KR102629460B1 - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀과, 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 다른 배터리 셀 사이를 연결하되, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀 사이를 연결하는 열 확산부재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로서, 일부 배터리 셀의 국부적인 열화에 따른 전체 배터리 팩의 출력 저하 및 수명 단축을 예방할 수 있고, 일부 배터리 셀의 국부적인 열화가 다른 배터리 셀로 연쇄적으로 전파되는 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 팩 형태로 사용되기도 한다.

휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 팩 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2017-0022371호에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로서, 일부 배터리 셀의 국부적인 열화에 따른 전체 배터리 팩의 출력 저하 및 수명 단축을 예방할 수 있는 배터리 팩을 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태는, 일부 배터리 셀의 국부적인 열화가 다른 배터리 셀로 연쇄적으로 전파되는 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있는 배터리 팩을 포함한다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,

다수의 배터리 셀; 및

상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 다른 배터리 셀 사이를 연결하되, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀 사이를 연결하는 열 확산부재;를 포함한다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는, 서로 이웃하는 배터리 셀 사이는 연결하지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는, 배터리 셀의 배열 순서에 따라 서로 교번되게 엇갈린 위치의 배터리 셀 사이를 연결할 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는,

다수의 배터리 셀 중에서 제1 군의 배터리 셀 사이를 연결하는 제1 열 확산부재; 및

다수의 배터리 셀 중에서 제2 군의 배터리 셀 사이를 연결하는 제2 열 확산부재를 포함하되,

상기 제1, 제2 군의 배터리 셀 각각은, 서로 이웃하지 않은 배터리 셀을 포함하며,

상기 제1, 제2 군의 배터리 셀은, 서로 배타적으로 선택된 배터리 셀일 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 군의 배터리 셀은, 배터리 셀의 배열 순서에 따라, 홀수 번째 배치된 배터리 셀을 포함하고,

상기 제2 군의 배터리 셀은, 배터리 셀의 배열 순서에 따라, 짝수 번째 배치된 배터리 셀을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라, 각각의 배터리 셀은, 제1 열 확산부재 또는 제2 열 확산부재 중에서 택일적으로 어느 일 열 확산부재에 접촉될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 열 확산부재는, 서로 맞닿지 않도록 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 열 확산부재는, 각각 상기 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1 좌측 열 확산부재 및 제1 우측 열 확산부재를 포함하고,

상기 제2 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제2 좌측 열 확산부재 및 제2 우측 확산부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 배터리 셀의 제1 측면을 가로질러 연장되는 제1 좌측 열 확산부재와, 제2 좌측 열 확산부재는, 상대적으로 상측 위치 및 하측 위치에서 서로로부터 이격될 수 있고,

상기 배터리 셀의 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1 우측 열 확산부재와, 제2 우측 열 확산부재는, 상대적으로 하측 위치 및 상측 위치에서 서로로부터 이격될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 열 확산부재는, 배터리 셀의 바닥면을 가로질러 연장되되, 서로 맞닿지 않도록 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,

상기 제1 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및

상기 제2 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,

상기 제2 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및

상기 제1 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 접촉부와 이격부 사이에는, 접촉부와 이격부를 서로에 대해 단차지게 연결하는 단차부가 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는 배터리 셀의 측면을 가로질러 연장되며,

상기 배터리 팩은, 상기 열 확산부재의 외측에 배치되는 사이드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재와 사이드 플레이트는, 적어도 하나의 개소에서 서로 접촉될 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,

배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및

배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,

상기 이격부는 상기 사이드 플레이트와 접촉될 수 있다.

예를 들어, 상기 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 다른 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1, 제2 열 확산부재를 포함하고,

상기 사이드 플레이트는, 각각 제1, 제2 열 확산부재의 외측에 배치되는 제1, 제2 사이드 플레이트를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,

제1 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및

제2 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,

상기 이격부는 상기 제1 사이드 플레이트와 접촉될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,

