KR20230020894A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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유재민
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Abstract

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 적어도 일 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되어 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들의 적층 상태를 지지하도록 구성된 셀 커버를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY PACK AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 밀도와 냉각 성능 등이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다.
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다. 대표적인 예로서, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 파우치형 배터리 셀을 먼저 모듈 케이스 내부에 수납하여 배터리 모듈을 구성한 후, 이러한 배터리 모듈을 하나 이상 팩 케이스의 내부에 수납하는 형태로 구성된다. 더욱이, 종래 배터리 모듈은, 아래의 선행문헌(한국공개번호 제10-2015-0044599호) 등에 개시된 바와 같이, 카트리지라고도 불리는 플라스틱 재질의 적층용 프레임, 셀 적층 방향 양단의 플레이트, 볼트와 같은 체결 부재 등 여러 구성요소를 이용하여 다수의 배터리 셀을 적층시키는 경우가 많다. 그리고, 이와 같이 형성된 적층체는, 다시 모듈 케이스 내부에 수납되어 모듈화되는 경우도 많다.
하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 배터리 셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는데 한계가 생길 수 있다.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 조립성 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 배터리 셀을 모듈화시켜 배터리 모듈을 구성한 후, 배터리 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 상기 선행문헌에 개시된 바와 같이, 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 모듈 케이스가 수납되고, 모듈 케이스 내부에 배터리 셀이 수납되므로, 우수한 냉각성을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. 특히, 모듈 케이스 내부에 수납된 배터리 셀들의 열을 모듈 케이스를 거쳐 팩 케이스 외부로 배출시키는 경우, 냉각 효율이 떨어지고, 냉각 구조도 복잡해질 수 있다.
대한민국 공개특허 공개번호 제10-2015-0044599호 (공개일자: 2015년 04월 27일)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 에너지 밀도, 조립성 및/또는 냉각성 등이 우수한 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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 적어도 일 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸는 셀 커버를 포함한다.
여기서, 상기 셀 커버는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 상기 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 파우치형 배터리 셀은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부 주위에 에지부를 구비하고, 상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양측과 에지부의 일부를 감싸도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양 측면과 상부측 에지부를 덮도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 상측커버부, 상기 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 일측 수납부의 외측을 감싸는 제1 측면커버부, 및 상기 제1 측면커버부로부터 이격된 위치에서 상기 상측커버부의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 타측 수납부의 외측을 감싸는 제2 측면커버부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파우치형 배터리 셀은, 상기 에지부로서 실링부와 미실링부를 포함하며, 상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에 대하여 상기 실링부의 적어도 일부를 감싸고 상기 미실링부는 노출되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 셀 커버의 서로 다른 단부 사이를 결합시키는 테이핑 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스는, 히트 싱크를 구비하며, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들은 상기 히트 싱크에 결합되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들과의 사이에 써멀 레진이 개재될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는, 서로 이격된 복수의 단위 히트 싱크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버의 단부는 상기 복수의 단위 히트 싱크 사이의 이격 공간에 개재될 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크는, 상기 셀 커버의 상부와 하부에 각각 배치되는 상부 히트 싱크와 하부 히트 싱크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 적어도 일측 단부가 상기 팩 케이스에 끼움 결합되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에서 발생된 화염 또는 가스를 배출하도록 구성된 관통공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버의 관통공은, 상기 파우치형 배터리 셀에서 스웰링 발생시 벌어질 수 있도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에서 발생된 화염 또는 가스를 배출하도록 구성된 절개부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 절개부의 둘레를 따라 점선 형태의 천공부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 플라스틱 카트리지와 같은 적층용 프레임이나 별도의 모듈 케이스 등의 구성이 없이도, 다수의 파우치형 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 안정적으로 수납할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 연성 재질 케이스를 갖는 파우치형 배터리 셀을 쉽게 견고한 형태로 만들어, 팩 케이스 내부에서 직접 적층되는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 다수의 파우치형 배터리 셀을 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층시키는 구성이 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀을 모듈화하지 않고 팩 케이스에 직접 수납하므로, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등이 불필요하다. 따라서, 이러한 모듈 케이스가 차지하는 공간을 줄여, 팩 케이스 내부에 더욱 더 많은 배터리 셀이 배치될 수 있다. 그러므로 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 조립성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 케이스에 파우치형 배터리 셀을 수납하여 배터리 모듈을 마련하는 공정, 이와 같이 마련된 배터리 모듈을 하나 이상 팩 케이스에 수납하는 공정 등이 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 제조 공정이 간소화되고, 제조 시간이 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 커버에 의해 감싸지는 배터리 셀의 개수를 변경하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 셀 커버의 폭을 변경함으로써, 셀 커버에 의해 수용되는 단위 셀 개수를 쉽게 변경할 수 있다. 따라서, 이 경우, 하나의 셀 커버에 의한 용량이나 출력에 대한 변경이 쉽게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 각각의 셀 유닛에 대하여, 버스바나 각 유닛의 단자를, 각 셀 커버의 측면이나 상부 또는 하부 등에 위치시키는 구성이 쉽게 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 연질의 파우치형 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 수납시키는 과정에서, 파우치형 배터리 셀을 직접 파지하지 않고 셀 커버를 파지할 수 있다. 따라서, 파우치형 배터리 셀을 핸들링하는 공정이 보다 용이하고 안전하게 이루어질 수 있다. 