WO2023200303A1 - 안전성이 강화된 배터리 모듈 - Google Patents

안전성이 강화된 배터리 모듈 Download PDF

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WO2023200303A1
WO2023200303A1 PCT/KR2023/005105 KR2023005105W WO2023200303A1 WO 2023200303 A1 WO2023200303 A1 WO 2023200303A1 KR 2023005105 W KR2023005105 W KR 2023005105W WO 2023200303 A1 WO2023200303 A1 WO 2023200303A1
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battery
hole
cover
battery module
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PCT/KR2023/005105
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고윤오
백상민
조승수
최종태
박진주
정상윤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to batteries, and more specifically, to battery modules with enhanced safety, battery packs and automobiles including the same.
  • lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte solution.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • secondary batteries have been widely used for driving or energy storage not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium to large devices such as electric vehicles and energy storage systems (ESS).
  • ESS electric vehicles and energy storage systems
  • a plurality of these secondary batteries can be electrically connected and stored together inside a module case to form one battery module.
  • each secondary battery included in one battery module may be referred to as a battery cell.
  • multiple such battery modules can be connected to form one battery pack.
  • a battery pack when a battery pack includes a plurality of battery modules and each battery module includes a plurality of battery cells, it may be vulnerable to a thermal chain reaction between battery modules or battery cells. For example, if an event such as thermal runaway occurs inside one battery module, propagation of such thermal runaway to other battery modules or other battery cells needs to be suppressed. If thermal runaway propagation between battery modules or battery cells is not properly suppressed, an event occurring in a specific battery module or battery cell may cause a chain thermal reaction in other battery modules or battery cells, causing an explosion or fire. There are concerns that the scale may become larger.
  • gas or flames may be randomly discharged to the outside.
  • the emission of gas or flame is not properly controlled, there is a risk that the gas or flame will be discharged toward other battery modules, causing a thermal chain reaction in other battery modules.
  • other battery modules may exist in front of a battery module, when a flame is emitted toward the front of a specific battery module, the ejected flame is directed to other battery modules, making it easy for fire to spread between battery modules.
  • the present invention was created to solve the above problems, and provides a battery module with an improved structure to properly control the emission of flames generated inside the battery module, a battery pack containing the same, and a vehicle.
  • the purpose is to provide
  • a battery module for achieving the above object includes a plurality of battery cells that are stacked side by side in the left and right directions while standing upright and have a taping member at least partially attached to the upper sealing portion.
  • cell assembly a module terminal electrically connected to the cell assembly; and the module terminal is installed on the outside, accommodates the cell assembly in the interior space, and a top hole communicating with the interior space is formed on the upper side, wherein at least a portion of the unattached section of the taping member is at the top of the cell assembly.
  • This may include a module case configured to be located in the portion where the top hole is formed.
  • the module terminal may be located on the front side of the module case.
  • a plurality of the taping members may be attached to the upper sealing portion of one battery cell to be spaced apart in the front-back direction.
  • the top hole may be configured to expose to the outside a portion between a plurality of taping members spaced apart in the front and rear direction.
  • the top hole may be configured such that a portion of the top of the cell assembly to which the taping member is not attached is exposed more than a portion to which the taping member is attached.
  • the module case may be configured such that the top hole is located at the top of all battery cells provided in the cell assembly.
  • the battery module is configured to measure ambient temperature and may include a thermistor disposed on an upper side of the taping member.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention is made of an electrically insulating material, is interposed between the top of the cell assembly and the module case, and has a cover hole formed in a portion opposite to the portion where the top hole is formed. May include a top cover.
  • cover hole may be formed in a smaller size than the top hole, so that multiple cover holes are arranged in correspondence with one top hole.
  • cover hole may be formed in a honeycomb structure.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention further includes a printed circuit board disposed between the cell assembly and the top cover and configured to transmit an electrical signal to the cell assembly, wherein the top cover includes the The cover hole may not be formed on the upper side of the printed circuit board.
  • the module case may be configured such that the top hole is also formed on the upper side of the printed circuit board.
  • the battery module may include a blocking cover located outside the module case and configured to open and close the top hole according to the internal pressure of the module case.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may include a spacer disposed on the top of the blocking cover.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery module according to the present invention.
  • the discharge of such gas or flame can be appropriately controlled.
  • the flame of a cell ignited inside a battery module can be directed to a direction other than the direction in which the electrode leads or module terminals are located.
  • thermal runaway propagation between battery modules can be prevented, and the spread of fire can be prevented or suppressed.
  • the problem of thermal runaway propagating between battery cells or between battery modules can be more effectively prevented or suppressed.
  • a battery module with improved safety and an application device thereof can be provided.
  • the safety of occupants can be more effectively guaranteed.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the configuration of Figure 1.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing the configuration of a battery cell and a taping member included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a top view schematically showing the configuration of a battery pack including a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion A3 of FIG. 5.
  • Figure 7 is an enlarged view showing a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view showing some components of a battery module in isolation according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram of a combined configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention as seen from the top.
  • Figure 10 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing some components of the battery module of FIG. 10 separated.
  • FIGS. 12 and 13 are enlarged views of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a diagram schematically showing the configuration of a blocking cover according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a battery module to which the blocking cover of FIG. 14 is applied.
  • FIG. 16 is an enlarged view of portion A9 of FIG. 15.
  • 17 and 18 are perspective and cross-sectional views schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 19 is a diagram schematically showing the configuration of a battery cell and a taping member included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 20 is a diagram schematically showing the configuration of a battery cell and a taping member included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 21 is a diagram schematically showing the internal front side configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 22 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the front side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing one form in which the expandable member is expanded in the configuration of FIG. 22.
  • Figure 24 is a perspective view showing an exploded and enlarged partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 25 is an enlarged view showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 26 is a diagram schematically showing an example of an expansion configuration of an expansion member according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 27 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of an expansion member according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 28 is a diagram schematically showing the configuration of an expansion member according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 29 is a diagram schematically showing the configuration of an expansion member according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 30 is a diagram schematically showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 31 is a rear perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a diagram showing some of the components of FIG. 31 separated.
  • Figure 33 is a diagram showing a state in which flame, etc. is ejected from a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 34 is a diagram schematically showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 35 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the rear side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 36 is an enlarged view of portion C3 in Figure 35.
  • Figure 37 is a perspective view showing the front side configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 38 is an exploded perspective view of a portion of the configuration of FIG. 37.
  • inside may refer to a direction toward the central portion of the battery module, and outside may refer to the opposite direction. there is.
  • Figure 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention. Additionally, Figure 2 is an exploded perspective view of the configuration of Figure 1.
  • the battery module according to the present invention may include a cell assembly 100, a module terminal 200, and/or a module case 300.
  • the cell assembly 100 may include a plurality of battery cells 110.
  • each battery cell 110 may refer to a secondary battery.
  • a secondary battery may include an electrode assembly, an electrolyte, and a battery case.
  • the battery cell 110 may be a pouch-type secondary battery. The configuration of this pouch-type battery will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the battery cell 110 and the taping member 120 included in the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 110 is a pouch-type battery, and the case may be made of a pouch exterior material.
  • the case of a pouch-type battery it may include a receiving part and a sealing part.
  • the receiving part may be a part in which the electrode assembly is accommodated inside the pouch exterior material and protrudes outward, such as the part indicated by S1 in FIG. 3 .
  • the sealing portion may be a portion formed by fusion of two pouch exterior materials around the storage portion S1, such as the portion indicated by S2 in FIG. 3 .
  • the sealing portion S2 may be located at three or four corners of the edge of the pouch-type battery.
  • a pouch-type battery in which the sealing portion (S2) is located at four corners is referred to as a four-side sealing cell
  • a pouch-type battery in a form in which the sealing portion (S2) is located at three corners is referred to as a three-side sealing cell.
  • the battery cell 110 shown in FIG. 3 may be a three-sided sealed cell in which the top edge, front edge, and rear edge are sealed.
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked side by side in at least one direction.
  • multiple battery cells 110 may be stacked side by side in the left and right direction (Y-axis direction).
  • each battery cell 110 may be configured to stand upright (Z-axis direction).
  • the storage portion S1 is oriented in the left and right directions
  • the sealing portion S2 is oriented forward and backward. In an upright position facing upward, they can be arranged side by side in the left and right directions.
  • each battery cell 110 may be stacked with the storage portion S1 facing each other.
  • the battery cells 110 may be bonded to each other.
  • a cell adhesive member may be interposed between the battery cells 110.
  • the cell adhesive member DT may be configured in the form of a double-sided adhesive tape in which adhesive is applied to both sides of the substrate.
  • the electrode lead 111 may be arranged to protrude in the front-back direction.
  • the electrode lead 111 may be provided at the front (+X-axis direction) side end and the rear (-X-axis direction) side end of the pouch-type cell, respectively. there is.
  • the direction in which the battery cells 110 are stacked is referred to as the left and right direction, and the direction in which the electrode lead 111 is located in each battery cell 110 may be referred to as the front-to-back direction.
  • each drawing will be described based on the X-axis direction being shown as a front-to-back direction and the Y-axis direction being shown as a left-right direction.
  • a taping member 120 may be attached to each of the plurality of battery cells 110. That is, in the battery module according to the present invention, the cell assembly 100 may include the taping member 120 together with the battery cell 110.
  • the taping member 120 may be provided with an adhesive on at least one side and may be attached to the battery cell 110. Furthermore, the taping member 120 may be attached to the sealing portion of the battery cell 110. In particular, the taping member 120 may be attached to at least the upper sealing portion of the battery cell 110 when each battery cell 110 is placed in an upright position, as shown in FIGS. 2 and 3. .
  • the sealing portion includes a front sealing portion indicated by S2F, a rear sealing portion indicated by S2R, and an upper sealing portion indicated by S2U. can do.
  • the taping member 120 may be attached to the upper sealing part (S2U) located on the upper side among these various sealing parts.
  • the taping member 120 may be attached not only to the upper sealing part S2U but also to the receiving part S1. Furthermore, when the battery cell 110 is viewed from the front side, the storage portion S1 may be arranged to protrude in the left and/or right direction with the upper seal portion S2U as the center. At this time, the central portion of the taping member 120 may be bonded to the upper sealing portion S2U, and both left and right ends may be bonded to the receiving portion S1 disposed in the left and right directions, respectively.
  • At least one sealing portion S2 may be folded.
  • the upper sealing portion (S2U) where the electrode lead 111 is not located may be folded.
  • This folding of the sealing portion S2 may be referred to as side folding or wing folding.
  • the manufacturing process in which the sealing portion S2 is folded twice, or the part in which such a process is performed, is also referred to as double side folding (DSF).
  • the upper sealing unit S2U can be said to be shown in a double side folded form.
  • the taping member 120 may be configured to maintain the folded shape.
  • the taping member 120 is attached to the battery cell 110 in a manner that secures the top sealing portion (S2U) and both storage portions (S1) in a state in which the top sealing portion (S2U) is folded twice. It can be.
  • the taping member 120 may be partially attached to the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110. That is, the taping member 120 may not be attached entirely to a specific sealing portion of the battery cell 110, but may be attached only to a certain portion. Accordingly, a section to which the taping member 120 (tape) is attached and a section to which the taping member 120 (tape) is not attached may exist in a specific sealing portion of the battery cell 110.
  • the taping member 120 is attached to the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110, but only partially, so the taping member 120 is attached to the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110, as shown in the portion indicated by A1. There may be a section where the tape is not attached.
  • the taping member 120 can reduce the space occupied by the cell assembly 100 by fixing the folding configuration of the sealing portion. Additionally, the taping member 120 can suppress swelling of the cell assembly 100 in the Z-axis direction. That is, during use of the battery cell 110, gas may accumulate inside the battery cell, causing swelling of the cell. However, the taping member 120 can prevent the cell from expanding toward the top.
  • the module terminal 200 may be electrically connected to the cell assembly 100.
  • the cell assembly 100 includes a plurality of battery cells 110 and may be electrically connected to each other in series and/or parallel.
  • the plurality of electrically connected battery cells 110 may be connected to other components outside the battery module, such as other battery modules or pack terminals.
  • the module terminal 200 may be connected to a busbar between modules and connected to another battery module.
  • the module terminal 200 allows charging and discharging currents to flow for the cell assembly 100, and can be said to be a gateway to an electrical path through which these charging and discharging currents can be connected to other components located outside the battery module. .
  • the module terminal 200 may have two terminals, that is, a positive terminal and a negative terminal.
  • the module case 300 may have a module terminal 200 installed on the outside. That is, in order to facilitate connection with external components, the module terminal 200 may be configured to be exposed to the outside of the battery module. In particular, the module terminal 200 may be located on the upper side of the battery module to improve connection convenience.
  • the module case 300 may be formed in an empty space inside and configured to accommodate the cell assembly 100 in the internal space.
  • the module case 300 includes a main body frame 310 formed in the form of a tube with both ends open and an end frame covering the open portions at both ends of the main body frame 310. (320) may be provided.
  • This type of body frame 310 is open at the front and rear, and may be provided with a left plate, a right plate, an upper plate, and a lower plate. Additionally, the left plate, right plate, upper plate, and lower plate may be formed in an integrated form, and this body frame 310 may also be referred to as a mono frame. Additionally, the end frames 320 located at the front and rear of the main body frame 310 may be referred to as a front frame (front plate) and a rear frame (rear plate), respectively.
  • the module case 300 has an internal space limited by the main body frame 310 and the end frame 320, and various components including the cell assembly 100 can be accommodated in the limited internal space. there is.
  • the module case 300 may be formed in various other forms.
  • the left plate, right plate, and bottom plate may be configured in an integrated form.
  • the integrated case part may be referred to as a U-frame.
  • the module case 300 may be provided with a box-shaped lower case in which the left plate, right plate, front plate (front frame), and back plate (rear frame) are integrated, and an upper cover that closes the upper open end of the lower case. there is.
  • Each component of the module case 300 may be coupled to each other in various ways, such as welding, insertion, adhesion, and hooking. Additionally, the module case 300 may be made of various materials such as metal or plastic. In particular, both the main body frame 310 and the end frame 320 may be made of aluminum. In this case, mutual weldability is excellent, it is advantageous for weight reduction, and cooling performance can also be improved.
  • the module case 300 may have a top hole formed on at least one side, as shown in the portion indicated by HV in FIG. 2.
  • This top hole (HV) may be provided to penetrate the module case 300 inside and out and communicate with the internal space of the module case 300.
  • the top hole (HV) may be formed on the upper side of the module case 300.
  • a top hole (HV) may be formed in the upper plate.
  • a plurality of top holes may be formed on the upper plate of the module case 300.
  • a number of top holes HV may be arranged in the horizontal direction, that is, in the front-back direction (X-axis direction) and/or in the left-right direction (Y-axis direction), on the upper side of the main body frame 310.
  • the top of the cell assembly 100 may be arranged to face the top hole (HV) of the module case 300.
  • the module case 300 may be configured so that at least a portion of the unattached section of the taping member 120 at the top of the cell assembly 100 is located in a portion where the top hole (HV) is formed.
  • the taping member 120 may be partially, but not entirely, attached to the upper sealing portion (S2U) of the plurality of battery cells 110 provided in the cell assembly 100. You can. Accordingly, in the upper sealing portion S2U of the battery cell 110, there may be an unattached section where the taping member 120 is not attached, such as a portion indicated by A1.
  • the top hole (HV) of the module case 300 may be positioned at a location where at least a portion of the unattached section of the taping member 120 is located. More specifically, in the exemplary configuration of FIG.
  • the top hole (HV) may be formed in the module case 300 so that at least a portion of the top hole (HV) is located on the upper side in the Z-axis direction of the non-attached section indicated by A1. This configuration will be described in more detail with additional reference to the implementation configuration in FIG. 4.
  • Figure 4 is a top view schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the upper side of the cell assembly 100 stored in the internal space of the module case 300 may be exposed through the top hole (HV) formed in the upper plate of the module case 300.
  • the top hole (HV) may be formed so that at least a portion of an unattached section of the upper part of the cell assembly 100 to which the taping member 120 is not attached is exposed.
  • a section indicated by A2 in the At this time the top hole (HV) may be formed in the main body frame 310 so that at least a portion of the non-attached section is exposed to the outside.
  • the discharge direction of gas, flame, etc. can be appropriately controlled. Therefore, it is possible to minimize heat propagation or flame propagation between battery modules due to the emission of gas or flame.
  • the Z-axis of the battery cell 110 is connected by the taping member 120 attached to the upper sealing portion (S2U) (for example, the DSF portion).
  • the taping member 120 is only partially attached to the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110, and therefore the taping member 120 is attached to the entire upper sealing portion (S2U).
  • the fixing force may be weakened compared to the case where it was used.
  • the fixing force of the section where the taping member 120 is not attached may be the weakest. Therefore, gas, flame, etc. are likely to be released first through this non-attached section. Therefore, as in the above embodiment, when the top hole (HV) is formed at a position directly corresponding to the unattached section of the taping member 120, external emissions such as gas or flame emitted from the cell assembly 100 are more likely to occur. It can be done easily.
  • the taping member 120 may be attached separately to each battery cell 110 or may be commonly attached to several battery cells 110 .
  • a separate taping member 120 may be attached to each battery cell 110. That is, the taping member 120 can be independently attached to each individual battery cell 110. For example, when 20 battery cells 110 are arranged in the left and right directions in the cell assembly 100, a separate taping member 120 is attached to the upper sealing portion (S2U) for each of the 20 battery cells 110. It can be.
  • the taping member 120 of the other battery cell 110 may be maintained as is. Accordingly, the function of the taping member 120 in other battery cells 110 can be maintained as is.
  • the temperature may rise first before gas or flame is ejected. And, this temperature increase may weaken the adhesive force of the taping member 120 attached to the battery cell 110. Accordingly, even if the taping member 120 is attached to the upper sealing portion S2U, the adhesive force is not strong, and thus the ejection can be easily performed toward the upper sealing portion S2U.
  • the module terminal 200 may be located on the front side of the module case 300.
  • the electrode lead 111 of each battery cell 110 is provided to protrude toward the front and rear sides of the cell assembly 100, and the module terminal 200 has these electrodes. It may be electrically connected to the lead 111.
  • the module terminal 200 may include a positive terminal and a negative terminal, and both the positive terminal and the negative terminal may be installed on the front side of the module case 300.
  • the battery module according to the present invention may be provided with a bus bar assembly 400.
  • the bus bar assembly 400 may be connected to the electrode lead 111 of the battery cell 110.
  • the electrode leads 111 of the battery cell 110 may be located at both front and rear ends of the cell assembly 100, as shown in FIG. 3 .
  • the bus bar assembly 400 may be disposed on the front and rear sides of the cell assembly 100, respectively.
  • the busbar assembly 400 may include a busbar terminal 410 and a busbar housing 420.
  • the bus bar terminal 410 is made of a conductive metal material such as copper and can be in direct contact with the electrode lead 111.
  • the bus bar housing 420 is made of an electrically insulating material such as plastic, and the position of the bus bar terminal 410 can be fixed by mounting the bus bar terminal 410 thereon.
  • the bus bar housing 420 may be provided with a space or structure in which the bus bar terminal 410 can be mounted.
  • the bus bar assembly 400 may include one or more unit bus bars depending on the series or parallel connection state between the plurality of battery cells 110 included in the cell assembly 100.
  • a plurality of bus bar terminals 410 (unit bus bars) may be mounted on one bus bar housing 420. At this time, the bus bar housing 420 can prevent contact between different unit bus bars.
  • the module terminal 200 may be connected to the bus bar terminal 410 of the bus bar assembly 400.
  • the module terminal 200 may be provided connected to the upper part of the bus bar terminal 410.
  • the module terminal 200 may be configured to be integrated with at least a portion of the bus bar terminal 410.
  • the module terminal 200 may be provided in an integrated form with the bus bar terminal 410 located at the outermost side in the left and right directions.
  • the bus bar terminal 410 located on the leftmost side may be configured with the positive terminal of the battery module integrated at the top.
  • the bus bar terminal 410 located on the far right may be configured as an integrated negative terminal of the battery module.
  • the module terminal 200 is connected to the bus bar assembly 400 located inside the module case 300, and needs to be exposed to the outside of the module case 300 for connection to external components. Accordingly, a hole may be formed in the module case 300 to expose the module terminal 200 to the outside. Moreover, since the module terminal 200 is located on the front side of the module case 300, it can be formed on the front frame located on the front side of the module case 300. As a more specific example, referring to the exemplary drawing of FIG. 2, a terminal hole may be formed at the top of the front frame, as shown in the portion indicated by HT. Additionally, the module terminal 200 connected to the bus bar terminal 410 may be exposed to the outside of the module case 300 through the terminal hole HT.
  • a top hole (HV) is formed on the upper side of the module case 300, and an unattached section of the taping member 120 exists opposite the upper side top hole (HV). It is configured to do so.
  • a terminal hole HT may be formed in the module case 300 so that the module terminal 200 can be exposed to the outside. According to the above-mentioned configuration, flames, etc. are emitted through the terminal hole HT. It can be prevented or suppressed from happening. In this case, it may be more effective in suppressing heat propagation between battery modules or preventing voltage drop of the battery pack. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 is a top view schematically showing the configuration of a battery pack including a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention. Furthermore, FIG. 5 may be said to be a diagram showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of portion A3 of FIG. 5.
  • a plurality of battery modules may be stored in the internal space of the pack housing (PH).
  • a battery pack may include eight battery modules, as indicated by M1 to M8 in FIG. 5 .
  • each battery module may be placed on a side where the module terminal 200 faces another battery module.
  • the first module (M1) has a module terminal 200 located at an end in the -X axis direction
  • the second module (M2) has a module terminal 200 located at an end in the +X axis direction. can be located.
  • the module terminal 200 can be arranged so that it is located on the front side.
  • the two battery modules have their front sides facing each other. It can be placed inside the pack housing (PH) in a fixed form. In this way, when each battery module is arranged so that the module terminal 200 is located on a side close to another battery module, connection between battery modules using a module bus bar, etc. can be facilitated.
  • the front and rear sides of the module case 300 where the electrode leads 111 are located may be relatively spacious compared to other parts. At this time, if the flame is not properly discharged to the outside of the module case 300, the flame may be concentrated toward the electrode lead 111 and the voltage of the battery module may rapidly decrease.
  • the drop time during which the voltage of the battery module falls to 0V can be maintained above a certain level, for example, 5 minutes or more. Additionally, preventing the flame from being directed toward the electrode lead 111 may be advantageous in suppressing thermal runaway or flame propagation between battery cells 110 included within one battery module.
  • Multiple taping members 120 may be attached to one battery cell 110 .
  • the plurality of taping members 120 may be attached to the upper sealing portion S2U of one battery cell 110 to be spaced apart in the front-back direction.
  • a plurality of taping members 120 are attached to the upper DSF of one battery cell 110, and the plurality of taping members 120 are oriented in the front-back direction (X-axis direction). It can be placed at a predetermined distance apart.
  • an unattached section as indicated by A1 may be formed in the space between the taping members 120 spaced apart in the front and rear directions.
  • the upper sealing portion (S2U) can burst when the internal pressure of the battery cell 110 increases.
  • the taping member 120 controls swelling in the Z-axis direction of the battery cell 110 when the internal pressure of the battery cell 110 is below a certain level, while when the internal pressure of the battery cell 110 is above a certain level. If it exceeds the limit, the upper part of the battery cell 110 may burst. Therefore, by directing gas or flame to the upper side of the battery module, it can be more effective in smoothly controlling venting and suppressing heat spread between modules.
  • three taping members 120 may be attached to one battery cell 110 in the front-back direction.
  • the two taping members 120 may be arranged to be positioned as far as possible outside the upper sealing portion (S2U) (DSF) of the battery cell 110 in the front-back direction.
  • the remaining taping member 120 may be disposed at the center of the upper sealing portion (S2U) (DSF) of the battery cell 110 in the front-back direction.
  • the taping member 120 swelling in the Z-axis direction is appropriately suppressed through the taping member 120, and the fixing force of the taping member 120 is not excessively set with respect to the upper seal portion (S2U), thereby ensuring an appropriate timing.
  • the upper sealing part (S2U) may burst.
  • the distance between the taping members 120 in the front and rear direction is appropriately secured, and the top holes (HV) can be formed in a sufficient number or with a sufficient area in the non-attached section. Therefore, venting gas or flames can be smoothly discharged through the top hole (HV).
  • At least a portion of the top hole (HV) may be configured to expose to the outside a portion between the plurality of taping members 120 spaced apart in the front-back direction. That is, in the upper sealing portion S2U of the battery cell 110, the space between the taping members 120 spaced apart in the front and rear directions, as shown in the portion shown as A1 in FIG. 3, may exist as an untaped section. Additionally, the top hole (HV) may be arranged to correspond to at least a portion of the untaped section of the battery cell 110.
  • a plurality of top holes (HV) may be formed on the upper side of the module case 300. Moreover, a plurality of top holes (HV) may be arranged in the front-back direction (X-axis direction) of the battery module. At this time, among the plurality of top holes (HV), at least some of the top holes (HV) may be formed in a position and/or shape such that the untaped section can be exposed to the outside.
  • the plurality of top holes (HV) may be arranged to form five rows in the front-to-back direction, from the first venting row (HV1) to the fifth venting row (HV5).
  • the untaped section of the upper sealing portion (S2U) is exposed to the outside with respect to the plurality of battery cells 110 provided in the cell assembly 100. It may be formed to penetrate the module case 300 so as to be exposed.
  • venting gas or flame, etc. can be quickly discharged to the outside through the top hole (HV) disposed opposite to the non-attached section of the taping member 120. Therefore, it prevents venting gas or flames from remaining inside the module case 300, suppresses heat spread between battery cells 110, and quickly lowers the internal pressure of the module case 300, thereby causing the battery module to explode. etc. can be prevented.
  • HV top hole
  • the top hole HV may be configured so that the non-attached portion of the taping member 120 is exposed more than the attached portion of the taping member 120 at the top of the cell assembly 100.
  • a plurality of top holes (HV) may be provided to open the inside of the module case 300 to the outside.
  • the plurality of top holes (HV) of the upper sealing portion (S2U) of the module case 300 can be exposed through the plurality of top holes (HV) of the upper sealing portion (S2U) of the module case 300.
  • the attached section of the taping member 120 along with the non-attached section of the taping member 120 may be exposed to the outside through the plurality of top holes (HV).
  • the top hole HV may be configured so that the non-attached section of the taping member 120 is relatively more exposed than the attached section of the taping member 120.
  • the unattached section of the taping member 120 is exposed in the second venting row (HV2) and the fourth venting row (HV4).
  • the attachment section of the taping member 120 may be configured not to be exposed.
  • the first venting row (HV1), the third venting row (HV3), and the fifth venting row (HV5) may be configured so that the non-attached section and the attached section of the taping member 120 are both exposed to the outside.
  • the external exposed area of the unattached section of the taping member 120 is the taping member ( It may be configured to be wider than the external exposure area of the attachment section of 120).
  • the open area of the top hole (HV) for the non-attached section of the taping member 120 is 1.5 times or more, at most 2 times or more, compared to the open area for the attached section of the taping member 120. It can be configured to be at most 3 times or more.
  • the portion to which the taping member 120 is not attached is exposed to a greater extent to the top hole (HV), so that flame or gas is discharged more quickly and smoothly through the top hole (HV). You can make it happen. Accordingly, it is possible to more reliably suppress flames, etc. from being discharged in the direction of the module terminal 200, for example, toward the front of the battery module.
  • the module case 300 may be configured such that the top hole (HV) is located at the top of all battery cells 110 provided in the cell assembly 100.
  • a plurality of battery cells 110 may be arranged side by side in the left and right direction (Y-axis direction) in an upright position.
  • the module case 300 may be provided so that the top sealing portion (S2U) of the plurality of battery cells 110 stacked in the left and right directions directly faces the top hole (HV). That is, the upper ends of all battery cells 110 may be exposed to the outside through the top hole (HV).
  • a plurality of top holes (HV) are arranged in the Y-axis direction, and the upper ends of all battery cells 110 are exposed to the outside through these plurality of top holes (HV). You can.
  • the untaped section of all battery cells 110 may be configured to directly face the top hole (HV).
  • the battery cells 110 are connected to the upper sealing part through the second venting row (HV2) and/or the fourth venting row (HV4).
  • the untaped section of (S2U) may be exposed to the outside.
  • all remaining battery cells 110 in which the untaped section of the top sealing portion (S2U) is not exposed to the outside through the second venting row (HV2) or the fourth venting row (HV4) are in the first venting row (
  • the top sealing portion (S2U) may be exposed to the outside through the third venting column (HV1), the third venting column (HV3), and/or the fifth venting column (HV5).
  • the top hole (HV) may be disposed correspondingly at the top of the outermost battery cell 110.
  • the top sealing portion (S2U) of the plurality of battery cells 110 provided in the cell assembly 100 may be exposed to the outside through the plurality of top holes (HV).
  • the unattached section of the taping member 120 may be directly exposed to the outside through the top hole (HV). That is, in the above-mentioned configuration, among the plurality of battery cells 110 provided in the cell assembly 100, there will be no battery cell 110 whose top sealing portion (S2U) is not exposed through the top hole (HV). You can.
  • the area of the top hole (HV) can be secured as wide as possible.
  • each battery cell 110 directly responds to the top.
  • a top hole (HV) may exist. Accordingly, venting response to all battery cells 110 can be performed quickly and smoothly.
  • the influence of the flame or gas on other battery cells 110 can be minimized. there is. Therefore, in this case, it can be more effective in quickly responding to thermal runaway of some battery cells 110 and preventing the spread of thermal runaway between cells.
  • a plurality of top holes may be arranged to be staggered in the front-back direction.
  • the first venting row (HV1), the third venting row (HV3) and/or the fifth venting row (HV5) may have a second venting row (HV2) and/or a fourth venting row disposed adjacent to these venting rows. It can be arranged to be located in different positions in the column (HV4) and in the left and right directions (Y-axis direction).
  • the rigidity of the module case 300 due to the top holes (HV) can be secured at a certain level or higher. That is, a plurality of top holes (HV) are formed in the front and rear directions of the module case 300, but the left and right direction arrangements are varied between each top hole (HV), so that the rigidity of the module case 300 is increased in certain parts in the left and right directions. Excessive degradation can be prevented.
  • the gap between the top holes (HV) is secured at a certain level or more, thereby facilitating the production of a press for forming the top hole (HV). Meanwhile, a configuration that allows all cells to be exposed to the top hole (HV) can also be easily implemented.
  • the number of top holes (HV) may be different between adjacent venting rows.
  • the first to fifth venting rows (HV1 to HV5) may be configured to have a different number of top holes (HV) than the adjacent venting row.
  • the first venting row (HV1), the third venting row (HV3), and/or the fifth venting row (HV5) may be configured to have three top holes (HV) in the left and right directions.
  • the second venting row (HV2) and/or the fourth venting row (HV4) disposed adjacent to this venting row may be configured to have four top holes (HV) in the left and right directions.
  • the number of top holes (HV) included in the venting row in which only the non-taped section is exposed is greater than the number of top holes (HV) included in the venting row in which both the non-taped section and the taped section are exposed. It may be configured to be more than the number of holes (HV).
  • HV3 in which only the non-taped section is exposed, four top holes (HV) are formed, so that the first venting row (HV1) in which both the non-taped section and the taped section are exposed.
  • the number of top holes (HV) may be greater than the three top holes (HV) included in the third venting row (HV3).
  • the number of venting rows in which both the non-attached and attached sections of the taping member 120 are exposed can be formed in a larger number than the venting row in which only the non-attached section of the taping member 120 is exposed.
  • three venting rows in which the taped section and the taped section are exposed together may be formed in the front-back direction (HV1, HV3, HV5), whereas only the taped section is exposed.
  • Two venting rows can be formed in the front-back direction (HV2, HV4).
  • venting performance can be achieved uniformly for each of the plurality of battery cells 110 included in the cell assembly 100.
