KR20200078344A - 차량용 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 전지 팩으로서, 전지 팩의 구성 요소를 수용하는 전지 팩 하우징 및 복수의 이차 전지 셀을 포함하는 적어도 하나의 전지 모듈을 포함한다. 전지 팩 하우징은 커버 플레이트를 포함하며, 복수의 이차 전지 셀 각각은, 커버 플레이트와 마주하는 안전 벤트를 포함하는 셀 케이스를 포함한다. 커버 플레이트는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 제1층 및, 적어도 1400℃ 의 녹는점을 갖는 불연성 재질을 포함하는 제2층을 라미네이트 본체이다. 더욱이, 제2층은 안전 벤트를 마주하는 커버 플레이트의 안쪽면에 제공된다..

Description

차량용 전지 팩{Battery pack for a vehicle}
본 발명은 전지 팩의 구성요소를 수용하기 위한 전지 팩 하우징을 포함한 차량용 전지 팩에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 운전의 원천으로 사용하여 개발되었다. 이러한 전기 자동차는 충전식 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전적으로 전지에 의해 구동되거나, 예를 들어 가솔린 발전기에 의해 구동되는 하이브리드(hybrid) 자동차의 형태일 수 있다. 또한, 차량은 전기 모터와 종래의 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다.
일반적으로, 전기 자동차 전지(EVB, Electric-Vehicle Battery) 또는 견인 전지(traction battery)는 전지 전기 자동차(BEV, Battery Electric Vehicles)의 추진에 사용되는 전지다. 전기 자동차 전지는 지속 시간 동안 전력을 공급할 수 있도록 설계되었으므로 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적 변환만 제공한다. 저용량의 충전식 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되는 반면, 고용량의 충전식 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원으로 사용된다. 이차 전지는 반복적으로 충전되고 방전될 수 있다는 점에서 화학 에너지를 전기 에너지로만 전환할 수 있는 일차 전지와 다르다. 저용량 이차 전지는 휴대 전화, 노트북, 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 기기의 전원 공급용으로 사용되며, 고용량 이차 전지는 하이브리드(hybrid) 차량 등과 같은 전원 공급용으로 사용된다.
일반적으로, 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충 방전을 가능하게 하기 위해 전해질 용액을 상기 케이스에 주입한다. 예를 들어, 원통형 또는 직사각형인 케이스의 형상은 전지의 용도에 따라 다르다. 랩톱 및 가전 제품에서 사용되는 것으로 널리 알려진 리튬 이온(및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 최신 전기 자동차 그룹에서 가장 두드러진다.
이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위해, 특히 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 단위 전지 셀로 형성된 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 연결함으로써 형성된다.
전지 팩은 여러 개의 (바람직하게는 동일한) 전지 모듈의 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과, 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다.
이러한 전지 팩의 기계적 통합은 개별 구성 요소들(예: 전지 모듈) 사이 및 전지 팩과 차량의 지지 구조물 사이의 적절한 기계적 연결을 필요로 한다. 이 연결은 전지 시스템의 평균 수명 동안 기능적이면서도 안전해야 한다. 더욱이, 설치 공간과 상호 호환성 요구 특히, 모바일 어플리케이션에서의 요구가 충족되어야 한다.
전지 모듈의 기계적인 통합은 캐리어 프레임워크(carrier framewark)를 제공하고 이 캐리어 프레임워크 위에 전지 모듈을 배치하는 것에 의해 달성될 수 있다. 전지 셀 또는 전지 모듈의 고정은 프레임워크에 갖추어진 함몰부나 볼트 또는 스크류와 같은 기계적인 상호 연결구에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 전지 모듈은 캐리어 프레임워크의 측면에 측면 플레이트를 고정하는 것으로 구속된다. 또한, 커버 플레이트는 전지 모듈의 상단 및 하단에 고정될 수 있다.
전지 팩의 캐리어 프레임워크는 차량의 운반 구조물에 장착된다. 전지 팩이 차량의 바닥에 고정되어야 하는 경우, 전지 팩의 캐리어 프레임워크를 통해 관통하는 가령 볼트에 의해 바닥에서 기계적인 연결이 설정될 수 있다. 프레임워크는 일반적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어져 구조의 총 중량을 낮춘다.
