KR20170044473A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에서 화재 또는 가스가 발생하거나 외부에서 충격이 가해지는 경우 안전성이 확보될 수 있는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 판상으로 구성되어 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 바닥부와 상기 바닥부로부터 소정 높이로 돌출되는 측벽부를 구비하여, 상기 바닥부와 상기 측벽부에 의해 한정된 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수용하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 팩 케이스의 측벽부는, 적어도 부분적으로 상기 측벽부의 두께 방향에 수직하는 방향으로 중공이 형성되고, 상기 중공은 내측으로 개방된 유입구와 외측으로 개방된 유출구가 형성된다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 향상된 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
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 외장재를 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, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다. 그리고, 이와 같은 다수의 이차 전지는, 팩 케이스에 수납됨으로써, 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
이러한 배터리 팩에 대해서는 다양한 특성이 요구되는데, 그 중에서도 대표적인 특성은 안전성이라 할 수 있다. 더욱이, 자동차에 장착되는 배터리 팩의 안전성은 탑승자의 생명과 직결된다고 볼 수 있기 때문에 매우 중요하다고 할 수 있다.
특히, 배터리 팩의 안전성과 관련하여 중요한 문제 중 하나가 화염의 직접적인 노출 문제라 할 수 있다. 배터리 팩의 경우, 내부에서 화재가 발생하지 않도록 하는 것이 최우선이겠지만, 경우에 따라서는 배터리 팩의 내부에서 화재가 발생할 수 있다. 이때, 화염이나 고온 가스가 배터리 팩의 외부로 많이 노출되면, 노출된 화염이나 고온 가스는, 배터리 팩 주변의 다른 구성요소를 파손 내지 손상시킬 수 있는 것은 물론이고, 2차 발화로 이어질 수 있다. 특히, 자동차에 장착된 배터리 팩 내부에서 화재가 발생하면, 발생된 화재는 탑승자에게 매우 위험한 요소가 될 수 있다. 더욱이, 배터리 팩이 하이브리드 차량에 장착되었거나 다른 차량과 충돌한 경우, 연료 저장탱크에 화염이나 고온 가스가 노출되면 연료의 폭발을 일으켜 큰 사고로 이어질 수 있다.
또한, 배터리 팩의 안전성과 관련하여 중요한 문제 중 다른 하나는 내충격성이라 할 수 있다. 즉, 배터리 팩의 경우, 일정 수준 이상의 충격에도 내부 구성요소가 쉽게 파손되지 않고, 그 성능을 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 특히, 차량용 배터리 팩의 경우, 항상 차량 충돌의 위험이 있기 때문에, 사고 시 내부 구성요소가 쉽게 파손되지 않는 특성이 더욱 요구된다고 할 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내부에서 화재 또는 가스가 발생하거나 외부에서 충격이 가해지는 경우 안전성이 확보될 수 있는 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및 판상으로 구성되어 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 바닥부와 상기 바닥부로부터 소정 높이로 돌출되는 측벽부를 구비하여, 상기 바닥부와 상기 측벽부에 의해 한정된 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수용하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 팩 케이스의 측벽부는, 적어도 부분적으로 상기 측벽부의 두께 방향에 수직하는 방향으로 중공이 형성되고, 상기 중공은 내측으로 개방된 유입구와 외측으로 개방된 유출구가 형성된다.
여기서, 상기 중공은, 바닥부의 테두리 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 중공은, 상기 측벽부에 둘 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 측벽부는, 둘 이상의 중공이 상하 방향으로 배치되고, 둘 이상의 중공 사이에 상하 방향 관통부가 형성되며, 상기 유입구와 상기 유출구가 서로 다른 중공에 형성되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 상기 유입구와 상기 유출구가 상기 둘 이상의 중공의 일측 단부에 형성되고 상기 관통부가 상기 둘 이상의 중공의 타측 단부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 상기 유입구와 상기 유출구가 각각 둘 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 측벽부는, 중공이 형성된 제1 측벽과 중공이 형성되지 않은 제2 측벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 측벽은, 상기 제2 측벽에 대하여 상기 바닥부의 테두리 방향으로 배치되어 양단이 상기 제2 측벽에 결합될 수 있다.