  • the cell assembly 100 may include a battery cell 110 with both the untaped section and the taped section exposed, and a battery cell 110 with only the untaped section exposed.
  • the battery cell 110 in which not only the taped section but also the taped section is exposed through the top hole (HV), is exposed to the outside through more top holes (HV). You can. Therefore, compared to the battery cell 110 in which only the untaped section is exposed, it is possible to prevent the venting performance of flames, etc. from being deteriorated.
  • Figure 7 is an enlarged view showing a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 may be an enlarged view of portion A4 of Figure 2.
  • the battery module according to the present invention may further include a thermistor, as indicated by TH.
  • the thermistor (TH) may be a component configured to measure ambient temperature.
  • the thermistor TH may be located inside the battery module, for example, on at least one side of the cell assembly 100 to measure the temperature of the cell assembly 100. Moreover, the thermistor TH may be disposed on the upper side of the cell assembly 100.
  • a plurality of thermistors may be included in one cell assembly 100.
  • two thermistors (TH) may be included.
  • two thermistors TH may be disposed on the front and rear sides of the top of the cell assembly 100, respectively, as shown in FIGS. 2 and 4 .
  • the thermistor TH may be disposed on the upper side of the taping member 120, as shown in FIGS. 2 and 7. That is, since the taping member 120 may be partially attached to the upper part of the cell assembly 100, an unattached section and an attached section of the taping member 120 may exist together. In this configuration, the thermistor TH may be disposed on the upper side of the cell assembly 100, above the portion where the taping member 120 is attached. Moreover, when three taping members 120 are attached to the cell assembly 100 to be spaced apart from each other in the front-back direction, the upper side of the frontmost taping member 120 and the upper side of the rearmost taping member 120 In each, a thermistor (TH) may be located.
  • the taping member 120 can have the effect of suppressing such damage.
  • the taping member 120 may include an adhesive layer and a base layer, and the adhesive layer or base layer may be made of an elastic material. In this case, the effect of preventing damage to the thermistor (TH) or the battery cell 110 from vibration or impact can be further improved.
  • the taping member 120 may be made of an electrically insulating material.
  • the measurement accuracy of the thermistor TH can be further improved by preventing the thermistor TH from contacting the aluminum layer included in the pouch exterior material of the battery cell 110.
  • the battery module according to the present invention may further include a protection member, such as the portion indicated by PT in FIG. 7.
  • the protection member (PT) is configured to surround the thermistor (TH) and can prevent or reduce pressure or impact from being applied to the thermistor (TH).
  • the protection member PT may be configured to surround the thermistor TH in the horizontal direction.
  • the protection member PT may be configured to be taller than the thermistor TH in order to prevent pressure or impact applied in the vertical direction from being applied to the thermistor TH. Additionally, the protective member PT may be made of an elastic material capable of absorbing pressure or impact, such as polyurethane, silicone, or other foam material.
  • the thermistor (TH) from the pressure or impact, etc. can prevent damage or cracks from occurring.
  • the thermistor (TH) may be located inside the module case 300 and exposed to the outside through a top hole (HV) formed in the module case 300.
  • HV top hole
  • the front thermistor (TH) is exposed to the upper side through the top hole (HV) of one of the first venting rows (HV1)
  • the rear thermistor (TH) is exposed to the upper side through the top hole (HV) of one of the first venting rows (HV1). It can be installed to be exposed to the upper side through one of the top holes (HV) (HV5).
  • the mechanical stability of the thermistor (TH) can be improved. In particular, even when swelling in the Z-axis direction occurs in the cell assembly 100, the problem of cracks or damage occurring by pressing the thermistor TH by the module case 300 can be prevented. Additionally, in this case, when a situation such as a failure of the thermistor (TH) occurs, replacement or repair of the thermistor (TH) can be easily performed.
  • Figure 8 is a perspective view showing some components of a battery module in isolation according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram of a combined configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention as seen from the top.
  • the battery module according to the present invention may further include a top cover 600.
  • the top cover 600 may be made of an electrically insulating material.
  • the top cover 600 may be made of plastic material.
  • the top cover 600 may be located inside the module case 300.
  • the top cover 600 may be disposed on the upper side of the cell assembly 100.
  • the top cover 600 may be interposed between the top of the cell assembly 100 and the module case 300.
  • the top cover 600 may be configured in a plate shape.
  • the top cover 600 covers the upper side of the cell assembly 100 inside the module case 300, so that the upper side of the cell assembly 100 does not directly contact the upper plate of the module case 300. It can be configured not to do so.
  • the module case 300 may be made of a metal material such as aluminum or SUS.
  • the top cover 600 made of an electrically insulating material can ensure electrical insulation between the cell assembly 100 and the module case 300.
  • the top cover 600 may have a cover hole formed in the portion indicated by HC in FIG. 8.
  • This cover hole HC may be formed to penetrate the top cover 600 in the thickness direction.
  • the cover hole HC may be provided to be located in a portion opposite to the portion where the top hole HV is formed. That is, the position where the cover hole (HC) is formed in the top cover 600 may be provided in a portion corresponding to the position where the top hole (HV) is formed in the module case 300.
  • the cover hole HC extends outward, that is, to the upper side, through the top hole HV. It can be placed in a location where it can be exposed.
  • venting gas can be used to prevent venting gas from being discharged.
  • HC cover hole
  • HV top hole
  • the top cover 600 can be restrained in the downward direction with respect to the upper sealing portion S2U of the cell assembly 100.
  • the top cover 600 can press each battery cell 110 in the downward direction when swelling of each battery cell 110 in the Z-axis direction occurs, thereby preventing swelling of the battery cells 110 in the Z-axis direction. The amount generated can be reduced.
  • a plurality of cover holes HC may be formed in one top cover 600. Moreover, the plurality of cover holes HC may be grouped into several groups and distributedly arranged. In particular, each cover hole (HC) may be formed in a smaller size than the top hole (HV) formed in the module case 300. In addition, when the top cover 600 is inserted into the module case 300, a plurality of cover holes (HC) may be disposed in correspondence with one top hole (HV).
  • a plurality of top holes (HV) are formed in the module case 300, and each top hole (HV) has a much smaller size than each top hole (HV).
  • the cover hole (HC) may be positioned in communication. As a more specific example, 6 to 12 cover holes (HC) may be arranged to correspond to one top hole (HV).
  • Each cover hole HC may be configured to have a size of 1 cm or less, further 0.8 cm or less, particularly 0.6 cm or less. However, these sizes are only examples, and each cover hole HC formed in the top cover 600 may be formed in various sizes and shapes.
  • a top hole (HV) may be formed on at least one side of the module case 300, further on the upper side.
  • a small cover hole (HC) is provided at the bottom of the top hole (HV), thereby preventing fingers, etc. of workers or users from entering the inside of the battery module.
  • the cover hole HC may be provided in a size smaller than the size of a typical user's finger.
  • the cover hole HC may be formed in a honeycomb structure.
  • a plurality of cover holes HC may be formed in the top cover 600, and at least some of the cover holes HC may be formed in a hexagonal shape.
  • the edge of each cover hole HC may be formed to be parallel to the edge of the adjacent cover hole HC.
  • a plurality of cover holes (HC) may form one or two rows and be arranged side by side in the front-to-back direction. Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 9, six cover holes (HC) may be arranged in communication in a honeycomb structure in the front-back direction, corresponding to each top hole (HV).
  • the venting gas can be discharged to the outside quickly and smoothly through the cover hole (HC).
  • the battery module according to the present invention may include a printed circuit board 700, as shown in FIG. 8.
  • the printed circuit board 700 may be interposed between the cell assembly 100 and the top cover 600. Additionally, the printed circuit board 700 may be configured to transmit electrical signals to the cell assembly 100.
  • the bus bar assembly 400 may be disposed on the front and rear sides of the cell assembly 100, and each battery cell 110 included in the cell assembly 100 can be connected from the bus bar assembly 400. Voltage, etc. can be measured. And, these voltage measurement values can be transmitted to the inside or outside of the battery module through the printed circuit board 700.
  • the printed circuit board 700 may provide a path for transmitting the temperature measurement value by the thermistor (TH). Furthermore, the printed circuit board 700 may be configured to be equipped with a thermistor (TH). For example, as shown in portions A5 and A5' in FIG. 8, the printed circuit board 700 may include a thermistor mounting portion. And, the thermistor (TH) can be mounted on one side of the printed circuit board 700 in this thermistor mounting portion.
  • the thermistor mounting portion may be formed to be concave downward, such as portions indicated by A5 and A5'.
  • the thermistor TH may be attached to the upper surface of the printed circuit board 700 in this concave portion.
  • the thermistor TH can be positioned as close to the cell assembly 100 as possible.
  • both the thermistor (TH) and the protection member (PT) are attached to the thermistor mounting portion of the printed circuit board 700. It can be mounted on the top.
  • the printed circuit board 700 may be configured such that the thermistor mounting portions A5 and A5' are located on the upper part of the taping member 120. According to this implementation configuration, it is possible to prevent the thermistor mounting portion formed concavely in the downward direction from directly contacting the battery cell 110. Accordingly, electrical insulation can be ensured between the printed circuit board 700 or the thermistor (TH) and the pouch exterior material of the battery cell 110. Accordingly, it is possible to prevent or reduce noise or errors from occurring in electrical signals transmitted through the printed circuit board 700 or in measurement results of the thermistor (TH). In addition, according to the above implementation configuration, it is possible to prevent the printed circuit board 700 or the battery cell 110 from being damaged or broken due to vibration, impact, friction, etc.
  • the printed circuit board 700 may be configured in the form of an FPCB, that is, a flexible printed circuit board 700. Additionally, the printed circuit board 700 may be formed to extend long in the front-back direction where the electrode leads 111 of each battery cell 110 are located in the cell assembly 100. Moreover, the printed circuit board 700 is configured to connect the bus bar assembly 400 located in front of the cell assembly 100 and the bus bar assembly 400 located in the rear of the cell assembly 100. It can be.
  • the battery module according to the present invention may further include a module connector, as indicated by MC in FIGS. 8 and 9.
  • This module connector (MC) may be a terminal that transmits and receives electrical signals for the battery module to and from the outside.
  • the printed circuit board 700 can transmit battery module information to various control devices such as external components, such as a Battery Management System (BMS) or Energy Controller Unit (ECU), through the module connector (MC). there is.
  • BMS Battery Management System
  • ECU Energy Controller Unit
  • the top cover 600 may be configured so that the cover hole HC is not formed on the upper side of the printed circuit board 700.
  • the top cover 600 is configured so that no cover hole HC is formed in the center portion in the left and right direction (Y-axis direction), such as the portion indicated by A6. It can be.
  • This implementation configuration can be said to be because the printed circuit board 700 is located in a shape that extends long in the front-back direction from the central portion of the lower part of the top cover 600.
  • the printed circuit board 700 may not be exposed to the outside of the battery module through the cover hole HC. Therefore, it is possible to fundamentally block foreign substances from flowing into components mounted thereon, such as the printed circuit board 700 or the thermistor (TH), which are vulnerable to particles or moisture. Therefore, in this case, it is possible to more effectively prevent damage or malfunction of the printed circuit board 700 and the components mounted thereon.
  • the printed circuit board 700 or the thermistor (TH) which are vulnerable to particles or moisture. Therefore, in this case, it is possible to more effectively prevent damage or malfunction of the printed circuit board 700 and the components mounted thereon.
  • the configuration of attaching the printed circuit board 700 to the top cover 600 can be more easily implemented.
  • the printed circuit board 700 may be attached to the lower part of the top cover 600 using a double-sided adhesive tape, etc.
  • the printed circuit board 700 is double-sided attached to the portion where the cover hole HC is not formed. Tape can be attached. Therefore, in this case, there may be sufficient space in the top cover 600 to attach the double-sided adhesive tape, so the printed circuit board 700 can be more stably fixed inside the module case 300.
  • the module case 300 may be configured to have a top hole (HV) formed on the printed circuit board 700 as well.
  • HV top hole
  • top holes (HV) arranged in a zigzag shape have a plurality of cover holes (HC) arranged in direct communication with each other, but some of the top holes (HV) have cover holes (HC) is not placed at all.
  • the top hole (HV) is located in the center in the left-right direction (Y-axis direction) in the 1st, 3rd, and 5th venting rows (HV1, HV3, HV5). , the cover hole HC is not disposed at all.
  • the two top holes (HV) located on the center side in the 2nd and 4th venting rows (HV2, HV4) have only one line with the cover holes (HC) disposed on the outer side in the left and right directions.
  • the cover hole (HC) in which the cover hole (HC) is not arranged at all or is only partially communicated, this can be said to be because the printed circuit board 700 is located below it.
  • the cover hole (HC) in the case of the top hole (HV) formed in the lower portion where the printed circuit board 700 is located, the cover hole (HC) is not formed at all or is formed only partially.
  • the cover hole (HC) in the case of the top hole (HV) formed in the lower portion where the printed circuit board 700 is not located, the cover hole (HC) may be configured to be sufficiently communicated.
  • flames generated in the cell assembly 100 can be smoothly and sufficiently discharged to the upper side.
  • a flame may occur.
  • Such a flame may melt the printed circuit board 700 or the top cover 600 due to high heat or pressure. Or it can be lost. Therefore, in normal conditions, even if it is a top hole (HV) that does not directly expose the cell assembly 100 due to the printed circuit board 700 and the top cover 600, the printed circuit board 700 and the top cover 600 may be damaged due to flame. If the cover 600, etc. is lost, it can play the role of discharging flames, etc. Therefore, by allowing the flame, etc. to be discharged sufficiently and quickly through the top hole (HV) of the module case 300, it is possible to prevent the flame, etc. from heading toward the front side where the module terminal 200 is located.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention. Additionally, FIG. 11 is a perspective view showing some components of the battery module of FIG. 10 separated. And, Figures 12 and 13 are enlarged views of a portion of a battery module according to an embodiment of the present invention. In particular, FIGS. 12 and 13 can be said to be enlarged views showing the configuration of portion A7 of FIG. 10 before and after the top hole (HV) is opened.
  • HV top hole
  • the battery module according to the present invention may further include a blocking cover 800.
  • the blocking cover 800 may be located outside the module case 300.
  • the blocking cover 800 may be located on the upper side of the module case 300.
  • a top hole (HV) may be located on the upper side of the module case 300, and the blocking cover 800 may be attached to the outside of the module case 300, at least in the portion where the top hole (HV) is formed. there is.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may include a top cover 600. At this time, the top cover 600 may be located inside the module case 300, and the blocking cover 800 may be located outside the module case 300.
  • the blocking cover 800 may be located not only on the side where the top hole (HV) is formed, but also on the side where the top hole (HV) is not formed.
  • the blocking cover 800 is formed in an approximately n-shape, so that not only the upper plate of the module case 300 with the top hole (HV) is formed, but also the top plate of the module case 300 without the top hole (HV) is formed. ) can also be attached to the outside of the left and right plates.
  • the blocking cover 800 may be made of a heat-resistant material that can withstand high temperatures.
  • the blocking cover 800 may be made of a ceramic material such as mica.
  • the blocking cover 800 may be provided with a mica sheet. In this case, the blocking cover 800 can more reliably prevent flames from moving or spreading toward the inside or outside of the battery module.
  • the blocking cover 800 may be configured to open and close the top hole (HV) of the module case 300. Furthermore, the blocking cover 800 may be configured to open or close the top hole (HV) depending on the internal pressure of the module case 300.
  • the blocking cover 800 may be provided with an opening and closing portion configured to open and close the top hole (HV) according to the internal pressure of the module case 300, as shown in the portion indicated by OC in FIGS. 10 to 13.
  • the opening/closing portion (OC) may be formed at a position corresponding to the top hole (HV) of the module case 300 with the blocking cover 800 attached to the outside of the module case 300.
  • the opening/closing portion (OC) of the blocking cover 800 may be formed in a shape corresponding to the top hole (HV) of the module case 300.
  • the opening and closing portion (OC) of the blocking cover 800 may also be of a similar size and shape and may be formed in a substantially elliptical shape.
  • the opening/closing portion (OC) of the blocking cover 800 may be configured to close all top holes (HV) in a normal state when the internal pressure of the module case 300 is below a certain level.
  • HV top holes
  • FIGS. 10 and 12 when the blocking cover 800 covers the top of the module case 300, the top hole (HV) of the module case 300 is the blocking cover 800.
  • the opening/closing unit (OC) By being covered by the opening/closing unit (OC), it may not be exposed to the outside, especially to the upper side.
  • the blocking cover 800 may be configured to open at least part of the top hole (HV). For example, if thermal runaway occurs in the cell assembly 100 and gas or flame is generated, the internal pressure of the module case 300 may increase. And, when this internal pressure exceeds a certain level, the opening and closing part (OC) of the blocking cover 800 is opened, and the top hole (HV) located below it can be opened. Accordingly, gas or flame existing inside the module case 300 may be released to the outside of the module case 300, especially to the upper side, as indicated by an arrow in FIG. 13.
  • the top hole (HV) when the battery module is in a normal state, the top hole (HV) is closed by the blocking cover 800, so external foreign matter enters the module case 300 through the top hole (HV). For example, it can block moisture or dust from entering.
  • the opening and closing portion (OC) of the blocking cover 800 is opened, so that venting gas or flame, etc. It can be discharged quickly to the outside, especially to the upper side where the top hole (HV) is formed. Accordingly, it is possible to prevent such flames from affecting other battery cells 110 inside the relevant battery module or affecting other battery modules located on the side of the relevant battery module.
  • the top hole (HV) of another normal battery module can be maintained in a closed state. Accordingly, it is possible to prevent venting gas or flame from flowing into the top hole (HV) of another normal battery module. Therefore, it is possible to more effectively prevent thermal runaway or flames from spreading between battery modules.
  • the opening and closing portion OC of the blocking cover 800 may be configured to form a cut line in the sheet constituting the blocking cover 800.
  • an opening/closing portion (OC) may be provided in the form of a cut line, as indicated by OCL, on the mica sheet provided as the blocking cover 800.
  • the cutting line OCL may be formed by completely cutting the blocking cover 800 in the thickness direction, or by partially cutting it to form a notch or groove.
  • the opening/closing unit (OC) may be configured in various other ways.
  • the opening/closing unit (OC) may be configured in a form in which a hole is covered with a stopper, or in a form in which a door is provided in the hole.
  • a plurality of top holes (HV) of the module case 300 may be formed, and a plurality of opening and closing portions (OC) of the blocking cover 800 may also be formed corresponding thereto.
  • each of the plurality of opening and closing units (OC) provided in one battery module may perform an opening and closing operation independently. For example, even if some openings and closing parts OC are open, other openings and closing parts OC may remain closed.
  • venting gas or flame may first be directed to the top hole (HV) corresponding to or adjacent to the battery cell 110 (event cell) where an event occurred. Then, the opening/closing part (OC) corresponding to the event cell or the adjacent top hole (HV) is opened first, so that venting gas or flame, etc. can be discharged. At this time, the other top hole (HV) may remain closed for at least a certain period of time.
  • venting gas or flames are discharged from an event cell in which thermal runaway, etc., has occurred within one battery module, such venting gases or flames can be prevented from flowing into other normal battery cells 110. there is. Accordingly, the propagation of heat runaway or flame between battery cells 110 within the battery module may be blocked or delayed. Moreover, according to this implementation configuration of the present invention, it may be advantageous to delay the rate of voltage drop of the battery module.
  • the blocking cover 800 may be configured in the form of a sheet having a composite layer. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 14 to 16.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the configuration of the blocking cover 800 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a battery module to which the blocking cover 800 of FIG. 14 is applied.
  • FIG. 15 may be a cross-sectional view taken along line A8-A8' of FIG. 10.
  • FIG. 16 is an enlarged view of portion A9 of FIG. 15.
  • the blocking cover 800 may include a first seat cover 810, a second seat cover 820, and/or a third seat cover 830.
  • the first seat cover 810, the second seat cover 820, and the third seat cover 830 may be sequentially stacked from top to bottom.
  • the first seat cover 810 may be located on the outermost side of the blocking cover 800, particularly on the upper side. Additionally, the first seat cover 810 may be made of a flame-resistant material such as mica. Moreover, as shown in FIGS. 15 and 16, the first seat cover 810 is positioned and shaped to correspond to the top hole (HV) when the blocking cover 800 is attached to the module case 300. An blocking hole (OCH) may be formed. These blocking holes (OCH) may be formed in advance to penetrate the first seat cover 810 in the thickness direction. That is, the blocking hole OCH may be configured to have an open shape in which a portion of the first seat cover 810 is cut away.
  • the blocking hole OCH may be formed to have a larger size than the top hole HV.
  • the horizontal length of the blocking hole OCH may be formed to be larger than the horizontal length of the top hole HV. In this case, the venting gas discharged from the top hole (HV) can be smoothly discharged outside the battery module through the blocking hole (OCH).
  • the second seat cover 820 may be placed in contact with the lower portion of the first seat cover 810.
  • the second seat cover 820 may be adhered to the first seat cover 810.
  • the second seat cover 820 may have the above-described incision line OCL formed at a position corresponding to the blocking hole OCH of the first seat cover 810. Therefore, in a normal state, the top hole (HV) of the module case 300 may be closed by the second seat cover 820 without communicating with the blocking hole (OCH) of the first seat cover 810.
  • the incision line (OCL) is torn or opened, and the top hole (HV) is damaged by the first sheet cover ( It may be opened by communicating with the blocking hole (OCH) of 810).
  • the second seat cover 820 may be made of a flame-resistant material.
  • the second seat cover 820 may be made of mica material.
  • the third seat cover 830 may be placed in contact with the lower portion of the second seat cover 820. Additionally, the third seat cover 830 may be attached to the outside of the module case 300 by directly contacting it.
  • the third seat cover 830 may be made of an electrically insulating material such as plastic.
  • the third seat cover 830 may be made of polyurethane material.
  • the third seat cover 830 may be adhered to the module case 300 and/or the second seat cover 820. Moreover, adhesive is applied to both sides of the third seat cover 830, so that the module case 300 and the second seat cover 820 can be bonded. Additionally, the third seat cover 830 may perform a waterproof or dustproof function to prevent moisture or dust from entering the top hole (HV) from the outside of the module case 300.
  • HV top hole
  • the third seat cover 830 may be made of a material with a lower melting point than the first seat cover 810 or the second seat cover 820. Therefore, if a flame or the like occurs in the top hole (HV) of the module case 300, it may melt or disappear and be removed. Therefore, as shown in FIG. 14, even if no special hole is formed in the third seat cover 830, flames, etc. can be ejected from the top hole (HV) toward the blocking hole (OCH).
  • the first seat cover 810 and the second seat cover 820 can block flame as a composite layer. Therefore, flame blocking performance can be improved in areas other than the top hole (HV). Therefore, it is possible to prevent or suppress the battery cells 110 inside the battery module from being affected by flames emitted from other battery modules or other parts of the battery module.
  • the cut line (OCL) is formed on the second seat cover 820 having a relatively thin thickness, so that the cut line (OCL) can be easily formed on a sheet member such as mica.
  • the thin second sheet cover 820 ruptures quickly, so that flame or gas discharge through the top hole (HV) can be quickly and smoothly performed. there is.
  • the first seat cover 810 and the second seat cover 820 are included in the blocking cover 800 in the form of a composite layer, thereby reducing the thickness of the second seat cover 820,
  • the overall thickness of the blocking cover 800 can be secured to a certain level or higher. Therefore, stable blocking of flames from the outside and rapid opening configuration when internal pressure increases can be easily implemented.
  • the second seat cover 820 with the cut line (OCL) formed is disposed below the first seat cover 810.
  • the second seat cover 820 located inside cannot be easily ruptured. Therefore, it is possible to more effectively prevent flames or gases from a battery module in which a thermal event occurs from rupturing or damaging the second seat cover 820 of another battery module, thereby preventing flames from entering the interior of another battery module.
  • the first seat cover 810, the second seat cover 820, and/or the third seat cover 830 are bent to surround the upper surface and left and right sides of the module case 300, as shown in FIG. 14. It can have a shape.
  • the battery module according to the present invention may include a spacer, such as the portion indicated by FR in FIGS. 10 and 11, etc.
  • the spacer FR may be placed on top of the blocking cover 800.
  • the spacer FR may be attached to the upper surface of the first seat cover 810.
  • the spacer FR may be configured to protrude upward from the blocking cover 800.
  • a plurality of spacers FR may be provided and arranged to be spaced apart from each other in the horizontal direction on the top of the blocking cover 800.
  • the spacer FR may be located in the space between the surface of the blocking cover 800 and the opening and closing portion OC.
  • the spacer FR may be made of an elastic material such as foam.
  • the spacer FR may be made of silicon.
  • the blocking cover 800 when flame or gas is generated and gas is released from the top hole (HV) side, the blocking cover 800 can be prevented from moving toward the pack housing (PH) side.
  • the top cover of the pack housing (PH), etc. may be positioned on top of the battery module.
  • the blocking cover 800 may be lifted to the upper side by the discharge pressure. At this time, if the blocking cover 800 is lifted too much, flames, etc.
  • the spacer FR prevents the blocking cover 800 from being lifted above a certain level toward the pack housing (PH), thereby preventing such a problem. Therefore, according to this implementation configuration, the discharge performance of venting gas or flame through the top hole (HV) and the blocking hole (OCH) can be sufficiently and stably secured.
  • FIG. 17 and 18 are perspective and cross-sectional views schematically showing some configurations of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is an enlarged view of a portion of the blocking cover 800 where one opening/closing portion (OC) is formed, and may be a modified example of portion A7 of FIG. 10 .
  • FIG. 18 is a diagram showing the cross-sectional structure of the upper side of the battery module to which the embodiment of FIG. 17 is applied, and can be said to be a modified example of portion A9 of FIG. 15.
  • the blocking cover 800 may be provided with a blocking protrusion configured to protrude upward, such as a portion indicated by OCW.
  • the blocking protrusion OCW may be formed around the opening and closing portion OC.
  • the blocking protrusion OCW may be formed in a ring shape along the edge of the oval.
  • opening of the opening and closing portion OC of the blocking cover 800 due to external flame, venting gas, etc. can be more reliably prevented.
  • flame or venting gas discharged from another battery module or another opening/closing unit (OC) may flow along the outer surface of the blocking cover 800, especially the first seat cover 810. It can flow.
  • the flame flowing along the outer surface of the blocking cover 800 may hit the blocking protrusion OCW and be redirected upward, as indicated by the arrow.
  • this change in direction can prevent flames, etc. from heading toward the opening/closing portion (OC) of the blocking cover 800, particularly toward the cutting line (OCL) of the second seat cover 820. Therefore, by preventing the opening and closing portion OC of the blocking cover 800 from being opened due to an external flame, etc., it is possible to effectively prevent the spread of flame, etc. between cells or between modules.
  • the blocking protrusion (OCW) may be formed on the upper surface of the first seat cover 810.
  • the blocking protrusion OCW may be provided in the process of forming the blocking hole OCH in the first seat cover 810.
  • the blocking hole (OCH) is formed by passing a penetrating press from the bottom to the upper direction, and at the same time, the border of the blocking hole (OCH) is formed. Burrs can be formed intentionally. Additionally, these burrs may function as blocking protrusions by being formed to protrude upward around the blocking hole OCH.
  • a plurality of taping members 120 are arranged to be spaced apart in the front-back direction on the upper sealing portion (S2U) of each battery cell 110 provided in the cell assembly 100. It is attached in the form. At this time, the plurality of taping members 120 may be attached with the same adhesive force. On the other hand, multiple taping members 120 attached to one battery cell 110 may be attached with different adhesive forces. This will be explained in more detail with reference to FIG. 19.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing the configuration of the battery cell 110 and the taping member 120 included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the plurality of taping members 120 attached to the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110 may be configured to have different adhesive strengths, at least partially.
  • the first tape T1, the second tape T2, and the third tape T3 are attached to the upper sealing portion S2U of the battery cell 110 in the front-back direction. It can be.
  • the first tape T1 and the third tape T3 are the taping members 120 located at the frontmost and rearmost sides of the upper sealing part S2U of the battery cell 110, and are the front end sealing part. And it may be arranged close to the rear end sealing part.
  • the second tape T2 may be positioned between the first tape T1 and the third tape T3.
  • the first tape T1 and the third tape T3 located on the outside may have different adhesive strengths from the other taping member 120, that is, the second tape T2.
  • the first tape T1 and the third tape T3 located on the outside may have stronger adhesive force than the second tape T2, which is the other taping member 120.
  • the second tape T2 located in the center may have weaker adhesive force than the first tape T1 and the third tape T3.
  • configuring the adhesive force between the plurality of taping members 120 differently can be implemented by varying the sizes of the taping members 120.
  • the first tape T1 and the third tape T3 may have larger attachment areas than the second tape T2.
  • the plurality of taping members 120 may be configured to have the same materials and characteristics, and differences in adhesive strength may occur simply by adjusting the size.
  • configuring the adhesive force differently between the plurality of taping members 120 may be implemented by varying the amount or type of adhesive used for the taping members 120.
  • the first tape T1 and the third tape T3 may be attached to the upper sealing portion S2U of the battery cell 110 using an adhesive that has stronger adhesion than the second tape T2. .
  • the present invention when gas or flame, etc., is discharged from the inside of the battery cell 110, it can be directed to a specific part of the upper sealing portion (S2U).
  • the adhesive force of the second tape T2 located in the center is made smaller than the adhesive force of the first tape T1 and the third tape T3 located on the outside, the battery cell 110 ), there is a high possibility that flames, etc. are discharged from the central portion of the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110, not from the portion close to the electrode lead 111.
  • the internal pressure of the battery cell 110 increases, flames, etc.
  • the centrally located second tape (T2) is used rather than the first tape (T1) or the third tape (T3).
  • HV top hole
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the configuration of the battery cell 110 and the taping member 120 included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the taping member 120 may be configured to have an inclined end.
  • the first tape T1 and the third tape T3 are located on the lower side of the portion attached to the pouch exterior material of the battery cell 110, such as the portion indicated by A10 and A10'.
  • the end may be configured to be inclined in a way that it becomes higher in a specific direction.
  • the taping member 120 may be configured in such a way that the attachment length becomes shorter in the direction toward the central portion.
  • the first tape T1 disposed on the front side may be configured such that its length in the vertical direction becomes shorter as it moves toward the center toward the rear (-X-axis direction), as shown in the portion indicated by A10.
  • the third tape T3 disposed on the rear side may be configured to have a length in the vertical direction that becomes shorter as it moves forward (+X-axis direction) toward the central portion, as shown in the portion indicated by A10'.
  • the first tape T1 is likely to be separated from the outer surface of the battery cell 110 at the rear side first because the adhesive force at the rear side is weak. Therefore, when flame or gas is discharged from the inside of the battery cell 110, the central portion of the upper sealing portion (S2U) of the battery cell 110 is opened first rather than the front edge where the electrode lead 111 is located. It can be induced. Also, in the case of the third tape T3, the central portion of the upper sealing portion S2U of the battery cell 110 may be induced to be opened first rather than the rear edge where the electrode lead 111 is located.
  • the flame, etc. is induced to eject from the top sealing portion (S2U) of the battery cell 110 toward the upper side through the central portion, and the ejection is suppressed as much as possible toward the front or rear where the electrode lead 111 is located. can do.
  • the battery module according to the present invention may include a compression pad, as shown in the portion indicated by CP in FIG. 2.
  • the compression pad CP may be disposed between at least some of the battery cells 110 and/or outside the stack.
  • the compression pad CP may be arranged between every four battery cells 110 in the plurality of battery cells 110 stacked in the left and right directions.
  • This compression pad CP may be made of an elastic material to absorb swelling of the battery cell 110.
  • the compression pad (CP) may be made of a foam material such as polyurethane.
  • the compression pad CP may be made of a material capable of blocking heat or flame.
  • the compression pad (CP) may be made of an insulating or fire-retardant material such as silicon or mica.
  • a battery module according to the present invention may include an expansion member 500.
  • the expansion member 500 may be disposed on the front side of the cell assembly 100 in the internal space of the module case 300.