더욱이, 이 경우, 파우치형 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 수납하는 등 셀의 핸들링 과정에서, 파우치형 배터리 셀이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성의 경우, 각 파우치형 배터리 셀의 일부가 팩 케이스에 직접 노출되므로, 각 파우치형 배터리 셀의 열이 팩 케이스를 통해 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 파우치형 배터리 셀의 넓은 표면을 통해 추가적인 면 냉각이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 각각의 파우치형 배터리 셀에 대하여, 팩 케이스와 셀 커버를 통해 양측 냉각(dual cooling)이 쉽게 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 안전성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각 배터리 셀로부터 배출된 가스 등이 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀로부터 배출된 가스나 화염 등의 배출 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 인접한 배터리 셀 간 열폭주 전파가 효과적으로 방지될 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, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 적층 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 6은, 도 5의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 7 내지 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 커버와 팩 케이스의 구성을 각각 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 도 10 및 도 11의 셀 커버와 팩 케이스가 적용된 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 14는, 도 13의 팩 케이스가 적용된 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 셀 커버들의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 18은, 도 17의 셀 커버가 가스 등의 배출로 인해 변형된 구성의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 20은, 도 19의 셀 커버가 가스 등의 배출로 인해 변형된 구성의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 21은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 적층 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 파우치형 배터리 셀(100), 팩 케이스(300) 및 셀 커버(200)를 포함한다.
상기 파우치형 배터리 셀(100)은, 파우치형 이차 전지로서, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀(100)은, 배터리 팩에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전후 방향(도면의 X축 방향)으로 배치될 수도 있다. 더욱이, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 수평 방향으로 배치되되, 좌우 방향 및 수평 방향으로 다수의 열을 이루는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 좌우 방향으로 배치된 셀 열이 전후 방향으로 2개 구비된 형태로 적층될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 파우치형 배터리 셀(100)을 채용할 수 있으며, 따라서 이러한 파우치형 배터리 셀(100)의 구성 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 팩 케이스(300)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)을 수납할 수 있다. 예를 들어, 상기 팩 케이스(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하부 케이스(320)는 상단이 개방된 박스 형태로 구성되어 내부 공간에 다수의 배터리 셀을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(310)는 하부 케이스(320)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(310)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 팩 케이스(300)의 내부 공간에는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)과 함께 셀 커버(200)도 수납될 수 있다. 상기 팩 케이스(300)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 구비할 수 있다. 그 밖에도, 팩 케이스(300)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 외장재 재질을 채용할 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 셀 커버(200)는, 배터리 팩에 포함된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중, 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 셀 커버는, 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다.
그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 배터리 셀을 감싸는 구조를 통해, 팩 케이스(300) 내부에서 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수평 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 이와 같이 수평 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스 없이, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 팩 케이스(200) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 특히, 파우치형 배터리 셀(100)들의 경우, 외장재가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 또한 경도가 낮다고 할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 파우치형 배터리 셀(100) 자체만으로 팩 케이스(300) 내부에 수납하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 경우, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 셀 커버(200)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태로 셀 커버(200)와 결합되어, 팩 케이스(300) 내부에 직접 수납되며, 그 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩(10)에 모듈 케이스나 적층용 프레임, 셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다. 따라서, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등 다른 구성요소가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 제거될 수 있다. 그러므로, 제거된 공간만큼 배터리 셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스나 적층용 프레임, 볼트 등이 구비되지 않으므로, 배터리 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)을 팩 케이스 내부에 수납하는 경우, 지그 등에 의해 파우치형 배터리 셀(100)을 파지할 수 있다. 이때, 지그는 파우치형 배터리 셀(100)을 직접 파지하지 않고, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸고 있는 셀 커버(200)를 파지할 수 있다. 따라서, 지그에 의한 파우치형 배터리 셀(100)의 손상이나 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)에 셀 커버(200)가 결합되어, 모듈 케이스 없이도 파우치형 배터리 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 강성 확보를 위해, 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 상기 셀 커버(200)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 파우치형 배터리 셀들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 파우치형 배터리 셀들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 특히, 상기 셀 커버(200)는, 스틸 재질, 더욱이 스테인리스 스틸(SUS) 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 커버(200)는, 전체적으로 SUS 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 기계적 강도 내지 강성이 우수하므로, 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부의 충격, 이를테면 침상체 등으로부터 파우치형 배터리 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 파우치형 배터리 셀의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다.