또한, 상기 중공은, 상하 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 금속 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩의 안전성이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 내부에서 화재가 발생하더라도, 화염이나 고온의 가스가 배터리 팩 외부로 직접적으로 노출되는 것을 방지하거나 효과적으로 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩의 화재로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하고, 2차 발화나 폭발 등을 예방할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 이러한 효과는 팩 케이스에 의해 달성될 수 있으며, 이러한 효과를 달성하기 위한 별도의 추가 부품이나 공간 등은 필요하지 않거나 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 외부에서 충격이 가해지더라도, 팩 케이스가 충격을 완화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩이 장착된 차량이 다른 차량이나 건물 등에 충돌되더라도, 배터리 팩의 내부 구성요소가 파손 내지 손상되는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 그러므로, 이 경우, 교통사고 발생 시에도 배터리 팩의 동작을 보장하고, 재사용율을 높이는 한편, 사고로 인한 발화나 폭발 등의 위험성을 낮출 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 A1-A1' 선에 대한 단면도이다.
도 3은, 도 1의 A2-A2'선에 대한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 팩 케이스의 측벽부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 4의 A4-A4'선에 대한 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스의 측벽부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6의 A5-A5'선에 대한 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스의 측벽부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 1의 배터리 팩에 포함된 팩 케이스에 대하여 일부분을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 측벽부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 도 10의 A6-A6'선에 대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100) 및 팩 케이스(200)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 이차 전지를 구비할 수 있다. 여기서, 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 이차 전지의 형태로 한정되는 것은 아니다.
이차 전지는, 전극 조립체, 전해액 및 외장재를 구비할 수 있다. 여기서, 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되어 전극 리드와 연결될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지의 경우, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있으며, 전극 리드는, 파우치 외장재 사이에 개재되어 일단이 외부로 노출됨으로써 전극 단자로서 기능할 수 있다. 외장재는, 내부에 빈 공간을 구비하여 전극 조립체와 전해액을 수납하며, 밀폐된 형태로 구성될 수 있다. 외장재는, 캔형 이차 전지의 경우 금속 재질로 구성되며, 파우치형 이차 전지의 경우 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 이차 전지의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 채용될 수 있다.
상기 이차 전지는, 셀 어셈블리(100)에 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 파우치형 이차 전지를 구비할 수 있다. 이때, 파우치형 이차 전지는 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 이를테면, 파우치형 이차 전지는, 2개의 넓은 면이 좌우 측에 각각 위치하고, 상부와 하부, 전방 및 후방에 실링부가 위치하도록, 대략 지면에 수직하게 세워지는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 세워진 형태의 이차 전지는, 넓은 면이 서로 대면되는 형태로 수평 방향으로 평행하게 다수 개 배열될 수 있다.
또한, 상기 셀 어셈블리(100)는, 배터리 팩에 다수 포함될 수 있다. 즉, 하나의 팩 케이스(200)의 내부에는 다수의 셀 어셈블리(100)가 포함되며, 이러한 다수의 셀 어셈블리(100)는, 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 배치될 수 있다. 그리고, 다수의 셀 어셈블리(100)는, 어셈블리 버스바 등을 통해 상호 간 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 이차 전지 이외에 다른 다양한 구성요소를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 어셈블리(100)는, 카트리지를 구비할 수 있다. 카트리지는, 폴리머 재질로 구성되어, 파우치형 이차 전지의 테두리를 감싸는 형태로 구성된다. 그리고, 이러한 카트리지는, 내부 공간에 파우치형 이차 전지를 수납하고, 상호 적층됨으로써, 다수의 파우치형 이차 전지가 나란하게 배열되도록 할 수 있다. 또는, 상기 셀 어셈블리(100)는, 이차 전지 이외에 셀 커버를 더 구비할 수 있다. 셀 커버는, 알루미늄과 같은 금속 재질로 이루어져, 2개가 한 조로 결합 가능하게 구성되며, 결합된 상태에서 내부 공간에 하나 이상의 파우치형 이차 전지를 수납할 수 있다.