  • the expansion member 500 is disposed in the internal space defined by the mono frame and the end frame 320, and is located along the +X axis in the front side direction of the cell assembly 100. It can be located in any direction.
  • expansion member 500 may be configured to expand in volume by heat to fill at least a portion of the internal space of the module case 300. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 21 to 23.
  • Figure 21 is a diagram schematically showing the internal front side configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 22 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the front side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing one form in which the expandable member 500 is expanded in the configuration of FIG. 22.
  • the expansion member 500 may be disposed on the front side of the cell assembly 100 and configured to cover at least a portion of the front surface of the cell assembly 100.
  • the front side of the cell assembly 100 in the internal space of the module case 300 may be covered by the expansion member 500.
  • the expansion member 500 disposed on the front side of the cell assembly 100 may be configured to expand by heat.
  • heat may be transferred from the cell assembly 100 to the expansion member 500.
  • the expansion member 500 is expanded in volume by the heat transferred in this way, and can fill at least a portion of the empty space located on the front side of the cell assembly 100, as shown in FIG. 23.
  • the expansion member 500 may be configured to fill the empty space between the front frame 320F and the cell assembly 100.
  • the expandable member 500 may fill at least a portion of the portion indicated by B1 in FIG. 22 by expansion.
  • the expansion member 500 may include a material that is foamed by heat.
  • the expandable member 500 may include a material that begins to foam at 200°C or higher.
  • the expansion member 500 may be configured to be foamed by a flame or a high-temperature gas that provides such temperature conditions.
  • the expansion member 500 may be made of a carbon-based material and configured to be expanded by heat.
  • the space on the front side of the cell assembly 100 can be quickly filled. Accordingly, it is possible to quickly block or suppress flames, etc. from being exposed to the front side of the cell assembly 100.
  • the expansion member 500 may be arranged to be spaced apart from the electrode lead 111 of the cell assembly 100 by a predetermined distance.
  • the expansion member 500 may be spaced apart from the electrode lead 111 at a certain distance or more, as shown in the portion indicated by B1 in FIG. 22 . That is, the expansion member 500 may be mounted in the internal space of the module case 300 so as not to directly contact the electrode lead 111.
  • the expansion member 500 it is possible to use an electrically conductive material for the expansion member 500. That is, even if the expansion member 500 includes an electrically conductive material, there is no direct contact between the electrode lead 111 and the expansion member 500, so problems such as short circuits due to direct contact between them can be prevented. You can.
  • the expandable member 500 may be at least partially insulated.
  • at least a portion of the expansion member 500 facing the cell assembly 100 may be coated with an electrically insulating material.
  • the surface of the expansion member 500 facing the cell assembly 100 may be coated with a PET (PolyEthylene Terephthalate) material.
  • PET PolyEthylene Terephthalate
  • the insulating coating layer may be made of various other materials.
  • the expandable member 500 it may be advantageous to secure electrical insulation for the expandable member 500.
  • the expansion member 500 directly contacts the electrode lead 111 or other electrical components, electrical problems such as short circuits can be prevented from occurring.
  • the battery module according to the present invention can be installed in automobiles that may be exposed to vibration or shock during use. At this time, according to the above implementation configuration, even when the expandable member 500 temporarily contacts the electrode lead 111 during vibration or impact, problems such as short circuit can be prevented from occurring.
  • the battery module according to the present invention may further include an insulating cover 900, particularly a front insulating cover 900F.
  • the front insulating cover 900F may be made of an electrically insulating material.
  • the front insulating cover 900F may be made of a polymer material such as plastic.
  • the front insulating cover 900F may be made of Modified Polyphenylene Oxide (MPPO) material.
  • MPPO Modified Polyphenylene Oxide
  • the front insulating cover 900F may be interposed between the front side of the cell assembly 100 and the module case 300. That is, the front insulating cover 900F may be interposed between the cell assembly 100 and the front frame 320F. Accordingly, electrical insulation can be secured between the cell assembly 100 and the front frame 320F.
  • electrical components such as electrode leads 111 may be located on the front side of the cell assembly 100.
  • the front frame 320F may be made of an electrically conductive material such as aluminum.
  • the front insulating cover 900F made of an electrically insulating material is interposed between the electrode lead 111 and the front frame 320F of the cell assembly 100, thereby electrically insulating them.
  • the front insulating cover 900F may have an expansion member 500 attached to its inner surface. That is, the expansion member 500 may be attached to the rear of the front insulating cover 900F using double-sided tape or the like.
  • the front insulating cover 900F may be configured to provide a space to which the expansion member 500 can be attached.
  • the rear of the front insulating cover 900F may have a flat portion to which the expansion member 500 can be attached.
  • the expansion member 500 can be stably positioned inside the module case 300.
  • the front insulating cover 900F may be made of a polymer material, in which case it may melt or disappear in a high temperature flame.
  • the expansion member 500 may foam or expand and block the front side of the cell assembly 100.
  • flames, etc. can be suppressed from being directed toward the front insulating cover 900F, thereby minimizing melting or loss of the front insulating cover 900F.
  • the front insulating cover 900F may be fastened to the module case 300 through a protrusion structure. This will be explained in more detail with reference to FIG. 24.
  • Figure 24 is a perspective view showing an exploded and enlarged partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the front frame 320F and the front insulating cover 900F are shown separated from each other.
  • the module case 300 may have a front fastening hole formed in the portion indicated by HLF.
  • the front insulating cover 900F may have a front fastening protrusion formed in the portion indicated by PLF.
  • the front fastening protrusion (PLF) may be inserted into the front fastening hole (HLF) when assembling the battery module.
  • a plurality of front fastening protrusions (PLF) may be formed on the front insulating cover 900F.
  • a plurality of front fastening holes (HLF) may also be formed in the front frame 320F to correspond to the plurality of front fastening protrusions (PLF).
  • the front fastening protrusion (PLF) may be inserted in a form that penetrates the front frame 320F from the inside to the outside.
  • the outer end of the front fastening protrusion (PLF) exposed to the outside of the front frame 320F may be formed to be thicker than the penetrating portion. That is, the outer end of the front fastening protrusion (PLF) may be formed to be larger than the size of the front fastening hole (HLF).
  • the thick portion of the outer end may be prepared by inserting the front fastening protrusion (PLF) into the front fastening hole (HLF) and then pressing it by applying heat and pressure.
  • the coupling force between the front frame 320F and the front insulating cover 900F can be stably secured. Additionally, in this case, it is possible to prevent the front insulating cover 900F or the expansion member 500 attached therefrom from moving toward the electrode lead 111 and contacting the electrode lead 111, etc.
  • the expansion member 500 may be configured to close the front fastening hole (HLF) when expanded. First, the expansion member 500 may be positioned in a position to block the front fastening hole (HLF) when expanded. The expansion member 500 may be disposed in a position to cover the front fastening hole (HLF) on the Y-Z axis plane when expanded. Additionally, the expansion member 500 may have a shape or structure that can block the front fastening hole (HLF) when expanded. In particular, the expansion member 500 may have a position and shape capable of covering the front fastening hole (HLF) on the Y-Z axis plane even before expansion.
  • the expansion member 500 may be configured to block all of the plurality of front fastening holes (HLF) in an expanded state. .
  • the front fastening hole (HLF) is blocked by the front fastening protrusion (PLF) of the front insulating cover (900F), but if the front insulating cover (900F) melts or disappears due to high heat caused by a flame, etc., the front fastening hole (HLF) is blocked by the front fastening projection (PLF) of the front insulating cover (900F).
  • the hole (HLF) may be opened.
  • external exposure such as flame through the front fastening hole (HLF) can be reliably limited.
  • the expansion member 500 may be configured to block flame or gas from being directed toward the module terminal 200. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 25.
  • FIG. 25 is an enlarged view showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 may be an enlarged view showing the configuration of the upper part of the drawing of FIG. 22.
  • the expandable member 500 may expand when flame or gas is emitted from the cell assembly 100 .
  • the module terminal 200 may be located on the front upper side, and an empty space may exist at the bottom of the module terminal 200, as indicated by B2 in FIG. 25.
  • B2 in FIG. 25.
  • the expansion member 500 expands, at least a portion of the lower empty space B2 of the module terminal 200 may be filled by the expansion member 500. there is.
  • the already expanded expansion member 500 can prevent the movement of the flame.
  • the expansion member 500 may be configured to expand in all directions by heat. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 26.
  • Figure 26 is a diagram schematically showing an example of the expansion configuration of the expansion member 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the expansion member 500 may have a sheet shape with two large surfaces facing the front-back direction (X-axis direction). At this time, the expansion member 500 may be made of a material that expands not only in the front-back direction, which is the thickness direction, but also in all directions, including up, down, left, and right. For example, as indicated by six arrows in FIG. 26, the expandable member 500 can be expanded in all directions of the +X direction, -X direction, +Y direction, -Y direction, +Z direction, and -Z direction. there is.
  • the sheet-shaped expansion member 500 can be configured to be expandable in all directions in the direction parallel to the surface (direction parallel to the Y-Z plane) and the direction perpendicular to the surface ( ⁇ X-axis direction) when expanded.
  • the expansion member 500 may be made of a material that foams in all directions when expanded by thermal foaming.
  • the empty space inside the module case 300 can be well filled when the expansion member 500 is expanded. Accordingly, manufacturability of the expansion member 500 or the internal space of the module case 300 equipped with the expansion member 500 may be easy. In addition, the flame blocking effect by the expansion member 500 can be stably secured.
  • the expansion member 500 may be configured in the form of a sheet of a single material. However, the present invention is not necessarily limited to this form, and the expansion member 500 may be configured in various other forms. In particular, the expansion member 500 may be configured in the form of a composite sheet made of different materials. This will be explained in more detail with reference to FIG. 27.
  • Figure 27 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the expansion member 500 according to another embodiment of the present invention.
  • the expandable member 500 may include two sheets, that is, a first expandable sheet 510 and a second expandable sheet 520.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may be made of different materials.
  • the first expandable sheet 510 may be configured to be specialized for expansion
  • the second expandable sheet 520 may be configured to be specialized for flame blocking.
  • the second expandable sheet 520 may be made of a material with a higher melting point than the first expandable sheet 510.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may be made of materials with different electrical conductivity.
  • the first expandable sheet 510 may be made of an electrically conductive material
  • the second expandable sheet 520 may be made of an electrically insulating material.
  • the first expandable sheet 510 may be made of a material that foams by heat, such as a graphite-based foam material.
  • the second expansion sheet may be made of mica material.
  • first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have different thicknesses.
  • first expandable sheet 510 may be configured to have a thickness of 3 mm
  • second expandable sheet 520 may be configured to have a thickness of 1 mm.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may be stacked on each other in the thickness direction.
  • the second expandable sheet 520 may be located inside the first expandable sheet 510.
  • the second expansion sheet 520 may be stacked on the rear side of the first expansion sheet 510.
  • the second expandable sheet 520 may directly face the electrode lead 111 of the cell assembly 100, and the first expandable sheet 510 may not directly face the electrode lead 111.
  • the first expandable sheet 510 is made of a graphite-based material and is electrically conductive
  • the first expandable sheet 510 is formed by the electrode lead 111 by the second expandable sheet 520, which has electrical insulation. ) can be prevented from coming into direct contact with etc. Therefore, electrical insulation between the first expansion sheet 510 and the electrode lead 111 can be stably secured.
  • the second expandable sheet 520 will primarily block the flame, etc. from heading toward the first expandable sheet 510. You can. Accordingly, the first expandable sheet 510 can be stably foamed or expanded without being immediately burned by a flame or the like.
  • the overall thickness of the expandable member 500 can be reduced.
  • the expansion space of the first expandable sheet 510 is reduced by the space occupied by the second expandable sheet 520, so even if the thickness of the first expandable sheet 510 is not increased, the cell The space on the front side of the assembly 100 can be filled more quickly and reliably. Therefore, even if it is configured with a thin thickness, the performance of the expansion member 500, which seals the space on the front side of the cell assembly 100 and blocks flame emission on the front side, can be more effectively secured.
  • FIG. 28 is a diagram schematically showing the configuration of an expansion member 500 according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 28 (a) is a diagram showing the cross-sectional configuration of the expandable member 500 before it is expanded
  • Figure 28 (b) is a diagram showing the cross-sectional configuration of the expandable member 500 after it is expanded. .
  • the expansion member 500 may be made of different materials in the vertical direction.
  • two sheet members may be stacked on each other in the thickness direction, but in the embodiment of FIG. 28, two sheet members may be stacked on each other in the planar direction.
  • two sheet members that is, the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520, may be stacked in the vertical direction with their edges facing each other.
  • the first expandable sheet 510 may be stacked on top of the second expandable sheet 520.
  • the first expandable sheet 510 may be referred to as an upper expandable sheet
  • the second expandable sheet 520 may be referred to as a lower expandable sheet.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may be made of different materials.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have different thermal expansion rates.
  • the first expandable sheet 510 may have a higher thermal expansion rate than the second expandable sheet 520.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have the same or similar thickness to each other before being expanded.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have different thicknesses after expansion, as shown in (b) of FIG. 28.
  • the first expandable sheet 510 may be configured to have a higher thermal expansion rate than the second expandable sheet 520.
  • the first expandable sheet 510 expands as indicated by arrow B4 in (b) of FIG. 28. It can expand in the thickness direction. Additionally, the second expandable sheet 520 may expand in the thickness direction as indicated by arrow B4' in (b) of FIG. 28. At this time, the thickness direction expansion rate of the first expandable sheet 510 may be greater than the thickness direction expansion rate of the second expandable sheet 520. That is, after expansion, the first expandable sheet 510 may become thicker than the second expandable sheet 520.
  • the expansion rate of the expansion member 500 is configured to be partially different, thereby suppressing or inducing the flame, etc. to move to a specific part.
  • the expansion rate of the first expandable sheet 510 laminated on the top is thick, as indicated by arrow B5 in (b), the direction from the inside to the outside (+X axis direction) )
  • the reflection angle may be less than 90 degrees (°). That is, in the case of the above-mentioned configuration, the flame or electrode discharge is reflected in a bent state toward the rear (-
  • FIG. 28 an embodiment is shown in which two expansion sheets arranged in a vertical direction have the same initial thickness but are made of materials with different expansion rates.
  • the expansion thickness of the expansion member 500 is different.
  • the configuration may be implemented in other ways. This will be explained in more detail with reference to FIG. 29.
  • Figure 29 is a diagram schematically showing the configuration of an expansion member 500 according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 29 (a) is a diagram showing the cross-sectional configuration of the expandable member 500 before it is expanded
  • Figure 29 (b) is a diagram showing the cross-sectional configuration after the expandable member 500 is expanded. .
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have different thicknesses before expansion. That is, the thickness of the first expandable sheet 510 located on the upper side is indicated as B6, and the thickness of the second expandable sheet 520 located on the lower side is indicated as B6'. At this time, B6 and B6' are different values and may have a relationship of B6>B6'.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may expand in the thickness direction.
  • the first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may have different thicknesses after expansion. That is, the first expandable sheet 510 may have a thickness indicated by B7, and the second expandable sheet 520 may have a different thickness indicated by B7'.
  • B7 and B7' have a relationship of B7>B7', and the thickness of the first expandable sheet 510 after expansion may be thicker than the thickness of the second expandable sheet 520 after expansion.
  • first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 do not need to have different expansion rates, so they can be made of the same material.
  • first expandable sheet 510 and the second expandable sheet 520 may be manufactured in an integrated form, and a process of separately manufacturing them and then joining them together may not be necessary. Therefore, in this case, manufacturing of the expansion member 500 becomes easier and structural stability can be ensured.
  • the explanation is centered on the configuration in which the expandable member 500 is expanded in the thickness direction.
  • the expandable member 500 is expanded in the plane (Y-Z plane) direction. You may.
  • the expansion member 500 may be positioned at a predetermined distance from the front bus bar assembly 400.
  • the expansion member 500 may be located at a position spaced a predetermined distance forward from the bus bar terminal 410 or the bus bar housing 420, as indicated by B1 in FIG. 22 . That is, in a normal state in which thermal runaway, etc. does not occur, an empty space may be located between the expansion member 500 and the busbar assembly 400. Also, when thermal runaway occurs and the expandable member 500 expands, this empty space may be filled by the expandable member 500.
  • the expansion member 500 may be configured to be expanded by heat to fill the space between the bus bar assembly 400 and the insulating cover 900.
  • the expansion member 500 includes an electrically conductive material, electrical insulation between the expansion member 500 and the bus bar terminal 410 can be secured. Additionally, in this case, problems such as damage to the bus bar assembly 400 due to the expansion member 500 coming into contact with the bus bar assembly 400 despite external shock or vibration can be prevented.
  • the bus bar housing 420 of the front side bus bar assembly 400 may include a front housing protrusion. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 30.
  • Figure 30 is a diagram schematically showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the front frame 320F and the front insulation cover 900F are removed from the front side of the battery module, and the expansion member 500 is moved further to the front side of the bus bar assembly 400. It is shown.
  • the front bus bar assembly 400 may include a bus bar terminal 410 and a bus bar housing 420.
  • the busbar housing 420 may have a front housing protrusion as indicated by PHF.
  • the front housing protrusion (PHF) may be formed to protrude toward the expansion member 500 located at the front.
  • a bus bar terminal 410 is mounted on the bus bar housing 420, and the electrode lead 111 may be contact-coupled to the bus bar terminal 410 in a bent form.
  • the front housing protrusion (PHF) may protrude further forward than the bus bar terminal 410 or the electrode lead 111 in contact with it.
  • the expansion member 500 in a normal state, direct contact between the bus bar terminal 410 or the electrode lead 111, which is a component for electrical connection, and the expansion member 500 can be more reliably prevented. .
  • the expansion member 500 is made of an electrically conductive material, the separation distance between the bus bar terminal 410 or the electrode lead 111 and the expansion member 500 is stably secured by the front housing protrusion (PHF). can do.
  • the front housing protrusion (PHF) is an expansion member ( It may be configured to protrude toward 500).
  • the front end of the front housing protrusion (PHF) may be positioned at a predetermined distance apart from the inner surface of the expansion member 500 without directly contacting it. In this case, a tolerance can be stably secured between the expansion member 500 and the busbar assembly 400.
  • the front end of the front housing protrusion may directly contact the inner surface of the expandable member 500.
  • the expansion member 500 can maintain its position more stably inside the module case 300 despite external vibration or shock.
  • the front housing protrusion (PHF) may be formed to extend long in the vertical direction.
  • the bus bar terminal 410 mounted on the bus bar housing 420 may be formed to extend long in the vertical direction
  • the front housing protrusion (PHF) may be formed to be long in the vertical direction like the bus bar terminal 410. You can.
  • a plurality of bus bar terminals 410 may be arranged to be spaced apart from each other in the left and right directions in the bus bar housing 420.
  • the front housing protrusion (PHF) may be interposed between adjacent bus bar terminals 410, as shown in FIG. 30.
  • a plurality of front housing protrusions (PHF) may be arranged horizontally in the busbar housing 420. In this case, a stable separation distance can be maintained between all bus bar terminals 410 and the expansion member 500. Additionally, in this case, a state of physical separation between adjacent bus bar terminals 410 can be stably secured.
  • the expansion member 500 may be configured so that its lower end is positioned higher than the lower end of the bus bar terminal 410.
  • the lower end of the expansion member 500 in a normal, non-expanded state, may be positioned higher than the lower end of the bus bar terminal 410 as indicated by B8.
  • the lower end of the bus bar terminal 410 may be located at a lower position than the lower end of the expansion member 500.
  • electrical insulation between the expansion member 500 and the bus bar terminal 410 can be improved.
  • the electrolyte or moisture may accumulate on the bottom of the module case 300.
  • the height of the lower end of the expansion member 500 is configured to be higher than the lower end of the bus bar terminal 410, electricity flow between the bus bar terminal 410 and the expansion member 500 can be prevented even if the electrolyte, etc. is filled to a predetermined height. You can. Therefore, the electrical safety of the battery module can be improved even in situations where electrolyte, etc. leaks or moisture flows in.
  • the flame or gas when the expansion member 500 is provided on the front side of the cell assembly 100, the flame or gas does not first head to the expansion member 500, but passes through the top hole (HV) to the upper part. It can be discharged to the side. In this case, only heat is first transferred to the expandable member 500, allowing the expandable member 500 to sufficiently inflate. Moreover, before the expansion member 500 is expanded, gas or flame is first ejected into the expansion member 500, and the expansion member 500 is separated by the gas or flame, or flames, etc. are emitted into the empty space before expansion. Leakage can be prevented.
  • module case 300 may have a rear hole formed. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 31 and 32.
  • Figure 31 is a rear perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention. Additionally, FIG. 32 is a diagram showing some of the components of FIG. 31 separated.
  • a rear hole may be formed on the opposite side of the portion where the module terminal 200 is installed, that is, on the rear side, as indicated by HR. Like the top hole (HV), this rear hole (HR) may also be provided to communicate with the internal space of the module case 300.
  • Figure 33 is a diagram showing a state in which flame, etc. is ejected from a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a situation such as thermal runaway occurs within the cell assembly 100 stored inside the module case 300
  • flame, high temperature venting gas, electrode discharge, etc. may be generated. And, when such flames exceed a certain level, they may be discharged to the outside of the module case 300.
  • a top hole (HV) is formed on the upper side and a rear hole (HR) is formed on the rear side, so the flame can be guided upward and rearward. That is, flames, etc. may be discharged to the upper side through the top hole (HV), as indicated by a solid arrow in FIG. 33, or to the rear side through the rear hole (HR), as indicated by a dotted line arrow in FIG. 33.
  • flame emission can be suppressed or delayed toward the front side where the module terminal 200 is located.
  • the top hole (HV) and the rear hole (HR) can allow flames to be discharged in different directions other than the front side. More specifically, the top hole (HV) allows flames to be discharged in a vertical direction (upwards), and the rear hole (HR) allows flames to be discharged in a horizontal direction (rearward). Therefore, through the simultaneous upward and rearward discharge of the flame, etc., the flame can be dispersed and discharged into spaces other than the front side, while the front side discharge can be suppressed as much as possible.
  • the end frame 320 may include a front frame 320F and a rear frame 320R.
  • the front frame 320F may be configured to cover the front side opening of the main body frame 310.
  • the front frame 320F may be equipped with a module terminal 200.
  • the front frame 320F may provide a space or structure, such as a terminal hole, where the module terminal 200 can be mounted or exposed.
  • the rear frame 320R may be configured to cover the rear side opening of the main body frame 310. Additionally, the rear frame 320R may be formed with a rear hole (HR).
  • flames or electrode discharges inside the module case 300 are discharged upward and rearward through the top hole (HV) of the main body frame 310 and the rear hole (HR) of the rear frame 320R. It can be.
  • a hole through which flames, etc. can be discharged may not be formed in the front frame 320F. In this case, the flame or electrode discharge may be directed upward or backward, but not toward the front.
  • a plurality of rear holes HR may be formed in the rear frame 320R.
  • a plurality of rear holes HR may be formed in the rear frame 320R in the horizontal and/or vertical directions.
  • the plurality of rear holes HR may be formed in a substantially circular shape and may be configured in a form in which there are no separate vertices.
  • a plurality of rear holes HR may be arranged to be spaced a predetermined distance apart from each other on the rear frame 320R.
  • rear flame discharge through a plurality of rear holes (HR) can be achieved more smoothly and quickly.
  • the battery module according to the present invention may further include a rear insulating cover 900R as an insulating cover 900, as shown in FIGS. 2 and 32.
  • the rear insulating cover 900R may be made of an electrically insulating material.
  • the rear insulating cover 900R may be made of a polymer material such as plastic.
  • the rear insulating cover 900R may be interposed between the cell assembly 100 and the rear frame 320R. Accordingly, electrical insulation can be secured between the cell assembly 100 and the rear frame 320R.
  • electrical components such as electrode leads 111 may be located on the rear side of the cell assembly 100.
  • the rear frame 320R may be made of an electrically conductive material such as aluminum.
  • the rear insulating cover 900R made of an electrically insulating material is interposed between the electrode lead 111 and the rear frame 320R of the cell assembly 100, thereby electrically insulating them.
  • the rear insulating cover 900R may be configured to close the rear hole HR of the module case 300. That is, one or more rear holes (HR) may be formed in the rear frame 320R, so that the internal space of the module case 300 may be exposed to the outside. However, the rear insulating cover 900R can prevent the internal space of the module case 300 from being exposed to the outside.
  • the rear insulating cover 900R is provided on the inside (front side) of the rear frame 320R and can close the rear hole HR from the inside.
  • the rear insulating cover 900R has a rear hole ( HR) can be closed.
  • components stored inside the module case 300, such as the cell assembly 100, may not be exposed to the outside through the rear hole HR.
  • the rear insulating cover 900R may be in close contact with the inner surface of the rear frame 320R. In this case, a wider storage space and venting space can be secured inside the module case 300. Additionally, in this case, the effect of preventing penetration of foreign substances can be further improved.
  • the rear insulating cover 900R may be configured to at least partially expose the rear hole HR when heat is discharged from the cell assembly 100. For example, when a flame occurs in some of the battery cells 110 provided in the cell assembly 100 due to thermal runaway, at least a portion of the rear hole HR may be opened.
  • the internal space of the module case 300 may be exposed to the outside through the rear hole HR. Accordingly, the cell assembly 100 stored inside the module case 300 may be exposed to the outside through the rear hole HR.
  • the configuration in which the rear insulating cover 900R opens the rear hole HR by heat can be implemented by deforming or changing the shape or state of at least a portion of the rear insulating cover 900R due to heat.
  • the rear insulating cover 900R may melt and/or disappear due to the heat and pressure of the flame generated during thermal runaway. And, due to this melting or disappearance, the rear insulating cover 900R can no longer completely close the rear hole HR and may be separated from the rear hole HR, thereby opening the rear hole HR.
  • the rear insulating cover 900R may be made of a plastic material that melts at a certain temperature or higher.
  • the rear insulating cover 900R may be made of a plastic material that is weak to heat so that it can be melted by flame.
  • the rear insulating cover 900R may be made of polycarbonate (PC) material.
  • the rear hole (HR) when the battery module is in a normal state, the rear hole (HR) is completely closed, and water and dust proof effects, electrical safety, etc. can be stably secured. Also, in an abnormal state in which a flame, etc. occurs inside the battery module, the rear hole (HR) is opened, so that the flame, etc. generated inside the battery module can be smoothly discharged to the rear side. Accordingly, the internal pressure of the battery module can be quickly lowered to prevent explosion of the battery module, while also effectively preventing flames, etc. from being ejected toward the front of the battery module where the module terminal 200, etc. are located.
  • the rear frame 320R may have a rear fastening hole formed in the portion indicated by HLR in FIG. 32. Additionally, the rear insulating cover 900R may be provided with a rear fastening protrusion as shown in the portion marked PLR. Here, the rear fastening protrusion (PLR) may be inserted into the rear fastening hole (HLR) when assembling the battery module. A plurality of rear fastening protrusions (PLR) may be formed on the rear insulating cover 900R. Additionally, a plurality of rear fastening holes (HLR) may also be formed in the rear frame 320R to correspond to the plurality of rear fastening protrusions (PLR).
  • one or more rear holes (HR) may be formed in the rear frame 320R.
  • the rear fastening hole (HLR) may be formed in a different position from the rear hole (HR) in the rear frame (320R).
  • the rear fastening hole (HLR) may be formed at a location spaced apart from the rear hole (HR) on the rear frame (320R).
  • the rear fastening protrusion (PLR) may be inserted to penetrate the rear frame 320R from the inside to the outside. Additionally, the outer end of the rear fastening protrusion (PLR) exposed to the outside of the rear frame 320R may be formed to be thicker than the penetrating portion. That is, the outer end of the rear fastening protrusion (PLR) may be formed to be larger than the size of the rear fastening hole (HLR). At this time, the thick portion of the outer end may be prepared by inserting the rear fastening protrusion (PLR) into the rear fastening hole (HLR) and then pressing it by applying heat and pressure.
  • the coupling force between the rear frame 320R and the rear insulating cover 900R can be stably secured. Additionally, in this case, it is possible to prevent the rear insulating cover 900R from moving toward the electrode lead 111 and contacting the electrode lead 111, etc. Accordingly, it is possible to prevent the rear insulating cover 900R or the electrode lead 111 from being damaged or having an electrical short circuit due to shape deformation.
  • the outer surface of the rear frame 320R may be formed to be concave inward at the portion where the rear fastening hole (HLR) is formed.
  • a space in which the thick end of the rear fastening protrusion (PLR) is seated may be provided in the rear frame 320R. Accordingly, it is possible to prevent or minimize the creation of a portion protruding toward the rear of the battery module due to the rear fastening protrusion (PLR).
  • the bus bar assembly 400 may be disposed on the front side of the cell assembly 100 and connected to the front electrode lead 111. And, as shown in FIG. 32, the bus bar assembly 400 may be disposed on the rear side of the cell assembly 100 and connected to the rear electrode lead 111.
  • the rear insulating cover 900R is made of a material with a lower melting point than the bus bar housing 420 of the rear bus bar assembly 400.
  • both the busbar housing 420 and the rear insulating cover 900R of the rear busbar assembly 400 are made of plastic, but the plastic material constituting the rear insulating cover 900R is the rear busbar assembly 400. It may be made of a material with a lower melting point than the plastic material constituting the housing 420.
  • the busbar housing 420 may be made of a material with a higher melting point than the PC material, such as MPPO.
  • the rear insulating cover 900R may melt or disappear before the rear bus bar housing 420. Therefore, before the rear bus bar housing 420 melts, the rear insulating cover 900R first melts and the rear hole HR opens, so that the flame inside the battery module can be quickly and smoothly discharged to the outside. . Therefore, flames, etc. remain in the inner space of the module case 300, especially on the inner rear side, thereby preventing or delaying the structural collapse of the rear bus bar housing 420.
  • the bus bar housing 420 of the rear side bus bar assembly 400 may include a rear housing protrusion. This will be described in more detail with additional reference to FIG. 34.
  • Figure 34 is a diagram schematically showing a partial configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 34 shows the rear frame 320R and the rear insulating cover 900R removed from the rear side of the battery module.
  • the rear bus bar assembly 400 may include a bus bar terminal 410 and a bus bar housing 420.
  • the busbar housing 420 may have a rear housing protrusion as indicated by PHR.
  • the rear housing protrusion (PHR) may be formed to protrude toward the rear insulating cover (900R) located at the rear.
  • a bus bar terminal 410 is mounted on the bus bar housing 420, and the electrode lead 111 may be contact-coupled to the bus bar terminal 410 in a bent form.
  • the rear housing protrusion (PHR) may protrude further rearward than the bus bar terminal 410 or the electrode lead 111 in contact with it.
  • the physical distance between the rear frame 320R and the electrode lead 111 is maintained at a certain level or more, and a stable electrical insulation distance can be secured.
  • the rear housing protrusion (PHR) may be formed to extend long in the vertical direction.
  • the bus bar terminal 410 mounted on the bus bar housing 420 may be formed to extend long in the vertical direction
  • the rear housing protrusion (PHR) may be formed to be long in the vertical direction like the bus bar terminal 410. You can.
  • a plurality of bus bar terminals 410 may be arranged to be spaced apart from each other in the left and right directions in the bus bar housing 420.
  • the rear housing protrusion (PHR) may be interposed between adjacent bus bar terminals 410, as shown in FIG. 34.
  • a plurality of rear housing protrusions (PHR) may be arranged horizontally in the busbar housing 420.
  • the separation distance between the bus bar assembly 400 and the rear insulating cover 900R can be stably secured in the entire horizontal direction at the rear side of the cell assembly 100.
  • the physical separation state between adjacent bus bar terminals 410 can be stably maintained.
  • the front insulating cover 900F may be made of a material having a higher melting point than the rear insulating cover 900R.
  • both the front insulating cover 900F and the rear insulating cover 900R may be made of a plastic material
  • the front insulating cover 900F may be made of a plastic material with a higher melting point than the rear insulating cover 900R.