또한, 상기 실시예와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해, 배터리 셀(100)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 배터리 셀(100)로부터 분출된 화염에도 용융되지 않고, 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 파우치형 배터리 셀(100)만을 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 각각의 파우치형 배터리 셀(100)마다 셀 커버(200)가 개별적으로 결합된다고 할 수 있다. 또는, 상기 셀 커버(200)는, 둘 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)의 외측 표면에 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부에 내측 표면이 접착될 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 배터리 팩에 하나 또는 다수 포함될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 배터리 팩에 포함된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 그룹핑하여 유닛화하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 셀 유닛을 구성한다고 할 수 있다. 그리고, 하나의 셀 유닛에는, 하나 또는 다수의 파우치형 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2에는, U1으로 표시된 바와 같이, 하나의 셀 유닛이 도시되어 있고, 도 3에는 2개의 셀 유닛이 도시되어 있다고 할 수 있다. 배터리 팩에는 다수의 셀 유닛이 포함될 수 있으며, 이 경우 셀 커버(200)는 배터리 팩에 다수 포함된다고 할 수 있다. 일례로, 셀 커버(200)가 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩에는 파우치형 배터리 셀(100)의 개수와 동일한 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)가 둘 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩에는 파우치형 배터리 셀(100)의 개수보다 작은 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 각각의 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 넓은 표면을 가지며, 넓은 표면의 모서리 부분은 파우치 외장재의 실링부나 접혀진 부분이 존재할 수 있다. 따라서, 파우치형 배터리 셀(100)은 일반적으로 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 어렵다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉 기립 상태를 지지하도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 다수의 파우치형 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 실시 구성과 같이, 다수의 셀 커버(200)는 수평 방향으로 상호 적층되고, 각각의 셀 커버(200)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)에 의해, 다수의 파우치형 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 상기 셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)의 내부 공간에서, 자립 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)나 파우치형 배터리 셀(100) 등, 배터리 팩에 구비되는 다른 구성요소의 도움 없이도, 스스로 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 셀 커버(200)는, 도 1의 실시예에서, 하부 케이스(320)의 바닥면에 직접 안착될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)의 일부, 이를테면 도 2에서 C1으로 표시된 셀 커버(200)의 하단부가 하부 케이스(320)의 바닥면에 직접 접촉하여 안착될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 하단부가 안착된 경우, 안착 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 스틸과 같이 강성이 우수한 금속 재질, 특히 SUS 재질로 구성되는 경우, 자립 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 기립 상태가 보다 확실하게 지지될 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)을 전체적으로 완전히 감싸지 않고, 일부분만 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3의 실시 구성을 참조하면, 셀 커버(200)는, 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되되, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100), 즉 내부 공간에 수용된 배터리 셀(100)의 하부는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 하부는 팩 케이스(300)를 향해 노출되어, 팩 케이스(300)에 직접 대면할 수 있다. 특히, 도 1의 실시 구성을 참조하면, 배터리 셀(100)의 하부는, 하부 케이스(320)의 바닥면을 향해 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 팩의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300)가 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(300)로 직접 전달되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 되므로, 효율적인 냉각 성능이 구현될 수 있다. 그리고, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100) 사이에 공기 등의 냉매가 유입되기 위한 공간이 마련되지 않을 수 있다.
각각의 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, R로 표시된 수납부 및 E1~E4로 표시된 에지부를 구비할 수 있다. 여기서, 수납부(R)는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터가 개재된 상태로 상호 적층된 형태로 구성된 전극 조립체가 수납된 부분일 수 있다. 또한, 이러한 수납부(R)에는, 전해액이 수납될 수 있다. 그리고, 에지부(E1~E4)는, 이러한 수납부(R)의 주위를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
특히, 에지부는, 파우치형 배터리 셀의 케이스인 파우치 외장재가 실링된 실링부일 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 에지부는 4개 구비되어, 수납부(R)를 기준으로, 각각 상부 측 모서리, 하부 측 모서리, 전방 측 모서리 및 후방 측 모서리에 위치한다고 할 수 있다. 이때, 4개의 에지부(E1~E4)는 모두 실링부일 수 있다. 또는, 4개의 에지부(E1~E4) 중 일부는, 실링부가 아닌 접혀진 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 상부측 에지부(E1), 전방측 에지부(E3) 및 후방측 에지부(E4)는 모두 실링부이나, 하부측 에지부(E2)는 파우치 외장재가 접혀진 부분일 수 있다. 여기서, 4개의 에지부(E1~E4)가 모두 실링된 배터리 셀에 대해서는 4면 실링 셀, 3개의 에지부(E1, E3, E4)가 실링된 배터리 셀에 대해서는 3면 실링 셀이라 지칭할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 상기 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부(R) 양측과 에지부(E1~E4)의 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)가 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 셀 커버(200)는, 동일한 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부(R) 양측 표면(이를테면, 동일 수납부(R)의 좌측 표면과 우측 표면), 및 해당 배터리 셀(100)의 에지부 일부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 하나의 셀 커버(200)가 다수의 파우치형 배터리 셀(100), 이를테면 좌우 방향으로 배치된 다수의 배터리 셀을 감싸는 형태로 구성된 경우, 최외측 배터리 셀의 수납부의 외측 표면과, 전체 배터리 셀의 일측 에지부들을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하나의 셀 커버(200)가 좌우 방향으로 적층된 3개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 좌측 배터리 셀의 좌측 표면, 3개의 배터리 셀의 일측 에지부들, 그리고 우측 배터리 셀의 우측 표면을 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 지지 및 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)를 통해, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 핸들링하는 공정이 쉽고 안전하게 수행될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)가, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여 2개의 수납부(R) 표면에 대면될 수 있다. 따라서, 수납부(R)와 셀 커버(200) 사이에서 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 이 경우, 수납부(R)의 넓은 표면을 통해 면 냉각이 구현되어, 냉각 효율이 좋아질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 서로 다른 구성요소 사이에 열 전달 성능을 높이기 위해, TIM(Thermal Interface Material)이 개재될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)과 셀 커버(200) 사이, 셀 커버(200)와 팩 케이스(300) 사이, 및/또는 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300) 사이에 TIM이 충진될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩의 냉각 성능, 이를테면 듀얼 쿨링 성능 등이 더욱 향상될 수 있다.