또한, 상기 셀 어셈블리(100)는, 이차 전지 이외에 어셈블리 케이스를 더 구비할 수 있다. 어셈블리 케이스는, 직육면체 등 다면체 형태로 구성되어, 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 셀 어셈블리(100)를 수납할 수 있다. 이러한 어셈블리 케이스의 외부에는 어셈블리 단자가 구비되어, 다른 셀 어셈블리(100)와 연결되도록 하거나, 팩 케이스(200)의 전극 단자에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는, 바닥부(210) 및 측벽부(220)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 바닥부(210)는, 대략 판상으로 구성되어 지면에 평행하게 셀 어셈블리(100)의 하부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 바닥부(210)는, 대략 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 셀 어셈블리(100)는, 이러한 바닥부(210)의 상부에 안착될 수 있다.
상기 측벽부(220)는, 바닥부(210)로부터 상부 방향으로 소정 높이 돌출되게 형성될 수 있다. 특히, 상기 측벽부(220)는, 바닥부(210), 특히 바닥부(210)의 테두리를 따라 위치하여, 수평 방향으로 하나의 내부 공간을 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)가 수용될 수 있다. 예를 들어, 바닥부(210)가 사각 플레이트 형태로 구성된 경우, 상기 측벽부(220)는, 바닥부(210)의 테두리를 따라 소정 높이로 형성되어, 상부에서 하부 방향으로 바라본 모습, 즉 상면 구성이 대략 사각 링 형태가 될 수 있다. 그리고, 이러한 사각 링의 중앙 부분에 하나 이상의 셀 어셈블리(100)가 수용될 수 있다.
바닥부(210)는 배터리 팩이 장착되는 장치, 이를테면 차량의 구조에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있으므로, 측벽부(220)의 상면 구성 역시 이러한 바닥부(210)의 형태에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 측벽부(220)는 반드시 바닥부(210)의 최외곽에 위치하여야 하는 것은 아니며, 바닥부(210)의 적어도 일부분이 측벽부(220)보다 수평 방향 외측으로 돌출되게 구성될 수도 있다.
상기 측벽부(220)는, 상기 바닥부(210)에서 대략 수직하게 세워지는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 측벽부(220)의 높이는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 측벽부(220)는, 상기 셀 어셈블리(100)와 동일하거나 유사한 높이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 측벽부(220)는, 상기 셀 어셈블리(100)의 측면의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는, 바닥부(210)와 측벽부(220)에 의해 한정된 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수용할 수 있다. 즉, 바닥부(210)는 팩 케이스(200)의 하부를 한정하고, 측벽부(220)는 팩 케이스(200)의 측부를 한정할 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)는, 하면이 바닥부(210)에 의해 커버되고, 측면이 측벽부(220)에 의해 커버될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩의 팩 케이스(200)에서, 상기 측벽부(220)는, 적어도 부분적으로 중공이 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 2 및 도 3을 추가적으로 참조하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 도 1의 A1-A1' 선에 대한 단면도이고, 도 3은 도 1의 A2-A2'선에 대한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, H로 표시된 부분과 같이, 팩 케이스(200)의 측벽부(220)에는 내부에 빈 공간, 즉 중공이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 중공(H)은 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 방향으로 길게 형성될 수 있다. 즉, 중공(H)에서의 유체의 흐름 방향은 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 방향으로 형성될 수 있다. 여기서, 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 방향이란, 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 평면상에 형성되는 방향이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에서, 중공(H)이 좌측 측벽부나 우측 측벽부에 형성된다고 할 때, 중공(H)은 측벽부(220)의 두께 방향인 x축 방향으로 유로가 형성되도록 구성되는 것이 아니라, 측벽부(220)의 두께에 수직하는 평면인 y-z 평면상에 형성되는 어느 한 방향으로 유로가 형성되도록 구성될 수 있다. 또는, 도 1의 구성에서, 중공(H)이 전방 측벽부나 후방 측벽부에 형성된다고 할 때, 중공(H)은 측벽부(220)의 두께에 수직하는 평면인 x-z 평면상에 형성되는 어느 한 방향으로 유로가 형성되도록 구성될 수 있다. 물론, 중공(H)의 일부분은 측벽부(220)의 두께 방향으로 형성될 수도 있다.