제2 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및

제1 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,

상기 이격부는 상기 제2 사이드 플레이트와 접촉될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩에 의하면, 상대적으로 고온의 배터리 셀의 열을 상대적으로 저온의 배터리 셀로 확산시킴으로써, 다수의 배터리 셀의 온도를 균등화시키고, 다수의 배터리 셀에 걸쳐서 전체적으로 균등한 수준으로 열을 배분시킴으로써, 국부적으로 일부 배터리 셀의 열화에 따라 전체 배터리 팩의 출력 성능이 저하되고, 전체 배터리 팩의 수명이 단축되지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 배터리 팩에 의하면, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀을 열적으로 연결시킴으로써, 일부 배터리 셀의 국부적인 열화가 다른 배터리 셀로 연쇄적으로 전파되는 이른바 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀을 도시한 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는, 도 1에 도시된 열 확산부재를 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5에는, 도 1에 도시된 열 확산부재와 사이드 플레이트의 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 7a 및 도 7b에는, 도 6에 도시된 서로 다른 열 확산부재를 도시한 도면으로, 각각 배터리 팩의 상부 위치와 하부 위치에 배치된 서로 다른 열 확산부재가 도시되어 있다.
도 8a 및 도 8b에는, 본 발명의 열 확산부재에 의해 국부적인 열화 현상이 완화되는 것을 확인하기 위한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
도 9에는, 도 6에 도시된 배터리 팩의 조립 상태가 도시되어 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 11a 및 도 11b에는, 도 10에 도시된 서로 다른 열 확산부재를 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀을 도시한 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는, 도 1에 도시된 열 확산부재를 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에는, 도 1에 도시된 열 확산부재와 사이드 플레이트의 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 일 방향을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(10)과, 상기 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 서로 다른 배터리 셀(10)을 열적으로 연결시켜주는 열 확산부재(P1,P2)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 전극 단자(15)가 형성된 단자면(U)과, 상기 단자면(U)과 반대되는 바닥면(B)과, 상기 단자면(U)과 바닥면(B) 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 넓은 면적의 주된 면(M)과, 상기 단자면(U)과 바닥면(B) 사이를 연결해주는 것으로, 상대적으로 좁은 면적의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(10)은, 단자면(U)과, 바닥면(B)과, 상기 단자면(U)과 바닥면(B)을 연결하는 주된 면(M)의 쌍과 제1, 제2 측면(S1,S2)의 쌍을 포함하는 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은 일 방향을 따라 다수로 배열될 수 있으며, 서로 이웃하는 배터리 셀(10)끼리 서로 주된 면(M)을 마주하도록 배열될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 배터리 셀(10)은 열 확산부재(P1,P2)를 개재하여 서로 다른 배터리 셀(10)과 열적으로 연결될 수 있는데, 이때, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되며, 배터리 셀(10)의 어느 일 면을 따라 연장되면서 다수의 배터리 셀(10)의 일 면끼리를 서로 열적으로 연결할 수 있다. 이때, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 주된 면(M) 및 단자면(U)을 제외한 제1, 제2 측면(S1,S2)이나 바닥면(B)을 가로질러 연장되면서, 다수의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2) 및 바닥면(B)을 서로 연결해줄 수 있다. 상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 다른 배터리 셀(10) 사이에서 열적인 확산이 이루어지도록 서로 다른 배터리 셀(10)을 열적으로 연결해주며, 다수의 배터리 셀(10)에 걸쳐서 열적인 평형 상태에 이르도록 온도의 균등화를 이루고, 국부적인 일부 배터리 셀(10)의 열화를 방지할 수 있다.

상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 이웃한 배터리 셀(10)의 주된 면(M)끼리 서로 마주하게 배치되는 배열에서, 배터리 셀(10)의 주된 면(M)에는 배치되지 않을 수 있다. 상기 주된 면(M)은 배터리 셀(10)의 외면을 따라 가장 넓은 면적을 차지하는 면으로서, 주된 면(M)끼리 서로 마주하는 배터리 셀(10) 사이에는 열적인 간섭이 이루어질 수 있으며, 이러한 열적인 간섭은 국부적으로 열화된 일부 배터리 셀(10)과, 이웃한 다른 배터리 셀(10) 사이에서 열 폭주(thermal runway)를 일으키게 되는 원인되므로, 본 발명의 열 확산부재(P1,P2)는 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 열 폭주(thermal runway)를 방지하도록, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 매개하지 않고, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 매개하며, 열 폭주(thermal runway)를 일으킬 수 있는 주된 면(M)을 통한 열 전달이 아닌, 주된 면(M)을 제외한 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)이나 바닥면(B)을 통하여 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10) 간의 열 전달을 매개할 수 있다.

상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 다른 배터리 셀(10) 간의 열 전달을 매개하는 것으로, 서로 다른 배터리 셀(10) 간의 전기적인 연결을 방해하지 않도록, 배터리 셀(10)의 전극 단자(15)가 형성된 단자면(U) 상에는 형성되지 않을 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 배터리 셀(10)은 단자면(U)을 가로질러 연장되면서 서로 다른 배터리 셀(10)의 전극 단자(15)를 연결하는 버스 바(미도시)를 이용하여 서로 다른 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이때, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 버스 바(미도시)에 의한 배터리 셀(10)의 전기적인 연결을 방해하지 않도록 단자면(U)을 제외한 제1, 제2 측면(S1,S2)이나 바닥면(B) 상에 배치될 수 있다.

상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)이 배열된 일 방향을 따라 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 서로 다른 배터리 셀(10)을 열적으로 연결시켜줄 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 배터리 셀(10)의 어느 일 면을 가로질러 연장되면서 서로 다른 배터리 셀(10)을 열적으로 연결해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장될 수 있고, 서로 다른 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 서로 열적으로 연결시켜줄 수 있다.

본 발명에서 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 국부적인 열화를 방지하도록 다수의 배터리 셀(10)에 걸쳐서 열을 확산시키면서, 열화된 일부 배터리 셀(10)과 인접한 이웃한 다른 배터리 셀(10)로 열화가 연쇄적으로 전파되는 열 폭주(thermal runway)를 방지하기 위하여 서로 이웃한 배터리 셀(10) 간을 연결하지 않고, 교번되게 서로로부터 떨어져 있는 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있다. 즉, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 서로 이웃한 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하지 않고, 서로 교대로 엇갈리는 위치의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결할 수 있다.