특히, 상기 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 여러 에지부 중, 전극 리드가 구비되지 않은 에지부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시 구성을 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)은 2개의 전극 리드(110), 즉 양극 리드와 음극 리드를 구비할 수 있다. 이때, 2개의 전극 리드는, 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)에 각각 위치할 수 있다. 이때, 셀 커버는, 이러한 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)를 제외한 나머지 2개의 에지부(E1, E2) 중 하나를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)은 대략 6면체로 형성된다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는 6면의 파우치형 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 노출된 측면으로 화염 등의 배출 방향을 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 구성에 의하면, 전극 리드(110)가 위치하는 셀 커버(200)의 전방 측 및 후방 측이 개방되어 있으므로, 이러한 개방된 방향으로 화염 등이 배출되도록 할 수 있다. 특히, 상기와 같이 전방 및 후방이 개방된 형태로 셀 커버(200)가 구성된 경우, 사이드 디렉셔널 벤팅(side directional venting)이 용이하게 구현될 수 있다.
더욱이, 상기 셀 커버(200)는, 내부에 수용되어 감싸진 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여, 수납부(R)의 양 측면과 상부측 에지부(E1)를 덮는 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바를 참조하면, 셀 커버(200)는, 하나의 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여, 수납부(R)의 좌측 표면과 우측 표면, 그리고 상부측 에지부(E1)를 모두 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)가 좌우 방향으로 적층된 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 셀 커버(200)는, 좌측 배터리 셀의 수납부의 좌측 표면, 2개의 배터리 셀의 상부 측 에지부(E1)들, 그리고 우측 배터리 셀의 수납부의 우측 표면을 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 지지하고 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 하부측 에지부(E2)는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않고 팩 케이스(300)와 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 열이 하부의 팩 케이스(300) 측으로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
특히, 이와 같은 구성은, 팩 케이스(300)의 하부에서 냉각이 주로 이루어지는 경우, 보다 효과적으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 차체의 하부에 장착되므로, 팩 케이스(300)의 하부에서 주로 냉각이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 실시예와 같이, 각 파우치형 배터리 셀(100)의 하부측 에지부(E2)가 팩 케이스에 대면 접촉되는 경우, 각 배터리 셀(100)로부터 팩 케이스 측으로 열이 신속하게 전달되어, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 열폭주 등의 상황에서 파우치형 배터리 셀(100)로부터 고온의 가스나 화염 등이 배출되는 경우, 배출된 가스나 화염이 상부 측으로 향하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 전기 자동차 등과 같이, 배터리 팩(10)의 상부 측에 탑승자가 위치하는 경우, 상기 실시 구성에 의하면, 가스나 화염 등이 탑승자 측으로 향하는 것을 억제하거나 지연시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀 커버(200)는 대략 n 자와 유사한 형상으로 형성된다고 할 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같은 형상을 통해, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여, 전극 리드가 돌출된 전방측과 후방측, 그리고 하부측을 제외한 다른 부분을 덮도록 구성된다고 할 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀의 수납부의 외측 및 상부측을 덮도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 셀 커버(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220), 및 제2 측면커버부(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 상측커버부(210)는 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 상측커버부(210)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)에 접촉되거나 이격되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상측커버부(210)는, 평면 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상측커버부(210)는, 단면이 수평 방향의 직선 형상으로 형성되어, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)를 외측에서 직선 형태로 감쌀 수 있다.