그리고, 이러한 중공(H)에는 유입구와 유출구가 형성될 수 있다. 즉, 도 3에서 I 및 O로 표시된 바와 같이, 중공(H)은 내측 및 외측으로 각각 일부분이 개방될 수 있다. 그리고, 중공(H)을 내측으로 개방시킨 홀은 유입구이고, 중공(H)을 외측으로 개방시킨 개구부는 유출구라 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(200)의 측벽부(220)에 유입구(I), 중공(H) 및 유출구(O)로 구성되는 가스 배출 경로가 형성되어, 배터리 팩 내부에서 가스가 발생한 경우, 이러한 가스는 팩 케이스(200) 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 그러므로, 내부 가스 발생으로 인한 팩 케이스(200)의 내압 증가로 배터리 팩이 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 구성에 의하면, 가스 배출 경로의 길이가 측벽부(220)의 두께보다 훨씬 길게 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 팩 케이스(200)에서, 가스 배출 경로는 유입구(I), 중공(H) 및 유출구(O)를 경유하는데, 중공(H)은, 측벽부(220)의 두께 방향이 아니라, 도 3의 화살표와 같은 측벽부(220)의 길이 방향, 즉 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 방향으로 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 가스 배출 경로의 길이는 측벽부(220)의 두께보다 훨씬 길게 형성될 수 있다.
그러므로, 배터리 팩 내부에서 화재가 발생하더라도, 화염은 배터리 팩 외부로 직접 방출되지 않을 수 있다. 즉, 배터리 팩 내부의 화염은 측벽부(220)의 중공(H)으로 어느 정도 유입될 수 있지만, 측벽부(220)의 중공(H)이 상당한 길이를 가질 수 있으므로, 측벽부(220)의 유출구(O)에까지는 이르지 못할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩 내부의 화재 발생 시, 화염의 외부 유출로 인한 2차 화재 등을 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 화재 발생 시 고온의 가스도 발생할 수 있는데, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 고온 가스 유출을 줄일 수 있다. 즉, 배터리 팩 내부에서 발생한 고온의 가스는 측벽부(220)의 중공(H)을 따라 흐르는 과정에서 온도가 낮아질 수 있으며, 이로 인해 매우 높은 온도의 가스가 외부로 유출되는 것을 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 외부에서 충격이 가해지더라도, 측벽부(220)가 이러한 충격을 완화시킬 수 있다. 즉, 측벽부(220)에는 중공(H)이 형성되어 있으므로, 배터리 팩 외부에서 충격이 가해지는 경우, 이러한 충격은 측벽부(220)의 중공(H)에 의해 상당 부분 흡수될 수 있다. 그러므로, 이로 인해, 배터리 팩 외부의 충격이 배터리 팩 내부로 전달되는 것을 줄임으로써, 배터리 팩 내부의 구성요소, 이를테면 이차 전지나 다양한 전장품이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 중공(H)은, 바닥부(210)의 테두리 방향으로 형성될 수 있다. 여기서, 바닥부(210)의 테두리 방향이란, 측벽부(220)의 두께에 수직하는 방향 중 수평 방향, 즉 바닥부(210)의 표면에 평행한 방향이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에서 좌측 측벽부와 우측 측벽부의 경우, 테두리 방향이란 y축 방향을 의미한다고 할 수 있다. 또한, 도 1의 구성에서 전방 측벽부와 후방 측벽부의 경우, 테두리 방향이란 x축 방향을 의미한다고 할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 측벽부(220)의 구성은 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 측벽부(220)는 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팩 케이스(200)의 측벽부(220) 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 A4-A4'선에 대한 단면도이다. 다만, 도 4에서는 설명의 편의를 위해 측벽부(220)의 내측면 및 상면은 절단된 형태로 도시되어 있다. 여기서, 도 4에 도시된 측벽부(220)는, 도 1의 팩 케이스(200)에서 일부 측벽부, 이를테면 우측 측벽부의 전부 또는 일부를 구성한다고 할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 팩 케이스(200)는, 중공(H)이 둘 이상 형성될 수 있다. 즉, 상기 팩 케이스(200)의 측벽부(220)의 내부에는 빈 공간이 형성되되, 이러한 내부 공간은 격벽에 의해 둘 이상의 격실로 분할될 수 있다. 그리고, 각각의 격실은 별도의 중공(H)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 팩 케이스(200)의 측벽부(220)에는, 도 5에서 H1 및 H2로 표시된 바와 같이, 2개의 중공이 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가스 및 화염 등의 배출 경로가 다양한 개수 또는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
특히, 상기 팩 케이스(200)는, 둘 이상의 중공이 상하 방향으로 배치되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 측벽부(220)에 2개의 중공이 형성되되, 이러한 2개의 중공은, 상하 방향으로 배치되게 구성될 수 있다. 즉, 측벽부(220)의 내부 공간은 상부 중공(H1)과 하부 중공(H2)으로 구성될 수 있다.
