅부(130)와 연통된 구조를 이룬다.
즉, 배터리 셀 그룹(G2)에서 발생한 가스는 제2 배출구(123b)를 통해 가스 벤팅부(130)로 유입되고 가스 채널(131)을 따라 우측 방향으로 수평하게 이동하고 제2 가스 아웃렛(133b)에서 상승하여 우측 사이드 프레임(240)로 유입될 수 있다. 그리고, 이동된 가스는 다시 우측 사이드 프레임(240)의 가스 이동통로(FP)를 따라 팩 케이스(200)의 프런트 커버(250) 쪽으로 이동하고, 그리고 모듈 연결 프레임부(242)의 토출구(O)를 통해 팩 케이스(200) 밖으로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 배터리 셀 그룹(G2)에서 발생한 고온의 스파크 또는 화염의 경우, 제2 배출구(123b)와 제2 가스 인렛(132b)의 수직 연결 구조에 의해 1차로 이동 경로의 방향이 전환되고, 가스 채널(131)의 내부의 여러 개의 좁은 통로 구조에 의해 2차로 스파크 또는 화염이 분산되며 제2 가스 아웃렛(133b)과 흡인구(244) 간의 수직 연결 구조에 의해 3차로 스파크 또는 화염의 이동 방향이 전환될 수 있다. 따라서, 이러한 고온의 스파크나 화염의 이동 방향이 여러 차례 전환되고 분산되는 과정을 통해 고온의 스파크나 화염이 소실될 수 있는 바, 스파크와 화염이 팩 케이스(200) 외부로 배출되지 않도록 막을 수 있다. 궁극적으로, 본 발명의 배터리 팩(1000)은, 배터리 팩(1000) 바깥 주변의 화재 위험을 현저히 낮출 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 좌측 사이드 프레임(230)은, 우측 사이드 프레임과 마찬가지로, 상기 가스 벤팅부(130)의 제1 가스 아웃렛(133a)과 연통되는 흡인구가 구비될 수 있다. 상기 좌측 사이드 프레임(230)은, 배터리 모듈(100)의 높이 방향으로 연장된 수직 프레임부, 및 상기 수직 프레임부에서 수평 방향(우측 방향)으로 연장되고 상기 가스 벤팅부(130)와 연결되게 마련된 모듈 연결 프레임부를 포함할 수 있다. 상기 모듈 연결 프레임부는 중공 구조로 형성됨으로써 내부에 가스 이동통로를 구비한다. 또한, 상기 모듈 연결 프레임부(242)는 프런트 커버(250) 쪽 일단부에 하나의 토출구(O)를 구비한다. 상기 좌측 사이드 프레임(230)의 상기 흡인구는 각 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅부(130)의 가스 아웃렛(133)과 대면하도록 위치될 수 있다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(10)는, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(보이지 않음)을 포함할 수 있다. 상기 자동차는 예를 들면, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 탑재한 배터리 팩(1000)을 수용하는 수용 공간을 가진 차체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자동차는, 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 휠체어, 또는 전기 바이크 등일 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.

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀; 및
    상기 복수의 배터리 셀을 내부에 수용하고 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스를 외부로 배출시키는 배출구가 형성된 셀 수용부, 및 상기 셀 수용부의 일측을 커버하도록 구성되고, 상기 배출구로부터 배출된 가스가 유입되는 가스 인렛, 상기 가스 인렛으로 유입된 가스가 이동하는 통로가 형성된 가스 채널, 및 상기 가스 채널과 연통되고 상기 셀 수용부의 외주부와 대면하는 위치에 구비된 가스 아웃렛이 형성된 가스 벤팅부를 구비한 모듈 하우징
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은, 일 방향으로 적층되어 배터리 셀 그룹을 적어도 둘 이상 형성하고,
    적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹은, 서로 이격되어 배치되고,
    적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 각각은, 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간으로 가스를 배출하도록 구성되며,
    상기 배출구는, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대면하여 위치되고,
    상기 가스 인렛은, 상기 배출구와 연통되도록 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 채널은 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향으로 연장되고,
    상기 가스 아웃렛은, 상기 배터리 셀 그룹 사이 공간과 대향하는 방향의 상기 가스 벤팅부의 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배출구는, 적어도 둘 이상이 상기 셀 수용부에 형성되고,
    상기 가스 채널은, 적어도 둘 이상이 상기 가스 벤팅부에 구비되며,
    적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 적어도 둘 이상의 상기 배출구 각각과 연통되며, 적어도 둘 이상의 상기 가스 채널은 상기 가스의 이동 방향이 서로 다르 도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 셀 수용부의 내부 공간에 탑재되고, 적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹 사이에 위치되고, 상기 복수의 배터리 셀로부터 배출된 가스가 상기 배출구로 이동을 가이드 하고 적어도 둘 이상의 배터리 셀 그룹 사이를 구획하도록 구성된 격벽부를 구비한 보강 빔을 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보강 빔은,
    적어도 둘 이상의 상기 배터리 셀 그룹으로 공기가 이동 가능하도록 구성된 연통구가 형성되고,
    상기 복수의 배터리 셀로부터 가스가 배출될 경우, 상기 연통구를 밀폐하도록 구성된 개폐 부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보강 빔은,
    상기 가스가 상기 가스 인렛으로 이동하게 유도하도록 상기 격벽부로부터 돌출된 구조를 가진 가스 유도부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 셀 수용부와 상기 가스 벤팅부는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 채널은,
    내부에 이동하는 가스와 간섭을 일으키도록 구성된 다수의 돌기들이 소정 간격으로 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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