제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)의 좌측 단부에서 하부 방향(도면의 -Z축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 측면커버부(220)는, 평면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)에서 벤딩된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 측면커버부(220)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 일측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 파우치형 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제1 측면커버부(220)는, 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부의 좌측 표면을 좌측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 측면커버부(220)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
제2 측면커버부(230)는, 제1 측면커버부(220)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 측면커버부(230)는, 상측커버부(210)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 측면커버부(230)는, 상측커버부(210)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제2 측면커버부(230)도 제1 측면커버부(220)와 마찬가지로 평면 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제2 측면커버부(230)와 제1 측면커버부(230)는 수평 방향으로 이격된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 있다.
그리고 제2 측면커버부(230)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 타측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 파우치형 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제2 측면커버부(230)는, 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부의 우측 표면을 우측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 측면커버부(230)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 실시 구성에서, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 한정된 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀을 수용할 수 있다.
또한 상기 실시 구성에서, 도 2에서 C1으로 표시된 바와 같은 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 하측 단부는, 팩 케이스(300)의 바닥면에 접촉할 수 있다. 특히, 이와 같은 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 하측 단부와 팩 케이스(300) 사이의 접촉 구성은, 전후 방향(도면의 X축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에 의하면, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 유지시킬 수 있는 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 안정적으로 구현될 수 있다.
더욱이, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는, 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 즉, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는, 상측커버부(210)로부터 하부 방향으로 연장된 길이가 동일할 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100)을 다시 설명하자면, 상측커버부(210)는 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)를 마주할 수 있고, 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)와 함께 상부측 에지부(E1)를 감쌀 수 있다.
또한, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 단면적은 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)가 마주하는 파우치형 배터리 셀(100)의 단면적보다 크게 구비되어 수납부(R)가 외부로 노출되는 것을 방지하여 안전성을 최대한 확보할 수 있다.
특히, 상기 파우치형 배터리 셀(100)은, 에지부(E1~E4)로서 실링부와 미실링부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 상부측 에지부(E1)는 파우치형 배터리 셀(100)의 실링부로서 DSF(Double Side Folding)된 부분일 수 있고, 하부측 에지부(E2)는 파우치형 배터리 셀(100)의 미실링부일 수 있다.
여기서, 상기 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸되, 에지부(E1~E4) 중에서, 실링부의 적어도 일부는 감싸면서, 미실링부의 적어도 일부는 감싸지 않고 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성을 참조하면, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 실링부의 일부인 상부측 에지부(E1)를 덮는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)은, 실링부인 상부측 에지부(E1)가 상측커버부(210)와 마주하도록 구성된다고 할 수 있다. 또한, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 미실링부인 하부측 에지부(E2)에 대해서는, 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀(100)을 감쌀 수 있다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)에서 미실링부인 하부측 에지부(E2)는, 셀 커버(200)의 개방면에 배치된다고 할 수 있다.
파우치형 배터리 셀(100)에서 실링부로서 상부측 에지부(E1)는 미실링부인 하부측 에지부(E2)보다 상대적으로 고온의 가스나 화염의 배출에 더 취약할 수 있다. 그런데, 상기 실시예에 의하면, 실링부인 상부측 에지부(E1)가 상측커버부(210)를 마주하도록 배치되어 Directional Venting에 보다 유리할 수 있다.
또한, 파우치형 배터리 셀(100)에서 미실링부로서 하부측 에지부(E2)는 실링부인 상부측 에지부(E1)보다 상대적으로 단면적이 넓고 평평한 형상으로 구비되어 셀 커버(200)의 개방면에 배치될 수 있고, 후술할 써멀 레진(326)에 직접 접촉되어 냉각효율이 증대될 수 있다.
나아가, 하부 케이스(320)가 차체의 일면에 안착되는 경우 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는 상측커버부(210)에서 차체의 일면을 향하여 연장될 수 있고, 상부측 에지부(E1)는 하부측 에지부(E2)보다 차체의 일면에서 더 멀리 배치될 수 있다. 즉, 하부 케이스(320)가 차체의 일면에 안착되는 경우 셀 커버(200)는 차체의 일면과 상대적으로 가깝게 배치된 면이 개방되는 형태로 구성될 수 있다.
반대로, 상부 케이스(310)가 차체의 일면에 안착되는 경우 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는 상측커버부(210)에서 차체의 일면에서 멀어지도록 연장될 수 있고, 상부측 에지부(E1)는 하부측 에지부(E2)보다 차체의 일면보다 더 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 상부 케이스(310)가 차체의 일면에 안착되는 경우 셀 커버(200)는 차체의 일면과 상대적으로 멀게 배치된 면이 개방되는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100)의 배치는 차체, 팩 케이스(300), 팩 케이스(300) 이외 차체에 배치되는 구성들과의 관계에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 셀 커버(200)가 n자 형태로 형성된 구성을 중심으로 도시 내지 설명되어 있으나, 셀 커버(200)는, 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, I자, U자, L자 등 다른 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 버스바 어셈블리(700)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 버스바 어셈블리(700)는, 다수의 파우치형 배터리 셀(100)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(700)는, 2개의 파우치형 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)에 결합되어, 2개의 파우치형 배터리 셀(100) 사이를 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 버스바 어셈블리(700)는, 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어 전극 리드(110)에 직접 접촉되는 버스바 단자 및 플라스틱과 같은 전기 절연성 재질로 구성되며 버스바 단자를 지지하는 버스바 하우징을 구비할 수 있다.