본 발명에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)가 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결한다는 것은, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하는 배터리 셀(10), 그러니까, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 가장 가까운 위치의 배터리 셀(10)끼리를 연결하지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 서로 이웃하는 배터리 셀(10) 사이에는 열적인 간섭 및 전기적인 간섭을 차단하기 위한 절연성의 스페이서(20)가 개재될 수 있는데, 절연성의 스페이서(20)가 개재되더라도, 서로 이웃하는 위치의 배터리 셀(10)은, 서로에 대해 가장 가까운 위치의 배터리 셀(10)에 해당되므로, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 상기 스페이서(20)를 개재하고 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이는 연결하지 않는다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 이웃한 배터리 셀(10)끼리 연결하지 않도록, 서로 교번되게 엇갈리는 위치의 배터리 셀(10)을 연결할 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 이웃한 배터리 셀(10)끼리 연결하지 않는 한도에서, 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 서로 교번되는 순서로 배치된 배터리 셀(10)들을 연결하지 않고, 임의 순서의 배터리 셀(10)을 연결하더라도, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하는 한도에서, 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있고, 열 확산을 통하여 국부적인 열화를 해소할 수 있으며, 이러한 형태의 열 확산부재(P1,P2)도 본 발명의 열 확산부재(P1,P2)에 해당될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 서로 다른 둘 이상의 열 확산부재(P1,P2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 동일한 배터리 팩에 구비되어 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하되, 서로 연결대상이 되는 일 군의 배터리 셀(10)이 서로 다를 수 있다. 여기서, 일 군의 배터리 셀(10)은 서로 다른 적어도 둘 이상의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 또한, 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 방지하기 위한 목적으로, 동일한 열 확산부재(P1,P2)가 연결 대상으로 하는 일 군의 배터리 셀(10)은 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 포함하며, 서로 이웃한 배터리 셀(10)은 포함하지 않는다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 제1 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1 열 확산부재(P1)와, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제2 열 확산부재(P2)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)은, 서로 다른 배터리 셀(10)을 포함하며, 서로 공유되는 배터리 셀(10)을 포함하지 않도록 서로 배타적으로 선택된 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 만일 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)이 서로 공유되는 배터리 셀(10)을 포함할 경우, 서로 공유되는 배터리 셀(10)을 통하여 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 야기할 수 있다. 그리고, 각각의 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)은 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 포함하며, 보다 구체적으로, 상기 제1 군의 배터리 셀(10)은 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 포함하고, 제2 군의 배터리 셀(10)은 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 포함한다.

상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는 서로 맞닿지 않도록 이격된 위치에 형성될 수 있으며, 이와 달리, 만일 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 서로 맞닿는 위치에 배치되면, 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 서로 협력하여 서로 이웃한 배터리 셀(10)끼리 열 전달을 매개하게 되므로, 열 폭주(thermal runway)를 야기할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 군의 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째 배터리 셀(10)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 군의 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째 배터리 셀(10, 제1 군의 배터리 셀 10)을 연결하는 제1 열 확산부재(P1)와, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째 배터리 셀(10, 제2 군의 배터리 셀 10)을 연결하는 제2 열 확산부재(P2)를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)은, 각각 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 포함하고, 서로 공유되지 않는 배터리 셀(10)을 포함하며, 서로 배타적으로 선택된 배터리 셀(10)을 포함하는 한도에서, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째와 짝수 번째와 같이 서로 교번되는 순서로 배열되는 배터리 셀(10)을 포함할 필요는 없으며, 다양하게 변형된 실시형태에서 교번되는 순서에 의하지 않고, 임의 순서에 따라 선택된 배터리 셀(10)을 포함할 수도 있고, 이러한 경우에도 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 각각 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결함으로써, 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있고, 열 확산을 통하여 국부적인 열화를 해소할 수 있다.

상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)의 형성 위치에 관하여, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는 서로 맞닿지 않는 위치에 형성되어 서로에 대한 열 전달을 차단할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는, 일 방향을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 따라 연장될 수 있으며, 다수의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)과 접촉을 형성하면서 다수의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되면서 각각 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 열 확산부재(P1)는, 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1)을 가로질러 연장되면서, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되되, 선택적으로, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되더라도, 선택적으로, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성하며, 제1 군의 배터리 셀(10)에 해당되지 않는 나머지 배터리 셀(10)과는 접촉을 형성하지 않고, 예를 들어, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과는 접촉을 형성하지 않는다.

유사하게, 제2 열 확산부재(P2)는, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되되, 선택적으로, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되더라도, 선택적으로, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성하며, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)에 해당되지 않는 나머지 배터리 셀(10)과는 접촉을 형성하지 않고, 예를 들어, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과는 접촉을 형성하지 않는다.

상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 다수의 배터리 셀(10)을 가로질러 연장되면서 선택적으로, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10) 또는 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성하는 구조에 대해, 도 3을 참조하여 설명하면 이하와 같다.

