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KR-20260060700-A - Battery module, Battery pack and vehicle including the same

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀과 전기적으로 연결되도록 구성되는 모듈 단자; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 제1 플레이트에 상기 모듈 단자가 구비되고 상기 제1 플레이트의 반대 측에 구비되는 제2 플레이트에 제1 벤팅홀이 형성되는 모듈 프레임; 및 적어도 상기 제2 플레이트를 커버하도록 구성되는 제1 커버가 구비되는 프레임 커버를 포함한다.

Inventors

  • 장혁균
  • 김수열

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (14)

  1. 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀과 전기적으로 연결되도록 구성되는 모듈 단자; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 제1 플레이트에 상기 모듈 단자가 구비되고 상기 제1 플레이트의 반대 측에 구비되는 제2 플레이트에 제1 벤팅홀이 형성되는 모듈 프레임; 및 적어도 상기 제2 플레이트를 커버하도록 구성되는 제1 커버가 구비되는 프레임 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈 프레임의 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 상기 배터리 셀의 전극 리드가 인출되는 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트는 상기 모듈 프레임의 전방면이고, 상기 제2 플레이트는 상기 모듈 프레임의 후방면으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모듈 프레임은 상기 제1 플레이트의 일단 및 상기 제2 플레이트의 일단을 연결하도록 구성되는 제3 플레이트를 구비하고, 상기 프레임 커버는 상기 제1 커버에 연결되며, 상기 제3 플레이트를 커버하도록 구성되는 제2 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 플레이트는 상기 모듈 프레임의 상부면으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 커버는 상기 제3 플레이트의 좌우 양단에 구비된 상기 모듈 프레임의 제4 플레이트 중 적어도 하나를 더 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프레임 커버는 상기 제1 커버에 형성되어 상기 제1 벤팅홀과 연통되도록 구성되는 제2 벤팅홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 프레임 커버는 상기 제2 벤팅홀을 커버하며, 상기 제2 벤팅홀을 개폐하도록 구성되는 커버 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프레임 커버는 상기 모듈 프레임에 삽입 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 플레이트는 적어도 일부가 상기 제1 커버 측으로 돌출되어 상기 제1 커버에 삽입되도록 구성되는 고정 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 커버는 상기 고정 돌기가 삽입되도록 구성되는 고정홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정 돌기의 단부는 상기 고정홀보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Battery module, Battery pack and vehicle including the same} 본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈 내지 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 충방전 용량을 높이기 위해 복수 개의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 모듈이나 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 한편, 배터리 셀은 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 적정 온도보다 높은 환경에서 사용되는 경우 성능이 저하될 수 있고, 적정 온도로 열제어가 되지 못할 경우 예기치 못하게 발화나 폭발 가능성이 상존한다. 또한, 배터리 모듈은 이러한 배터리 셀들을 모듈 프레임의 내부에 집약적으로 수납한 구조로 이루어져 있다. 따라서, 어느 하나의 배터리 셀에 열적 이벤트가 발생하게 되면 배출되는 고온의 가스와 화염이 인접한 배터리 셀들로 전이되어 연쇄적인 배터리 셀의 폭발을 초래할 수 있기 때문에 매우 위험하다. 특히, 배터리 모듈의 모듈 프레임에는 배터리 모듈 내부에서 발생된 고온의 가스나 화염을 외측으로 배출시키도록 구성되는 벤팅홀이 형성되어 있는데, 이러한 벤팅홀을 통해 가스나 화염 등의 열이 다른 배터리 모듈로 향하거나 다시 배터리 모듈 내부로 유입될 수 있다. 따라서, 모듈 프레임을 보호하여 배터리 모듈의 열 폭주 발생 시, 배터리 모듈 내부에서 발생된 고온의 가스나 화염이 다른 배터리 모듈로 향하는 것을 최소화하여 배터리 모듈 간 열 전파를 방지하고, 배출된 가스나 화염이 다시 배터리 모듈 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조가 개발될 필요성이 있다. 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 프레임의 전방 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 프레임의 전방 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 프레임 커버의 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 예를 들어, 도 6은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타내는 도면일 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 프레임 커버의 커버 부재 일부가 개방된 것을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 프레임 커버가 결합되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 배면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 예를 들어, 도 10은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'단면의 일 부분을 나타내는 도면일 수 있다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 프레임 커버가 결합되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 예를 들어, 도 12는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'단면을 나타내는 도면일 수 있다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 포함되는 배터리 팩의 개략적인 사시도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 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 안되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명에는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있다. 각 실시예에 대해 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 한편, 본 발명에서 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. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 좌우 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(X-Y 평면)상에서 수직된 전후 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향(수직 방향)을 의미할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 프레임의 전방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 프레임의 전방 사시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 모듈 단자(200), 모듈 프레임(300) 및 프레임 커버(400)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은, 복수 개 포함될 수 있다. 이때, 복수 개의 배터리 셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(100)은 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 이를테면, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배터리 셀(100)은 수직 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태에서 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 복수 개의 배터리 셀(100)은 예를 들면 파우치 타입 이차전지일 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(100)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 셀 케이스의 외측으로 인출되어 전극 단자로 기능하는 전극 리드(110)를 포함할 수 있다. 전극 리드(110)는 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 한 쌍의 전극 리드(110)는 배터리 셀(100)의 양단 즉, 길이 방향(±Y 방향)으로 인출될 수 있다. 이때, 한 쌍의 전극 리드(110)는, 양극 리드와 음극 리드일 수 있다. 본 발명은 이러한 배터리 셀(100)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(100)이 본 발명의 복수 개의 배터리 셀(100)를 구성하는데 채용될 수 있다. 본 실시예에서는 도면과 같이 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 이차전지를 대상으로 하나, 원통형 또는 각형 이차전지가 배터리 셀(100)로 적용될 수 있음은 물론이다. 상기 모듈 단자(200)는 복수 개의 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 모듈 단자(200)는 양극 터미널과 음극 터미널을 포함할 수 있다. 또한, 모듈 단자(200)는 BMS 등의 제어 장치와 전기적 또는 통신적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 모듈 단자(200)는 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)가 인출되는 측에 구비될 수 있다. 한편, 상기 모듈 프레임(300)은 배터리 셀(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 모듈 프레임(300)에는 내부 공간이 형성되고, 내부 공간에 배터리 셀(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300)은 수용된 배터리 셀(100)을 물리적으로 또는 화학적으로 보호하기 위하여 강성과 내열성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다. 한편, 모듈 단자(200)는 적어도 부분적으로 모듈 프레임(300)의 외측으로 인출되도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 단자(200)는 모듈 프레임(300)의 제1 플레이트(301)에 구비될 수 있다. 일례로, 제1 플레이트(301)는 모듈 프레임(300)의 전방면으로 정의될 수 있고, 모듈 단자(200)는 모듈 프레임(300)의 전방 측에 구비될 수 있다. 또한, 모듈 프레임(300)에는 제1 벤팅홀(H1)이 형성될 수 있다. 제1 벤팅홀(H1)은 배터리 셀(100)에서 생성되는 벤팅 가스를 모듈 프레임(300)의 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 제1 벤팅홀(H1)에 의해 일방향으로의 디렉셔널 벤팅이 가능할 수 있다. 제1 벤팅홀(H1)은 모듈 프레임(300)의 제3 플레이트(303)에 형성될 수 있다. 제2 플레이트(302)는 제1 플레이트(301)의 반대 측에 구비될 수 있다. 제2 플레이트(302)는 제1 플레이트(301)의 맞은편에 구비될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(301)와 제2 플레이트(302)는 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 일례로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 플레이트(303)는