여기서, 상하 방향으로 배치된 둘 이상의 중공 사이에는 상하 방향 관통부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 구성에서, 상부 중공(H1)과 하부 중공(H2)은 중앙의 격벽에 의해 구분될 수 있는데, 이러한 격벽의 적어도 일부분에는, P로 표시된 바와 같이, 상하 방향으로 개구, 즉 관통부가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 관통부(P)를 통해 상부 중공(H1)의 내부 공간과 하부 중공(H2)의 내부 공간은 상호 연결될 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 상기 유입구(I)와 상기 유출구(O)는, 서로 다른 중공에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5의 구성에서, 배터리 팩의 내측으로 형성된 유입구(I)는 상부 중공(H1)에 형성되고, 배터리 팩의 외측으로 형성된 유출구(O)는 하부 중공(H2)에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유입구(I)에서 유출구(O)에 이르는 가스 배출 경로의 길이가 크게 길어질 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5의 구성을 참조하면, 유입구(I)에서 유출구(O)에 이르는 중공의 길이는, 대략 유입구(I)에서 관통부(P)까지 이르는 하부 중공(H2)의 길이와 관통부(P)에서 유출구(O)까지 이르는 상부 중공(H1)의 길이를 합산한 정도가 될 수 있다. 따라서, 유입구(I)로부터 유출구(O)에 이르는 중공의 길이는, 측벽부(220)의 길이보다 훨씬 길게 구성될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 유입구(I)를 통해 배터리 팩 내부의 화염이 중공으로 유입되더라도 이러한 화염이 중공을 거쳐 유출구(O)까지 이르기는 매우 어려우므로, 배터리 팩 외부로 화염이 직접적으로 유출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 이 경우, 유출구(O)를 통해 배출되는 가스의 온도가 중공을 경유하는 과정에서 더욱 낮아질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 팩 케이스(200)는, 유입구(I)와 유출구(O)가 둘 이상의 중공의 일측 단부에 형성되고 관통부(P)가 둘 이상의 중공의 반대 측 단부, 즉 타측 단부에 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 구성에서, 유입구(I)와 유출구(O)는 측벽부(220)의 좌측 단부에 형성되고, 관통부(P)는 측벽부(220)의 우측 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유입구(I)에서 유출구(O)에 이르는 가스 배출 경로의 길이를 최대화시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4의 구성에서, 하부 중공(H2)의 유입구(I)를 통해 유입된 가스는, 하부 중공(H2)을 통해 우측 방향으로 흐르다가, 측벽부(220)의 우측 단부에서 관통부(P)를 통해 상부 중공(H1)으로 유입될 수 있다. 그리고, 가스는 상부 중공(H1)을 통해 좌측 방향으로 흐르다가, 측벽부(220)의 좌측 단부에서 유출구(O)를 통해 팩 케이스(200) 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 유입구(I)에서 유출구(O)에 이르는 가스 배출 경로의 길이는, 측벽부(220)의 수평 방향 길이보다 대략 2배에 해당하는 길이를 가질 수 있다. 그러므로, 배터리 팩 외부로의 화염의 노출 가능성을 최대한 낮추고, 배출되는 가스의 온도도 최대한 낮출 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스(200)의 측벽부(220) 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 A5-A5'선에 대한 단면도이다. 다만, 도 6에서는 설명의 편의를 위해 측벽부(220)의 내측면 및 상면은 절단된 형태로 도시되어 있다. 한편, 도 6에 도시된 측벽부(220)는, 도 1의 팩 케이스(200)에서 일부 측벽부, 이를테면 우측 측벽부의 일부 또는 전부를 구성한다고 할 수 있다. 이러한 도 6 및 도 7의 구성에 대해서는, 앞선 다른 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 팩 케이스(200)는, H1, H2 및 H3로 표시된 바와 같이 상하 방향으로 3개의 중공이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 3개의 중공, 즉 상부 중공(H1), 중부 중공(H3) 및 하부 중공(H2)은, 내부에서 유체의 흐름 방향이 측벽의 두께 방향에 수직하는 수평 방향으로 형성되도록 구성될 수 있다.