상기 제1 열 확산부재(P1)는, 다수의 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1)을 가로질러 연장될 수 있고, 제1 열 확산부재(P1)는, 그 연장 방향을 따라 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)에 대응되는 위치에서 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)을 향하여 돌출된 접촉부(101)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 다수의 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1)을 가로질러 연장되면서 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1)을 향하여 돌출된 다수의 접촉부(101)를 포함할 수 있고, 상기 다수의 접촉부(101)는 상기 제1 열 확산부재(P1)의 연장 방향을 따라 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 상기 접촉부(101)에서 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 물리적인 접촉을 형성할 수 있고, 접촉부(101)에서 형성된 물리적인 접촉에 따라, 상기 제1 열 확산부재(P1)와 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)이 서로 열적으로 연결될 수 있다.

유사하게, 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 다수의 배터리 셀(10)의 제2 측면(S2)을 가로질러 연장될 수 있고, 제2 열 확산부재(P2)는, 그 연장 방향을 따라 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)에 대응되는 위치에서 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)을 향하여 돌출된 접촉부(101)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 다수의 배터리 셀(10)의 제2 측면(S2)을 가로질러 연장되면서 배터리 셀(10)의 제2 측면(S2)을 향하여 돌출된 다수의 접촉부(101)를 포함할 수 있고, 상기 다수의 접촉부(101)는 상기 제2 열 확산부재(P2)의 연장 방향을 따라 서로로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 상기 접촉부(101)에서 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 물리적인 접촉을 형성할 수 있고, 접촉부(101)에서 형성된 물리적인 접촉에 따라, 상기 제2 열 확산부재(P2)와 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)이 서로 열적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는, 각각 배열 순서에 따라 홀수 번째에 배치된 제1 군의 배터리 셀(10)과 짝수 번째에 배치된 제2 군의 배터리 셀(10)과 접촉을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 다수의 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)로부터 멀어지도록 외측으로 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 열 확산부재(P1)는, 그 연장 방향을 따라 배터리 셀(10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 배터리 셀(10)과 반대되는 외측을 향하여 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있으며, 상기 접촉부(101)와 이격부(102)는 서로 교번되도록 엇갈리는 위치에 형성될 수 있다.

유사하게, 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 다수의 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)로부터 멀어지도록 외측으로 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 열 확산부재(P2)는, 그 연장 방향을 따라 배터리 셀(10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 배터리 셀(10)과 반대되는 외측을 향하여 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있으며, 상기 접촉부(101)와 이격부(102)는 서로 교번되도록 엇갈리는 위치에 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)의 접촉부(101)와 이격부(102)는, 서로에 대한 단차진 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 접촉부(101)와 이격부(102) 사이에는 서로에 대한 단차를 형성하는 단차부(105)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 일 이격부(102)의 양편으로는 단차부(105)가 형성될 수 있으며, 상기 단차부(105)를 통하여 이격부(102)의 양편으로, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에 대해 접촉되는 접촉부(101)가 형성될 수 있다. 마찬가지로, 일 접촉부(101)의 양편으로는 단차부(105)가 형성될 수 있으며, 상기 단차부(105)를 통하여 접촉부(101)의 양편으로, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)으로부터 이격되는 이격부(102)가 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는, 다수의 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되면서, 각각 서로 다른 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉을 형성할 수 있다.

본 발명에서 열 확산부재(P1,P2)는, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결할 수 있다. 그리고, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하는 한도에서, 연결 대상이 되는 배터리 셀(10)의 개수에 제한은 없다. 다만, 상기 열 확산부재(P1,P2)가 연결하는 배터리 셀(10)의 개수가 증가함에 따라 그만큼 열 확산부재(P1,P2)를 통하여 열적으로 결속된 배터리 셀(10)의 개수가 증가하게 되므로, 열 확산부재(P1,P2)를 통하여 확산될 수 있는 열 용량이 증가될 수 있다. 즉, 상기 열 확산부재(P1,P2)와 연결된 배터리 셀(10)의 개수가 증가함에 따라 상기 열 확산부재(P1,P2)로서는 국부적으로 열화된 배터리 셀(10)로부터 수용할 수 있는 열 용량이 증가될 수 있으며, 이에 따라 국부적인 열화를 보다 신속하게 해소할 수 있다. 이러한 고려로부터 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째의 제1 군의 배터리 셀(10)과 연결된 제1 열 확산부재(P1)와, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째의 제2 군의 배터리 셀(10)과 연결된 제2 열 확산부재(P2)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)는 서로 교대로 번갈아 배치된 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결함으로써, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하면서도, 교번되게 배치된 배터리 셀(10)을 연결함으로써, 가급적 많은 개수의 배터리 셀(10)을 연결해줄 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩을 형성하는 각각의 모든 배터리 셀(10)은, 제1 열 확산부재(P1) 또는 제2 열 확산부재(P2) 중 택일적으로 어느 하나의 열 확산부재(P1,P2)와 연결되며, 어느 하나의 열 확산부재(P1,P2)를 통하여 다른 배터리 셀(10)과 연결될 수 있다.