  • the rear insulating cover 900R may melt before the front insulating cover 900F. Accordingly, before the front insulating cover 900F melts or disappears, the rear hole HR may be opened first. Therefore, flames or high-temperature venting gas generated inside the module case 300 are quickly discharged to the outside through the rear hole (HR), and flames, etc., can be suppressed from heading toward the front.
  • the module case 300 may be configured such that the rear hole HR can communicate with the inner space on the upper side of the cell assembly 100. This will be described in more detail with additional reference to FIGS. 35 and 36.
  • Figure 35 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the rear side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 36 is an enlarged view of portion C3 in Figure 35.
  • an empty space may be formed between the cell assembly 100 and the rear insulating cover 900R or the rear frame 320R, as shown in the portion indicated by C1.
  • the empty space C1 on the rear side may be formed to extend from the inner upper portion of the rear frame 320R to the portion where the rear hole HR is formed.
  • this rear empty space C1 may be connected to the upper space of the cell assembly 100, such as the part indicated by C2 inside the module case 300. Accordingly, when the rear insulating cover 900R is removed, it can be said that the rear hole HR formed in the rear frame 320R communicates with the upper space of the cell assembly 100. Furthermore, the rear frame 320R may be configured to be continuously spaced from the cell assembly 100 to the bus bar assembly 400 from the top to the rear hole HR.
  • the flame ejected from the upper side can be smoothly guided and discharged toward the rear hole (HR).
  • the rear hole (HR) For example, as indicated by the dotted arrow in FIG. 35, flame, electrode discharge, venting gas, etc. discharged into the upper space C2 of the cell assembly 100 are discharged from the top hole (HV) of the module case 300. ) as well as to the rear hole (HR) side. Therefore, by allowing the flame or gas to be smoothly discharged upward and rearward, the internal pressure of the battery module can be quickly lowered, while flames from being directed toward the front can be more effectively suppressed.
  • the module case 300 may have an inclined portion. This inclined portion may be configured so that the distance from the cell assembly 100 gradually increases as it moves toward the rear hole HR. Moreover, these inclined portions may be provided on the inner surface of the module case 300.
  • an inclined portion may be formed in the rear frame 320R, as indicated by C4.
  • This inclined portion C4 may be provided in a direction that moves away from the cell assembly 100 from the top to the bottom, that is, toward the rear (-X-axis direction).
  • This inclined portion may be implemented in a form where the corners are rounded (chamfered) on the inner surface of the rear frame 320R.
  • flames, etc. can be discharged more smoothly to the rear hole (HR) side of the module case 300.
  • the empty space between the cell assembly 100 and the rear frame 320R may be expanded due to the inclined portion C4. Accordingly, a wider venting path can be secured at the rear side of the cell assembly 100.
  • the flame discharge path may be formed at a gently obtuse angle rather than at a right angle due to the inclined portion C4.
  • FIG. 37 is a perspective view showing the front side configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention. Additionally, FIG. 38 is an exploded perspective view of a portion of the configuration of FIG. 37.
  • the front frame which is a component located on the outside of the battery module, is left behind, and some components located on the inside of the battery module are moved to the outside.
  • a terminal hole HT may be formed in the module case 300, particularly the front frame 320F, through which the module terminal 200 can pass. Additionally, the module terminal 200 may be exposed to the outside through the terminal hole HT.
  • the battery module according to the present invention may further include a terminal sealing member (ST).
  • the terminal sealing member (ST) may be configured to seal the space between the terminal hole (HT) and the module terminal 200.
  • HT terminal hole
  • the terminal sealing member ST may seal at least a portion of the space between the front frame 320F and the module terminal 200 in the terminal hole HT.
  • the battery module according to an embodiment of the present invention may further include a front insulating cover 900F.
  • this front insulating cover 900F can electrically insulate between the front frame 320F and the module terminal 200 at the portion where the terminal hole HT of the front frame 320F is formed.
  • the front insulating cover 900F may be interposed in the space between the front frame 320F and the module terminal 200, as shown in FIG. 37.
  • the front insulating cover 900F may have an insulating hole formed in the front insulating cover 900F, such as a portion indicated by HI, in order to expose the module terminal 200 to the outside.
  • the insulating hole HI for exposing the module terminal 200 may be indicated as HI1 to distinguish it from the insulating hole HI for exposing the module connector MC, which will be described later, and is referred to as a first insulating hole.
  • the insulating hole HI of the front insulating cover 900F may communicate with the terminal hole HT of the front frame 320F.
  • the insulation hole HI has a smaller size than the terminal hole HT, so that it can be interposed in the space between the module terminal 200 and the end frame 320 to electrically insulate them.
  • the terminal sealing member ST may be interposed between the module terminal 200 and the first insulating hole HI1 of the front insulating cover 900F. Accordingly, the space between the module terminal 200 and the terminal hole HT can be sealed by the front insulating cover 900F and the terminal sealing member ST.
  • the terminal sealing member (ST) may be made of an elastic material to secure sealing force. Additionally, the terminal sealing member (ST) may be made of a heat-resistant material so that it can withstand heat, flame, etc. In particular, the terminal sealing member (ST) may be made of a heat-resistant rubber material. For example, the terminal sealing member (ST) may be made of or include a fluorine rubber material.
  • the present invention it is possible to prevent or suppress flames, etc. from being exposed to the exposed portion of the module terminal 200.
  • leakage of flames, etc. around the module terminal 200 can be minimized. Therefore, other battery modules are located on the front side of the battery module where the module terminal 200 is located, or flames are ejected through separate inter-module bus bars connecting the modules, causing thermal runaway propagation between modules or pack voltage drop. This can be prevented more effectively.
  • the battery module according to the present invention may further include a module connector (MC), as described above.
  • This module connector (MC) is a connection structure for exchanging various information with the outside of the battery module, and allows electrical signals to be transmitted and received.
  • a connector hole for inserting the module connector MC may be formed in the module case 300.
  • it may be formed to penetrate the module case 300 in the inner and outer directions, as shown in the portion indicated by HN in FIG. 38.
  • the module connector (MC) like the module terminal 200, may be provided on the front side of the battery module.
  • the connector hole HN may also be formed in the front frame 320F together with the terminal hole HT.
  • the front insulating cover 900R is interposed between the cell assembly 100 and the front frame 320F, the module connector MC can be exposed or penetrated in the front insulating cover 900R, as shown in FIG. 38.
  • a second insulating hole HI2 may be formed.
  • the battery module according to the present invention may further include a connector sealing member (SC), as shown in FIGS. 37 and 38.
  • the connector sealing member (SC) may be configured to seal the space between the module case 300 and the module connector (MC) in the connector hole (HN) of the module case 300.
  • the connector sealing member (SC) may be made of an elastic material to secure sealing force. Additionally, the connector sealing member (SC) may be made of a heat-resistant material so that it can withstand heat, flame, etc. In particular, the connector sealing member (SC) may be made of a heat-resistant rubber material. For example, the connector sealing member (SC) may be made of or include a fluorine rubber material.
  • this embodiment of the present invention it is possible to prevent or suppress flames, etc. from being exposed to the exposed portion of the module connector MC.
  • leakage of flames, etc. around the module connector (MC) can be minimized. Therefore, when another battery module is located on the front side of the battery module where the module connector (MC) is located, or flames erupt through separate inter-module bus bars connecting modules, etc., causing thermal runaway propagation between modules and pack voltage drop. This can be prevented more effectively.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules according to the present invention described above.
  • the battery pack according to the present invention may be configured to include a pack housing (PH) and a plurality of battery modules according to the present invention therein, as shown in FIG. 5 .
  • the pack housing PH two or more battery modules may be arranged with their front sides facing each other so that the module terminals 200 are arranged adjacent to each other.
  • the battery module according to the present invention is stored, even in an arrangement where the module terminals 200 face each other, the direction of flames, etc. toward other battery modules can be effectively suppressed or delayed. Also, in this case, short circuits between module terminals 200 can be prevented. Therefore, in emergency situations such as thermal runaway, the effect of preventing heat spread between modules is excellent, and sufficient response or escape time for users, etc. can be secured.
  • the battery pack according to the present invention further includes various other components in addition to the battery module, such as various battery pack components known at the time of filing of the present invention, such as BMS, busbar, relay, current sensor, etc. can do.
  • various battery pack components known at the time of filing of the present invention such as BMS, busbar, relay, current sensor, etc. can do.
  • components such as BMS, bus bars, relays, and current sensors may be included as components of the battery module according to the present invention.
  • components such as BMS, bus bar, relay, and current sensor may be provided inside the module case 300.
  • the battery module may be referred to as a battery pack, and the module case 300 may be referred to as a pack housing (PH).
  • the battery module according to the present invention may be a cell-to-pack type battery pack in which the battery cells 110 are directly mounted on the pack housing (PH).
  • the battery module according to the present invention can be applied to automobiles such as electric vehicles or hybrid vehicles. That is, the vehicle according to the present invention may include a battery module according to the present invention or a battery pack according to the present invention. Additionally, the vehicle according to the present invention may further include various other components included in the vehicle in addition to the battery module or battery pack. For example, the vehicle according to the present invention may further include a control device such as a vehicle body, a motor, or an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • a control device such as a vehicle body, a motor, or an electronic control unit (ECU), in addition to the battery module according to the present invention.
  • ECU electronice control unit
  • 320F front frame
  • 320R rear frame
  • 900F front insulating cover
  • 900R rear insulating cover
  • S2U Top sealing part
  • S2F Front sealing part
  • S2R Rear sealing part
  • HI1 1st insulating hole
  • HI2 2nd insulating hole
  • OCL incision line
  • OCH blocking hole
  • OCW blocking projection
  • TH thermistor
  • T1 to T3 Taping members (1st tape to 3rd tape)
  • HLF front fastening hole
  • HLR rear fastening hole
  • PLF front fastening protrusion
  • PLR rear fastening protrusion
  • PHF Front housing protrusion
  • PHR Rear housing protrusion

Landscapes

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 내부에서 발생된 화염 등의 배출을 적절하게 제어할 수 있도록 구조가 개선되어 안전성이 강화된 배터리 모듈 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 상하 방향으로 세워진 상태로 좌우 방향으로 나란하게 적층되며 적어도 상단 실링부에 부분적으로 테이핑 부재가 부착된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결된 모듈 단자; 및 상기 모듈 단자가 외측에 설치되고, 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 내부 공간과 연통된 탑 홀이 상부 측에 형성되되, 상기 셀 어셈블리의 상단에서 상기 테이핑 부재의 미부착 구간의 적어도 일부분이 상기 탑 홀이 형성된 부분에 위치하도록 구성된 모듈 케이스를 포함할 수 있다.

Description

안전성이 강화된 배터리 모듈
본 출원은 2022년 4월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0047032호, 2023년 4월 12일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0048357호, 2023년 4월 13일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0049002호 및 한국 특허출원 번호 제10-2023-0049009호에 대한 우선권 주장 출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿 PC, 스마트 워치와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 크게 증대되고, 전기 자동차가 점차 널리 보급되면서, 이에 탑재되는 배터리, 특히 반복적인 충방전이 가능한 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 이때, 하나의 배터리 모듈에 포함된 각각의 이차 전지를 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되고, 각각의 배터리 모듈에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열폭주 전파가 제대로 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈이나 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀의 연쇄적인 열적 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으키거나 그 규모를 크게 할 우려가 있다.
특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 가스나 화염 등이 외부로 랜덤하게 배출될 수 있다. 이때, 가스나 화염 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 우려가 있다. 특히, 배터리 모듈의 전방 측으로는 모듈 단자가 존재하여 다른 배터리 모듈 내지 배터리 팩과 전기적으로 연결되기 위한 구성, 이를테면 모듈 버스바 등이 존재할 수 있다. 따라서, 만일 이러한 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배터리 팩 내에서 모듈 단자를 파손시키고 전기적인 쇼트(short)를 일으킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 전방 측으로는, 다른 배터리 모듈이 존재할 수 있으므로, 특정 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배출된 화염이 다른 배터리 모듈로 향하게 되어, 배터리 모듈 간 화재 확산이 일어나기 쉽다.
배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 전파가 일어나는 것을 제대로 제어하지 못하면, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 전압 강하가 급격하게 일어날 수 있다. 그리고 이는, 배터리 모듈이나 배터리 팩이 장착된 장치의 갑작스런 중단을 가져와 예기치 못한 피해를 입힐 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 운행 중 배터리 팩의 전압 강하가 갑자기 발생하면, 전기 자동차를 안전한 장소에 이동시킬만한 시간을 확보할 수가 없다.
뿐만 아니라, 배터리 모듈이나 배터리 셀 간 열적 전파를 제대로 제어하지 못해 화재나 폭발이 갑작스럽게 발생하면, 사용자에 대하여 인명 피해를 입힐 가능성이 높다. 예를 들어, 전기 자동차에서 열 폭주 등이 발생하는 경우, 본격적인 화재로 진행되기까지 일정 수준 이상의 시간을 확보하지 못하면, 탑승자가 안전하게 탈출하지 못할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에서 발생된 화염 등의 배출을 적절하게 제어할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 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, 상하 방향으로 세워진 상태로 좌우 방향으로 나란하게 적층되며 적어도 상단 실링부에 부분적으로 테이핑 부재가 부착된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결된 모듈 단자; 및 상기 모듈 단자가 외측에 설치되고, 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 내부 공간과 연통된 탑 홀이 상부 측에 형성되되, 상기 셀 어셈블리의 상단에서 상기 테이핑 부재의 미부착 구간의 적어도 일부분이 상기 탑 홀이 형성된 부분에 위치하도록 구성된 모듈 케이스를 포함할 수 있다.
상기 모듈 단자는, 상기 모듈 케이스의 전방 측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 테이핑 부재는, 하나의 배터리 셀의 상단 실링부에서 전후 방향으로 이격되게 다수 부착될 수 있다.
또한, 상기 탑 홀의 적어도 일부분은, 상기 전후 방향으로 이격 배치된 다수의 테이핑 부재 사이 부분을 외부로 노출시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 탑 홀은, 상기 셀 어셈블리의 상단에서, 상기 테이핑 부재가 부착되지 않은 부분이 상기 테이핑 부재가 부착된 부분보다 많이 노출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리에 구비된 모든 배터리 셀의 상단에 상기 탑 홀이 위치하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 주변 온도를 측정하도록 구성되며, 상기 테이핑 부재의 상부 측에 배치된 써미스터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전기적 절연 재질로 구성되며, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 모듈 케이스 사이에 개재되고, 상기 탑 홀이 형성된 부분과 대향하는 부분에 커버 홀이 형성된 탑 커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버 홀은, 상기 탑 홀보다 작은 크기로 형성되어, 하나의 탑 홀에 다수의 커버 홀이 대응 배치되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 커버 홀은, 허니컴 구조로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상기 셀 어셈블리와 상기 탑 커버 사이에 개재되어 상기 셀 어셈블리에 대한 전기적 신호를 전달하도록 구성된 인쇄회로기판을 더 포함하며, 상기 탑 커버는, 상기 인쇄회로기판의 상측에는 상기 커버 홀이 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스는, 상기 인쇄회로기판의 상측에도 상기 탑 홀이 형성되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스의 외측에 위치하며, 상기 모듈 케이스의 내압에 따라 상기 탑 홀을 개폐시키도록 구성된 차단 커버를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상기 차단 커버의 상단에 배치된 스페이서를 포함할 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 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 가스나 화염 발생 시, 이러한 가스나 화염의 배출이 적절하게 제어될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 발화되는 셀의 화염이 전극 리드 내지 모듈 단자가 위치하는 방향보다는 다른 방향을 향하도록 유도될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈 간 열 폭주 전파가 방지되고, 화재가 확산되는 것이 방지되거나 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩 내부에서 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 셀의 발화 시, 배터리 팩의 외부로 화염이 노출되는 것을 최대한 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 셀 간, 또는 배터리 모듈 간, 열 폭주가 전파되는 문제가 보다 효과적으로 방지되거나 억제될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 특정 배터리 셀에서 가스나 화염 등이 발생하더라도, 인접한 다른 배터리 셀로 가스나 화염이 영향을 미치는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 특정 배터리 셀이나 특정 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생하더라도, 셀 간 또는 모듈 간 열적 전파가 일어나는 방지하거나 그 속도를 지연시킬 수 있다. 그러므로, 사용자가 탈출이나 화재 진압 등 적절한 조치를 취할 수 있는 시간이 확보되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 안전성이 향상된 배터리 모듈과 그 응용 장치가 제공될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 자동차에 적용되는 경우, 탑승자의 안전을 보다 효과적으로 보장할 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 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 및 테이핑 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 다수 포함된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 6은, 도 5의 A3 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 도 10의 배터리 모듈에 대하여 일부 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 12 및 도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 커버의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는, 도 14의 차단 커버가 적용된 배터리 모듈의 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은, 도 15의 A9 부분에 대한 확대도이다.
도 17 및 도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 19는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 및 테이핑 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀 및 테이핑 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 전방 측 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 23은, 도 22의 구성에서, 팽창 부재가 팽창된 일 형태를 나타내는 도면이다.
도 24는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리 및 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 25는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 26은, 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 부재의 팽창 구성에 대한 일례를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 27은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 팽창 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 28은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 29는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 30은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 31은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 사시도이다.
도 32는, 도 31의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 33은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 화염 등이 분출되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 34는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 35는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 36은, 도 35의 C3 부분에 대한 확대도이다.
도 37은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 구성을 나타내는 사시도이다.
도 38은, 도 37의 일부 구성에 대한 분리 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.
한편, 본 명세서에서는, 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
또한, 본 명세서에서는, 내부 또는 외부와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있는데, 다른 특별한 설명이 없는 한, 내부는 배터리 모듈의 중앙 부분을 향하는 방향을 의미하고, 외부는 그 반대 방향을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있는데, 다른 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 각 실시예에 대하여 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 모듈 단자(200) 및/또는 모듈 케이스(300)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 배터리 셀(110)을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀(110)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 특히, 배터리 셀(110)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이러한 파우치형 전지의 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(110) 및 테이핑 부재(120)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 셀(110)은, 파우치형 전지로서, 케이스가 파우치 외장재로 이루어질 수 있다. 특히, 파우치형 전지의 경우, 수납부 및 실링부를 포함할 수 있다.
여기서, 수납부는, 도 3에서 S1으로 표시된 부분과 같이, 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체가 수납되어 외측으로 돌출되게 형성된 부분일 수 있다. 그리고, 실링부는, 도 3에서 S2로 표시된 부분과 같이, 이러한 수납부(S1)의 주위에서 2개의 파우치 외장재가 융착된 형태로 형성된 부분일 수 있다. 특히, 파우치형 전지가 대략 사각 형태로 형성되는 경우, 실링부(S2)는, 파우치형 전지의 테두리에서 3개 또는 4개의 모서리에 위치할 수 있다. 이때, 실링부(S2)가 4개의 모서리에 위치하는 형태의 파우치형 전지는 4면 실링 셀로 지칭되고, 실링부(S2)가 3개의 모서리에 위치하는 형태의 파우치형 전지는 3면 실링 셀로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 배터리 셀(110)은, 상부 측 모서리, 전방 측 모서리 및 후방 측 모서리가 실링된 3면 실링 셀일 수 있다.
다수의 배터리 셀(110)은, 적어도 일 방향으로 나란하게 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 셀(110)은, 좌우 방향(Y축 방향)으로 나란하게 적층될 수 있다. 이때, 각각의 배터리 셀(110)은, 상하 방향(Z축 방향)으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)들은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수납부(S1)가 좌우 방향을 향하고, 실링부(S2)가 전후 방향 및 상부 방향을 향하도록 기립된 상태에서, 좌우 방향으로 나란하게 배열될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 셀(110)은, 수납부(S1)가 서로 대면된 형태로 적층될 수 있다.
여기서, 셀 어셈블리(100)의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지시키기 위해, 배터리 셀(110) 사이는, 서로 접착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 DT로 표시된 부분과 같이, 배터리 셀(110) 사이에는 셀 접착 부재가 개재될 수 있다. 이때, 셀 접착 부재(DT)는, 기재부의 양면에 접착제가 도포된 양면 접착 테이프 형태로 구성될 수 있다.
파우치형 셀에서, 전극 리드(111)는, 전후 방향으로 돌출되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 실시 구성에 도시된 바와 같이, 전극 리드(111)는, 파우치형 셀의 전방(+X축 방향) 측 단부와 후방(-X축 방향) 측 단부에 각각 구비될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 배터리 셀(110)이 적층된 방향을 좌우 방향으로 하고, 각 배터리 셀(110)에서 전극 리드(111)가 위치하는 방향을 전후 방향이라 할 수 있다. 따라서, 각 도면에 대해서는, X축 방향은 전후 방향, Y축 방향은 좌우 방향으로 나타내는 것을 기준으로 설명한다.
상기 셀 어셈블리(100)에서, 다수의 배터리 셀(110)은 각각 테이핑 부재(120)가 부착될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 셀 어셈블리(100)는, 배터리 셀(110)과 함께 테이핑 부재(120)를 구비할 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 적어도 일면에 접착제가 구비되어, 배터리 셀(110)에 부착될 수 있다. 더욱이, 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 실링부에 부착될 수 있다. 특히, 테이핑 부재(120)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 셀(110)이 세워진 형태로 배치되는 경우, 적어도 배터리 셀(110)의 상단 실링부에 부착될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3의 실시 구성을 참조하면, 배터리 셀(110)에서, 실링부는, S2F로 표시된 바와 같은 전단 실링부, S2R로 표시된 바와 같은 후단 실링부 및 S2U로 표시된 바와 같은 상단 실링부를 구비할 수 있다. 이때, 테이핑 부재(120)는, 이러한 여러 실링부 중, 상부 측에 위치하는 상단 실링부(S2U)에 부착될 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 상단 실링부(S2U)뿐 아니라, 수납부(S1)에도 함께 부착될 수 있다. 더욱이, 배터리 셀(110)을 전방 측에서 바라보면, 상단 실링부(S2U)를 중심으로 수납부(S1)가 좌측 및/또는 우측 방향으로 돌출되게 배치될 수 있다. 이때, 테이핑 부재(120)는, 중앙 부분이 상단 실링부(S2U)에 접착되고, 좌우 양 단부가 각각 좌우 방향에 배치된 수납부(S1)에 각각 접착될 수 있다.
한편, 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀(110)이 차지하는 공간을 줄이기 위한 측면에서, 적어도 하나의 실링부(S2)는 폴딩될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 구성을 참조하면, 전극 리드(111)가 위치하지 않은 상단 실링부(S2U)가 폴딩될 수 있다. 이러한 실링부(S2)의 폴딩은 사이드 폴딩 또는 윙 폴딩 등으로 지칭될 수 있다. 또한, 실링부(S2)의 폴딩이 2회 이루어진 제조 공정, 또는 그러한 공정이 이루어진 부분을 가리켜 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding; DSF)으로 지칭되기도 한다. 도 3의 실시 도면에서는 상단 실링부(S2U)가 더블 사이드 폴딩된 형태로 도시되어 있다고 할 수 있다.
이와 같이 상단 실링부(S2U)가 폴딩된 실시 구성에서, 테이핑 부재(120)는, 폴딩 형태를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 테이핑 부재(120)는, 상단 실링부(S2U)가 2회 폴딩된 상태에서, 상단 실링부(S2U)와 양측 수납부(S1)를 고정시키는 형태로 배터리 셀(110)에 부착될 수 있다.
특히, 상기 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서 부분적으로 부착될 수 있다. 즉, 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 특정 실링부에서, 전체적으로 부착되는 것이 아니라, 일정 부분에만 부착될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110)의 특정 실링부에는 테이핑 부재(120)(테이프)가 부착된 구간과 미부착된 구간이 함께 존재할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 실시 구성에서, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에는 테이핑 부재(120)가 부착되나 부분적으로만 부착되므로, A1으로 표시된 부분과 같이, 테이핑 부재(120)가 부착되지 않은 테이프 미부착 구간이 존재할 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 실링부의 폴딩 구성을 고정하여 셀 어셈블리(100)가 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 또한, 상기 테이핑 부재(120)는, 셀 어셈블리(100)의 Z축 방향 스웰링을 억제할 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)의 사용 중 내부에서 가스가 축적되어 셀의 스웰링 현상이 발생할 수 있는데, 테이핑 부재(120)는 셀이 상부 측 방향으로 팽창하는 것을 억제할 수 있다.
상기 모듈 단자(200)는, 셀 어셈블리(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)에는 다수의 배터리 셀(110)이 포함되어, 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 이와 같이 전기적으로 연결된 다수의 배터리 셀(110)은 배터리 모듈의 외부에 있는 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 모듈이나 팩 단자 등과 연결될 수 있다. 예를 들어, 모듈 단자(200)는, 모듈 간 버스바에 연결되어 다른 배터리 모듈과 연결될 수 있다.
상기 모듈 단자(200)는, 셀 어셈블리(100)에 대한 충전 및 방전 전류가 흐르며, 이러한 충방전 전류가 배터리 모듈의 외부에 위치한 다른 구성요소들과 연결될 수 있도록 마련된 전기적 경로의 관문이라 할 수 있다. 상기 모듈 단자(200)는, 2개의 단자, 즉 양극 단자와 음극 단자를 구비할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 모듈 단자(200)가 외측에 설치될 수 있다. 즉, 외부 구성요소와의 연결을 용이하게 하기 위하여, 모듈 단자(200)는 배터리 모듈의 외부에 노출되게 구성될 수 있다. 특히, 모듈 단자(200)는, 접속 편의성 향상을 위해, 배터리 모듈의 상부 측에 위치할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 내부에 빈 공간에 형성되어 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 케이스(300)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양단이 개방된 관 형태로 형성된 본체 프레임(310)과 본체 프레임(310)의 양단 개방부를 커버하는 엔드 프레임(320)을 구비할 수 있다. 이러한 형태의 본체 프레임(310)은, 전방과 후방이 개방되며, 좌측판, 우측판, 상부판 및 하부판을 구비할 수 있다. 그리고, 좌측판, 우측판, 상판 및 하판은 서로 일체화된 형태로 형성될 수 있는데, 이러한 본체 프레임(310)은 모노 프레임(mono frame)으로 지칭될 수도 있다. 그리고, 본체 프레임(310)의 전후방에 위치하는 엔드 프레임(320)은, 각각 전방 프레임(전판) 및 후방 프레임(후판)으로 지칭될 수도 있다.
이러한 실시 구성에서, 모듈 케이스(300)는, 본체 프레임(310)과 엔드 프레임(320)에 의해 내부 공간을 한정하고, 한정된 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 비롯한 여러 구성요소가 수납되도록 할 수 있다.
이 밖에도, 모듈 케이스(300)는, 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이를테면, 좌측판, 우측판 및 하판이 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 일체화된 케이스 부분은, U-프레임과 같이 지칭될 수 있다. 또는, 모듈 케이스(300)는, 좌측판, 우측판, 전판(전방 프레임) 및 후판(후방 프레임)이 일체화된 박스 형태의 하부 케이스와 하부 케이스의 상부 개방단을 폐쇄하는 상부 커버를 구비할 수 있다.
모듈 케이스(300)의 각 구성요소, 이를테면 본체 프레임(310)과 엔드 프레임(320)은, 용접, 삽입, 접착, 후크 등 다양한 방식으로 상호 결합될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(300)는, 금속이나 플라스틱 등 다양한 재질을 구비할 수 있다. 특히, 본체 프레임(310)과 엔드 프레임(320)은 모두 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 상호 간 용접성이 우수하고 경량화에 유리하며, 냉각 성능도 향상시킬 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 도 2에서 HV로 표시된 부분과 같이, 적어도 일측에 탑 홀이 형성될 수 있다. 이러한 탑 홀(HV)은, 모듈 케이스(300)를 내외측으로 관통하여 모듈 케이스(300)의 내부 공간과 연통되도록 마련될 수 있다. 특히, 탑 홀(HV)은, 모듈 케이스(300)의 상부 측에 형성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(300)가 도 2에 도시된 바와 같이 상판, 하판, 좌측판 및 우측판을 구비하는 모노 프레임 형태로 구성된 경우, 상판에 탑 홀(HV)이 형성될 수 있다.
또한, 탑 홀(HV)은, 모듈 케이스(300)의 상판에서 복수 형성될 수 있다. 예를 들어, 탑 홀(HV)은, 본체 프레임(310)의 상부 측에서, 수평 방향, 즉 전후 방향(X축 방향) 및/또는 좌우 방향(Y축 방향)으로 다수 배치될 수 있다.
이와 같이, 탑 홀(HV)이 모듈 케이스(300)의 상부 측에 형성되는 경우, 셀 어셈블리(100)의 상단은 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)과 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 모듈 케이스(300)는, 셀 어셈블리(100)의 상단 중 테이핑 부재(120)의 미부착 구간의 적어도 일부분이 탑 홀(HV)이 형성된 부분에 위치하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에는, 테이핑 부재(120)가 전체적으로가 아닌 부분적으로 부착될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에는, A1으로 표시된 부분과 같이, 테이핑 부재(120)가 부착되지 않은 미부착 구간이 존재할 수 있다. 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)은, 이러한 테이핑 부재(120)의 미부착 구간의 적어도 일부분이 위치하는 곳에 위치하도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 탑 홀(HV)은, 도 3의 실시 구성에서, A1으로 표시된 미부착 구간의 Z축 방향 상부 측에 적어도 일부분이 위치하도록 모듈 케이스(300)에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 대해서는, 도 4의 실시 구성을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 4를 참조하면, 모듈 케이스(300)의 상판에 형성된 탑 홀(HV)을 통해, 모듈 케이스(300)의 내부 공간에 수납된 셀 어셈블리(100)의 상부 측이 노출될 수 있다. 이때, 탑 홀(HV)의 적어도 일부는, 셀 어셈블리(100)의 상부 중, 테이핑 부재(120)가 부착되지 않은 미부착 구간의 적어도 일부가 노출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시 구성에서, X축 방향(전후 방향)으로 A2로 표시된 구간이 셀 어셈블리(100)의 상부에서 테이핑 부재(120)의 미부착 구간일 수 있다. 이때, 탑 홀(HV)은, 이러한 미부착 구간의 적어도 일부분이 외부로 노출되도록 본체 프레임(310)에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 내부에서 열 폭주 등의 이벤트로 인해, 벤팅 가스나 화염 등이 발생하는 경우, 이러한 가스나 화염이 모듈 케이스(300) 외부로 원활하게 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 비상 시 모듈 케이스(300)의 내압을 신속하게 낮추어, 배터리 모듈의 폭발 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 가스나 화염 등의 배출 방향을 적절하게 제어할 수 있다. 따라서, 가스나 화염 등의 배출로 인해 배터리 모듈 간 열 전파 내지 화염 전파 등이 일어나는 것을 최소화할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 고온 저장 내지 내부 가스 발생 시, 상단 실링부(S2U)(예를 들어, DSF 부분)에 부착된 테이핑 부재(120)에 의해 배터리 셀(110)의 Z축 방향 스웰링을 적절하게 제어 내지 억제하면서도, 열 폭주 등 비상 시에는 벤팅 가스나 화염 등이 상단 실링부(S2U) 방향으로 분출이 유도되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 실시 구성에서, 테이핑 부재(120)는 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에 부분적으로만 부착되므로, 상단 실링부(S2U) 전체에 테이핑 부재(120)가 부착된 경우에 비해 고정력이 약화될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110)의 내부에서 외부로 가스나 화염 등이 분출될 때, 상단 실링부(S2U) 측으로 분출이 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(300)에서 셀 어셈블리(100)의 상단 측에는 탑 홀(HV)이 마련되어 있으므로, 가스나 화염 등이 모듈 케이스(300) 외부로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다.