전지 팩은 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 통상 전지 팩을 외부 환경으로부터 밀봉하고 전지 팩의 구성 요소를 구조적으로 보호하기 위해 제공되는 봉지체로서 역할하는 전지 팩 하우징을 포함한다. 내장된 전지 팩은 대개 이들의 어플리케이션(예: 전기 자동차) 환경에 전체적으로 장착된다. 전기 자동차를 위한 리튬 이온 전지 모듈은 공통의 전지 팩 하우징 내에 배치된다. 이 전지 모듈의 전지 셀은 안전 벤트(또는 파열 플레이트 개구)가 전지 팩 하우징의 커버와 마주하는 방식으로 배치된다.
리튬 이온 전지 셀의 열 폭주 시, 고온의 벤트 가스 제트는 전지 셀의 안전 벤트에서 발생하여 하우징의 커버에 부딪친다. 안전 벤트와 커버 사이 거리는 50㎜ 이하, 특히 20㎜ 이하일 수 있고, 벤트 가스 제트는 최고 1400℃ 의 온도와 거의 음속으로 벤트로부터 분출된다. 또한 벤트 가스 제트는 전지 셀의 내부로부터 연마 입자를 포함할 수 있다. 이러한 벤트 가스 제트는 커버를 제조하기 위해 저비용 경량 재료로서 통상 사용되는 알루미늄 시트를 쉽게 관통할 수 있다.
US 9,537,130 B2는 다수의 전지 모듈을 포함하는 전기 자동차용 전지 팩을 개시한다. 여기서 단일 전지 셀은 안전 벤트가 위를 향하도록 모듈 내에 조립된다. 내열성 부재가 전지 셀과 커버 몸체 사이에 제공된다. 내열성 부재는 전지 셀의 상면을 커버하나, 전지 셀의 안전 벤트에 대응하는 영역에 배치된 개구를 갖는다. 내열성 부재는 100 내지 1300℃의 온도를 견뎌야 한다. 커버는 수지로 형성되며 배출 포트와 연결된 가스 유로를 규정한다.
본 발명의 목적은 관련 기술의 일부 단점을 극복하거나 적어도 완화시키며, 전지 셀의 열 폭주 시, 안전성을 향상시킬 수 있는 전지 팩을 제공하는 것이다.
종래 기술의 하나 이상의 단점은 후술할 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 회피되거나 적어도 완화된다. 본 발명은 차량용 전지 팩으로서, 전지 팩의 구성 요소를 수용하는 전지 팩 하우징 및 복수의 이차 전지 셀을 포함하는 적어도 하나의 전지 모듈을 포함한다. 전지 팩 하우징은 커버 플레이트를 포함하며, 복수의 이차 전지 셀 각각은, 커버 플레이트와 마주하는 안전 벤트를 포함하는 셀 케이스를 포함한다.
본 발명에 따라 커버 플레이트는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 제1층(또는 외층) 및, 적어도 1400℃ 의 녹는점을 갖는 불연성 재질을 포함하는 제2층(또는 내층)으로 구성되거나 포함하는 라미네이트 본체이다. 더욱이, 제2층은 안전 벤트를 마주하는 커버 플레이트의 안쪽면에 제공된다.
따라서, 본 발명의 일반적인 아이디어는 이차 전지 셀, 특히 리튬 이차 전지 셀의 열 폭주 시 커버 플레이트의 용융을 피하기 위해, 더 두꺼운 외층의 알루미늄 시트와, 충분한 높은 녹는점을 갖는 내열성 재료의 얇은 내층을 포함한 라미네이트를 포함하는 전지 팩의 하우징을 위한 커버 플레이트를 제공하는 것이다. 전지 팩 하우징을 위한 본 발명의 커버 플레이트는 전지 팩의 총 중량을 감소시키고 재료 비용을 감소시키기 위해, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 외층을 포함한다. 본 발명의 라미네이트는 이차 전지 셀, 특히 리튬 이차 전지 셀의 안전 벤트와 마주하는 내층을 더욱 포함한다. 내층은 불연성 재료로 만들어지며, 이는 전지 셀의 열 폭주로 인한 벤트 가스 제트가 커버 플레이트에 부딪칠 때 녹지 않을 것이다.