상기 열 확산부재(P1,P2)는, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 열적으로 연결할 수 있으며, 열 확산부재(P1,P2)와 연결된 전체 열 용량을 증가시키고, 열 용량의 증가를 통하여 국부적인 열화를 신속하게 해소할 수 있도록 배터리 셀(10) 외에, 다른 구성과도 열적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 사이드 플레이트(140)와 접촉될 수 있다. 이에 대해, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면 이하와 같다.

상기 사이드 플레이트(140)는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장될 수 있으며, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되면서, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 양단 위치에 배치된 엔드 플레이트(150)와 결합되어, 엔드 플레이트(150)와 함께, 다수의 배터리 셀(10)을 물리적으로 결속시킬 수 있다. 상기 사이드 플레이트(140)는, 엔드 플레이트(150)와 함께, 다수의 배터리 셀(10)의 외주를 둘러싸도록 형성됨으로써, 다수의 배터리 셀(10)을 물리적으로 결속시키는 것 외에, 다수의 배터리 셀(10)과 이웃한 위치에서 열 확산부재(P1,P2)를 위치 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 열 확산부재(P1,P2)는 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장될 수 있으며, 열 확산부재(P1,P2)의 외측 위치에서 열 확산부재(P1,P2)를 개재하여 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 둘러싸는 사이드 플레이트(140)를 통하여, 열 확산부재(P1,P2)가 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에 대해 밀착될 수 있고, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에 대해 견고한 접촉을 형성할 수 있다. 상기 열 확산부재(P1,P2), 그러니까, 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에 밀착된다는 것은, 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)와 배터리 셀(10) 사이에 열적 저항이 감소될 수 있다는 것이고, 열화된 배터리 셀(10)로부터 다른 배터리 셀(10)을 향하여 신속하게 열을 확산시킬 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

상기 사이드 플레이트(140)는, 배터리 셀(10)의 서로 반대되는 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되는 제1, 제2 사이드 플레이트(141,142)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 사이드 플레이트(141)와 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1) 사이에는, 제1 열 확산부재(P1)가 개재될 수 있으며, 상기 제2 사이드 플레이트(142)와 배터리 셀(10)의 제2 측면(S2) 사이에는 제2 열 확산부재(P2)가 개재될 수 있다. 상기 제1, 제2 사이드 플레이트(141,142)는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2) 상에서 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)를 둘러싸면서, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에 대해 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)를 밀착시킬 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 열 확산부재(P1,P2)는, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉하는 제1 열 확산부재(P1)와, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉되는 제2 열 확산부재(P2)를 포함할 수 있으며, 제1 열 확산부재(P1)는 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉되도록 배터리 셀(10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격되도록 배터리 셀(10)의 반대 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 이격부(102)는 배터리 셀(10)의 반대 방향으로 돌출되면서 제1 사이드 플레이트(141)에 대해 접촉될 수 있다. 유사하게, 상기 제2 열 확산부재(P2)는 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉되도록 배터리 셀(10)을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부(101)와, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격되도록 배터리 셀(10)의 반대 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부(102)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 이격부(102)는, 배터리 셀(10)의 반대 방향으로 돌출되면서 제2 사이드 플레이트(142)에 대해 접촉될 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 열 확산부재(P1)의 이격부(102)와, 제2 열 확산부재(P2)의 이격부(102)는, 각각 제1 사이드 플레이트(141) 및 제2 사이드 플레이트(142)와 접촉을 형성할 수 있으며, 상기 이격부(102)를 통하여 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)와 제1, 제2 사이드 플레이트(141,142) 간의 열적 접촉을 형성함으로써, 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)와 연결된 열 용량을 증가시킬 수 있고, 국부적으로 열화된 배터리 셀(10)로부터 제1, 제2 열 확산부재(P1,P2)가 수용할 수 있는 열 용량이 증가함에 따라 국부적인 열화를 신속하게 해소할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b에는, 도 6에 도시된 서로 다른 열 확산부재를 도시한 도면으로, 각각 배터리 팩의 상부 위치와 하부 위치에 배치된 서로 다른 열 확산부재가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 일 방향을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있고, 상기 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하는 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)를 포함할 수 있다. 상기 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)는, 각각 서로 다른 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하는 제1, 제2 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)를 포함할 수 있다.

상기 제1 열 확산부재(P11,P12)는 제1 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 것으로, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되는 제1 좌측 열 확산부재(P11)와, 제1 우측 열 확산부재(P12)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 동일한 제1 군의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하는 제1 열 확산부재(P11,P12)를, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)에 분산하여 형성함으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 열적인 균등화를 이룰 수 있는 것은 물론이고, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 연결하는 좌우 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 좌측 열 확산부재(P11)는, 배터리 셀(10) 제1 측면(S1)의 상부 위치에 형성될 수 있고, 상기 제1 우측 열 확산부재(P12)는, 배터리 셀(10) 제2 측면(S2)의 하부 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이, 동일한 제1 군의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하는 제1 열 확산부재(P11,P12)를, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에서 상부 위치와 하부 위치에 분산하여 형성함으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 열적인 균등화를 이룰 수 있는 것은 물론이고, 배터리 셀(10)의 상하 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