특히, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U) 중에서, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간의 고정력이 가장 약할 수 있다. 따라서, 가스나 화염 등은, 이러한 미부착 구간을 통해 가장 먼저 방출되기 쉽다. 그러므로, 상기 실시 구성과 같이, 탑 홀(HV)이 테이핑 부재(120)의 미부착 구간에 직접 대응되는 위치에 형성되는 경우, 셀 어셈블리(100) 측에서 방출된 가스나 화염 등의 외부 배출이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 각각의 배터리 셀(110)마다 별도로 부착되거나 여러 배터리 셀(110)에 대하여 공통으로 부착될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)에 다수의 배터리 셀(110)이 구비된 경우, 각각의 배터리 셀(110)마다 별도의 테이핑 부재(120)가 부착될 수 있다. 즉, 테이핑 부재(120)는, 개별 배터리 셀(110)마다 독립적으로 부착될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 20개의 배터리 셀(110)이 좌우 방향으로 배열된 경우, 20개의 배터리 셀(110) 각각마다 별도의 테이핑 부재(120)가 상단 실링부(S2U)에 부착될 수 있다.
이 경우, 가스나 화염 등의 분출로 인해 특정 배터리 셀(110)에서 테이핑 부재(120)가 이탈된다 하더라도, 다른 배터리 셀(110)의 테이핑 부재(120)는 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 다른 배터리 셀(110)에서 테이핑 부재(120)의 기능은 그대로 유지될 수 있다.
또한, 특정 배터리 셀(110)에서 열 폭주 등의 문제 발생 시, 가스나 화염 등이 분출되기 이전에, 먼저 온도 상승이 일어날 수 있다. 그리고, 이러한 온도 상승은, 해당 배터리 셀(110)에 부착된 테이핑 부재(120)의 접착력을 약화시킬 수 있다. 따라서, 상단 실링부(S2U)에 테이핑 부재(120)가 부착되어 있다 하더라도, 그 접착력이 강하지 않으므로, 상단 실링부(S2U) 측으로 분출이 잘 이루어지도록 할 수 있다.
상기 모듈 단자(200)는, 모듈 케이스(300)의 전방 측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성을 참조하면, 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 셀 어셈블리(100)의 전방 측 및 후방 측으로 돌출되게 구비되고, 모듈 단자(200)는 이러한 전극 리드(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 모듈 단자(200)에는 양극 단자와 음극 단자가 포함될 수 있으며, 양극 단자와 음극 단자 모두 모듈 케이스(300)의 전방 측에 설치될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 버스바 어셈블리(400)를 구비할 수 있다. 버스바 어셈블리(400)는, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 더욱이, 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전후 양단에 위치할 수 있다. 이 경우, 버스바 어셈블리(400)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측과 후방 측에 각각 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 버스바 어셈블리(400)는, 버스바 단자(410) 및 버스바 하우징(420)을 포함할 수 있다. 이때, 버스바 단자(410)는, 구리와 같은 전도성 금속 재질로 구성되어 전극 리드(111)와 직접 접촉될 수 있다. 또한, 버스바 하우징(420)은, 플라스틱과 같은 전기적 절연성 재질로 구성되며 버스바 단자(410)가 장착되도록 함으로써 버스바 단자(410)의 위치를 고정시킬 수 있다. 이를 위해, 버스바 하우징(420)은, 버스바 단자(410)가 장착될 수 있는 공간 내지 구조 등이 마련될 수 있다.
버스바 어셈블리(400)는, 셀 어셈블리(100)에 포함된 다수의 배터리 셀(110) 간 직렬 내지 병렬 연결 상태에 따라 하나 이상의 단위 버스바를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 버스바 하우징(420)에는 다수의 버스바 단자(410)(단위 버스바)가 장착될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(420)은, 서로 다른 단위 버스바 사이의 접촉을 방지할 수 있다.
상기 모듈 단자(200)는, 버스바 어셈블리(400)의 버스바 단자(410)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 모듈 단자(200)는, 버스바 단자(410)의 상부에 연결된 형태로 마련될 수 있다. 특히, 모듈 단자(200)는, 버스바 단자(410)의 적어도 일부와 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 모듈 단자(200)는, 좌우 방향으로 최외곽에 위치하는 버스바 단자(410)에 일체화된 형태로 마련될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 다수의 버스바 단자(410) 중, 가장 좌측에 위치하는 버스바 단자(410)는 상단에 배터리 모듈의 양극 단자가 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 가장 우측에 위치하는 버스바 단자(410)는 배터리 모듈의 음극 단자가 일체화된 형태로 구성될 수 있다.
상기 모듈 단자(200)는 모듈 케이스(300)의 내부에 위치하는 버스바 어셈블리(400)와 연결되는 한편, 외부 구성요소와의 연결을 위해 모듈 케이스(300)의 외측으로 노출될 필요가 있다. 따라서, 모듈 케이스(300)에는 이러한 모듈 단자(200)가 외측으로 노출되기 위한 홀이 형성될 수 있다. 더욱이, 모듈 단자(200)는 모듈 케이스(300)의 전방 측에 위치하므로, 모듈 케이스(300)의 전방 측에 위치하는 전방 프레임에 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 2의 실시 도면을 참조하면, 전방 프레임의 상단에는, HT로 표시된 부분과 같이, 단자 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 버스바 단자(410)와 연결된 모듈 단자(200)는, 이러한 단자 홀(HT)을 통해, 모듈 케이스(300)의 외측으로 노출될 수 있다.
상기 실시 구성과 같이, 모듈 단자(200)가 모듈 케이스(300)의 전방 측에 위치하는 경우, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 버스바 단자(410)와의 연결이 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)이 모듈 케이스(300)의 상부 측에 형성되고, 이러한 상부 측 탑 홀(HV)에 대향하여 테이핑 부재(120)의 미부착 구간이 존재하도록 구성되어 있다.
따라서, 고온의 가스나 화염 등은, 배터리 셀(110)로부터 분출될 때, 전극 리드(111)가 위치하지 않는 상부 측으로 배출되기 쉽다. 즉, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 화염 등이 모듈 단자(200)가 위치하는 방향으로 배출되는 것을 억제하거나 지연시킬 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스(300)에는, 모듈 단자(200)가 외부로 노출될 수 있도록 단자 홀(HT)이 형성될 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 단자 홀(HT)을 통해 화염 등이 방출되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 간 열전파 억제 내지 배터리 팩의 전압 저하 방지에 보다 효과적일 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 다수 포함된 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 더욱이, 도 5는, 본 발명의 일 실시예예 따른 배터리 팩의 구성을 나타내는 도면이라 할 수도 있다. 도 6은, 도 5의 A3 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 팩 하우징(PH)의 내부 공간에 다수 수납될 수 있다. 일례로, 배터리 팩에는, 도 5에서 M1~M8로 표시된 바와 같이, 8개의 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 이때, 각각의 배터리 모듈은, 모듈 단자(200)가 다른 배터리 모듈을 향하는 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시 구성에서, 제1 모듈(M1)은 -X축 방향 단부에 모듈 단자(200)가 위치하고, 제2 모듈(M2)은 +X축 방향 단부에 모듈 단자(200)가 위치할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 모듈 단자(200)가 전방 측에 위치하도록 배치될 수 있는데, 상기 도 5 및 도 6의 실시 구성을 살펴보면, 2개의 배터리 모듈은, 전방 측이 서로 대면된 형태로 팩 하우징(PH) 내부에 배치될 수 있다. 이와 같이 각각의 배터리 모듈이, 다른 배터리 모듈과 가까운 측면에 모듈 단자(200)가 위치하도록 배치되는 경우, 모듈 버스바 등을 이용한 배터리 모듈 간 접속이 용이해질 수 있다.
이와 같은 다수의 배터리 모듈 간 배치 구성에서, 만일 모듈 단자(200) 측으로 화염이나 고온의 가스 등이 배출되면, 다른 배터리 모듈로 화재가 확산되거나 열 폭주 전파 문제 등이 발생하기 쉽다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 모듈 단자(200)가 향하는 방향으로 화염이나 가스 등이 배출되는 것이 억제될 수 있으므로, 이러한 모듈 간 화재 확산 내지 열 전파 문제 등이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
또한, 모듈 케이스(300)의 내부에서 전극 리드(111)가 위치하는 전방 내지 후방 측은, 다른 부분에 비해 상대적으로 공간이 넓게 형성될 수 있다. 이때, 화염 등이 모듈 케이스(300) 외부로 적절하게 배출되지 못하면, 전극 리드(111) 측으로 화염이 집중되어 배터리 모듈의 전압이 급격하게 저하될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 구성과 같이, 화염 등이 상부 측으로 배출되고 전극 리드(111)가 위치하는 방향으로 배출되지 않는 경우, 셀 간 단락을 억제하고 배터리 모듈의 전압 강하 시간을 최대한 지연시킬 수 있다. 더욱이, 이 경우, 배터리 모듈의 전압이 0V로 떨어지는 강하 시간을 일정 수준 이상, 이를테면 5분 이상 유지되도록 할 수 있다. 또한, 전극 리드(111) 측으로 화염이 향하는 것을 방지하면, 하나의 배터리 모듈 내부에 포함된 배터리 셀(110) 사이에서 열 폭주나 화염이 전파하는 것을 억제시키는데에도 유리할 수 있다.
따라서, 이러한 배터리 모듈이 전기 자동차 등에 탑재되는 경우, 열폭주 등으로 인해 특정 배터리 셀(110)에서 화염 등이 발생하더라도, 일정 시간 운행이 가능하도록 함으로써, 탑승자가 전기 자동차를 안전한 곳으로 이동시키거나 탈출할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 하나의 배터리 셀(110)에서 다수 부착될 수 있다. 특히, 다수의 테이핑 부재(120)는, 하나의 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서 전후 방향으로 이격되게 부착될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 하나의 배터리 셀(110)의 상단 DSF에 다수의 테이핑 부재(120)가 부착되되, 다수의 테이핑 부재(120)는 전후 방향(X축 방향)으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 전후 방향으로 이격된 테이핑 부재(120)의 사이 공간에, A1으로 표시된 바와 같은 미부착 구간이 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 테이핑 부재(120)의 미부착 구간이 형성됨으로써, 배터리 셀(110)의 내압 증가 시 상단 실링부(S2U)가 터지도록 할 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 스웰링과 벤팅이 상황에 따라 적절하게 제어될 수 있다. 즉, 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 내압이 일정 수준 이하인 경우에는 배터리 셀(110)의 Z축 방향 스웰링을 제어하는 한편, 배터리 셀(110)의 내압이 일정 수준 이상을 넘어서게 되면 배터리 셀(110)의 상단 부분이 터지도록 할 수 있다. 그러므로, 가스나 화염 등이 배터리 모듈의 상부 측으로 향하도록 함으로써, 원활한 벤팅 제어 및 모듈 간 열 전파 억제 등에 보다 효과적일 수 있다.
상기 테이핑 부재(120)는, 도 2 및 도 3 등에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리 셀(110)에서 전후 방향으로 3개 부착될 수 있다. 이때, 2개의 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)(DSF)에서 전후 방향으로 최대한 외곽에 위치하도록 배치될 수 있다. 그리고, 나머지 1개의 테이핑 부재(120)는, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)(DSF)에서 전후 방향으로 중앙에 배치될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 테이핑 부재(120)를 통해 Z축 방향 스웰링을 적절하게 억제하는 한편, 상단 실링부(S2U)에 대하여 테이핑 부재(120)의 고정력이 과도하게 설정되지 않도록 함으로써, 적절한 시점에 상단 실링부(S2U)가 터지도록 할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 테이핑 부재(120)의 전후 방향 이격 거리가 적절하게 확보되어, 미부착 구간에 탑 홀(HV)을 충분한 개수 내지 충분한 넓이로 대응 형성시킬 수 있다. 그러므로, 탑 홀(HV)에 의한 벤팅 가스 내지 화염 등의 배출이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 탑 홀(HV)의 적어도 일부분은, 전후 방향으로 이격 배치된 다수의 테이핑 부재(120) 사이의 부분을 외부로 노출시키도록 구성될 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에는, 도 3에서 A1으로 도시된 부분과 같이, 전후 방향으로 이격 배치된 테이핑 부재(120) 사이의 공간이 테이핑 미부착 구간으로서 존재할 수 있다. 그리고, 탑 홀(HV)은, 이러한 배터리 셀(110)의 테이핑 미부착 구간의 적어도 일부와 대응되도록 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 탑 홀(HV)은, 모듈 케이스(300)의 상부 측에 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 탑 홀(HV)은, 배터리 모듈의 전후 방향(X축 방향)으로 다수 배치될 수 있다. 이때, 다수의 탑 홀(HV) 중, 적어도 일부 탑 홀(HV)은, 테이핑 미부착 구간이 외부로 노출될 수 있는 위치 및/또는 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 다수의 탑 홀(HV)은, 제1 벤팅 열(HV1)부터 제5 벤팅 열(HV5)까지, 전후 방향으로 5개의 열을 이루도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 벤팅 열(HV2)과 제4 벤팅 열(HV4)은, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)에 대하여, 상단 실링부(S2U)의 테이핑 미부착 구간이 외부로 노출될 수 있도록 모듈 케이스(300)를 관통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간에 대향 배치된 탑 홀(HV)을 통해 벤팅 가스나 화염 등이 신속하게 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 화염 등이 모듈 케이스(300) 내부에서 머무르는 것을 방지하여, 배터리 셀(110) 간 열 전파 등을 억제하는 한편, 모듈 케이스(300)의 내압을 신속하게 낮춤으로써 배터리 모듈의 폭발 등을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 화염 등이 모듈 케이스(300)의 전방 측에 위치하는 모듈 단자(200) 측으로 향하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 간 열 전파를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 탑 홀(HV)은, 셀 어셈블리(100)의 상단에서, 테이핑 부재(120)의 미부착 부분이 테이핑 부재(120)의 부착 부분보다 많이 노출되도록 구성될 수 있다. 특히, 하나의 모듈 케이스(300)의 상판에서, 모듈 케이스(300)의 내측을 외측으로 개방시키는 형태로 다수의 탑 홀(HV)이 마련될 수 있다. 여기서, 다수의 탑 홀(HV)을 통해서는, 모듈 케이스(300)의 상단 실링부(S2U) 중, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간만을 노출시킬 수 있다. 또는, 다수의 탑 홀(HV)을 통해, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간과 함께 테이핑 부재(120)의 부착 구간도 함께 외부로 노출시킬 수 있다. 이 경우, 탑 홀(HV)은, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간이 테이핑 부재(120)의 부착 구간보다 상대적으로 많이 노출되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 실시 구성을 참조하면, 다수의 탑 홀(HV) 중, 제2 벤팅 열(HV2) 및 제4 벤팅 열(HV4)은, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간만이 노출되며, 테이핑 부재(120)의 부착 구간은 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 그리고, 제1 벤팅 열(HV1), 제3 벤팅 열(HV3) 및 제5 벤팅 열(HV5)은, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간과 부착 구간이 함께 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 벤팅 열(HV1), 제3 벤팅 열(HV3) 및 제5 벤팅 열(HV5)은, 상부에서 바라볼 때, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간의 외부 노출 면적이, 테이핑 부재(120)의 부착 구간의 외부 노출 면적보다 넓도록 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 탑 홀(HV)은, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간에 대한 개방 면적이, 테이핑 부재(120)의 부착 구간에 대한 개방 면적 대비, 1.5배 이상, 많게는 2배 이상, 더욱 많게는 3배 이상이 되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 테이핑 부재(120)가 부착되지 않은 부분이 탑 홀(HV)에 보다 많이 노출되도록 함으로써, 탑 홀(HV)을 통한 화염이나 가스 등의 배출이 보다 신속하고 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 모듈 단자(200) 등의 방향, 이를테면 배터리 모듈의 전방 측으로 화염 등이 배출하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 셀 어셈블리(100)에 구비된 모든 배터리 셀(110)의 상단에 상기 탑 홀(HV)이 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌우 방향(Y축 방향)으로 다수의 배터리 셀(110)이 기립 상태로 나란하게 배열될 수 있다. 이때, 좌우 방향으로 적층된 다수의 배터리 셀(110) 모두, 상단 실링부(S2U)가 탑 홀(HV)과 직접 대향하도록, 모듈 케이스(300)가 마련될 수 있다. 즉, 모든 배터리 셀(110)은, 탑 홀(HV)을 통해 외부로 상단부가 노출될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4의 실시 구성을 참조하면, 탑 홀(HV)이 Y축 방향으로 다수 배치되어, 이러한 다수의 탑 홀(HV)을 통해 모든 배터리 셀(110)의 상단부가 외부로 노출될 수 있다. 특히, 모든 배터리 셀(110)의 테이핑 미부착 구간이 탑 홀(HV)과 직접 대향하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110) 중, 일부 배터리 셀(110)들은 제2 벤팅 열(HV2) 및/또는 제4 벤팅 열(HV4)을 통해 상단 실링부(S2U)의 테이핑 미부착 구간이 외부로 노출될 수 있다. 그리고, 제2 벤팅 열(HV2)이나 제4 벤팅 열(HV4)을 통해 상단 실링부(S2U)의 테이핑 미부착 구간이 외부로 노출되지 않은 나머지 모든 배터리 셀(110)들은 모두, 제1 벤팅 열(HV1), 제3 벤팅 열(HV3) 및/또는 제5 벤팅 열(HV5)을 통해 상단 실링부(S2U)가 외부로 노출될 수 있다. 더욱이, 제2 벤팅 열(HV2) 및/또는 제4 벤팅 열(HV4)의 경우, 모듈 케이스(300)의 상판에서 좌측 단부와 우측 단부에 최대한 인접하게 형성됨으로써, 좌우 방향으로 적층된 배터리 셀(110) 중 최외곽 배터리 셀(110)에 대해서도 탑 홀(HV)이 상단에 대응 배치되도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에서는, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)이, 다수의 탑 홀(HV)을 통해 상단 실링부(S2U)가 모두 외부로 노출될 수 있다. 특히, 모든 배터리 셀(110)은, 탑 홀(HV)을 통해 테이핑 부재(120)의 미부착 구간이 외부로 직접 노출될 수 있다. 즉, 상기 실시 구성에서는, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110) 중, 탑 홀(HV)을 통해 상단 실링부(S2U)가 노출되지 않는 배터리 셀(110)이 존재하지 않을 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)의 면적을 최대한 넓게 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에 구비된 배터리 셀(110) 중 어떠한 배터리 셀(110)에서 가스나 화염 등이 분출되더라도, 각 배터리 셀(110)마다 상단에 직접적으로 대응되는 탑 홀(HV)이 존재할 수 있다. 따라서, 모든 배터리 셀(110)에 대한 벤팅 대응이 신속하고 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 특정 배터리 셀(110)로부터 분출된 화염이나 가스가 곧바로 상부 측을 향하도록 하고, 수평 방향으로는 흐르지 않도록 함으로써, 화염이나 가스가 다른 배터리 셀(110)에 대하여 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 일부 배터리 셀(110)의 열 폭주에 대한 신속한 대응과 함께 셀 간 열 폭주 전파 방지 등에 보다 효과적일 수 있다.
모듈 케이스(300)에서, 다수의 탑 홀(HV)은 전후 방향으로 갈수록 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 벤팅 열(HV1), 제3 벤팅 열(HV3) 및/또는 제5 벤팅 열(HV5)은, 이러한 벤팅 열과 인접 배치된 제2 벤팅 열(HV2) 및/또는 제4 벤팅 열(HV4)과 좌우 방향(Y축 방향)으로 서로 다른 위치에 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(300)에 다수의 탑 홀(HV)을 형성하면서도, 탑 홀(HV)에 의한 모듈 케이스(300)의 강성이 일정 수준 이상 확보되도록 할 수 있다. 즉, 모듈 케이스(300)의 전후 방향으로 다수의 탑 홀(HV)을 형성하되, 각 탑 홀(HV) 간 좌우 방향 배치를 달리하여, 좌우 방향으로 특정 부분에서 모듈 케이스(300)의 강성이 지나치게 저하되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)의 지그재그 형태 배치를 통해, 탑 홀(HV) 간 간격이 일정 수준 이상 확보되도록 하여 탑 홀(HV) 형성을 위한 프레스 등의 제작을 용이하게 하는 한편, 모든 셀이 탑 홀(HV)에 노출될 수 있도록 하는 구성도 용이하게 구현될 수 있다.
더욱이, 탑 홀(HV)이 전후 방향으로 다수의 열을 가지는 경우, 인접하는 벤팅 열 사이는, 탑 홀(HV)의 개수가 서로 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 벤팅 열 내지 제5 벤팅 열(HV1~HV5)은, 인접하는 벤팅 열과 다른 탑 홀(HV) 개수를 갖도록 구성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 제1 벤팅 열(HV1), 제3 벤팅 열(HV3) 및/또는 제5 벤팅 열(HV5)은, 좌우 방향으로 3개의 탑 홀(HV)을 갖도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅 열과 인접 배치된 제2 벤팅 열(HV2) 및/또는 제4 벤팅 열(HV4)은, 좌우 방향으로 4개의 탑 홀(HV)을 갖도록 구성될 수 있다.
특히, 모듈 케이스(300)는, 다수의 벤팅 열에 있어서, 테이핑 미부착 구간만 노출된 벤팅 열에 포함된 탑 홀(HV)의 개수가, 테이핑 미부착 구간과 테이핑 부착 구간이 함께 노출된 벤팅 열에 포함된 탑 홀(HV)의 개수보다 많도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 테이핑 미부착 구간만 노출된 제2 벤팅 열(HV3)의 경우, 4개의 탑 홀(HV)이 형성됨으로써, 테이핑 미부착 구간과 테이핑 부착 구간이 함께 노출된 제1 벤팅 열(HV1)이나 제3 벤팅 열(HV3)에 포함된 3개의 탑 홀(HV)보다, 탑 홀(HV)의 개수가 많이 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 테이핑 미부착 구간이 최대한 많이 노출되도록 할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(110)의 테이핑 미부착 구간으로부터 화염이나 벤팅 가스 등이 분출될 때, 최대한 신속하고 원활하게 모듈 케이스(300)의 외부로 배출되도록 할 수 있다.
또한, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간과 부착 구간이 함께 노출되는 벤팅 열은, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간만 노출되는 벤팅 열에 비해 많은 열 개수로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시 구성에서, 테이핑 미부착 구간과 테이핑 부착 구간이 함께 노출된 벤팅 열은, 전후 방향으로 3개 형성될 수 있다(HV1, HV3, HV5), 반면, 테이핑 미부착 구간만 노출시키는 벤팅 열은, 전후 방향으로 2개 형성될 수 있다(HV2, HV4).
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에 포함된 다수의 배터리 셀(110) 각각에 대하여, 벤팅 성능이 균일하게 달성되도록 할 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)에는, 테이핑 미부착 구간과 테이핑 부착 구간이 함께 노출된 배터리 셀(110)과, 테이핑 미부착 구간만 노출된 배터리 셀(110)이 함께 포함될 수 있다. 이때, 상기 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)을 통해 테이핑 미부착 구간뿐 아니라, 테이핑 부착 구간도 함께 노출된 배터리 셀(110)에 대하여, 더 많은 탑 홀(HV)을 통해 외부로 노출되도록 할 수 있다. 그러므로, 테이핑 미부착 구간만 노출된 배터리 셀(110) 대비, 화염 등의 벤팅 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 예를 들어, 도 7은, 도 2의 A4 부분에 대한 확대도일 수 있다.
도 2 및 도 4 등과 함께, 도 7을 추가로 참조하면 본 발명에 따른 배터리 모듈은, TH로 표시된 바와 같이, 써미스터를 더 포함할 수 있다.
상기 써미스터(TH)는, 주변 온도를 측정하도록 구성된 부품일 수 있다. 상기 써미스터(TH)는, 배터리 모듈 내부, 이를테면, 셀 어셈블리(100)의 온도를 측정하기 위해, 셀 어셈블리(100)의 적어도 일측에 위치할 수 있다. 더욱이, 써미스터(TH)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 측에 배치될 수 있다.
또한, 써미스터(TH)는, 하나의 셀 어셈블리(100)에 대하여 다수 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 써미스터(TH)는, 2개 포함될 수 있다. 이 경우, 2개의 써미스터(TH)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상단 전방 측과 후방 측에 각각 배치될 수 있다.
특히, 상기 써미스터(TH)는, 도 2 및 도 7 등에 도시된 바와 같이, 테이핑 부재(120)의 상부 측에 배치될 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)의 상부에는, 테이핑 부재(120)가 부분적으로 부착될 수 있으므로, 테이핑 부재(120)의 미부착 구간과 부착 구간이 함께 존재할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 써미스터(TH)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 중, 테이핑 부재(120)가 부착된 부분의 상측에 배치될 수 있다. 더욱이, 셀 어셈블리(100)에서 테이핑 부재(120)가 전후 방향으로 서로 이격되게 3개 부착된 경우, 가장 전방에 위치한 테이핑 부재(120)의 상부 측과 가장 후방에 위치한 테이핑 부재(120)의 상부에, 각각 써미스터(TH)가 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 써미스터(TH)나 배터리 셀(110)의 손상을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈에 대하여 진동이나 충격 발생 시, 써미스터(TH)와 배터리 셀(110) 사이에 큰 힘 내지 반복적인 힘이 가해지는 경우, 써미스터(TH)나 배터리 셀(110)의 파우치 외장재에 손상을 입힐 수 있다. 하지만, 테이핑 부재(120)가 이러한 손상을 억제하는 효과를 가져올 수 있다. 뿐만 아니라, 테이핑 부재(120)는, 접착층과 기재층 등을 구비할 수 있으며, 이러한 접착층 내지 기재층은 탄성을 갖는 재질일 수 있다. 이 경우, 진동이나 충격 등으로부터 써미스터(TH)나 배터리 셀(110)의 손상 방지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 테이핑 부재(120)는, 전기적 절연 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 써미스터(TH)가 배터리 셀(110)의 파우치 외장재에 포함된 알루미늄 층 등에 접촉되지 않도록 함으로써, 써미스터(TH)의 측정 정확도가 더욱 향상될 수 있다. 더욱이, 파우치 외장재에 크랙 등이 발생하여 알루미늄층 등이 외측으로 노출되는 경우에도, 써미스터(TH)로 전류가 영향을 미치는 상황을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 7에서 PT로 표시된 부분과 같이, 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 보호 부재(PT)는, 써미스터(TH)를 둘러싸는 형태로 구성되어, 압력이나 충격 등이 써미스터(TH)에 가해지는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 특히, 보호 부재(PT)는, 써미스터(TH)를 수평 방향으로 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.
상기 보호 부재(PT)는, 상하 방향으로 가해지는 압력이나 충격이 써미스터(TH)에 가해지는 것을 방지하기 위하여, 써미스터(TH)보다 높이가 높게 구성될 수 있다. 또한, 보호 부재(PT)는 압력이나 충격을 잘 흡수할 수 있는 탄성 재질, 이를테면 폴리우레탄이나 실리콘, 또는 다른 폼 재질 등으로 구성될 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 Z축 방향 스웰링이 발생하거나 모듈 케이스(300)의 상부에서 모듈 케이스(300) 측으로 압력이나 충격이 가해지는 경우, 압력 내지 충격 등으로부터 써미스터(TH)의 파손이나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 써미스터(TH)는, 모듈 케이스(300)의 내부에 위치하되, 모듈 케이스(300)에 형성된 탑 홀(HV)을 통해 외부로 노출되는 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 전방 써미스터(TH)는 제1 벤팅 열(HV1) 중 하나의 탑 홀(HV)을 통해 상부 측으로 노출되고, 후방 써미스터(TH)는 제5 벤팅 열(HV5) 중 하나의 탑 홀(HV)을 통해 상부 측으로 노출되도록 설치될 수 있다.
이 경우, 써미스터(TH)에 대한 기계적 안정성 등이 향상될 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)에서 Z축 방향 스웰링 등이 발생하는 경우 등에도, 모듈 케이스(300)에 의해 써미스터(TH)가 눌림으로써 크랙 내지 파손이 발생하는 문제가 방지될 수 있다. 또한, 이 경우, 써미스터(TH)에 대한 고장 등의 상황 발생 시, 써미스터(TH)의 교체나 수리 등이 용이하게 수행될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다. 도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합 구성을 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 탑 커버(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 탑 커버(600)는, 전기적 절연 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탑 커버(600)는, 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 탑 커버(600)는, 모듈 케이스(300)의 내부에 위치할 수 있다. 더욱이, 상기 탑 커버(600)는, 셀 어셈블리(100)의 상부 측에 배치될 수 있다. 특히, 탑 커버(600)는, 셀 어셈블리(100)의 상부와 모듈 케이스(300) 사이에 개재될 수 있다.
상기 탑 커버(600)는, 판상으로 구성될 수 있다. 그리고, 탑 커버(600)는, 모듈 케이스(300)의 내부에서 셀 어셈블리(100)의 상부 측을 커버하여, 셀 어셈블리(100)의 상부 측이 모듈 케이스(300)의 상판과 직접적으로 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 케이스(300)는, 알루미늄이나 SUS와 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 이때, 전기적 절연성 재질의 탑 커버(600)는, 이러한 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(300) 사이의 전기적 절연성이 확보되도록 할 수 있다.
특히, 상기 탑 커버(600)는, 도 8에서 HC로 표시된 부분과 같이, 커버 홀이 형성될 수 있다. 이러한 커버 홀(HC)은, 탑 커버(600)를 두께 방향으로 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 특히, 커버 홀(HC)은, 탑 홀(HV)이 형성된 부분과 대향하는 부분에 위치하도록 마련될 수 있다. 즉, 탑 커버(600)에서 커버 홀(HC)이 형성된 위치는, 모듈 케이스(300)에서 탑 홀(HV)이 형성된 위치에 대응되는 부분에 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바를 참조하면, 커버 홀(HC)은, 탑 커버(600)가 모듈 케이스(300)의 내부에 삽입된 경우, 탑 홀(HV)을 통해 외측, 즉 상부 측으로 노출될 수 있는 위치에 마련될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 탑 커버(600)를 통해, 모듈 케이스(300)와 셀 어셈블리(100) 사이의 전기적 절연성이 안정적으로 확보될 수 있도록 하면서도, 탑 커버(600)가 비상시 탑 홀(HV)을 통해 벤팅 가스 등이 배출되는 것을 방해하지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 구비된 일부 배터리 셀(110)에서 열 폭주 등의 상황이 발생하면, 벤팅 가스가 먼저 방출될 수 있다. 이때, 벤팅 가스는, 커버 홀(HC) 및 탑 홀(HV)을 통해 모듈 케이스(300) 외부로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 그러므로, 탑 커버(600)에 의한 전기적 절연성과 안정적인 벤팅 성능이 함께 달성될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 탑 커버(600)가 셀 어셈블리(100)의 상단 실링부(S2U)에 대하여 하부 방향으로 구속할 수 있다. 특히, 탑 커버(600)는, 각 배터리 셀(110)의 Z축 방향 스웰링 발생 시, 각 배터리 셀(110)을 하부 방향으로 가압할 수 있으므로, 배터리 셀(110)의 Z축 방향 스웰링 발생량을 줄일 수 있다.
상기 커버 홀(HC)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 탑 커버(600)에서 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 다수의 커버 홀(HC)은, 여러 개의 군으로 그룹핑되어 분산 배치될 수 있다. 특히, 각각의 커버 홀(HC)은, 모듈 케이스(300)에 형성된 탑 홀(HV)보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 그리고, 모듈 케이스(300)에 탑 커버(600)가 삽입된 상태에서, 하나의 탑 홀(HV)에는 다수의 커버 홀(HC)이 대응 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바를 참조하면, 모듈 케이스(300)에 다수의 탑 홀(HV)이 형성되되, 각각의 탑 홀(HV)에는, 각 탑 홀(HV)보다 훨씬 작은 크기의 커버 홀(HC)이 연통되게 위치할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하나의 탑 홀(HV)에는, 6개 내지 12개의 커버 홀(HC)이 대응 배치되도록 마련될 수 있다.