본 발명에 있어 라미네이트는 열, 압력, 용접 또는 접착제에 의해 영구적으로 조립된 물체이다. 커버 플레이트는 적어도 제1층 및 제2층으로 일체로 형성된다. 이들 층 및 이를 영구적으로 조립하기 위한 수단 이외에, 라미네이트는 커버 플레이트의 외부 표면 상에 래커 코팅(lacquer coating)과 같은 추가 층을 포함할 수 있다. 그러나, 1400℃ 이상의 녹는점을 갖는 불연성 재료로 만들어진 제2층은 항상 라미네이트의 가장 안쪽 층을 구성한다. 라미네이트는 영구적으로 함께 조립되는 제1층 및 제2층만을 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 층은 40 W/(m·K) 이하, 바람직하게는 20 W/(m·K) 이하의 열전도도를 갖는 재료로 만들어진다. 전지 셀이 열 폭주 상태로 들어가면, 뜨거운 벤트 가스 제트가 전지 셀의 파열 플레이트에서 커버 플레이트의 안쪽 층 쪽으로 빠져 나온다. 이때 가스는 최대 1400℃의 온도와 고속을 가질 수 있다. 그런데, 벤트의 지속 시간은 일반적으로 5 초보다 꽤 짧다. 충돌 지점에서 많은 양의 열이 가스로부터 커버 플레이트의 제2층으로 전달 되더라도, 제2층의 재료의 열전도율이 낮기 때문에 열은 알루미늄의 제1층으로 즉시 전달되지 않을 것이다. 이에 의해, 커버 플레이트의 즉각적인 손상을 피할 수 있다. 충돌 지점에서 제2층을 통과하는 지연된 열은 제1층 재료의 높은 열 전도도로 인해 제1층 통해 빠르게 전달될 것이다.
구체적으로, 제2층은 내열성 스테인레스 스틸로 만들어 질 수 있다. 내열 스테인리스 강은 X10CrAlSi7, X10CrAl13, X10CrAl18 및 X18CrN28과 같은 페라이트 계 스테인레스 합금; X15CrNiSi20-12, X15CrNiSi25-20, X15CrNiSi25-21 및 X12CrNiTi18-10과 같은 오스테나이트 계 스테인리스 스틸 합금; 또는 NiCr15Fe, NiCr23Fe, NiCr22Mo9Nb, NiCr21Mo 및 NiCr28FeSiCe와 같은 니켈-크롬 스테인리스 스틸 합금일 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층 및 내열성 스테인레스 스틸과 같은 층을 포함하는 라미네이트는 예를 들어 용접 또는 접착과 같은 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 더욱이, 내열성 스테인리스 스틸 층은 상업적으로 이용 가능하며, 열 폭주의 경우에 이들의 화학적 및 기계적 특성은 마모성이 높은 고온 배기 가스 제트에도 저항할 수 있다. 다시 말해서, 전지 팩의 하우징을 위한 커버 플레이트는, (얇은) 스테인레스 스틸 시트로 제조된 내화성(내열성) 내층 및 (두꺼운) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 시트로 만들어진 저가의 외층의 2개의 층으로 구성된 클래드-금속 시트로 제조되는 것이 좋다
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2층의 두께는 30㎛ 내지 200㎛인 것이 좋고, 50㎛ 내지 100㎛ 인 것이 더욱 좋다. 두께가 30㎛ 미만이면, 제2층은 열 폭주의 경우에 제1층으로의 즉각적인 열 전달을 충분히 억제하지 못할 수 있다. 두께가 300㎛를 초과하면, 특히 내열성 스테인레스 스틸로 만들어진 층의 경우에, 제2층의 중량이 불필요하게 높아질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1층의 두께는 0.5mm 내지 5mm 인 것이 좋고, 1 mm 내지 3 mm의 범위인 것이 더욱 좋다. 두께가 0.5mm 미만인 경우, 제1층은 전지 팩을 외부 환경에 대해 충분히 밀봉하지 못할 수 있으며, 동시에 전지 팩 구성 요소의 구조적 보호를 제공하지 못할 수 있다. 두께가 5mm를 초과하면, 제1층의 중량이 불필요하게 높아질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1층과 제2층은 앞서 언급된 두께 범위 내에서 결합된다. 커버 플레이트의 총 두께는 0.53 mm 내지 5.2 mm의 범위가 좋고, 1 mm 내지 3 mm의 범위가 더욱 좋다.
전지 셀의 안전 벤트와 커버 플레이트 사이의 거리는 50 mm 이하, 특히 20 mm 이하인 것이 좋다. 본 발명의 제2층의 존재로 인해, 전지 팩 내의 이차 전지 셀의 필요한 설치 공간은 전지 셀의 열 폭주의 경우 손상 위험을 증가시키지 않으면서 최소화될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 위에서 정의된 전지 모듈을 포함하는 차량이 제공된다.