제1 열 확산부재(P11,P12)와 유사하게, 상기 제2 열 확산부재(P21,P22)는 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 것으로, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)을 가로질러 연장되는 제2 좌측 열 확산부재(P21)와, 제2 우측 열 확산부재(P22)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 동일한 제2 군의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하는 제2 열 확산부재(P21,P22)를, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)에 분산하여 형성함으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 열적인 균등화를 이룰 수 있는 것은 물론이고, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)을 연결하는 좌우 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

상기 제2 좌측 열 확산부재(P21)는, 배터리 셀(10) 제1 측면(S1)의 하부 위치에 형성될 수 있고, 상기 제2 우측 열 확산부재(P22)는, 배터리 셀(10) 제2 측면(S2)의 상부 위치에 형성될 수 있다. 이와 같이, 동일한 제2 군의 배터리 셀(10)을 열적으로 연결하는 제2 열 확산부재(P21,P22)를, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)에서 하부 위치와 상부 위치에 분산하여 형성함으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 열적인 균등화를 이룰 수 있는 것은 물론이고, 배터리 셀(10)의 상하 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

상기 제1 좌측 열 확산부재(P11)와, 제2 좌측 열 확산부재(P21)는 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1)을 함께 가로질러 연장되되, 상대적으로 상측 위치 및 하측 위치에서 서로로부터 이격되어 있다. 이와 같이, 각각 서로 다른 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1 좌측 열 확산부재(P11)와, 제2 좌측 열 확산부재(P21)가 서로 이격된 위치에 배치됨으로써, 제1 좌측 열 확산부재(P11)와, 제2 좌측 열 확산부재(P21)가 서로 협력하여 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 매개하지 않도록 하며, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있다.

유사하게, 상기 제1 우측 열 확산부재(P12)와, 제2 우측 열 확산부재(P22)는 배터리 셀(10)의 제2 측면(S2)을 함께 가로질러 연장되되, 상대적으로 하측 위치 및 상측 위치에서 서로로부터 이격되어 있다. 이와 같이, 각각 서로 다른 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1 우측 열 확산부재(P12)와, 제2 우측 열 확산부재(P22)가 서로 이격된 위치에 배치됨으로써, 제1 우측 열 확산부재(P12)와, 제2 우측 열 확산부재(P22)가 서로 협력하여 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 열 전달을 매개하지 않도록 하며, 서로 이웃한 배터리 셀(10) 사이의 연쇄적인 열 폭주(thermal runway)를 방지할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열 확산부재(P11,P12)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째에 배치된 제1 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있고, 상기 제2 열 확산부재(P21,P22)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째에 배치된 제2 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 함께 참조하면, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)에 각각 형성된 제1 열 확산부재(P11,P12)는, 연장 방향을 따라 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)과 접촉되는 접촉부(201)와, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격되는 이격부(202)를 포함할 수 있고, 상기 접촉부(201)와 이격부(202) 사이에는, 접촉부(201)와 이격부(202)를 서로 단차지게 연결하는 단차부(205)가 형성될 수 있다.

상기 제1 열 확산부재(P11,P12)와 유사하게, 배터리 셀(10)의 서로 다른 제1, 제2 측면(S1,S2)에 각각 형성된 제2 열 확산부재(P21,P22)는, 연장 방향을 따라 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)과 접촉되는 접촉부(201)와, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격되는 이격부(202)를 포함할 수 있고, 상기 접촉부(201)와 이격부(202) 사이에는, 접촉부(201)와 이격부(202)를 서로 단차지게 연결하는 단차부(205)가 형성될 수 있다.

도 8a 및 도 8b에는, 본 발명의 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)에 의해 국부적인 열화 현상이 완화되는 것을 확인하기 위한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 도 8a에는 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)가 마련되지 않은 비교예의 배터리 팩에서의 온도 프로파일이 도시되어 있다. 도 8b에는 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)가 마련된 본 발명의 배터리 팩에서의 온도 프로파일이 도시되어 있다. 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)가 마련되지 않은 비교예(도 8a)에서는 배터리 팩의 중앙 위치에 해당되는 5,6 번째의 배터리 셀(10)에서 200도가 넘는 온도가 관찰되지만, 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)가 마련된 본 발명(도 8b)에서는 배터리 팩의 중앙 위치에 해당되는 5,6 번째의 배터리 셀(10)에서 100도 이하로 온도가 많이 낮아진 것을 확인할 수 있고, 본 발명에서와 같이, 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)를 마련함으로써, 국부적으로 일부 배터리 셀(10), 예를 들어, 배터리 팩의 중앙 위치에 배치된 배터리 셀(10)에서의 국부적인 열화 현상이 상당히 완화되는 것을 확인할 수 있다.

도 9에는, 도 6에 도시된 배터리 팩의 조립 상태가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 사이드 플레이트(140)에는 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)의 냉각을 위한 개구(140`)가 형성될 수 있고, 상기 개구(140`)를 통하여 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)가 노출됨으로써, 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)를 통하여 배터리 셀(10)을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 사이드 플레이트(140)에는 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)의 적어도 일부를 노출시키기 위한 개구(140`)가 형성될 수 있으며, 개구(140`)를 통하여 저온의 외기가 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)에 직접 접촉됨으로써, 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)를 통하여 배터리 셀(10)을 냉각시킬 수 있다. 상기 사이드 플레이트(140)의 개구(140`)를 통해서는 저온의 외기가 열 확산부재(P11,P12,P21,P22)와 함께, 배터리 셀(10)에 대해 직접 접촉할 수도 있다.