각각의 커버 홀(HC)은, 1cm 이하, 더욱이 0.8cm 이하, 특히 0.6 cm 이하의 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 다만, 이러한 크기 등은 일례에 불과한 것으로, 탑 커버(600)에 형성된 각 커버 홀(HC)은, 다양한 크기 및 형태 등으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 안전성 향상에 보다 유리할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 모듈 케이스(300)의 적어도 일측, 더욱이 상부 측에 탑 홀(HV)이 형성될 수 있다. 이때, 탑 홀(HV)의 하부에 커버 홀(HC)이 작은 크기로 마련됨으로써, 작업자나 사용자 등의 손가락 등이 배터리 모듈 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 커버 홀(HC)은, 일반적인 사용자의 손가락 크기보다 작은 크기로 마련될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)을 통해 외부의 이물질 등이 투입되어, 배터리 모듈의 손상 내지 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 커버 홀(HC)은, 허니컴 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탑 커버(600)에는 다수의 커버 홀(HC)이 형성되되, 적어도 일부의 커버 홀(HC)은, 육각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 각 커버 홀(HC)의 모서리는, 인접하는 커버 홀(HC)의 모서리와 평행한 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 하나의 탑 홀(HV)에 대응하여, 다수의 커버 홀(HC)이 1개 또는 2개의 행을 이루어, 전후 방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 더욱이, 도 9에 도시된 실시예에서는, 각 탑 홀(HV)에 대응하여, 전후 방향으로 6개의 커버 홀(HC)이 허니컴 구조를 이루어 연통 배치될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)을 통한 손가락이나 이물질 등의 투입을 방지할 수 있도록 하면서도, 탑 커버(600)에서 커버 홀(HC)의 전체 면적을 가능한 넓게 확보할 수 있다. 따라서, 커버 홀(HC)을 통해 벤팅 가스의 외부 배출이 신속하고 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 8에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(700)을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(700)은, 셀 어셈블리(100)와 탑 커버(600) 사이에 개재될 수 있다. 그리고, 상기 인쇄회로기판(700)은, 셀 어셈블리(100)에 대한 전기적 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)의 전방 및 후방 측에 버스바 어셈블리(400)가 배치될 수 있으며, 이러한 버스바 어셈블리(400)로부터 셀 어셈블리(100)에 포함된 각 배터리 셀(110)의 전압 등이 측정될 수 있다. 그리고, 이러한 전압 측정값은, 인쇄회로기판(700)을 통해 배터리 모듈의 내부 또는 외부로 전달될 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(700)은, 써미스터(TH)에 의한 온도 측정값을 전달하는 경로를 제공할 수 있다. 더욱이, 인쇄회로기판(700)은, 써미스터(TH)가 장착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 A5 및 A5'으로 표시된 부분과 같이, 인쇄회로기판(700)은, 써미스터 장착부를 구비할 수 있다. 그리고, 써미스터(TH)는, 이러한 써미스터 장착부에서 인쇄회로기판(700)의 일면에 장착될 수 있다.
특히, 써미스터 장착부는, A5 및 A5'으로 표시된 부분과 같이, 하부 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 그리고, 써미스터(TH)는, 이러한 오목한 부분에서 인쇄회로기판(700)의 상면에 부착될 수 있다. 이 경우, 써미스터(TH)의 위치를 최대한 셀 어셈블리(100)에 가깝게 위치시킬 수 있다. 여기서, 도 7의 실시예에 도시된 바와 같이, 써미스터(TH) 주변에 보호 부재(PT)가 둘러싼 경우, 써미스터(TH)와 보호 부재(PT) 모두, 인쇄회로기판(700)의 써미스터 장착부의 상면에 장착될 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(700)은, 써미스터 장착부(A5, A5')가 테이핑 부재(120)의 상부에 위치하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 하부 방향으로 오목하게 형성된 써미스터 장착부가 배터리 셀(110)과 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 인쇄회로기판(700) 내지 써미스터(TH)와 배터리 셀(110)의 파우치 외장재 사이에 전기적 절연성이 확보되도록 할 수 있다. 따라서, 인쇄회로기판(700)을 통해 전달되는 전기적 신호나 써미스터(TH)의 측정 결과에 노이즈 내지 오차가 발생하는 것을 방지하거나 저감할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 진동이나 충격, 마찰 등에 의해 인쇄회로기판(700)이나 배터리 셀(110)이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(700)은, FPCB, 즉 플렉서블 인쇄회로기판(700) 형태로 구성될 수 있다. 또한, 인쇄회로기판(700)은, 셀 어셈블리(100)에서 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)가 위치하는 전후 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 인쇄회로기판(700)은, 셀 어셈블리(100)의 전방에 위치하는 버스바 어셈블리(400)와 셀 어셈블리(100)의 후방에 위치하는 버스바 어셈블리(400) 사이를 연결하는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 8 및 도 9에서 MC로 표시된 바와 같이, 모듈 커넥터를 더 포함할 수 있다. 이러한 모듈 커넥터(MC)는, 배터리 모듈에 대한 전기적 신호를 외부와 송수신하는 단자일 수 있다. 특히, 인쇄회로기판(700)은, 이러한 모듈 커넥터(MC)를 통해, 배터리 모듈의 정보를 외부의 구성요소, 이를테면 BMS(Battery Management System)나 ECU(Energy Controller Unit) 등 다양한 제어 장치에 전달할 수 있다.
이와 같이, 배터리 모듈에 인쇄회로기판(700)이 포함된 실시 구성에서, 상기 탑 커버(600)는, 인쇄회로기판(700)의 상측에 커버 홀(HC)이 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바를 참조하면, 탑 커버(600)는, A6로 표시된 부분과 같이, 좌우 방향(Y축 방향)으로 중앙 부분에 커버 홀(HC)이 형성되지 않는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 실시 구성은, 탑 커버(600)의 하부 중, 중앙 부분에서 전후 방향으로 길게 연장된 형태로 인쇄회로기판(700)이 위치하기 때문이라고 할 수 있다.
이 경우, 탑 커버(600)의 하부에 배치된 셀 어셈블리(100)의 대부분은 커버 홀(HC)을 통해 상부 측으로 노출될 수 있지만, 탑 커버(600)의 하부에 배치된 인쇄회로기판(700)은 커버 홀(HC)을 통해 상부 측으로 노출되지 않을 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 인쇄회로기판(700)이 커버 홀(HC)을 통해 배터리 모듈의 외부 측으로 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 파티클이나 수분 등에 약한 인쇄회로기판(700) 또는 써미스터(TH)와 같이 그에 장착된 부품 측으로 이러한 이물질이 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 인쇄회로기판(700)과 그에 장착된 부품의 손상이나 오작동 가능성 등을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 인쇄회로기판(700)을 탑 커버(600)에 부착시키는 구성도 보다 용이하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(700)은, 양면 접착 테이프 등을 통해 탑 커버(600)의 하부에 부착될 수 있는데, 상기 실시 구성의 경우, 커버 홀(HC)이 형성되지 않은 부분에 양면 접착 테이프를 부착시킬 수 있다. 그러므로, 이 경우, 탑 커버(600)에서 양면 접착 테이프를 부착시킬 수 있는 공간이 충분히 나올 수 있으므로, 인쇄회로기판(700)이 모듈 케이스(300) 내부에서 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 인쇄회로기판(700)의 상측에도 탑 홀(HV)이 형성되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 9의 구성을 살펴보면, 지그재그 형태로 배치된 대부분의 탑 홀(HV)에는, 각각 다수의 커버 홀(HC)이 직접 연통되게 배치되어 있지만, 일부 탑 홀(HV)에는 커버 홀(HC)이 전혀 배치되어 있지 않다. 특히, 전후 방향(X축 방향)으로 형성된 5개의 벤팅 열 중, 1, 3, 5번째 벤팅 열(HV1, HV3, HV5)에서 좌우 방향(Y축 방향)으로 중앙에 위치하는 탑 홀(HV)에는, 커버 홀(HC)이 전혀 배치되어 있지 않다. 또한, 2, 4번째 벤팅 열(HV2, HV4)에서 중앙 측에 위치한 2개의 탑 홀(HV)은, 커버 홀(HC)이 좌우 방향 외곽 측으로 편중 배치된 형태로 1개의 라인만 형성되어 있다. 여기서, 커버 홀(HC)이 전혀 연통 배치되지 않거나 부분적으로만 연통 배치된 탑 홀(HV)의 경우, 그 하부에 인쇄회로기판(700)이 위치하고 있기 때문이라 할 수 있다.
즉, 상기 실시 구성에서는, 하부에 인쇄회로기판(700)이 위치하는 부분에 형성된 탑 홀(HV)의 경우, 커버 홀(HC)이 전혀 형성되지 않거나 부분적으로만 형성되도록 구성되어 있다. 반면, 하부에 인쇄회로기판(700)이 위치하지 않는 부분에 형성된 탑 홀(HV)의 경우, 커버 홀(HC)이 충분히 연통 배치되도록 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 생성된 화염 등이 상부 측으로 원활하고 충분하게 방출되도록 할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주 등이 일정 수준 이상으로 심화되면, 화염이 발생할 수 있는데, 이러한 화염은 높은 열 내지 압력 등으로 인해 인쇄회로기판(700)이나 탑 커버(600) 등을 녹이거나 소실시킬 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서는 인쇄회로기판(700)과 탑 커버(600) 등으로 인해, 셀 어셈블리(100)를 직접 노출시키지 않는 탑 홀(HV)이라 하더라도, 화염으로 인해 인쇄회로기판(700) 및 탑 커버(600) 등이 소실된 경우에는, 화염 등을 배출시키는 역할을 수행할 수 있다. 그러므로, 화염 등이, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)을 통해 충분하면서 빠르게 배출되도록 함으로써, 화염 등이 모듈 단자(200)가 위치하는 전방 측으로 향하는 것을 방지할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 11은, 도 10의 배터리 모듈에 대하여 일부 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 12 및 도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 특히, 도 12 및 도 13은 도 10의 A7 부분에 대하여, 탑 홀(HV)이 개방되기 전과 후의 구성을 확대하여 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 차단 커버(800)를 더 포함할 수 있다.
상기 차단 커버(800)는, 모듈 케이스(300)의 외측에 위치할 수 있다. 특히, 상기 차단 커버(800)는, 모듈 케이스(300)의 상측에 위치할 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스(300)의 상측에는 탑 홀(HV)이 위치할 수 있는데, 차단 커버(800)는 적어도 이러한 탑 홀(HV)이 형성된 부분에서, 모듈 케이스(300)의 외측에 부착될 수 있다. 또한, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 경우, 탑 커버(600)를 포함할 수 있다. 이때, 탑 커버(600)는 모듈 케이스(300)의 내측에 위치하고, 차단 커버(800)는 모듈 케이스(300)의 외측에 위치할 수 있다.
또한, 차단 커버(800)는, 탑 홀(HV)이 형성된 측면뿐 아니라, 탑 홀(HV)이 형성되지 않은 측면에도 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 커버(800)는, 대략 n자 형상으로 형성되어, 탑 홀(HV)이 형성된 모듈 케이스(300)의 상판뿐 아니라, 탑 홀(HV)이 형성되지 않은 모듈 케이스(300)의 좌측판과 우측판에 대해서도, 외측에 부착될 수 있다.
상기 차단 커버(800)는, 높은 온도에도 잘 견딜 수 있는 내열성 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단 커버(800)는, 마이카(mica)와 같은 세라믹 재질을 구비할 수 있다. 더욱이, 상기 차단 커버(800)는, 마이카 시트를 구비할 수 있다. 이 경우, 차단 커버(800)에 의해, 배터리 모듈의 내부 또는 외부 방향으로 화염 등이 이동 내지 확산되는 것을 보다 확실하게 저지할 수 있다.
상기 차단 커버(800)는, 상기 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)을 개폐시키도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 차단 커버(800)는, 모듈 케이스(300)의 내압에 따라 탑 홀(HV)을 개방시키거나 폐쇄시키도록 구성될 수 있다. 특히, 차단 커버(800)는, 도 10 내지 도 13에서 OC로 표시된 부분과 같이, 모듈 케이스(300)의 내압에 따라 탑 홀(HV)을 개폐시키도록 구성된 개폐부를 구비할 수 있다. 여기서, 개폐부(OC)는, 차단 커버(800)가 모듈 케이스(300)의 외측에 부착된 상태에서, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 차단 커버(800)의 개폐부(OC)는, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)이 대략 타원 형태로 형성된 경우, 차단 커버(800)의 개폐부(OC)도 이와 유사한 크기 및 형태로서 대략 타원 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 차단 커버(800)의 개폐부(OC)는, 모듈 케이스(300)의 내압이 일정 수준 이하인 정상 상태에서는 모든 탑 홀(HV)을 폐쇄시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(300)에는 탑 홀(HV)이 형성될 수 있다. 하지만, 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 차단 커버(800)가 모듈 케이스(300)의 상부를 커버하는 경우, 이러한 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)은 차단 커버(800)의 개폐부(OC)에 의해 덮여짐으로써 외부, 특히 상부 측으로 노출되지 않을 수 있다.
하지만, 모듈 케이스(300)의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면, 차단 커버(800)는, 적어도 일부 탑 홀(HV)을 개방시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에서 열 폭주 등이 발생하여 가스나 화염 등이 발생하는 경우, 모듈 케이스(300)의 내압이 증가하게 될 수 있다. 그리고, 이러한 내압이 일정 수준 이상이 되면, 차단 커버(800)의 개폐부(OC)가 개방되어, 그 하부에 위치한 탑 홀(HV)을 개방시킬 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(300)의 내부에 존재하던 가스나 화염 등은, 도 13에서 화살표로 표시된 바와 같이, 모듈 케이스(300)의 외부, 특히 상부 측으로 방출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈이 정상적인 상태에서는, 차단 커버(800)에 의해 탑 홀(HV)이 폐쇄되므로, 탑 홀(HV)을 통해 모듈 케이스(300) 내부로 외부의 이물질, 이를테면 수분이나 먼지 등이 유입되는 것을 차단할 수 있다.
그리고, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(300) 내부에서 열 폭주 등으로 인해 벤팅 가스나 화염 발생 시, 차단 커버(800)의 개폐부(OC)가 개방됨으로써, 벤팅 가스나 화염 등이 외부, 특히 탑 홀(HV)이 형성된 상부 측으로 신속하게 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 이러한 화염 등이 해당 배터리 모듈 내부에서 다른 배터리 셀(110)에 영향을 미치거나, 해당 배터리 모듈의 측면에 위치하는 다른 배터리 모듈에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 다른 배터리 모듈에서 열 폭주 등으로 인해 벤팅 가스나 화염 등이 배출되더라도, 다른 정상적인 배터리 모듈의 탑 홀(HV)은 폐쇄된 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 화염 등이 다른 정상적인 배터리 모듈의 탑 홀(HV)을 통해 그 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 간 열 폭주 내지 화염 등이 전파되는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 차단 커버(800)의 개폐부(OC)는, 차단 커버(800)를 구성하는 시트에 절개 라인을 형성하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 12의 실시 구성을 참조하면, 차단 커버(800)로 마련된 마이카 시트에, OCL로 표시된 바와 같이, 절개 라인을 형성하는 형태로 개폐부(OC)가 마련될 수 있다. 이때, 절개 라인(OCL)은, 차단 커버(800)를 두께 방향으로 완전히 절개시키거나, 또는 부분적으로 절개하여 노치 내지 홈을 형성하는 방식으로 마련될 수 있다. 이 밖에도, 개폐부(OC)는, 다른 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 일례로, 개폐부(OC)는, 홀에 마개가 씌워진 형태, 또는 홀에 도어가 마련된 형태 등으로 구성될 수도 있다.
한편, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)은 다수 형성되고, 이에 대응되는 차단 커버(800)의 개폐부(OC) 역시 다수 형성될 수 있다. 이때, 하나의 배터리 모듈에 구비된 다수의 개폐부(OC) 각각은, 개폐 동작이 독립적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일부 개폐부(OC)가 개방된 상태라 하더라도, 다른 개폐부(OC)는 폐쇄된 상태로 그대로 유지될 수 있다.
예를 들어, 도 10 및 도 11의 실시예에서, 셀 어셈블리(100)에 포함된 다수의 배터리 셀(110) 중 일부 배터리 셀(110)에서 이벤트가 발생하여 먼저 벤팅 가스나 화염 등이 분출될 수 있다. 이때, 이벤트가 발생한 배터리 셀(110)(이벤트 셀)에 대응되거나 그에 인접한 탑 홀(HV)로 벤팅 가스나 화염 등이 먼저 향할 수 있다. 그러면, 이벤트 셀에 대응되거나 인접한 탑 홀(HV)에 대응되는 개폐부(OC)가 먼저 개방되어, 벤팅 가스나 화염 등이 배출될 수 있다. 이때, 다른 탑 홀(HV)은 적어도 일정 시간 동안은 폐쇄된 상태가 그대로 유지될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 배터리 모듈 내부에서 열 폭주 등이 발생한 이벤트 셀로부터 벤팅 가스나 화염 등이 배출되더라도, 이러한 벤팅 가스나 화염 등은 정상적인 다른 배터리 셀(110)로 유입되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀(110) 간 열 폭주 내지 화염 등의 전파가 차단되거나 지연될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 전압 강하 속도를 지연시키는 데에도 유리할 수 있다.
상기 차단 커버(800)는, 복합층을 갖는 시트 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 14 내지 도 16을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 차단 커버(800)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 15는, 도 14의 차단 커버(800)가 적용된 배터리 모듈의 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 15는, 도 10의 A8-A8'선에 대한 단면도일 수 있다. 또한, 도 16은, 도 15의 A9 부분에 대한 확대도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 상기 차단 커버(800)는, 제1 시트 커버(810), 제2 시트 커버(820) 및/또는 제3 시트 커버(830)를 구비할 수 있다. 제1 시트 커버(810), 제2 시트 커버(820) 및 제3 시트 커버(830)는, 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다.
제1 시트 커버(810)는, 차단 커버(800)에서 가장 외측, 특히 상부 측에 위치할 수 있다. 그리고, 제1 시트 커버(810)는, 마이카와 같은 화염에 강한 재질로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 시트 커버(810)는, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 차단 커버(800)가 모듈 케이스(300)에 부착될 때, 탑 홀(HV)에 대응되는 위치 및 형태로 차단 홀(OCH)이 형성될 수 있다. 이러한 차단 홀(OCH)은, 제1 시트 커버(810)를 두께 방향으로 관통된 형태로 미리 형성될 수 있다. 즉, 차단 홀(OCH)은, 제1 시트 커버(810)에서, 일부분이 절취되어 개방된 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
더욱이, 차단 홀(OCH)은, 탑 홀(HV)보다 큰 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 차단 홀(OCH)의 수평 방향 길이는, 탑 홀(HV)의 수평 방향 길이에 비해 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 탑 홀(HV)로부터 배출된 벤팅 가스가 차단 홀(OCH)을 거쳐 배터리 모듈 외부로 원활하게 방출될 수 있다
제2 시트 커버(820)는, 제1 시트 커버(810)의 하부에 접촉 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 시트 커버(820)는, 제1 시트 커버(810)와 접착될 수 있다. 더욱이, 제2 시트 커버(820)는, 제1 시트 커버(810)의 차단 홀(OCH)에 대응되는 위치에, 앞서 설명된 절개 라인(OCL)이 형성될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서는, 제2 시트 커버(820)에 의해, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)은 제1 시트 커버(810)의 차단 홀(OCH)과 연통되지 않고 폐쇄될 수 있다. 그리고, 내압이 증가하여 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)을 통해 가스나 화염 등이 가해지면, 절개 라인(OCL)이 찢어지거나 벌어지게 되어, 탑 홀(HV)은 제1 시트 커버(810)의 차단 홀(OCH)과 연통되어 개방될 수 있다.
제2 시트 커버(820)는, 제1 시트 커버(810)와 유사하게, 화염에 강한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 시트 커버(820)는, 마이카 재질로 구성될 수 있다.
제3 시트 커버(830)는, 제2 시트 커버(820)의 하부에 접촉 배치될 수 있다. 그리고, 제3 시트 커버(830)는, 모듈 케이스(300)의 외측에 직접 접촉하여 부착될 수 있다. 제3 시트 커버(830)는, 플라스틱과 같은 전기적 절연성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 시트 커버(830)는, 폴리우레탄 재질로 이루어질 수 있다. 제3 시트 커버(830)는, 모듈 케이스(300) 및/또는 제2 시트 커버(820)와 접착될 수 있다. 더욱이, 제3 시트 커버(830)는, 양면에 접착제가 도포되어, 모듈 케이스(300)와 제2 시트 커버(820) 사이를 접착시킬 수 있다. 또한, 제3 시트 커버(830)는, 모듈 케이스(300) 외부로부터 수분이나 먼지 등이 탑 홀(HV)로 유입되는 것을 방지하는 방수 내지 방진 기능을 수행할 수도 있다.
제3 시트 커버(830)는, 제1 시트 커버(810)나 제2 시트 커버(820)보다 용융점이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)에서 화염 등이 발생하는 경우, 녹거나 소실되어 제거될 수 있다. 그러므로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제3 시트 커버(830)에는 별다른 홀이 형성되어 있지 않다 하더라도, 화염 등은, 탑 홀(HV)로부터 차단 홀(OCH) 측으로 향하여 분출될 수 있다.
상기와 같은 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV)이 형성되지 않은 부분에서는, 제1 시트 커버(810)와 제2 시트 커버(820)가 복합층으로서 화염을 차단할 수 있다. 따라서, 탑 홀(HV) 이외의 부분에서 화염 차단 성능이 향상될 수 있다. 그러므로, 다른 배터리 모듈이나 해당 배터리 모듈의 다른 부분에서 배출되는 화염 등에 의해 배터리 모듈 내부의 배터리 셀(110)이 영향을 받는 것을 방지하거나 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성의 경우, 상대적으로 얇은 두께를 갖는 제2 시트 커버(820)에 절개 라인(OCL)이 형성됨으로써, 마이카 등의 시트 부재에 절개 라인(OCL)이 용이하게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(300)의 내압 증가 시, 얇게 구성된 제2 시트 커버(820)가 빠르게 파열됨으로써, 탑 홀(HV)을 통한 화염이나 가스 배출이 신속하고 원활하게 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 실시 구성의 경우, 차단 커버(800)에 제1 시트 커버(810)와 제2 시트 커버(820)가 복합층 형태로 포함됨으로써, 제2 시트 커버(820)의 두께를 얇게 하면서도, 전체적인 차단 커버(800)의 두께는 일정 수준 이상 확보되도록 할 수 있다. 따라서, 외부로부터의 화염에 대한 안정적인 차단 및 내압 증가 시 신속한 개방 구성이 용이하게 구현될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 절개 라인(OCL)이 형성된 제2 시트 커버(820)가 제1 시트 커버(810)의 하부에 배치된다. 이 경우, 다른 배터리 모듈 등에서 배출된 화염이나 가스가 제1 시트 커버(810)의 외면을 따라 흐른다 하더라도, 그 내측에 위치하는 제2 시트 커버(820)를 쉽게 파열시킬 수 없다. 그러므로, 열적 이벤트가 발생한 배터리 모듈의 화염이나 가스 등이 다른 배터리 모듈의 제2 시트 커버(820)를 파열 내지 손상시켜, 다른 배터리 모듈의 내부로 화염 등이 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
제1 시트 커버(810), 제2 시트 커버(820) 및/또는 제3 시트 커버(830)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(300)의 상면과 좌우 측면을 감싸도록 절곡된 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 10 및 도 11 등에서 FR로 표시된 부분과 같이, 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 스페이서(FR)는, 차단 커버(800)의 상단에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(FR)는 제1 시트 커버(810)의 상면에 부착될 수 있다. 더욱이, 상기 스페이서(FR)는, 차단 커버(800)보다 상부 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 스페이서(FR)는, 다수 구비되어, 차단 커버(800)의 상부에서 수평 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 그리고, 스페이서(FR)는, 차단 커버(800)의 표면에서 개폐부(OC) 사이의 공간에 위치할 수 있다.
상기 스페이서(FR)는, 폼(foam)과 같은 탄성체 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(FR)는, 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 화염이나 가스 등이 발생하여 탑 홀(HV) 측에서 가스가 방출될 때, 차단 커버(800)가 팩 하우징(PH) 측으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같은 배터리 모듈이 팩 하우징(PH)에 수납된 경우, 배터리 모듈의 상부에 팩 하우징(PH)의 상부 커버 등이 덮여진 형태로 위치할 수 있다. 이때, 배터리 모듈로부터 탑 홀(HV) 및 차단 홀(OCH)을 거쳐 화염 등이 배출될 때, 배출 압력에 의해 차단 커버(800)가 상부 측으로 들어올려질 수 있다. 이때, 차단 커버(800)가 너무 많이 들어올려지게 되면, 차단 커버(800)와 모듈 케이스(300) 사이의 공간으로 화염 등이 유입되어 차단 커버(800) 외측으로 화염 등이 제대로 배출되지 못하고, 화염 등이 차단 커버(800)와 모듈 케이스(300) 사이의 공간에만 머무를 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성의 경우, 스페이서(FR)가 차단 커버(800)를 팩 하우징(PH) 측으로 일정 수준 이상 들어올려지는 것을 방지함으로써, 이와 같은 문제를 예방할 수 있다. 그러므로, 이러한 실시 구성에 의하면, 탑 홀(HV) 및 차단 홀(OCH)을 통한, 벤팅 가스나 화염 등의 배출 성능이 충분히 안정적으로 확보될 수 있다.
도 17 및 도 18은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다. 예를 들어, 도 17은, 차단 커버(800)에서 하나의 개폐부(OC)가 형성된 부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 도 10의 A7 부분에 대한 변형예일 수 있다. 또한, 도 18은, 도 17의 실시 구성이 적용된 배터리 모듈의 상부 측 단면 구조를 나타내는 도면으로서, 도 15의 A9 부분에 대한 변형예라 할 수 있다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 차단 커버(800)는, OCW로 표시된 부분과 같이, 상부 방향으로 돌출되게 구성된 차단 돌기를 구비할 수 있다. 상기 차단 돌기(OCW)는, 개폐부(OC)의 주변에 형성될 수 있다. 예를 들어, 개폐부(OC)가 대략 타원 형태로 형성된 경우, 차단 돌기(OCW)는, 이러한 타원의 테두리를 따라 링 형태로 형성될 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 외부의 화염이나 벤팅 가스 등으로 인해 차단 커버(800)의 개폐부(OC)가 개방되는 것이 보다 확실하게 방지될 수 있다. 예를 들어, 도 18의 실시 구성을 참조하면, 다른 배터리 모듈 또는 다른 개폐부(OC)로부터 배출된 화염이나 벤팅 가스 등이 차단 커버(800), 특히 제1 시트 커버(810)의 외측 표면을 따라 흐를 수 있다. 이때, 차단 커버(800)의 외측 표면을 따라 흐르는 화염 등은, 화살표로 표시된 바와 같이, 차단 돌기(OCW)에 부딪히게 되어 상부 방향으로 방향이 전환될 수 있다. 특히, 이러한 방향 전환은, 화염 등이 차단 커버(800)의 개폐부(OC), 특히 제2 시트 커버(820)의 절개 라인(OCL) 측으로 향하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 외부의 화염 등으로 인해 차단 커버(800)의 개폐부(OC)가 개방되는 것을 방지하여, 셀 간 또는 모듈 간 화염 등이 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 차단 돌기(OCW)는, 제1 시트 커버(810)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 차단 돌기(OCW)는, 제1 시트 커버(810)에서 차단 홀(OCH)을 형성하는 과정에서 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 시트 커버(810)에서 차단 홀(OCH)을 형성하기 위해, 관통 프레스를 하부에서 상부 방향으로 관통시킴으로써, 차단 홀(OCH)을 형성함과 동시에 차단 홀(OCH)의 테두리에 의도적으로 버(burr)가 형성되도록 할 수 있다. 그리고, 이러한 버는, 차단 홀(OCH) 주위에서 상부 방향으로 돌출되게 형성됨으로써, 차단 돌기로서 기능할 수 있다.
한편, 앞선 도 2 및 도 3의 실시 구성에서는, 셀 어셈블리(100)에 구비된 각 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에, 다수의 테이핑 부재(120)가 전후 방향으로 이격 배치된 형태로 부착되어 있다. 이때, 다수의 테이핑 부재(120)는, 동일한 접착력으로 부착될 수도 있다. 반면, 하나의 배터리 셀(110)에 부착된 다수의 테이핑 부재(120)는, 서로 다른 접착력으로 부착될 수도 있다. 이에 대해서는, 도 19를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 19는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(110) 및 테이핑 부재(120)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에 부착된 다수의 테이핑 부재(120)는, 적어도 부분적으로 접착력이 서로 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 테이프(T1), 제2 테이프(T2) 및 제3 테이프(T3)가 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서 전후 방향으로 부착될 수 있다. 여기서, 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서, 가장 전방 및 가장 후방 측에 위치하는 테이핑 부재(120)로서, 전단 실링부 및 후단 실링부 측에 가깝게 배치될 수 있다. 그리고, 제2 테이프(T2)는, 이러한 제1 테이프(T1)와 제3 테이프(T3) 사이에 위치할 수 있다.
이때, 외곽에 위치한 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, 다른 테이핑 부재(120), 즉 제2 테이프(T2)와 접착력이 다르게 구성될 수 있다. 특히, 외곽에 위치한 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, 다른 테이핑 부재(120)인 제2 테이프(T2)보다 접착력이 강하게 구성될 수 있다. 다시 말하면, 중앙에 위치한 제2 테이프(T2)는, 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)보다 접착력이 약하게 구성될 수 있다.
여기서, 다수의 테이핑 부재(120) 간 접착력을 다르게 구성하는 것은, 테이핑 부재(120)의 크기를 다르게 하는 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, 제2 테이프(T2)보다 부착 면적이 넓게 형성될 수 있다. 이 경우, 다수의 테이핑 부재(120)는, 서로 동일한 재질 및 특성을 갖는 형태로 구성될 수 있으며, 크기 조절만으로 접착력에 차이가 발생할 수 있다. 다른 예로, 다수의 테이핑 부재(120) 간 접착력을 다르게 구성하는 것은, 테이핑 부재(120)에 사용되는 접착제의 양이나 종류를 다르게 하는 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, 제2 테이프(T2)보다 접착력이 강한 접착제를 이용하여 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에 부착될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 내부에서 가스나 화염 등이 배출될 때, 상단 실링부(S2U)의 특정 부분으로 방향이 유도될 수 있다. 특히, 상기 도 19의 실시 구성과 같이, 중앙에 위치한 제2 테이프(T2)의 접착력을 외곽에 위치한 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)의 접착력보다 작게 하는 경우, 배터리 셀(110)의 내부로부터 화염 등이 배출될 때, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서 전극 리드(111)에 가까운 부분이 아니라, 중앙 부분에서 배출될 가능성이 높다. 더욱이, 배터리 셀(110)의 내압 증가 시, 화염 등은, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서, 각 테이핑 부재(120) 사이의 테이핑 미부착 구간에서 먼저 배출되기 쉽다. 그리고, 화염이나 가스 배출량이 많아지게 되면, 테이핑 부착 구간까지도 개봉되어 화염 등이 배출될 수 있는데, 이때 제1 테이프(T1)나 제3 테이프(T3)보다는, 중앙에 위치한 제2 테이프(T2)가 먼저 찢어지거나 파우치 외장재로부터 분리될 가능성이 높다. 따라서, 화염 등은, 배터리 셀(110)의 상부에 배치된 탑 홀(HV) 측으로 향하기 쉬우며, 전극 리드(111)가 위치하는 배터리 모듈의 측부 방향, 특히 모듈 단자(200)가 위치하는 전방 측으로 향하는 것이 억제될 수 있다.
도 20은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(110) 및 테이핑 부재(120)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 테이핑 부재(120)는, 단부가 경사지게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 20의 실시예에서, 제1 테이프(T1) 및 제3 테이프(T3)는, A10 및 A10'으로 표시된 부분과 같이, 배터리 셀(110)의 파우치 외장재에 부착되는 부분의 하측 단부가, 특정 방향으로 갈수록 높아지는 형태로 경사지게 구성될 수 있다.