더욱이, 파우치형 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 양측에 구비된 경우, 버스바 어셈블리(700)도 전극 리드(110)가 구비된 양 측에 모두 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 리드(110)가 전방측(도면의 -X축 방향)과 후방측(도면의 +X축 방향)으로 모두 돌출된 경우, 버스바 어셈블리(700) 또한 전방측과 후방측에 모두 위치할 수 있다.
버스바 어셈블리(700)는, 하나 또는 다수의 셀 커버(200)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 2개의 셀 커버(200)가 각각 서로 다른 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되어, 수평 방향으로 적층될 수 있다. 이때, 버스바 어셈블리(700)는, 2개의 셀 커버(200)의 전단과 후단에 각각 결합될 수 있다. 특히, 이러한 실시예에서, 1개의 버스바 어셈블리(700)는, 2개의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수 있다. 다른 예로, 1개의 버스바 어셈블리(700)는, 1개의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수도 있다. 이때, 1개의 셀 커버(200)에는, 1개 또는 다수의 파우치형 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(700)는, 셀 커버(200)와 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스바 어셈블리(700)는, 접착, 용접, 끼움 결합, 후크 결합, 볼팅 결합, 리벳 결합 등 다양한 체결 방식을 통해 셀 커버(200)와 결합 고정될 수 있다.
한편, 앞선 실시예에서는, 셀 커버(200)에 의해 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 유닛화되는 구성으로 설명되었으나, 버스바 어셈블리(700)에 의해 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 유닛화될 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 실시 구성을 참조하면, 2개의 파우치형 배터리 셀(100)과 2개의 셀 커버(200)가 동일한 버스바 어셈블리(700)에 의해 함께 결합되어 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 2개의 파우치형 배터리 셀(100)과 2개의 셀 커버(200)가 하나의 셀 유닛에 포함된다고 할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 구성은, 하나의 셀 유닛을 나타낸다고 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 6은 도 5의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 테이핑 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 테이핑 부재(600)는, 셀 커버(200)의 서로 다른 단부 사이를 결합시키도록 구성될 수 있다. 특히, 테이핑 부재(600)는, 기재층과 기재층의 표면에 형성된 접착층을 구비할 수 있다. 여기서, 테이핑 부재(600)에 의해 결합되는 셀 커버(200)의 서로 다른 단부는, 서로 다른 셀 커버(200)의 단부일 수도 있고, 동일한 셀 커버(200)의 서로 다른 단부일 수도 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 구성을 참조하면, 테이핑 부재(600)는, 다수의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수 있다. 즉, 다수의 셀 커버(200)가 동일한 테이핑 부재(600)에 의해 함께 테이핑될 수 있다. 보다 구체적으로, 테이핑 부재(600)는, 좌우 방향으로 적층된 2개의 셀 커버(200)의 하단부에 결합될 수 있다. 이때, 테이핑 부재(600)의 좌측 단부는, 좌측 커버(200L)의 하단부에 접착되고, 테이핑 부재(600)의 우측 단부는, 우측 커버(200R)의 하단부에 접착될 수 있다. 특히, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 좌측 커버(200L)와 우측 커버(200R)는 각각, 좌측에 제1 측면커버부(220)를 구비하고, 우측에 제2 측면커버부(220)를 구비할 수 있다. 이때, 테이핑 부재(600)의 좌측 단부는 좌측 커버(200L)의 제1 측면커버부(220)의 좌측 표면에 접착되고, 테이핑 부재(600)의 우측 단부는 우측 커버(200R)의 제2 측면커버부(230)의 우측 표면에 접착될 수 있다.
다른 예로, 테이핑 부재(600)는, 1개의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수 있다. 즉, 하나의 셀 커버(200)가 동일한 테이핑 부재(600)에 의해 테이핑될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시 구성에서, 1개의 셀 커버(200) 하부에 테이핑 부재(600)가 결합될 수 있다. 이 경우, 테이핑 부재(600)는, 하나의 셀 커버(200)에서 서로 다른 단부 사이를 결합시킬 수 있다. 특히, 하나의 셀 커버(200)에서 좌측에 제1 측면커버부(220)가 위치하고 우측에 제2 측면커버부(230)가 위치할 수 있다. 이때, 테이핑 부재(600)는, 좌측 단부가 제1 측면커버부(220)의 좌측 표면에 접착되고, 우측 단부가 제2 측면커버부(230)의 우측 표면에 접착될 수 있다.