도 10에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 11a 및 도 11b에는, 도 10에 도시된 서로 다른 열 확산부재를 도시한 도면이 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 일 방향을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하는 열 확산부재(P31,P32)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 열 확산부재(P31,P32)는, 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 열 확산부재(P31,P32)는, 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장되면서 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 열적으로 연결할 수 있다.

상기 열 확산부재(P31,P32)는, 서로 다른 제1, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1, 제2 열 확산부재(P31,P32)를 포함할 수 있다. 상기 제1 열 확산부재(P31)는, 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장되면서 제1 군의 배터리 셀(10)을 연결할 수 있고, 상기 제2 열 확산부재(P32)는, 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장되면서 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결할 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 열 확산부재(P31,P32)는, 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장되면서 서로 맞닿지 않도록 바닥면(B)의 서로 다른 위치에서 서로로부터 이격되도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 열 확산부재(P31)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째에 배치된 제1 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있고, 상기 제2 열 확산부재(P32)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째에 배치된 제2 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있다.

상기 제1 열 확산부재(P31)는, 그 연장 방향을 따라 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)에 대해 접촉하는 접촉부(301)와, 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격된 이격부(302)를 포함할 수 있고, 상기 접촉부(301)와 이격부(302) 사이에는, 접촉부(301)와 이격부(302)를 서로 단차지게 연결하는 단차부(305)가 형성될 수 있다. 유사하게, 상기 제2 열 확산부재(P32)는, 그 연장 방향을 따라 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)에 대해 접촉하는 접촉부(301)와, 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)로부터 이격된 이격부(302)를 포함할 수 있고, 상기 접촉부(301)와 이격부(302) 사이에는, 접촉부(301)와 이격부(302)를 서로 단차지게 연결하는 단차부(305)가 형성될 수 있다.

도 12에는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 배터리 팩은, 일 방향을 따라 배열되는 다수의 배터리 셀(10)과, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 서로 이웃하지 않는 배터리 셀(10)을 연결하는 열 확산부재(P11,P12,P13,P21,P22,P23)를 포함할 수 있다.

상기 열 확산부재(P11,P12,P13,P21,P22,P23)는, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2)과 배터리 셀(10)의 바닥면(B)을 가로질러 연장될 수 있으며, 예를 들어, 상기 열 확산부재(P11,P12,P13,P21,P22,P23)는 제1 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)와, 제2 군의 배터리 셀(10)을 연결하는 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 홀수 번째에 배치된 제1 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있고, 상기 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)는, 배터리 셀(10)의 배열 순서에 따라 짝수 번째에 배치된 제2 군의 배터리 셀(10)을 서로 연결할 수 있다.

본 실시형태에서, 상기 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)는, 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1), 제2 측면(S2), 및 바닥면(B)을 가로질러 연장되는 다수의 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)를 포함할 수 있으며, 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)는, 배터리 셀(10)의 제1 측면(S1), 제2 측면(S2), 및 바닥면(B)을 가로질러 연장되는 다수의 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)를 포함할 수 있다.

본 실시형태에서는, 동일한 제1 군의 배터리 셀(10, 홀수 번째 배터리 셀 10)을 서로 열적으로 연결하는 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)가, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2) 및 바닥면(B)을 가로질러 연장되도록 다수의 위치에 분산 형성됨으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 국부적으로 열화된 일부 배터리 셀(10)로부터 다른 배터리 셀(10)을 향하여 신속한 열 전달이 이루어질 수 있고, 열적인 균등화를 이룰 수 있다. 또한, 다수의 위치에 분산되어 형성된 제1 열 확산부재(P11,P12,P13)를 통하여 배터리 셀(10)의 배열 방향뿐만 아니라, 배터리 셀(10)의 상하 좌우 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

유사하게, 동일한 제2 군의 배터리 셀(10, 짝수 번째 배터리 셀 10)을 서로 열적으로 연결하는 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)가, 배터리 셀(10)의 제1, 제2 측면(S1,S2) 및 바닥면(B)을 가로질러 연장되도록 다수의 위치에 분산 형성됨으로써, 배터리 셀(10)의 배열 방향을 따라 국부적으로 열화된 일부 배터리 셀(10)로부터 다른 배터리 셀(10)을 향하여 신속한 열 전달이 이루어질 수 있고, 열적인 균등화를 이룰 수 있다. 또한, 다수의 위치에 분산되어 형성된 제2 열 확산부재(P21,P22,P23)를 통하여 배터리 셀(10)의 배열 방향뿐만 아니라, 배터리 셀(10)의 상하 좌우 방향을 따라서도 열적인 균등화를 이룰 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 배터리 셀 15: 전극 단자
20: 스페이서 U: 단자면
B: 바닥면 S1: 제1 측면
S2: 제2 측면 140: 사이드 플레이트
141: 제1 사이드 플레이트 142: 제2 사이드 플레이트
140`: 개구 101,201,301: 접촉부
102,202,302: 이격부 105,205,305: 단차부
P11,P12,P13,P31 : 제1 열 확산부재
P21,P22,P23,P32: 제2 열 확산부재