특히, 테이핑 부재(120)는, 중앙 부분을 향하는 방향으로 갈수록 부착 길이가 짧아지는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전방 측에 배치된 제1 테이프(T1)는, A10으로 표시된 부분과 같이, 중앙 부분을 향하여 후방(-X축 방향)으로 갈수록 상하 방향 길이가 짧아지는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 후방 측에 배치된 제3 테이프(T3)는, A10'으로 표시된 부분과 같이, 중앙 부분을 향하여 전방(+X축 방향)으로 갈수록 상하 방향 길이가 짧아지는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 테이핑 부재(120)에 있어서, 먼저 손상되거나 분리되는 부분의 제어가 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 20의 실시예에서 제1 테이프(T1)는, 후방 측의 접착력이 약하므로 후방 측부터 먼저 배터리 셀(110)의 외면으로부터 분리되기 쉽다. 따라서, 배터리 셀(110)의 내부로부터 화염이나 가스 등이 배출될 때, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U) 중 전극 리드(111)가 위치하는 전단 측 모서리보다는 중앙 부분이 먼저 개봉되도록 유도할 수 있다. 또한, 제3 테이프(T3)의 경우에도, 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U) 중 전극 리드(111)가 위치하는 후단 측 모서리보다는 중앙 부분이 먼저 개봉되도록 유도할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 화염 등은 배터리 셀(110)의 상단 실링부(S2U)에서 중앙 부분을 통해 상부 측으로 분출되도록 유도하고, 전극 리드(111)가 위치하는 전방이나 후방을 향해서는 최대한 분출을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 2에서 CP로 표시된 부분과 같이, 압축 패드를 포함할 수 있다.
상기 압축 패드(CP)는, 셀 어셈블리(100)에서, 적어도 일부 배터리 셀(110) 사이 및/또는 적층체 외곽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(CP)는, 좌우 방향으로 적층된 다수의 배터리 셀(110)에 있어서, 4개의 배터리 셀(110)마다 사이에 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 압축 패드(CP)는, 배터리 셀(110)의 스웰링 흡수가 가능하도록 탄성체 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(CP)는, 폴리 우레탄 등 폼 재질로 구성될 수 있다. 또는, 압축 패드(CP)는, 열이나 화염 등의 차단이 가능한 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 압축 패드(CP)는, 실리콘이나 마이카와 같은 단열 내지 방화 재질을 구비할 수 있다.
본 발명에 다른 배터리 모듈은, 팽창 부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 모듈 케이스(300)의 내부 공간 중, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창 부재(500)는, 모노 프레임과 엔드 프레임(320)에 의해 한정되는 내부 공간에 배치되되, 셀 어셈블리(100)의 전방 측 방향인 +X축 방향에 위치할 수 있다.
그리고, 팽창 부재(500)는, 열에 의해 부피가 팽창되어, 모듈 케이스(300)의 내부 공간 중 적어도 일부를 채우도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 21 내지 도 23을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 전방 측 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 단면 구성을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 23은, 도 22의 구성에서, 팽창 부재(500)가 팽창된 일 형태를 나타내는 도면이다.
도 21 내지 도 23을 참조하면, 상기 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 배치되어, 셀 어셈블리(100)의 전면의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(300)의 내부 공간에서 셀 어셈블리(100)의 전방 측은 팽창 부재(500)에 의해 커버될 수 있다. 그리고, 이와 같이 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 배치된 팽창 부재(500)는 열에 의해 팽창되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)의 내부에서 열 폭주 발생 시, 셀 어셈블리(100)로부터 팽창 부재(500) 측으로 열이 전달될 수 있다. 이때, 팽창 부재(500)는, 이와 같이 전달된 열에 의해 부피가 팽창되어, 도 23에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치한 빈 공간의 적어도 일부분을 채울 수 있다. 더욱이, 팽창 부재(500)는, 전방 프레임(320F)과 셀 어셈블리(100) 사이의 빈 공간을 메우도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 팽창 부재(500)는, 팽창에 의해 도 22에서 B1으로 표시된 부분의 적어도 일부를 채울 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)의 팽창에 의해 화염이나 열, 전극 토출물 등이 모듈 단자(200)가 위치하는 배터리 모듈의 전방 측으로 노출되는 것을 억제 내지 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 구성의 경우, 모듈 단자(200) 측으로 전극 토출물이 배출되는 것을 방지하여, 전극 토출물 등이 모듈 단자(200)나 모듈 간 버스바 등에 부착되어, 배터리 모듈이나 배터리 팩 내부의 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)의 팽창 시, 화염이나 열 등이 전방 프레임(320F) 측으로 향하는 것을 방지하여, 전방 프레임(320F) 등이 화염 등에 의해 용융되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈 내부에서 화염 분출 시에도, 모듈 케이스(300)의 구조적 붕괴를 최대한 저지할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 열에 의해 발포되는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창 부재(500)는, 200℃ 이상에서 발포가 시작되는 재료를 포함할 수 있다. 더욱이, 팽창 부재(500)는, 이러한 온도 조건을 제공하는 화염 내지 고온 가스 등에 의해 발포되도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 팽창 부재(500)는, 탄소계 재료를 구비하여, 열에 의해 발포되도록 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100) 측에서 열 폭주 등으로 인해 화염이나 고온의 가스 발생 시, 셀 어셈블리(100)의 전방 측 공간을 신속하게 채울 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)의 전방 측으로 화염 등이 노출되는 것을 빠르게 차단 내지 억제할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)로부터 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 팽창 부재(500)는, 도 22에서 B1으로 표시된 부분과 같이, 전극 리드(111)와 일정 거리 이상의 거리를 갖도록 이격될 수 있다. 즉, 팽창 부재(500)는, 모듈 케이스(300)의 내부 공간에서 전극 리드(111)와 직접 접촉하지 않도록 장착될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)에 대하여 전기적 전도성 재질의 이용이 가능하도록 할 수 있다. 즉, 팽창 부재(500)가 전기적 전도성을 갖는 물질을 포함하더라도, 전극 리드(111)와 팽창 부재(500) 사이는 직접적으로 접촉하지 않으므로, 이들 사이의 직접 접촉으로 인한 쇼트 등의 문제가 예방될 수 있다.
또한, 상기 팽창 부재(500)는, 적어도 부분적으로 절연 코팅될 수 있다. 특히, 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)를 향하는 부분의 적어도 일부가 전기적 절연성 재질로 코팅될 수 있다.
예를 들어, 도 22의 실시 구성을 참조하면, 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)와 대면되는 표면, 즉 후면이 PET(PolyEthylene Terephthalate) 재질로 코팅될 수 있다. 다만, 이 밖에도 절연 코팅층은 다른 다양한 재질을 구비할 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)에 대한 전기적 절연성 확보에 유리할 수 있다. 이를테면, 이 경우, 팽창 부재(500)가 전극 리드(111) 또는 다른 전기적 구성요소와 직접 접촉 시 단락 등 전기적 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 사용 중 진동이나 충격 등에 노출될 수 있는 자동차 등에 장착될 수 있다. 이때, 상기와 같은 실시 구성에 의하면, 진동이나 충격 시 팽창 부재(500)가 일시적으로 전극 리드(111)에 접촉하는 경우에도, 단락 등의 문제가 발생하는 것을 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 2 및 도 22 등에 도시된 바와 같이, 절연 커버(900), 특히 전방 절연 커버(900F)를 더 포함할 수 있다.
전방 절연 커버(900F)는, 전기적 절연성 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 전방 절연 커버(900F)는 플라스틱과 같은 폴리머 재질을 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 전방 절연 커버(900F)는, MPPO(Modified PolyPhenylene Oxide) 재질을 구비할 수 있다.
전방 절연 커버(900F)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측과 모듈 케이스(300) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 전방 절연 커버(900F)는, 셀 어셈블리(100)와 전방 프레임(320F) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)와 전방 프레임(320F) 사이에 전기적 절연이 확보될 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에는 전극 리드(111)와 같은 전기적 구성요소가 위치할 수 있다. 그리고, 전방 프레임(320F)은, 알루미늄과 같은 전기적 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 전기적 절연성 재질의 전방 절연 커버(900F)가 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 전방 프레임(320F) 사이에 개재됨으로써, 이들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
전방 절연 커버(900F)는, 내측 표면에 팽창 부재(500)가 부착될 수 있다. 즉, 전방 절연 커버(900F)의 후면에는 팽창 부재(500)가 양면 테이프 등을 통해 부착될 수 있다. 이 경우, 전방 절연 커버(900F)는, 팽창 부재(500)가 부착될 수 있는 공간을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전방 절연 커버(900F)의 후면은, 팽창 부재(500)가 부착될 수 있도록 평평하게 마련된 부분이 존재할 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(300) 내부에서 팽창 부재(500)가 안정적으로 위치할 수 있다. 특히, 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111) 등과 일정 거리 이격되는 것이 좋은데, 상기 실시 구성에서는, 팽창 부재(500)와 전극 리드(111) 사이의 거리가 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
한편, 전방 절연 커버(900F)는 폴리머 재질로 이루어질 수 있는데, 이 경우 높은 온도의 화염에서는 용융되거나 소실될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 셀 어셈블리(100)의 전방 측에서 전방 절연 커버(900F)가 용융되거나 소실되더라도, 팽창 부재(500)가 발포 내지 팽창되어 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 막힐 수 있다. 뿐만 아니라, 팽창 부재(500)가 팽창되는 경우, 화염 등이 전방 절연 커버(900F) 측으로 향하는 것을 억제하여, 전방 절연 커버(900F)의 용융 내지 소실 등도 최소화할 수 있다.
전방 절연 커버(900F)는, 모듈 케이스(300)와 돌기 구조에 의해 체결될 수 있다. 이에 대해서는, 도 24를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 24는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 분리 및 확대하여 나타낸 사시도이다. 특히, 도 24는, 전방 프레임(320F)과 전방 절연 커버(900F)가 서로 분리된 형태로 도시되어 있다.
도 24를 참조하면, 상기 모듈 케이스(300), 특히 전방 프레임(320F)은, HLF로 표시된 부분과 같이, 전방 체결홀이 형성될 수 있다. 그리고, 전방 절연 커버(900F)는, PLF로 표시된 부분과 같이, 전방 체결 돌기가 형성될 수 있다. 여기서, 전방 체결 돌기(PLF)는, 배터리 모듈의 조립 시, 전방 체결홀(HLF)에 삽입될 수 있다. 전방 체결 돌기(PLF)는 전방 절연 커버(900F)에 다수 형성될 수 있다. 또한, 이러한 다수의 전방 체결 돌기(PLF)에 대응되도록, 전방 체결홀(HLF) 역시 전방 프레임(320F)에 다수 형성될 수 있다.
더욱이, 전방 체결 돌기(PLF)는, 전방 프레임(320F)을 내측에서 외측 방향으로 관통하는 형태로 삽입될 수 있다. 그리고, 전방 체결 돌기(PLF)는, 전방 프레임(320F)의 외측에 노출된 외측 단부가 관통 부분에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 전방 체결 돌기(PLF)의 외측 단부는, 전방 체결홀(HLF)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 외측 단부의 두꺼운 부분은, 전방 체결 돌기(PLF)가 전방 체결홀(HLF)에 삽입된 후, 열과 함께 압력을 가하여 눌리도록 함으로써 마련될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 전방 프레임(320F)과 전방 절연 커버(900F) 사이의 결합력이 안정적으로 확보될 수 있다. 또한, 이 경우, 전방 절연 커버(900F)나 이에 부착된 팽창 부재(500)가 전극 리드(111) 측으로 이동하여 전극 리드(111) 등에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 팽창 시 전방 체결홀(HLF)을 폐색시키도록 구성될 수 있다. 먼저, 팽창 부재(500)는, 팽창 시 전방 체결홀(HLF)을 막을 수 있는 위치에 위치할 수 있다. 팽창 부재(500)는, 팽창 시 Y-Z축 평면 상에서 전방 체결홀(HLF)을 커버할 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 팽창 부재(500)는, 팽창 시 전방 체결홀(HLF)을 막을 수 있는 형태 내지 구조를 가질 수 있다. 특히, 팽창 부재(500)는, 팽창 전에도, Y-Z축 평면 상에서 전방 체결홀(HLF)을 커버할 수 있는 위치 및 형태를 가질 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 전방 프레임(320F)에 다수의 전방 체결홀(HLF)이 형성된 경우, 팽창 부재(500)는, 팽창된 상태에서 다수의 전방 체결홀(HLF)을 모두 막도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 전방 절연 커버(900F)의 적어도 일부가 용융되거나 소실된 경우에도 화염이나 고온의 가스, 전극 토출물 등이 전방 체결홀(HLF)을 통해 배터리 모듈의 전방 측으로 분출되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 정상적인 상태에서는 전방 절연 커버(900F)의 전방 체결 돌기(PLF)에 의해 전방 체결홀(HLF)이 막혀 있으나, 화염 등에 의한 고열로 전방 절연 커버(900F)가 녹거나 소실된 경우, 전방 체결홀(HLF)이 개방될 수 있다. 하지만, 팽창 부재(500)가 이러한 전방 체결홀(HLF)의 개방을 막음으로써, 전방 체결홀(HLF)을 통한 화염 등의 외부 노출을 확실하게 제한할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 화염이나 가스가 모듈 단자(200) 측으로 향하는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 25를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 25는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 확대하여 나타낸 도면이다. 예를 들어, 도 25는, 도 22의 도면에서 상단 부분의 구성을 확대하여 나타낸 도면일 수 있다.
도 22 및 도 23 등과 함께 도 25를 추가로 참조하면, 팽창 부재(500)는, 셀 어셈블리(100)로부터 화염이나 가스 배출 시, 팽창될 수 있다. 특히, 모듈 단자(200)는 전방 상부 측에 위치할 수 있으며, 이러한 모듈 단자(200)의 하부에는 도 25에서 B2로 표시된 부분과 같이 빈 공간이 존재할 수 있다. 그런데, 셀 어셈블리(100)에서 열 폭주 상황이 발생하여 팽창 부재(500)가 팽창하게 되면, 이러한 모듈 단자(200)의 하부 빈 공간(B2)의 적어도 일부분이 팽창 부재(500)에 의해 채워질 수 있다.
이 경우, 도 25의 화살표 B3로 표시된 부분과 같이, 셀 어셈블리(100)로부터 화염 등이 모듈 단자(200) 측으로 향하더라도 이미 팽창된 팽창 부재(500)가 이러한 화염의 이동을 저지할 수 있다. 특히, 모듈 단자(200) 측에는 단자 홀(HT)이 존재할 수 있는데, 상기 팽창 부재(500)는, 팽창된 상태에서 화염이나 가스, 전극 토출물 등이 단자 홀(HT)로 향하여 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 간 열 전파 내지 화염 전파나 모듈 간 전기적 연결 구성의 단락 등을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 열에 의해 사방으로 팽창되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 26을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 26은, 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창 부재(500)의 팽창 구성에 대한 일례를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 26을 참조하면, 팽창 부재(500)는, 2개의 넓은 표면이 전후 방향(X축 방향)을 향하도록 세워진 시트 형태를 가질 수 있다. 이때, 팽창 부재(500)는, 두께 방향인 전후 방향뿐만 아니라, 상, 하, 좌, 우 방향 전체 방향으로 팽창되는 재질을 구비할 수 있다. 이를테면, 도 26에서 6개의 화살표로 표시된 바와 같이, 팽창 부재(500)는, +X 방향, -X 방향, +Y 방향, -Y 방향, +Z 방향 및 -Z 방향의 전체 방향으로 팽창될 수 있다. 즉, 시트 형태의 팽창 부재(500)는, 팽창 시 표면에 평행한 방향(Y-Z 평면에 평행한 방향) 및 표면에 수직한 방향(±X축 방향)의 전 방향으로 팽창 가능하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 팽창 부재(500)는, 열에 의한 발포 방식으로 팽창되는 경우, 사방으로 발포되는 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 정상적인 상태의 팽창 부재(500)에 대한 모양이나 구조를 특별하게 마련하지 않더라도, 팽창 부재(500)의 팽창 시 모듈 케이스(300) 내부의 빈 공간을 잘 채울 수 있다. 따라서, 팽창 부재(500)나 이러한 팽창 부재(500)가 구비된 모듈 케이스(300) 내부 공간에 대한 제조성이 용이할 수 있다. 또한, 팽창 부재(500)에 의한 화염 차단 효과가 안정적으로 확보될 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 단일 재질의 시트 형태로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 팽창 부재(500)는 다른 다양한 형태로 구성될 수도 있다. 특히, 팽창 부재(500)는, 서로 다른 재질로 이루어진 복합 시트 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 27을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 27은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 팽창 부재(500)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 27을 참조하면, 상기 팽창 부재(500)는, 2개의 시트, 즉 제1 팽창 시트(510) 및 제2 팽창 시트(520)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 더욱이, 제1 팽창 시트(510)는 팽창에 특화되고, 제2 팽창 시트(520)는 화염 차단에 특화되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 팽창 시트(520)는, 제1 팽창 시트(510)보다 녹는점이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 전기 전도성이 다른 재질로 이루어질 수 있다. 더욱이, 제1 팽창 시트(510)는 전기 전도성을 갖고, 제2 팽창 시트(520)는 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
대표적인 예로서, 제1 팽창 시트(510)는, 열에 의해 발포되는 재질, 이를테면 흑연계 발포 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 팽창 시트는, 마이카(mica) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 팽창 시트(510)는 3mm의 두께를 갖고, 제2 팽창 시트(520)는 1mm의 두께를 갖도록 구성될 수 있다.
제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 서로 두께 방향으로 적층될 수 있다. 특히, 제2 팽창 시트(520)는, 제1 팽창 시트(510)의 내측에 위치할 수 있다. 특히, 팽창 부재(500)가 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 위치하는 경우, 제2 팽창 시트(520)는 제1 팽창 시트(510)의 후방 측에 적층될 수 있다. 이 경우, 제2 팽창 시트(520)가 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111) 측에 직접 대면하며, 제1 팽창 시트(510)는 전극 리드(111) 측에 직접 대면하지 않을 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 제1 팽창 시트(510)가 흑연계 재질로서 전기 전도성을 갖도록 구성되더라도, 전기 절연성을 갖는 제2 팽창 시트(520)에 의해 제1 팽창 시트(510)가 전극 리드(111) 등과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제1 팽창 시트(510)와 전극 리드(111) 사이의 전기적 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)로부터 전방 측으로 화염이나 고온의 가스가 분출되더라도, 화염 등이 제1 팽창 시트(510) 측으로 향하는 것을 제2 팽창 시트(520)가 1차적으로 차단할 수 있다. 따라서, 제1 팽창 시트(510)가 화염 등에 의해 바로 연소되지 않고, 안정적으로 발포 내지 팽창될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)의 전체적인 두께를 얇게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 구성에 의하면, 제2 팽창 시트(520)가 차지하는 공간만큼 제1 팽창 시트(510)의 팽창 공간이 축소되므로, 제1 팽창 시트(510)의 두께를 두껍게 하지 않더라도, 셀 어셈블리(100)의 전방 측 공간이 보다 신속하고 확실하게 채워질 수 있다. 따라서, 얇은 두께로 구성하더라도, 셀 어셈블리(100)의 전방 측 공간을 밀폐시켜 전방 측 화염 배출을 차단하는 팽창 부재(500)의 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
도 28은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창 부재(500)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 28의 (a)는 팽창 부재(500)가 팽창되기 전의 단면 구성을 나타내는 도면이고, 도 28의 (b)는 팽창 부재(500)가 팽창된 후의 단면 구성을 나타내는 도면이라 할 수 있다.
도 28을 참조하면, 상기 팽창 부재(500)는, 상하 방향으로 서로 다른 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 앞선 도 27의 실시예에서는 2개의 시트 부재가 두께 방향으로 서로 적층되되, 도 28의 실시예에서는 2개의 시트 부재가 평면 방향으로 서로 적층될 수 있다. 특히, 2개의 시트 부재, 즉 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 모서리가 서로 맞대어진 형태로, 상하 방향으로 적층될 수 있다. 이때, 제1 팽창 시트(510)는 제2 팽창 시트(520)의 상단에 적층될 수 있다. 이러한 측면에서, 제1 팽창 시트(510)는 상부 팽창 시트, 제2 팽창 시트(520)는 하부 팽창 시트로 지칭될 수도 있다.
제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 열에 의한 팽창율이 서로 다르게 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 팽창 시트(510)는 제2 팽창 시트(520)보다 열에 의한 팽창율이 더 크게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 팽창되기 전 서로 동일 내지 유사한 두께를 가질 수 있다. 반면, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 도 28의 (b)에 도시된 바와 같이, 팽창 후 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 특히, 제1 팽창 시트(510)는, 제2 팽창 시트(520)보다 열에 의한 팽창율이 크도록 구성될 수 있다.
즉, 도 28의 (a)에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100) 측에서 열이 인가될 때, 제1 팽창 시트(510)는 도 28의 (b)에서 화살표 B4로 표시된 바와 같이 두께 방향으로 팽창할 수 있다. 그리고, 제2 팽창 시트(520)는 도 28의 (b)에서 화살표 B4'로 표시된 바와 같이 두께 방향으로 팽창할 수 있다. 이때, 제1 팽창 시트(510)의 두께 방향 팽창율은, 제2 팽창 시트(520)의 두께 방향 팽창율보다 클 수 있다. 즉, 팽창 후 제1 팽창 시트(510)는 제2 팽창 시트(520)보다 두꺼워질 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)의 팽창율이 부분적으로 상이하게 구성됨으로써, 화염 등에 대하여 특정 부분으로 이동하는 것을 억제하거나 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 28에 도시된 바와 같이, 상부에 적층된 제1 팽창 시트(510)의 팽창율이 두껍게 이루어지는 경우, (b)에서 화살표 B5로 표시된 바와 같이, 내측에서 외측 방향(+X축 방향)으로 향하는 화염이나 전극 토출물이 팽창 부재(500)에 부딪혀 상부 측으로 반사될 때, 반사 각도가 90도(°)보다 적어질 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 화염이나 전극 토출물 등이 후방(-X축 방향) 측으로 꺾인 상태로 반사됨으로써, 화염 등의 전방 측 배출이 더욱 억제될 수 있다.
한편, 상기 도 28의 실시 구성에서는, 상하 방향으로 적층 배치된 2개의 팽창 시트가 최초 두께는 동일하되 팽창율이 서로 다른 재질로 이루어진 실시예가 도시되어 있으나, 팽창 부재(500)의 팽창 두께를 다르게 하는 구성은 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 이에 대해서는, 도 29를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 29는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창 부재(500)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 29의 (a)는 팽창 부재(500)가 팽창되기 전의 단면 구성을 나타내는 도면이고, 도 29의 (b)는 팽창 부재(500)가 팽창된 후의 단면 구성을 나타내는 도면이라 할 수 있다.
먼저, 도 29의 (a)를 참조하면, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 팽창되기 전의 두께가 서로 다르게 구성될 수 있다. 즉, 상부 측에 위치한 제1 팽창 시트(510)의 두께는 B6로 표시되고, 하부 측에 위치한 제2 팽창 시트(520)의 두께는 B6'으로 표시된 바와 같다. 이때, B6와 B6'은 서로 다른 수치로서, B6>B6'의 관계를 가질 수 있다.
그리고, 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100) 측으로부터 열이 인가되는 경우, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 두께 방향으로 팽창될 수 있다. 이때, 도 29의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는 팽창 후 두께가 서로 다를 수 있다. 즉, 제1 팽창 시트(510)는 B7으로 표시된 두께를 가지고 제2 팽창 시트(520)는 B7'으로서 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 특히, B7와 B7'은 B7>B7'의 관계로서, 제1 팽창 시트(510)의 팽창 후 두께는 제2 팽창 시트(520)의 팽창 후 두께보다 두꺼울 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 앞선 도 28의 실시예에서 설명한 바와 같이, 특정 방향으로 화염이나 입자 등이 이동하는 것을 억제하거나 유도할 수 있다. 더욱이, 이러한 실시예에서는, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)는, 팽창율을 다르게 할 필요가 없으므로, 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 팽창 시트(510)와 제2 팽창 시트(520)가 일체화된 형태로 제조될 수 있으며, 이들을 별도 제조 후 서로 결합시키는 공정이 필요 없을 수 있다. 그러므로, 이 경우, 팽창 부재(500)의 제조가 보다 용이해지고, 구조적 안정성도 확보할 수 있다.
한편, 도 28 및 도 29의 실시예에서는, 팽창 부재(500)가 두께 방향으로 팽창되는 구성을 중심으로 설명되어 있으나, 앞서 설명한 바와 같이, 팽창 부재(500)는 평면(Y-Z 평면) 방향으로 팽창할 수도 있다.
또한, 배터리 모듈에 버스바 어셈블리(400)가 포함된 경우, 상기 팽창 부재(500)는, 전방 측 버스바 어셈블리(400)와 소정 거리 이격되게 위치할 수 있다. 예를 들어, 팽창 부재(500)는, 도 22에서 B1으로 표시된 부분과 같이, 버스바 단자(410)나 버스바 하우징(420)으로부터 전방 측으로 소정 거리 이격된 위치에 위치할 수 있다. 즉, 열 폭주 등이 일어나지 않은 정상적인 상태에서는, 팽창 부재(500)와 버스바 어셈블리(400) 사이에 빈 공간이 위치할 수 있다. 그리고, 열 폭주 등이 발생하여 팽창 부재(500)가 팽창하게 되면, 이러한 빈 공간이 팽창 부재(500)에 의해 채워질 수 있다. 예를 들어, 팽창 부재(500)는, 열에 의해 발포되어 버스바 어셈블리(400)와 절연 커버(900) 사이의 공간을 메우도록 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)가 전기 전도성을 갖는 재질을 포함하더라도, 팽창 부재(500)와 버스바 단자(410) 사이의 전기적 절연성이 확보되도록 할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부에서 가해지는 충격이나 진동 등에도, 팽창 부재(500)가 버스바 어셈블리(400)와 접촉하여 버스바 어셈블리(400)가 손상되는 문제 등이 예방될 수 있다.
전방 측 버스바 어셈블리(400)의 버스바 하우징(420)은, 전방 하우징 돌출부를 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 30을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 30은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 30은, 배터리 모듈의 전방 측에서 전방 프레임(320F) 및 전방 절연 커버(900F) 등은 제거되어 있고, 팽창 부재(500)는 버스바 어셈블리(400)의 전방 측으로 더 이동된 형태가 도시되어 있다.
도 30을 참조하면, 전방 측 버스바 어셈블리(400)에 버스바 단자(410)와 버스바 하우징(420)이 포함될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(420)은, PHF로 표시된 바와 같은 전방 하우징 돌출부를 구비할 수 있다. 전방 하우징 돌출부(PHF)는, 전방에 위치한 팽창 부재(500)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 특히, 버스바 하우징(420)에는 버스바 단자(410)가 장착되며, 이러한 버스바 단자(410)에 전극 리드(111)가 절곡된 형태로 접촉 결합될 수 있다. 이때, 전방 하우징 돌출부(PHF)는, 버스바 단자(410)나 이에 접촉된 전극 리드(111)보다 전방 측으로 더 돌출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 정상적인 상태에서, 전기적 연결을 위한 구성요소인 버스바 단자(410)나 전극 리드(111)와 팽창 부재(500) 사이의 직접적인 접촉을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 특히, 팽창 부재(500)가 전기적 전도성 재질로 구성되더라도, 전방 하우징 돌출부(PHF)에 의해 버스바 단자(410)나 전극 리드(111)와 팽창 부재(500) 사이의 이격 거리가 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
도 22의 실시예를 참조하면, 전방 하우징 돌출부(PHF)는, B1으로 표시된 부분과 같이, 버스바 단자(410) 내지 전극 리드(111)와 팽창 부재(500) 사이의 이격 공간에서 팽창 부재(500)를 향해 돌출되도록 구성될 수 있다. 이때, 전방 하우징 돌출부(PHF)의 전단부는, 팽창 부재(500)의 내측 표면에 직접 접촉하지 않고 소정 거리 이격되게 위치할 수 있다. 이 경우, 팽창 부재(500)와 버스바 어셈블리(400) 사이에 공차가 안정적으로 확보될 수 있다.
다른 예로, 전방 하우징 돌출부(PHF)의 전단부는, 팽창 부재(500)의 내측 표면에 직접 접촉할 수 있다. 이 경우, 외부의 진동이나 충격 등에도, 모듈 케이스(300) 내부에서 팽창 부재(500)가 보다 안정적으로 위치를 유지할 수 있다.
또한, 전방 하우징 돌출부(PHF)는, 상하 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다. 특히, 버스바 하우징(420)에 장착된 버스바 단자(410)가 상하 방향으로 길게 연장 형성될 수 있으므로, 전방 하우징 돌출부(PHF)는 이러한 버스바 단자(410)와 마찬가지로 상하 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 버스바 하우징(420)에는 다수의 버스바 단자(410)가 좌우 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 전방 하우징 돌출부(PHF)는, 도 30에 도시된 바와 같이, 인접하는 버스바 단자(410) 사이에 개재될 수 있다. 더욱이, 전방 하우징 돌출부(PHF)는, 버스바 하우징(420)에서 수평 방향으로 다수 배치될 수 있다. 이 경우, 전체 버스바 단자(410)와 팽창 부재(500) 사이에서 안정적인 이격 거리가 유지될 수 있다. 또한, 이 경우, 인접하는 버스바 단자(410) 사이의 물리적인 분리 상태가 안정적으로 확보될 수 있다.
상기 팽창 부재(500)는, 하단부가 버스바 단자(410)의 하단부보다 높게 위치하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 22의 실시 구성을 참조하면, 팽창되지 않은 정상적인 상태에서 팽창 부재(500)의 하단부는, B8로 표시된 만큼, 버스바 단자(410)의 하단부보다 높게 위치할 수 있다. 다시 말하면, 버스바 단자(410)의 하단부는 팽창 부재(500)의 하단부보다 낮은 위치에 위치할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 팽창 부재(500)와 버스바 단자(410) 사이의 전기적 절연성을 향상시킬 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)로부터 전해액이 누출되거나 모듈 케이스(300)의 내부로 수분이 유입되는 경우, 모듈 케이스(300)의 바닥에 이러한 전해액이나 수분 등이 고일 수 있다. 이때, 팽창 부재(500)의 하단부 높이를 버스바 단자(410)의 하단부보다 높게 구성하면, 전해액 등이 소정 높이까지 채워지더라도 버스바 단자(410)와 팽창 부재(500) 사이의 통전을 방지할 수 있다. 그러므로, 전해액 등이 유출되거나 수분이 유입된 상황 등에서도 배터리 모듈의 전기적 안전성이 개선될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 구성에서, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 팽창 부재(500)가 구비된 경우, 화염이나 가스가 팽창 부재(500)로 먼저 향하지 않고, 탑 홀(HV)을 통해 상부 측으로 배출되도록 할 수 있다. 이 경우, 팽창 부재(500) 측으로는 먼저 열만 전달되어, 팽창 부재(500)가 충분히 부풀어오르도록 할 수 있다. 더욱이, 팽창 부재(500)가 팽창되기 전에, 팽창 부재(500)로 가스나 화염 등이 먼저 분출되어, 가스나 화염 등에 의해 팽창 부재(500)가 이탈하거나 팽창되기 이전의 빈 공간으로 화염 등이 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(300)는, 리어 홀이 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 31 및 도 32를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 31은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 사시도이다. 또한, 도 32는, 도 31의 일부 구성을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 모듈 케이스(300)에서, 모듈 단자(200)가 설치된 부분의 반대 편, 즉 후방 측에 HR로 표시된 부분과 같이, 리어 홀이 형성될 수 있다. 이러한 리어 홀(HR)도, 탑 홀(HV)과 마찬가지로, 모듈 케이스(300)의 내부 공간과 연통되도록 마련될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 분출되는 화염 등의 방향을 제어할 수 있다. 이에 대해서는, 도 33을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 33은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 화염 등이 분출되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 33을 참조하면, 모듈 케이스(300) 내부에 수납된 셀 어셈블리(100) 내에서 열 폭주 등의 상황이 발생하는 경우, 화염이나 고온의 벤팅 가스, 전극 토출물 등이 생성될 수 있다. 그리고, 이러한 화염 등이 일정 수준 이상이 되면, 모듈 케이스(300)의 외측으로 배출될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 경우, 상부 측에는 탑 홀(HV)이 형성되어 있고, 후방 측에는 리어 홀(HR)이 형성되어 있으므로, 화염을 상방 및 후방으로 유도할 수 있다. 즉, 화염 등은, 도 33에서 실선 화살표로 표시된 바와 같이 탑 홀(HV)을 통해 상부 측으로 배출되거나, 도 33에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이 리어 홀(HR)을 통해 후방 측으로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의할 경우, 모듈 단자(200)가 위치하는 전방 측으로는 화염 배출이 억제되거나 지연될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 경우, 탑 홀(HV)과 리어 홀(HR)은, 전방 측이 아닌 방향 중 서로 다른 방향으로 화염 등이 배출되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 탑 홀(HV)은 화염 등이 수직 방향(상방)으로 배출되도록 하고, 리어 홀(HR)은 화염 등이 수평 방향(후방) 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 이러한 화염 등의 상방 및 후방의 동시 배출을 통해, 전방 측 이외의 공간으로 화염을 분산 배출시키는 한편, 전방 측 배출이 최대한 억제되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 내부에서 열 폭주 등의 이벤트로 인해, 벤팅 가스나 화염 등이 발생하는 경우, 이러한 가스나 화염이 모듈 케이스(300) 외부로 원활하게 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 비상 시 모듈 케이스(300)의 내압을 신속하게 낮추어, 배터리 모듈의 폭발 등을 방지할 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈의 안전성이 향상될 수 있다.