상기 테이핑 부재(600)는, 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않은 파우치형 배터리 셀(100)의 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6의 실시 구성에서, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 하단부를 감싸지 않고 외부로 노출시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 테이핑 부재(600)는, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸지 않고 외부로 노출시킨 셀 커버(200)의 하단부에 부착될 수 있다.
특히, 상기 테이핑 부재(600)는, 하나의 셀 유닛에 대하여 적어도 일측을 결합시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 실시예에서, U2로 표시된 바와 같은 하나의 셀 유닛에 2개의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 셀 커버(200)는, 동일한 버스바 어셈블리(700)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이때, 테이핑 부재(600)는, 2개의 셀 커버(200)의 일측 단부, 특히 하단부를 결합시키는 형태로 부착될 수 있다. 또한, 테이핑 부재(600)는, 하나의 셀 유닛(U2)에서 다수 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 실시 구성을 참조하면, 2개의 셀 커버(200)의 하단부를 결합시키기 위해, 3개의 테이핑 부재(600)가 전후 방향(도면의 X축 방향)으로 이격되게 배치될 수 있다. 여기서, 전후 방향은, 파우치형 배터리 셀(100)의 적층 방향에 직교하는 수평 방향이라 할 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 유닛(U2)에서 셀 커버(200)의 단부가 벌어지는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)의 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)가 하부에서 테이핑 부재(600)에 의해 테이핑되는 경우, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)가 양측으로 벌어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 팩 케이스(300) 내부에서 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100)의 수납 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 자립 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
도 6에서와 같이 형성된 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200), 버스바 어셈블리(700) 및 테이핑 부재(600)를 구비하는 셀 유닛은, 다수가 적층된 형태로 팩 케이스(300) 내부에 수납될 수 있다. 예를 들어, 다수의 셀 유닛은, 도 1에서와 같이, 하부 케이스(320)의 내부 공간에서, 수평 방향으로 나란하게 적층되게 배치될 수 있다. 이때, 다수의 셀 유닛은, 셀 커버(200)의 각 표면이 서로 대면되게 적층될 수 있다. 특히, 각 셀 커버(200)는, 제1 측면커버부(320)와 제2 측면커버부(330)가 서로 대면되는 형태로 좌우 방향으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 각 셀 유닛은, 전후 방향으로도 적층될 수 있다. 이 경우, 각 셀 유닛에서 전후 방향으로 돌출된 전극 리드(110)가 서로 마주보는 형태로 다수의 셀 유닛이 적층될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등을 제거하여 공간 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 셀 커버(200)는, 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 커버(200)는, 하나의 판재에 대하여 양 단부를 동일한 방향으로 벤딩시킴으로써 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감쌀 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)에 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)가 구비된 경우, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)는, 하나의 플레이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)는, 여러 구성요소가 일체형으로 제작되어 있다고 할 수 있다.
여기서, 각각의 구성요소는, 절곡부를 통해 구분될 수 있다. 특히, 하나의 플레이트에서 절곡부는 2개 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 절곡부를 기준으로, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)가 구분될 수 있다. 특히, 하나의 플레이트에서 중앙 부분이 상측커버부(210)를 형성하고, 그러한 상측커버부(210)를 중심으로 양측이 하부 방향으로 벤딩 내지 폴딩됨으로써, 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)가 형성될 수 있다. 이와 같이, 셀 커버(200)를 형성하기 위해 하나의 플레이트에 절곡부를 형성하는 구성은, 프레스(press) 또는 롤 포밍(roll forming)과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 제조가 보다 간단해질 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 제조 비용이나 시간이 감소될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하며, 셀 커버(200)의 기계적 강도나 강성이 보다 높게 확보될 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 셀 커버(200)를 통한 열전도 성능이 보다 향상되어, 냉각 성능이 더욱 개선될 수 있다.
도 7 내지 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 7은 배터리 팩의 하부 케이스(320)에 히트 싱크(301)가 구비된 구성을 도시하는 도면이고, 도 8은 도 7의 히트 싱크(301)에 써멀 레진(326)이 도포된 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 9는, 도 8의 하부 케이스(320) 내부 공간에 도 6의 셀 유닛이 다수 적층된 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 팩 케이스(300)는, 히트 싱크(301)를 구비할 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)가 결합된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 이러한 히트 싱크(301)에 열적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 팩 케이스(300) 중 하부 케이스(320)에는 하부 히트 싱크(321)가 구비될 수 있다. 그리고, 다수의 셀 유닛(U2)들은, 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 히트 싱크(321)의 상면에 직접 안착될 수 있다. 특히, 각각의 셀 유닛(U2)에 구비된 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100)은, 상하 방향으로 세워진 형태로 하단부가 하부 히트 싱크(321)의 상부에 직접 접촉하여 안착될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 히트 싱크(301)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들과의 사이에 써멀 레진이 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 하부 히트 싱크(321)의 상부 표면에는 써멀 레진(326)이 도포될 수 있다. 그리고, 이와 같이 써멀 레진(326)이 도포된 하부 히트 싱크(321)의 상부 표면에, 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 셀 유닛(U2), 즉 복수의 파우치형 배터리 셀(100)과 복수의 셀 커버(200)가 안착될 수 있다.