Claims (22)

1. 다수의 배터리 셀; 및
   상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 다른 배터리 셀 사이를 연결하되, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀 사이를 연결하는 열 확산부재;를 포함하고,
   상기 열 확산부재는, 서로 이웃하는 배터리 셀 사이는 연결하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 열 확산부재는, 배터리 셀의 배열 순서에 따라 서로 교번되게 엇갈린 위치의 배터리 셀 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제1항에 있어서,
   상기 열 확산부재는,
   다수의 배터리 셀 중에서 제1 군의 배터리 셀 사이를 연결하는 제1 열 확산부재; 및
   다수의 배터리 셀 중에서 제2 군의 배터리 셀 사이를 연결하는 제2 열 확산부재를 포함하되,
   상기 제1, 제2 군의 배터리 셀 각각은, 서로 이웃하지 않은 배터리 셀을 포함하며,
   상기 제1, 제2 군의 배터리 셀은, 서로 배타적으로 선택된 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 군의 배터리 셀은, 배터리 셀의 배열 순서에 따라, 홀수 번째 배치된 배터리 셀을 포함하고,
   상기 제2 군의 배터리 셀은, 배터리 셀의 배열 순서에 따라, 짝수 번째 배치된 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제4항에 있어서,
   상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라, 각각의 배터리 셀은, 제1 열 확산부재 또는 제2 열 확산부재 중에서 택일적으로 어느 일 열 확산부재에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1, 제2 열 확산부재는, 서로 맞닿지 않도록 서로로부터 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제4항에 있어서,
   상기 제1, 제2 열 확산부재는, 각각 상기 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제4항에 있어서,
   상기 제1 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1 좌측 열 확산부재 및 제1 우측 열 확산부재를 포함하고,
   상기 제2 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 반대되는 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제2 좌측 열 확산부재 및 제2 우측 확산부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 제1 측면을 가로질러 연장되는 제1 좌측 열 확산부재와, 제2 좌측 열 확산부재는, 상대적으로 상측 위치 및 하측 위치에서 서로로부터 이격되어 있고,
    상기 배터리 셀의 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1 우측 열 확산부재와, 제2 우측 열 확산부재는, 상대적으로 하측 위치 및 상측 위치에서 서로로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제4항에 있어서,
    상기 제1, 제2 열 확산부재는, 배터리 셀의 바닥면을 가로질러 연장되되, 서로 맞닿지 않도록 서로로부터 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제4항에 있어서,
    상기 제1 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    상기 제1 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    상기 제2 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    상기 제2 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    상기 제1 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 접촉부와 이격부 사이에는, 접촉부와 이격부를 서로에 대해 단차지게 연결하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제1항에 있어서,
    상기 열 확산부재는 배터리 셀의 측면을 가로질러 연장되며,
    상기 열 확산부재의 외측에 배치되는 사이드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
16. 제15항에 있어서,
    상기 열 확산부재와 사이드 플레이트는, 적어도 하나의 개소에서 서로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
17. 제16항에 있어서,
    상기 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,
    상기 이격부는 상기 사이드 플레이트와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
18. 제15항에 있어서,
    상기 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 다른 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1, 제2 열 확산부재를 포함하고,
    상기 사이드 플레이트는, 각각 제1, 제2 열 확산부재의 외측에 배치되는 제1, 제2 사이드 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    제1 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    제2 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,
    상기 이격부는 상기 제1 사이드 플레이트와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    제2 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    제1 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,
    상기 이격부는 상기 제2 사이드 플레이트와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
21. 다수의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀의 배열 방향을 따라 서로 다른 배터리 셀 사이를 연결하되, 서로 이웃하지 않는 배터리 셀 사이를 연결하는 열 확산부재;를 포함하고,
    상기 열 확산부재는 배터리 셀의 측면을 가로질러 연장되며,
    상기 열 확산부재의 외측에 배치되는 사이드 플레이트를 더 포함하고,
    상기 열 확산부재는, 각각 배터리 셀의 서로 다른 제1, 제2 측면을 가로질러 연장되는 제1, 제2 열 확산부재를 포함하고,
    상기 사이드 플레이트는, 각각 제1, 제2 열 확산부재의 외측에 배치되는 제1, 제2 사이드 플레이트를 포함하며,
    상기 제1 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    제1 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    제2 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,
    상기 이격부는 상기 제1 사이드 플레이트와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 열 확산부재는, 연장 방향을 따라,
    제2 군의 배터리 셀에 접촉되도록 배터리 셀을 향하여 내측으로 돌출된 접촉부; 및
    제1 군의 배터리 셀로부터 이격되도록 배터리 셀과 반대되는 방향을 향하여 외측으로 돌출된 이격부;를 포함하되,
    상기 이격부는 상기 제2 사이드 플레이트와 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.

Images