또한, 3개의 중공 사이에는 관통부(P)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 중공(H2)과 중부 중공(H3) 사이, 그리고 중부 중공(H3)과 하부 중공(H2) 사이에는 관통부(P)가 형성될 수 있다. 이때, 하부 중공(H2)과 중부 중공(H3) 사이의 관통부(P)는 측벽부(220)의 우측 단부에 형성되고, 중부 중공(H3)과 상부 중공(H1) 사이의 관통부(P)는 측벽부(220)의 좌측 단부에 형성될 수 있다. 그리고, 유입구(I)는 하부 중공(H2)의 좌측 단부에 형성되고, 유출구(O)는 상부 중공(H1)의 우측 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 가스나 화염의 배출 경로가 도 4 및 도 5의 실시예에 비해 더욱 길어질 수 있다. 즉, 도 6 및 도 7의 실시예에서, 유입구(I)를 통해 유입된 가스는, 하부 중공(H2)을 따라 우측 방향으로 흐르다가 관통부(P)를 통해 중부 중공(H3)으로 유입되어 좌측 방향으로 흐를 수 있다. 그리고, 중부 중공(H3)의 좌측 단부에 이른 가스는, 관통부(P)를 통해 상부 중공(H1)으로 유입되어 우측 방향으로 흐르다가, 상부 중공(H1)의 우측 단부에서 유출구(O)를 통해 외측으로 배출될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 가스의 배출 경로는 측벽부(220)의 수평 길이의 대략 3배에 달하는 길이를 가질 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스(200)의 측벽부(220) 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 이러한 도 8에서도 설명의 편의를 위해 측벽부(220)의 내측면 및 상면은 절단된 형태로 도시되어 있다. 이러한 도 8에 도시된 측벽부(220)는, 이를테면 도 1의 팩 케이스(200)에서 우측 측벽부의 일부 또는 전부를 구성한다고 할 수 있다. 이러한 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 상기 팩 케이스(200)는, 다수의 유입구(I)와 다수의 유출구(O)를 구비할 수 있다. 즉, 도 8의 구성에서, 측벽부(220)에는 상부 중공(H1)과 하부 중공(H2)으로 구분되는 2개의 중공이 형성되는데, 하부 중공(H2)에는 3개의 유입구(I)가 형성되어 있고, 상부 중공(H1)에는 3개의 유출구(O)가 형성되어 있다. 이 경우, 3개의 유입구(I)를 통해 유입된 가스는 하부 중공(H2)에서 수평 방향으로 이동하다가 관통부(P)에 이르러 상부 중공(H1)으로 이동할 수 있다. 그리고, 상부 중공(H1)으로 유입된 가스는 상부 중공(H1)에서 수평 방향으로 이동하다가 다수의 유출구(O)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스(200)는, 다수의 관통부(P)를 구비할 수 있다. 즉, 도 8의 구성에서, 상부 중공(H1)과 하부 중공(H2) 사이에는 2개의 관통부(P)가 형성되어 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가스 배출이 보다 원활해질 수 있다. 즉, 배터리 팩 내부에서 많은 양의 가스가 발생하거나, 특정 부분에서 가스가 발생한 경우, 해당 가스는 다수의 유입구(I)를 통해 여러 방면에서 중공으로 유입될 수 있고, 다수의 관통부(P) 및 다수의 유출구(O)를 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있다.
특히, 이 경우, 관통부(P)는, 수평 방향으로 유입구(I) 및/또는 유출구(O)와 동일하거나 유사한 위치에 형성되지 않고, 다른 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 관통부(P)는, 유입구(I)와 유입구(I) 사이 부분에 위치할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 다수의 유입구(I), 유출구(O) 및/또는 관통부(P)를 형성하는 경우에도, 가스 배출 경로의 길이를 최대한 길게 할 수 있다.