본 발명의 다른 측면 및 특징은 다음의 설명으로부터 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 팩은, 전지 셀의 열 폭주 시, 안전성을 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 특징이 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 리튬 이차 전지 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 셀을 복수로 포함하는 전지 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 커버 플레이트를 설명하기 위해 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 5는 실시예에 따른 전지 팩을 포함한 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 실시예를 참조하여 상세하게 설명되며, 그 예는 첨부 도면에 도시되어 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법에 대하여 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하고 중복되는 설명은 생략한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 이들 실시예는 예시로서 제공되어 본 개시가 철저하고 완전하며, 본 발명의 양태 및 특징을 통상의 기술자에게 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 측면 및 특징의 완전한 이해를 위해 통상의 기술자에게 필요하지 않은 프로세스, 요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 구성요소, 층 및 영역의 상대적인 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 셀(10)을 도시한 사시도이다. 이 실시예에서 이차 전지 셀(10)은 리튬 이차 전지 셀일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전지 셀(10)은 전극 조립체와 전해질을 수용하기 위한 케이스(20)를 포함한다. 또한, 전지 셀(10)은 케이스(20)의 개구부를 밀봉하기 위한 캡 조립체(30)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 이 실시예에 따른 전지 셀(10)은 리튬 이차 전지 셀이며 각형으로 구비되나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다. 전극 조립체는 전해질과 더불어 케이스(20) 내에 수용된다. 전해질은 EC, PC, DEC, 또는 EMC와 같은 유기 용매와, LiPF6 또는 LiBF4와 같은 리튬 염으로 제조될 수 있다. 전해질은 액체, 고체 또는 겔 상태일 수 있다. 케이스(20)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에 따라 캡 조립체(30)는 케이스(20)에 접착되어 케이스(20)의 개구부를 커버하는 캡 플레이트(31)를 포함한다. 캡 플레이트(31)는 캡 플레이트(31)로부터 돌출 연장되며 각기 전극 조립체의 양극과 음극에 전기적으로 연결되는 양극 단자(21)와 음극 단자(22)를 포함한다. 더욱이 캡 조립체(30)는 열 폭주 시, 임의의 압력에 의해 개방되는 안전 벤트(32)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 다수의 전지 셀(10)이 전지 모듈(100)을 형성하기 위해 조립된다. 이 조립물에서 다수의 전지 셀(10)의 모든 안전 벤트(32)는 같은 방향을 향한다.
도 3은 도 2에 부분적으로 도시된 전지 모듈(100)의 수를 2개로 하는 예시적인 전지 팩(200)을 개략적으로 도시한 사시도이다. 전지 모듈(100)은 안전 벤트(32)가 위로 향하도록 공통의 전지 팩 하우징(210) 내에 조립된다. 전지 팩 하우징(210)은 전지 모듈(100)이 외부 환경에 대해 밀봉되도록 전지 팩 하우징(210)의 개구부를 닫기 위한 커버 플레이트(220)를 더욱 포함할 수 있다. 개구부가 닫힌 전지 팩 하우징(210)은 전지 팩(200)의 추가 구성 요소 가령, 전지 모듈(100)을 능동적으로 냉각시키기 위한 수단 및 전지 셀(10)을 충전 및 방전하기 위한 전지 관리 시스템 등을 포함할 수 있다. 커버 플레이트(220)가 전지 팩 하우징(210) 상에 배치될 때, 전지 셀(10)의 안전 벤트(32)는 커버 플레이트(220)의 안쪽면을 직접 향하도록 배치된다.
도 4는 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 커버 플레이트(220)의 부분 절개 사시도이다. 예시적인 실시예에 따른 커버 플레이트(220)는 제1층(230)과 제2층(231)으로 구성된 라미네이트 본체를 포함한다.
제1층(230)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 반면, 제2층(231)은 내열성 스테인레스 스틸, 예를 들어 X15CrNiSi20-12와 같은 오스테나이트 스테인레스 스틸 합금으로 이루어질 수 있다. 제1층(230)은 0.5㎜ 내지 5㎜의 두께를, 제2층(231)은 30㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있으며, 예시적인 실시예에서, 제1층(230)은 2mm의 두께를, 제2층(231)은 100㎛의 두께를 갖는다.