한편, 엔드 프레임(320)은, 전방 프레임(320F)과 후방 프레임(320R)을 구비할 수 있다.
여기서, 전방 프레임(320F)은, 본체 프레임(310)의 전방 측 개방부를 커버하도록 구성될 수 있다. 그리고, 전방 프레임(320F)은, 모듈 단자(200)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 전방 프레임(320F)은, 단자 홀과 같이, 모듈 단자(200)가 장착되거나 노출될 수 있는 공간 내지 구조 등을 제공할 수 있다. 후방 프레임(320R)은, 본체 프레임(310)의 후방 측 개방부를 커버하도록 구성될 수 있다. 또한, 후방 프레임(320R)은, 리어 홀(HR)이 형성될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 모듈 케이스(300) 내부의 화염이나 전극 토출물 등은, 본체 프레임(310)의 탑 홀(HV)과 후방 프레임(320R)의 리어 홀(HR)을 통해 상방 및 후방으로 배출될 수 있다. 그리고, 전방 프레임(320F)에는 화염 등이 배출될 수 있는 홀이 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 화염이나 전극 토출물 등은 상방이나 후방으로 향하고, 전방 측으로는 향하지 않을 수 있다.
상기 리어 홀(HR)은, 후방 프레임(320R)에 다수 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 31에 도시된 바와 같이, 리어 홀(HR)은, 후방 프레임(320R)에서, 수평 및/또는 수직 방향으로 다수 형성될 수 있다. 더욱이, 다수의 리어 홀(HR)은, 대략 원형으로 형성되며, 별도의 꼭지점이 존재하지 않는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 다수의 리어 홀(HR)은, 후방 프레임(320R) 상에서 서로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 다수의 리어 홀(HR)을 통한 후방 화염 배출이 보다 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하면, 화염이나 가스 등의 배출 압력에 의해 리어 홀(HR) 내지 후방 프레임(320R)이 파손되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 2 및 도 32에 도시된 바와 같이, 절연 커버(900)로서 후방 절연 커버(900R)를 더 포함할 수 있다.
상기 후방 절연 커버(900R)는, 전기적 절연성 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 후방 절연 커버(900R)는, 플라스틱과 같은 폴리머 재질을 구비할 수 있다. 후방 절연 커버(900R)는, 셀 어셈블리(100)와 후방 프레임(320R) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)와 후방 프레임(320R) 사이에 전기적 절연이 확보될 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에는 전극 리드(111)와 같은 전기적 구성요소가 위치할 수 있다. 그리고, 후방 프레임(320R)은, 알루미늄과 같은 전기적 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 전기적 절연성 재질의 후방 절연 커버(900R)가 셀 어셈블리(100)의 전극 리드(111)와 후방 프레임(320R) 사이에 개재됨으로써, 이들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
상기 후방 절연 커버(900R)는, 모듈 케이스(300)의 리어 홀(HR)을 폐쇄시키도록 구성될 수 있다. 즉, 후방 프레임(320R)에는 하나 이상의 리어 홀(HR)이 형성될 수 있어, 모듈 케이스(300)의 내부 공간이 외부 측으로 노출될 수 있다. 하지만, 후방 절연 커버(900R)가, 이러한 모듈 케이스(300)의 내부 공간이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 후방 절연 커버(900R)는, 후방 프레임(320R)의 내측(전방 측)에 구비되어, 리어 홀(HR)을 내부 측에서 막을 수 있다.
특히, 후방 절연 커버(900R)는, 도 31에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈이 정상적인 상태, 예를 들어 모듈 케이스(300)의 내부에서 화염이나 벤팅 가스 등이 발생하지 않은 상태에서, 리어 홀(HR)을 폐쇄시킬 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(300)의 내부에 수납된 구성요소, 이를테면 셀 어셈블리(100)가 리어 홀(HR)을 통해 외부로 드러나지 않을 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈이 정상적인 상태에서, 외부의 이물질, 이를테면 먼지나 수분 등이 리어 홀(HR)을 통해 모듈 케이스(300)의 내부 공간으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 리어 홀(HR)을 통한, 전도체나 손가락 등이 인입되는 것을 방지하여, 안전성이 확보될 수 있다.
후방 절연 커버(900R)는, 후방 프레임(320R)의 내측 표면에 밀착 접촉될 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(300)의 내부에서 수납 공간과 벤팅 공간을 보다 넓게 확보할 수 있다. 또한, 이 경우, 이물질 침투 방지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
상기 후방 절연 커버(900R)는, 셀 어셈블리(100)에서 열 배출 시 리어 홀(HR)을 적어도 부분적으로 노출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(100)에 구비된 일부 배터리 셀(110)에서 열 폭주 등으로 인해, 화염이 발생한 경우, 리어 홀(HR)의 적어도 일부분을 개방시킬 수 있다.
후방 절연 커버(900R)가 리어 홀(HR)을 개방시키는 경우, 리어 홀(HR)을 통해 모듈 케이스(300)의 내부 공간이 외측으로 노출될 수 있다. 따라서, 모듈 케이스(300)의 내부에 수납된 셀 어셈블리(100) 등이 리어 홀(HR)을 통해 외측으로 노출될 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 후방 절연 커버(900R)가 열에 의해 리어 홀(HR)을 개방시키는 구성은, 후방 절연 커버(900R)의 적어도 일부분이 열에 의해 그 형태나 상태 등이 변형 내지 변경됨으로써 구현될 수 있다. 특히, 후방 절연 커버(900R)는, 열 폭주 시 발생한 화염의 열과 압력에 의해 용융 및/또는 소실될 수 있다. 그리고, 이러한 용융 내지 소실로 인해, 후방 절연 커버(900R)는 더 이상 리어 홀(HR)을 완전히 폐쇄하지 못하고, 리어 홀(HR)로부터 이탈되어, 리어 홀(HR)은 개방될 수 있다.
이를 위해, 후방 절연 커버(900R)는, 일정 온도 이상에서 용융되는 플라스틱 재질을 구비할 수 있다. 특히, 후방 절연 커버(900R)는, 화염에 의해 녹을 수 있도록 열에 약한 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후방 절연 커버(900R)는, PC(Poly Carbonate) 재질로 이루어질 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈이 정상적인 상태에서는 리어 홀(HR)이 완전히 폐쇄되어, 방수 및 방진 효과, 전기적 안전성 등이 안정적으로 확보될 수 있다. 그리고, 배터리 모듈 내부에서 화염 등이 발생한 비정상 상태에서는, 리어 홀(HR)이 개방됨으로써, 배터리 모듈의 내부에서 생성된 화염 등이 후방 측으로 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈의 내부 압력을 신속하게 낮추어 배터리 모듈의 폭발을 방지하는 한편, 모듈 단자(200) 등이 위치하는 배터리 모듈의 전방 측으로 화염 등이 분출되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 후방 프레임(320R)은, 도 32에서 HLR로 표시된 부분과 같이, 후방 체결홀이 형성될 수 있다. 그리고, 후방 절연 커버(900R)는, PLR로 표시된 부분과 같이 후방 체결 돌기가 구비될 수 있다. 여기서, 후방 체결 돌기(PLR)는, 배터리 모듈의 조립 시, 후방 체결홀(HLR)에 삽입될 수 있다. 후방 체결 돌기(PLR)는, 후방 절연 커버(900R)에 다수 형성될 수 있다. 또한, 이러한 다수의 후방 체결 돌기(PLR)에 대응되도록, 후방 체결홀(HLR) 역시 후방 프레임(320R)에 다수 형성될 수 있다.
한편, 후방 프레임(320R)에는 하나 이상의 리어 홀(HR)이 형성될 수 있다. 이 경우, 후방 체결홀(HLR)은, 후방 프레임(320R)에서 리어 홀(HR)과는 다른 위치에 형성될 수 있다. 특히, 후방 체결홀(HLR)은, 후방 프레임(320R) 상에서 리어 홀(HR)과 이격된 위치에 형성될 수 있다.
후방 체결 돌기(PLR)는, 후방 프레임(320R)을 내측에서 외측 방향으로 관통하는 형태로 삽입될 수 있다. 그리고, 후방 체결 돌기(PLR)는, 후방 프레임(320R)의 외측에 노출된 외측 단부가 관통 부분에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 후방 체결 돌기(PLR)의 외측 단부는, 후방 체결홀(HLR)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 외측 단부의 두꺼운 부분은, 후방 체결 돌기(PLR)가 후방 체결홀(HLR)에 삽입된 후, 열과 함께 압력을 가하여 눌리도록 함으로써 마련될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 후방 프레임(320R)과 후방 절연 커버(900R) 사이의 결합력이 안정적으로 확보될 수 있다. 또한, 이 경우, 후방 절연 커버(900R)가 전극 리드(111) 측으로 이동하여 전극 리드(111) 등에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 후방 절연 커버(900R)나 전극 리드(111) 등이 파손되거나 형태 변형으로 전기적 단락 등이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
한편, 후방 프레임(320R)은, 도 31 및 도 32 등에 도시된 바와 같이, 후방 체결홀(HLR)이 형성된 부분에서, 외측 표면이 내측 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 이 경우, 후방 체결 돌기(PLR)의 두꺼운 단부가 안착되는 공간이 후방 프레임(320R)에 마련될 수 있다. 따라서, 후방 체결 돌기(PLR)로 인해, 배터리 모듈의 후방으로 돌출된 부분이 생성되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.
버스바 어셈블리(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 배치되어, 전방 측 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 그리고, 버스바 어셈블리(400)는, 도 32에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에 배치되어, 후방 측 전극 리드(111)와 연결될 수 있다.
셀 어셈블리(100)의 후방 측에 버스바 어셈블리(400)가 구비된 실시 구성에서, 후방 절연 커버(900R)는, 후방 측 버스바 어셈블리(400)의 버스바 하우징(420)보다 녹는점이 낮은 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 후방 측 버스바 어셈블리(400)의 버스바 하우징(420)과 후방 절연 커버(900R) 모두 플라스틱 재질로 이루어지되, 후방 절연 커버(900R)를 구성하는 플라스틱 재질은, 후방 측 버스바 하우징(420)을 구성하는 플라스틱 재질보다 녹는점이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 후방 절연 커버(900R)가 PC 재질로 이루어질 때, 버스바 하우징(420)은 이러한 PC 재질보다 녹는점이 높은 재질, 이를테면 MPPO 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 열 폭주 상황 발생 시, 후방 절연 커버(900R)가 후방 측 버스바 하우징(420)보다 먼저 용융 내지 소실될 수 있다. 따라서, 후방 측 버스바 하우징(420)이 용융되기 전에 먼저, 후방 절연 커버(900R)가 용융되어 리어 홀(HR)이 개방됨으로써, 배터리 모듈 내부의 화염이 외부로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 그러므로, 화염 등이 모듈 케이스(300) 내부 공간, 특히 내부 후방 측에 머물게 되어, 후방 측 버스바 하우징(420)의 구조 붕괴를 막거나 지연시킬 수 있다.
후방 측 버스바 어셈블리(400)의 버스바 하우징(420)은, 후방 하우징 돌출부를 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 34를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 34는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 특히, 도 34는, 배터리 모듈의 후방 측에서 후방 프레임(320R) 및 후방 절연 커버(900R) 등은 제거된 형태가 도시되어 있다.
도 34를 참조하면, 후방 측 버스바 어셈블리(400)에 버스바 단자(410)와 버스바 하우징(420)이 포함될 수 있다. 이때, 버스바 하우징(420)은, PHR로 표시된 바와 같은 후방 하우징 돌출부를 구비할 수 있다. 후방 하우징 돌출부(PHR)는, 후방에 위치한 후방 절연 커버(900R)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 특히, 버스바 하우징(420)에는 버스바 단자(410)가 장착되며, 이러한 버스바 단자(410)에 전극 리드(111)가 절곡된 형태로 접촉 결합될 수 있다. 이때, 후방 하우징 돌출부(PHR)는, 버스바 단자(410)나 이에 접촉된 전극 리드(111)보다 후방 측으로 더 돌출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 정상적인 상태에서, 버스바 어셈블리(400)나 전극 리드(111)와 후방 절연 커버(900R) 사이의 직접적인 접촉을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 외부의 진동이나 충격 등에도 후방 절연 커버(900R)에 의해 버스바 어셈블리(400)나 전극 리드(111) 등이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 열폭주 상황에서, 버스바 어셈블리(400)와 후방 절연 커버(900R) 사이의 빈 공간이 충분히 확보되도록 함으로써, 이러한 사이 공간으로 벤팅 가스나 화염 등이 원활하게 배출되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 실시 구성에 의하면, 후방 절연 커버(900R)가 용융된 상태에서, 버스바 어셈블리(400)와 후방 프레임(320R) 사이의 공간도 일정 수준 이상 확보되도록 할 수 있다. 따라서, 리어 홀(HR)로 화염 등이 보다 신속하고 원활하게 배출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 후방 프레임(320R)과 전극 리드(111) 사이의 물리적인 거리가 일정 수준 이상 유지되어, 안정적인 전기적 절연 거리가 확보될 수 있다.
후방 하우징 돌출부(PHR)는, 상하 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다. 특히, 버스바 하우징(420)에 장착된 버스바 단자(410)가 상하 방향으로 길게 연장 형성될 수 있으므로, 후방 하우징 돌출부(PHR)는 이러한 버스바 단자(410)와 마찬가지로 상하 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 버스바 하우징(420)에는 다수의 버스바 단자(410)가 좌우 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 후방 하우징 돌출부(PHR)는, 도 34에 도시된 바와 같이, 인접하는 버스바 단자(410) 사이에 개재될 수 있다. 더욱이, 후방 하우징 돌출부(PHR)는, 버스바 하우징(420)에서 수평 방향으로 다수 배치될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에서 수평 방향으로 전체적인 부분에서 버스바 어셈블리(400)와 후방 절연 커버(900R) 사이의 이격 거리가 안정적으로 확보될 수 있다. 또한, 이 경우, 인접하는 버스바 단자(410) 사이의 물리적인 분리 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
한편, 배터리 모듈에 후방 절연 커버(900R)와 함게 전방 절연 커버(900F)가 마련된 실시 구성에서, 전방 절연 커버(900F)는, 후방 절연 커버(900R)보다 높은 녹는점을 갖는 재질을 구비할 수 있다. 특히, 전방 절연 커버(900F)와 후방 절연 커버(900R)는, 모두 플라스틱 재질로 이루어질 수 있는데, 전방 절연 커버(900F)는 후방 절연 커버(900R)보다 녹는점이 높은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈 내부에서 열 폭주 등의 상황이 발생한 경우, 후방 절연 커버(900R)가 전방 절연 커버(900F)보다 먼저 용융될 수 있다. 따라서, 전방 절연 커버(900F)가 용융되거나 소실되기 전에, 리어 홀(HR)이 먼저 개방될 수 있다. 그러므로 모듈 케이스(300) 내부에서 생성된 화염이나 고온의 벤팅 가스가 리어 홀(HR)을 통해 외부로 신속하게 배출되며, 화염 등이 전방 측으로 향하는 것을 억제할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 리어 홀(HR)이 셀 어셈블리(100)의 상부 측 내부 공간과 연통 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 35 및 도 36을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 35는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후방 측 단면 구성을 나타내는 도면이다. 도 36은, 도 35의 C3 부분에 대한 확대도이다.
먼저, 도 35를 참조하면, C1으로 표시된 부분과 같이, 셀 어셈블리(100)와 후방 절연 커버(900R) 또는 후방 프레임(320R) 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 특히, 이러한 후방 측 빈 공간(C1)은, 후방 프레임(320R)의 내측 상부에서 리어 홀(HR)이 형성된 부분까지 연장되게 형성될 수 있다.
그리고, 이러한 후방 측 빈 공간(C1)은, 모듈 케이스(300) 내부에서 C2로 표시된 부분과 같은 셀 어셈블리(100)의 상부 측 공간과 연결되게 구성될 수 있다. 따라서, 후방 절연 커버(900R)가 제거된 상태에서는, 후방 프레임(320R)에 형성된 리어 홀(HR)이, 셀 어셈블리(100)의 상부 측 공간까지 연통된다고 할 수 있다. 더욱이, 후방 프레임(320R)은, 상단부터 리어 홀(HR)에 이르기가지, 셀 어셈블리(100) 내지 버스바 어셈블리(400)와 연속하여 이격되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 상부 측에서 분출된 화염이 리어 홀(HR) 측으로 원활하게 유도 배출될 수 있다. 예를 들어, 도 35에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부 측 공간(C2)으로 배출된 화염이나 전극 토출물, 벤팅 가스 등은, 모듈 케이스(300)의 탑 홀(HV)뿐 아니라 리어 홀(HR) 측으로도 배출될 수 있다. 따라서, 화염이나 가스가 원활하게 상방 및 후방으로 배출되도록 함으로써, 배터리 모듈의 내압을 신속하게 낮추는 한편, 전방 측으로 화염이 향하는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는, 경사부를 구비할 수 있다. 이러한 경사부는, 리어 홀(HR) 측으로 향할수록 셀 어셈블리(100)와의 거리가 점차 멀어지도록 구성될 수 있다. 더욱이, 이러한 경사부는, 모듈 케이스(300)의 내측 표면에 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 36을 참조하면, 후방 프레임(320R)에는, C4로 표시된 부분과 같이 경사부가 형성될 수 있다. 이러한 경사부(C4)는, 상부에서 하부 방향으로 갈수록 셀 어셈블리(100)에서 멀어지는 방향, 다시 말해 후방(-X축 방향)을 향하는 형태로 마련될 수 있다. 이러한 경사부는, 후방 프레임(320R)의 내측 표면에서 모서리가 라운딩 처리(모따기)된 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스(300)의 리어 홀(HR) 측으로 화염 등의 배출이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 특히, 도 36에서 C5로 표시된 부분과 같이, 경사부(C4)로 인해, 셀 어셈블리(100)와 후방 프레임(320R) 사이의 빈 공간이 확장될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)의 후방 측에서 벤팅 경로를 보다 넓게 확보할 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 상부 측에서 리어 홀(HR) 측으로 화염 등이 배출될 때, 화염 등은, 도 36에서 점선 화살표로 표시된 부분과 같이, 경사면을 따라 보다 원활하게 이동할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 후방 측 공간에서, 화염의 배출 경로는, 경사부(C4)로 인해, 직각으로 형성되지 않고 완만하게 둔각으로 형성되도록 할 수 있다.
도 37은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 측 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 38은, 도 37의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다. 특히, 도 38에서는, 배터리 모듈에서 외측에 위치하는 구성요소인 전방 프레임은 남겨 두고, 배터리 모듈에서 내측에 위치하는 일부 구성요소를 외측으로 이동시킨 상태가 도시되어 있다.
도 37 및 도 38을 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이, 모듈 케이스(300), 특히 전방 프레임(320F)에는, 모듈 단자(200)가 관통될 수 있도록 단자 홀(HT)이 형성될 수 있다. 그리고, 모듈 단자(200)는 이러한 단자 홀(HT)을 통해 외부로 노출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 단자 실링 부재(ST)를 더 포함할 수 있다. 단자 실링 부재(ST)는, 단자 홀(HT)과 모듈 단자(200) 사이의 공간을 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 38을 참조하면, 전방 프레임(320F)의 단자 홀(HT)은, 모듈 단자(200)보다 크게 형성되기 때문에, 모듈 단자(200)와 전방 프레임(320F) 사이에 빈 공간이 존재할 수 있다. 이때, 단자 실링 부재(ST)는, 이러한 단자 홀(HT)에서 전방 프레임(320F)과 모듈 단자(200) 사이의 이격 공간의 적어도 일부를 밀폐시킬 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전방 절연 커버(900F)를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 전방 절연 커버(900F)는, 전방 프레임(320F)의 단자 홀(HT)이 형성된 부분에서, 전방 프레임(320F)과 모듈 단자(200) 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이때, 전방 절연 커버(900F)는, 도 37에 도시된 바와 같이, 전방 프레임(320F)과 모듈 단자(200) 사이의 공간에 개재될 수 있다. 다만, 전방 절연 커버(900F)는, 모듈 단자(200)를 외부로 노출시키기 위해, HI로 표시된 부분과 같이, 절연 홀이 형성될 수 있다. 특히, 모듈 단자(200)가 노출되기 위한 절연 홀(HI)은, 후술하는 모듈 커넥터(MC)가 노출되기 위한 절연 홀(HI)과 구분하기 위해, HI1로 표시될 수 있으며, 제1 절연 홀로 지칭될 수 있다. 여기서, 전방 절연 커버(900F)의 절연 홀(HI)은, 전방 프레임(320F)의 단자 홀(HT)과 연통될 수 있다. 다만, 절연 홀(HI)은, 단자 홀(HT)보다 작은 크기를 가짐으로써, 모듈 단자(200)와 엔드 프레임(320) 사이의 공간에 개재되어 이들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 단자 실링 부재(ST)는, 전방 절연 커버(900F)의 제1 절연 홀(HI1)과 모듈 단자(200) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 모듈 단자(200)와 단자 홀(HT) 사이의 공간은, 전방 절연 커버(900F) 및 단자 실링 부재(ST)에 의해 밀폐될 수 있다.
단자 실링 부재(ST)는, 밀폐력 확보를 위해 탄성 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 단자 실링 부재(ST)는, 열이나 화염 등에 잘 견딜 수 있도록 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 단자 실링 부재(ST)는, 내열성 고무 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 단자 실링 부재(ST)는, 불소 고무 재질로 이루어지거나 이러한 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 단자(200)가 노출되는 부분으로 화염 등이 노출되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 단자(200) 주변을 따라 화염 등이 유출되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 모듈 단자(200)가 위치하는 배터리 모듈의 전방 측에 다른 배터리 모듈이 위치하거나 모듈 사이를 연결하는 별도의 모듈 간 버스바 등으로 화염이 분출되어, 모듈 간 열 폭주 전파나 팩 전압 강하 등이 일어나는 것을 보다 효과적으로 제한할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 앞서 설명한 바와 같이, 모듈 커넥터(MC)를 더 포함할 수 있다. 이러한 모듈 커넥터(MC)는, 배터리 모듈의 외부와 각종 정보를 주고 받기 위한 접속 구성으로서, 전기적 신호가 송수신될 수 있다.
또한, 모듈 케이스(300)에는, 이러한 모듈 커넥터(MC)가 삽입되기 위한 커넥터 홀이 형성될 수 있다. 이러한 커넥터 홀의 경우, 도 38에서 HN으로 표시된 부분과 같이, 모듈 케이스(300)를 내외부 방향으로 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 특히, 모듈 커넥터(MC)는, 모듈 단자(200)와 마찬가지로, 배터리 모듈의 전방 측에 마련될 수 있다. 따라서, 커넥터 홀(HN) 역시, 단자 홀(HT)과 함께 전방 프레임(320F)에 형성될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(100)와 전방 프레임(320F) 사이에 전방 절연 커버(900R)가 개재된 경우, 전방 절연 커버(900R)에도 이러한 모듈 커넥터(MC)가 노출 내지 관통될 수 있도록, 도 38에 도시된 바와 같이, 제2 절연 홀(HI2)이 형성될 수 있다.
이와 같이 모듈 커넥터(MC)가 구비된 실시 구성에서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 37 및 도 38에 도시된 바와 같이, 커넥터 실링 부재(SC)를 더 포함할 수 있다. 상기 커넥터 실링 부재(SC)는, 모듈 케이스(300)의 커넥터 홀(HN)에서 모듈 케이스(300)와 모듈 커넥터(MC) 사이의 공간을 밀폐시키는 형태로 구성될 수 있다.
커넥터 실링 부재(SC)는, 밀폐력 확보를 위해 탄성 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 커넥터 실링 부재(SC)는, 열이나 화염 등에 잘 견딜 수 있도록 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 커넥터 실링 부재(SC)는, 내열성 고무 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 커넥터 실링 부재(SC)는, 불소 고무 재질로 이루어지거나 이러한 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 모듈 커넥터(MC)가 노출되는 부분으로 화염 등이 노출되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 모듈 커넥터(MC) 주변을 따라 화염 등이 유출되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 모듈 커넥터(MC)가 위치하는 배터리 모듈의 전방 측에 다른 배터리 모듈이 위치하거나 모듈 사이를 연결하는 별도의 모듈 간 버스바 등으로 화염이 분출되어, 모듈 간 열 폭주 전파나 팩 전압 강하 등이 일어나는 것을 보다 효과적으로 제한할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 단자 실링 부재(ST) 및/또는 커넥터 실링 부재(SC)가 포함된 실시 구성의 경우, 앞서 설명된 다른 여러 실시 형태와 조합될 경우, 화염 등의 전방 배출을 억제하는데 더욱 효과적일 수 있다. 특히, 앞서 설명된 상부 측에 탑 홀(HV)이 마련되는 실시 구성, 전방 측에 팽창 부재(500)가 배치되는 실시 구성 및/또는 후방 측에 리어 홀(HR)이 마련되는 실시 구성 등과 조합될 경우, 화염 등의 상방 및/또는 후방 배출을 유도하고, 전방 배출을 억제하는 효과가 현저하게 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 5에 도시된 바와 같이, 팩 하우징(PH)을 구비하여, 그 내부에 본 발명에 따른 배터리 모듈이 다수 포함되도록 구성될 수 있다. 특히, 팩 하우징(PH) 내부에서, 2개 이상의 배터리 모듈은 모듈 단자(200)가 서로 인접하여 배치되도록 서로 전방 측이 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 배터리 모듈이 수납되면, 이와 같이 모듈 단자(200) 측이 서로 마주보는 배치 형태에서도, 다른 배터리 모듈 측으로 화염 등이 향하는 것이 효과적으로 억제되거나 지연될 수 있다. 또한, 이 경우, 모듈 단자(200) 간 쇼트 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 열 폭주 등의 비상 상황에서, 모듈 간 열 전파 방지 효과가 우수하며, 사용자 등의 대응 내지 탈출 시간 등이 충분히 확보되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
한편, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 구성요소로 포함될 수도 있다. 이 경우, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등의 구성요소는, 모듈 케이스(300) 내부에 구비될 수 있다. 이때, 배터리 모듈은 배터리 팩으로 지칭될 수 있으며, 모듈 케이스(300)는 팩 하우징(PH)으로 지칭될 수도 있다. 더욱이, 이 경우, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀(110)이 팩 하우징(PH)에 직접 장착된 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
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: 배터리 셀
111: 전극 리드
120: 테이핑 부재
200: 모듈 단자
300: 모듈 케이스
310: 본체 프레임, 320: 엔드 프레임
320F: 전방 프레임, 320R: 후방 프레임
400: 버스바 어셈블리
410: 버스바 단자, 420: 버스바 하우징
500: 팽창 부재
510: 제1 팽창 시트, 520: 제2 팽창 시트
600: 탑 커버
700: 인쇄회로기판
800: 차단 커버
810: 제1 시트 커버, 820: 제2 시트 커버, 830: 제3 시트 커버
900: 절연 커버
900F: 전방 절연 커버, 900R: 후방 절연 커버
S1: 수납부, S2: 실링부
S2U: 상단 실링부, S2F: 전단 실링부, S2R: 후단 실링부
DT: 셀 접착 부재
HT: 단자 홀
HI: 절연 홀
HI1: 제1 절연 홀, HI2: 제2 절연 홀
HV: 탑 홀
HC: 커버 홀
HR: 리어 홀
HN: 커넥터 홀
PH: 팩 하우징
M1~M8: 배터리 모듈(제1 모듈~제8 모듈)
MC: 모듈 커넥터
OC: 개폐부
OCL: 절개 라인, OCH: 차단 홀, OCW: 차단 돌기
TH: 써미스터
PT: 보호 부재
FR: 스페이서
T1~T3: 테이핑 부재(제1 테이프~제3 테이프)
CP: 압축 패드
HLF: 전방 체결홀, HLR: 후방 체결홀
PLF: 전방 체결 돌기, PLR: 후방 체결 돌기
PHF: 전방 하우징 돌출부, PHR: 후방 하우징 돌출부
ST: 단자 실링 부재
SC: 커넥터 실링 부재

Claims (16)

  1. 상하 방향으로 세워진 상태로 좌우 방향으로 나란하게 적층되며 적어도 상단 실링부에 부분적으로 테이핑 부재가 부착된 다수의 배터리 셀을 구비하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리와 전기적으로 연결된 모듈 단자; 및
    상기 모듈 단자가 외측에 설치되고, 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수납하며, 상기 내부 공간과 연통된 탑 홀이 상부 측에 형성되되, 상기 셀 어셈블리의 상단에서 상기 테이핑 부재의 미부착 구간의 적어도 일부분이 상기 탑 홀이 형성된 부분에 위치하도록 구성된 모듈 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 단자는, 상기 모듈 케이스의 전방 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테이핑 부재는, 하나의 배터리 셀의 상단 실링부에서 전후 방향으로 이격되게 다수 부착된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탑 홀의 적어도 일부분은, 상기 전후 방향으로 이격 배치된 다수의 테이핑 부재 사이 부분을 외부로 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탑 홀은, 상기 셀 어셈블리의 상단에서, 상기 테이핑 부재가 부착되지 않은 부분이 상기 테이핑 부재가 부착된 부분보다 많이 노출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상기 셀 어셈블리에 구비된 모든 배터리 셀의 상단에 상기 탑 홀이 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    주변 온도를 측정하도록 구성되며, 상기 테이핑 부재의 상부 측에 배치된 써미스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    전기적 절연 재질로 구성되며, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 모듈 케이스 사이에 개재되고, 상기 탑 홀이 형성된 부분과 대향하는 부분에 커버 홀이 형성된 탑 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버 홀은, 상기 탑 홀보다 작은 크기로 형성되어, 하나의 탑 홀에 다수의 커버 홀이 대응 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커버 홀은, 허니컴 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리와 상기 탑 커버 사이에 개재되어 상기 셀 어셈블리에 대한 전기적 신호를 전달하도록 구성된 인쇄회로기판을 더 포함하며,
    상기 탑 커버는, 상기 인쇄회로기판의 상측에는 상기 커버 홀이 형성되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상기 인쇄회로기판의 상측에도 상기 탑 홀이 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 외측에 위치하며, 상기 모듈 케이스의 내압에 따라 상기 탑 홀을 개폐시키도록 구성된 차단 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차단 커버의 상단에 배치된 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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