도 9는, 도 1의 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(200)에 대하여 일부분을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 9를 참조하면, 상기 팩 케이스(200)는, 바닥부(210)와 측벽부(220)를 포함하되, 측벽부(220)는 제1 측벽(221)과 제2 측벽(222)을 구비할 수 있다. 여기서, 제1 측벽(221)은, 앞선 도 2 내지 도 8에 도시된 측벽부(220)들과 같이 내부에 중공이 형성된 측벽이라 할 수 있다. 그리고, 제2 측벽(222)은, 중공이 형성되지 않은 측벽이라 할 수 있다. 앞선 도 2 내지 도 8에 도시된 측벽부(220)의 여러 실시예들은 도 9의 구성에서 제1 측벽(221)에 적용될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 팩 케이스(200)의 제조가 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 소정 부분에는 중공이 형성되도록 하고 다른 부분에는 중공이 형성되지 않도록 하는 형태로 측벽부(220)를 한 번에 제조하는 것은 까다로울 수 있다. 그러나, 상기 실시예의 경우, 중공이 형성된 제1 측벽(221)과 중공이 형성되지 않은 제2 측벽(222)을 별도로 제조할 수 있으므로, 중공이 소정 부분에만 형성되도록 하는 측벽부(220)의 제조가 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 중공이 형성된 제1 측벽(221)에 대해서는, 압출 프레임 형태로 내부에 중공이 형성되도록 한 후, 양단을 커버하는 방식으로 측벽부(220)가 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 측벽(221)에는 유입구(I)와 유출구(O)를 형성할 수 있다. 또한, 측벽부(220)가 다수의 중공을 구비하여 관통부(P)가 하나 이상 형성되는 경우, 관통부(P)를 형성하기 위해 제1 측벽(221)의 외면, 이를테면 제1 측벽(221)의 상면이나 하면에 구멍을 뚫은 후, 이러한 구멍을 통해 드릴을 삽입시켜 중공 사이의 격벽에 구멍을 뚫음으로써 관통부(P)가 형성되도록 할 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 제1 측벽(221)은, 제2 측벽(222)에 대하여 바닥부(210)의 테두리 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 도 9의 팩 케이스(200)에서, 전방 측벽부, 후방 측벽부 및 좌측 측벽부의 전체, 그리고 우측 측벽부의 일부는 제2 측벽(222)을 구성한다고 할 수 있다. 그리고, 팩 케이스(200)의 우측 측벽부의 대부분은 제1 측벽(221)을 구성한다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 제1 측벽(221)과 제2 측벽(222)은 함께, 상면 구성이 링 형태로 형성되도록 할 수 있다.
이때, 제1 측벽(221)의 양단은 제2 측벽(222)에 결합될 수 있다. 즉, 도 9에서 B1으로 표시된 부분과 같은, 제1 측벽(221)의 양단은, 제2 측벽(222)의 양단과 접촉하여 내부 공간을 한정하고, 접촉된 부분이 결합 고정될 수 있다. 이때, 제1 측벽(221)과 제2 측벽(222)의 결합 고정 방식은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 대표적으로 용접 방식이 이용될 수 있다. 즉, 제1 측벽(221)의 양단은 제2 측벽(222)과 용접에 의해 결합 고정될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 중공이 측벽부(220)의 두께에 수직하는 방향 중 수평 방향으로 형성된 구성을 위주로 도시되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 중공은 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 측벽부(220) 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 A6-A6'선에 대한 단면도이다. 이러한 도 10 및 도 11의 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 팩 케이스(200)의 측벽부(220)에는, 다수의 중공이 형성될 수 있으며, 각각의 중공은 측벽부(220)의 두께 방향에 수직하는 방향 중 상하 방향으로 형성될 수 있다. 이 경우, 도 11에서 B2로 표시된 부분에 유입구(I)가 형성된다고 할 때, 유입구(I)를 통해 유입된 유체, 이를테면 가스는 우측 중공을 따라 상부 방향으로 이동하다가 관통부(P)를 통해 중앙 중공으로 유입된 후 하부 방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 가스는 중앙 중공의 하부에 위치한 관통부(P)를 통해 좌측 중공으로 유입된 후 상부 방향으로 이동하다가 팩 케이스(200)의 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의할 경우에도, 중공이 수평 방향으로 형성되는 앞선 실시예들과 마찬가지로, 가스 배출 경로의 길이를 길게 할 수 있는 이점이 있다. 특히, 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 팩 케이스(200)는, 상하 방향으로 길게 구성될 수도 있는데, 이 경우, 상하 방향 중공을 형성함으로써, 다수의 중공이 보다 용이하게 형성되도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 수평 방향 중공과 상하 방향 중공이 혼재된 형태의 측벽부(220) 구성도 가능할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩의 팩 케이스(200)는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 유입구(I) 내지 유출구(O) 또한 다양한 위치에 배치될 수 있으므로, 이처럼 수평 방향 중공과 상하 방향 중공의 적절한 배치를 통해 다양한 배터리 팩 구성이나 장착 위치 등에 효율적으로 적응할 수 있다.