커버 플레이트(220)가 전지 팩 하우징(210)에 배치될 때, 제2층(231)은 전지 셀(10)의 안전 벤트(32)를 직접 향하도록 배치된다. 여기서 제2층(231)과 안전 벤트(32) 사이의 거리는 50㎜ 이하, 가령 20mm 일 수 있다. 열 폭주의 경우, 뜨거운 벤트 가스 제트는 전지 셀(10)의 안전 벤트(32)로부터 제2층(231)을 향해 누출될 것이다. 이때, 벤트 가스 제트는 1400℃ 이상의 온도와 고속을 가질 수 있다. 그런데, 제2층(231)은 1400℃ 이상의 녹는점과 40 W/(m·K) 보다 작은 열전도도를 갖는 불연성 재질(예: 내열성 스테인레스 스틸)로 이루어진다. 이에 벤트 가스 제트의 충돌 지점으로 이 벤트 가스 제트에 의한 많은 양의 열이 제2층(231)으로 전달되더라도, 이 열은 낮은 열전도도를 갖는 제2층(231)에 의해 알루미늄으로 구성된 제1층(230)으로 바로 전달되지 않을 것이다. 이로 인해 커버 플레이트(220)의 즉각적인 손상은 방지될 수 있다.
도 5는 차량의 샤시 프레임에 장착된 도 3의 전지 팩(200)을 포함하는 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 이차 전지 셀 20 케이스
21 양극 단자 22 음극 단자
30 캡 조립체 32 안전 벤트
100 전지 모듈 200 전지 팩
210 전지 팩 하우징 220 커버 플레이트
230 제1층 231 제2층
300 차량

Claims (9)

  1. 차량용 전지 팩으로서,
    상기 전지 팩의 구성 요소를 수용하는 전지 팩 하우징; 및
    복수의 이차 전지 셀을 포함하는 적어도 하나의 전지 모듈
    을 포함하고,
    상기 전지 팩 하우징은 커버 플레이트를 포함하며,
    상기 복수의 이차 전지 셀 각각은, 상기 커버 플레이트와 마주하는 안전 벤트를 포함하는 셀 케이스를 포함하며,
    상기 커버 플레이트는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 제1층 및, 적어도 1400℃ 의 녹는점을 갖는 불연성 재질을 포함하는 제2층을 포함하며,
    상기 제2층은 상기 안전 벤트를 마주하는 상기 커버 플레이트의 안쪽면에 제공된, 전지 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은, 40 W/(m·K) 보다 작거나 같은 열전도도를 갖는 재질을 포함하는 전지 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2층은, 내열성 스테인레스 스틸을 포함하는 전지 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내열성 스테인레스 스틸은, 페라이트 스테인레스 스틸 합금, 오스테나이트 스레인레스 스틸 합금, 또는 니켈-크롬 스테인레스 스틸 합금 중 하나인, 전지 팩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2층은 30㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖는, 전지 팩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1층은 0.5㎜ 내지 5㎜의 두께를 갖는, 전지 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안전 벤트와 상기 커버 플레이트의 사이 거리는 50㎜ 이하인, 전지 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지 셀은 리튬 이차 전지 셀인, 전지 팩.
  9. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 차량.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230174690A (ko) 2022-06-21 2023-12-28 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 프레임
WO2023249299A1 (ko) 2022-06-21 2023-12-28 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 프레임
WO2024010332A1 (ko) 2022-07-07 2024-01-11 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 부품

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023012500A1 (en) * 2021-08-02 2023-02-09 Arcelormittal Steel sheet for top cover of battery pack and its manufacturing method
WO2023012499A1 (en) * 2021-08-02 2023-02-09 Arcelormittal Steel sheet for top cover of battery pack and its manufacturing method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2299535A4 (en) * 2008-11-21 2012-10-03 Panasonic Corp BATTERY PACK
US8277965B2 (en) * 2009-04-22 2012-10-02 Tesla Motors, Inc. Battery pack enclosure with controlled thermal runaway release system
KR101678532B1 (ko) 2013-02-21 2016-11-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
US10044081B2 (en) * 2016-01-10 2018-08-07 Atieva, Inc. EV battery pack cooling system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230174690A (ko) 2022-06-21 2023-12-28 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 프레임
WO2023249299A1 (ko) 2022-06-21 2023-12-28 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 프레임
WO2024010332A1 (ko) 2022-07-07 2024-01-11 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 부품
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