바람직하게는, 상기 팩 케이스(200)는, 적어도 부분적으로 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 팩 케이스(200)는, 전체적으로 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 알루미늄과 같은 금속 재질의 경우, 기계적 강성이 우수하여 외부의 충격 등에 셀 어셈블리(100) 등을 효과적으로 보호할 수 있고, 특히 배터리 팩 내부에서 화재 발생 시 플라스틱 재질에 비해 쉽게 용융되지 않으므로, 화염이 배터리 팩 외부로 쉽게 유출되지 않도록 할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 측벽부(220)의 중공 구성으로 인해 화염의 유출이 효과적으로 방지될 수 있다.
한편, 여러 도면에 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 배터리 팩의 팩 케이스(200)는, 덮개부를 더 포함할 수 있다.
상기 덮개부는, 측벽부(220)의 상단에 장착되어 팩 케이스(200)의 내부 공간을 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 덮개부는 셀 어셈블리(100)의 상부 측을 커버할 수 있다. 예를 들어, 상기 덮개부는, 바닥부(210)와 유사하게 판상으로 구성되어 측벽부(220)의 상단에 안착될 수 있다. 그리고, 이러한 덮개부는 볼트 등의 체결부재나 용접 등을 통해 측벽부(220)에 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 자동차의 경우, 탑승자가 가까이에 있을 수 있고, 다른 차량의 연료탱크와 인접할 수도 있으므로, 배터리 팩 내부에서 화재 발생 시 화염이 외부로 쉽게 노출되지 않아야 한다. 그런데, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 이러한 화염 노출 방지 효과가 우수하므로, 자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 셀 어셈블리
200: 팩 케이스
210: 바닥부, 220: 측벽부
221: 제1 측벽, 222: 제2 측벽
H: 중공, I: 유입구, O: 유출구, P: 관통부

Claims (11)

  1. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 및
    판상으로 구성되어 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 바닥부와 상기 바닥부로부터 소정 높이로 돌출되는 측벽부를 구비하여, 상기 바닥부와 상기 측벽부에 의해 한정된 내부 공간에 상기 셀 어셈블리를 수용하는 팩 케이스
    를 포함하고,
    상기 팩 케이스의 측벽부는, 적어도 부분적으로 상기 측벽부의 두께 방향에 수직하는 방향으로 중공이 형성되고, 상기 중공은 내측으로 개방된 유입구와 외측으로 개방된 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공은, 바닥부의 테두리 방향으로 길게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공은, 상기 측벽부에 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측벽부는, 둘 이상의 중공이 상하 방향으로 배치되고, 둘 이상의 중공 사이에 상하 방향 관통부가 형성되며, 상기 유입구와 상기 유출구가 서로 다른 중공에 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 상기 유입구와 상기 유출구가 상기 둘 이상의 중공의 일측 단부에 형성되고 상기 관통부가 상기 둘 이상의 중공의 타측 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 상기 유입구와 상기 유출구가 각각 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측벽부는, 중공이 형성된 제1 측벽과 중공이 형성되지 않은 제2 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측벽은, 상기 제2 측벽에 대하여 상기 바닥부의 테두리 방향으로 배치되어 양단이 상기 제2 측벽에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중공은, 상하 방향으로 길게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 금속 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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