여기서, 써멀 레진(326)은 열을 전도하며 접착성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 써멀 레진(326)은 파우치형 배터리 셀(100)에서 발생된 열이 히트 싱크(301)를 통해 방열되도록 히트 싱크(301)로 열을 전달할 수 있다. 뿐만 아니라, 써멀 레진(326)은, 접착성을 가지므로, 셀 커버(200) 및/또는 파우치형 배터리 셀(100)을 히트 싱크(301)에 기계적으로 결합시킬 수 있다.
이러한 실시 구성에서, 셀 커버(200)가 결합된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 도 9에서와 같이, 써멀 레진(326)이 도포된 하부 히트 싱크(321)의 상면에 직접 안착될 수 있다. 이 경우, 다수의 셀 유닛(U2)은, 써멀 레진(326)에 의해 하부 히트 싱크(321)의 상면에 안정적으로 결합 고정될 수 있다. 특히, 각각의 셀 유닛(U2)에 포함된 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)는, 상하 방향(Z축 방향) 길이가 좌우 방향(Y축 방향) 폭에 비해 길게 형성될 수 있다. 따라서, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)는, 하부 히트 싱크(321)의 상면에 세워진 상태, 즉 기립 상태로 안착되어 있다고 할 수 있다. 이때, 써멀 레진(326)은, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)의 기립 상태가 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 커버(200)와 팩 케이스(300)의 구성을 각각 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 12는, 도 10 및 도 11의 셀 커버(200)와 팩 케이스(300)가 적용된 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예를 비롯하여, 본 명세서에 포함된 여러 실시예에 대해서는, 다른 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 셀 커버(200)는, 적어도 일측 단부가 팩 케이스(300)에 끼움 결합된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 12에서 D1으로 표시된 바와 같이, 각각의 셀 커버(200)의 하단부는, 하부 케이스(320)에 부분적으로 끼워짐으로써, 체결 고정될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 하단부에 돌출부(240)가 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(240)는, 셀 커버(200)의 하단부에서 상대적으로 더 길게 하부 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
더욱이, 돌출부(240)는, 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 실시 구성에서, 돌출부(240)는, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)에 각각 구비될 수 있다. 또한, 돌출부(240)는, 각각의 측면커버부에서 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 측면커버부(230)의 하단에는, 전후 방향을 따라, 다수, 이를테면 3개의 돌출부(240)가 구비될 수 있다.
이와 같은 형태의 셀 커버(200)가 마련된 실시 구성에서, 팩 케이스(300)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 돌출부(240)가 삽입 가능하도록 구성된 결합홈(322)이 형성될 수 있다. 여기서, 결합홈(322)은, 돌출부(240)에 대응되는 위치 및 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 11의 실시 구성을 참조하면, 셀 커버(200)가 안착되는 하부 케이스(320)의 바닥면에는, 셀 커버의 돌출부(240)에 대응되는 위치 및 형태로 결합홈(322)이 형성될 수 있다. 더욱이, 하나의 결합홈(322)에는, 하나 이상의 돌출부(240)가 끼워질 수 있다. 예를 들어, 도 12에서 D1으로 표시된 부분과 같은 중앙 부분의 결합홈(322)에는, 2개의 돌출부(240)가 삽입될 수 있다. 반면, 팩 케이스(300)에서 셀 커버(200)의 적층 방향으로 가장 외측에 위치한 결합홈(322)에는, 1개의 돌출부(240)가 삽입될 수 있다. 예를 들어, 도 12의 구성에서, 좌우 방향으로 배열된 다수의 결합홈(322) 중, 가장 좌측과 가장 우측에 위치하는 결합홈(322)에는, 각각 1개의 돌출부(240)가 삽입될 수 있다.
한편, 팩 케이스(300)에는 히트 싱크(301)가 구비될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는 이러한 히트 싱크(301)에 안착 결합될 수 있다. 따라서, 팩 케이스의 결합홈(322)은, 히트 싱크(301)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 하부 히트 싱크(321)에 다수의 결합홈(322)이 형성되고, 이러한 결합홈(322)에 셀 커버(200)의 하단 돌출부(240)가 삽입될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)와 팩 케이스(300) 사이의 결합성이 보다 향상될 수 있다. 따라서, 배터리 팩에 인가되는 진동이나 충격, 또는 파우치형 배터리 셀(100)의 스웰링 발생 시와 같은 상황에서도, 셀 커버(200)와 그 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)가 전후 방향(X축 방향)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)가 좌우 방향(Y축 방향)으로 이동하는 것을 방지하며, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230) 사이가 벌어지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 실시 구성에서, 써멀 레진(326)이 히트 싱크(301), 이를테면 하부 히트 싱크(321)의 상면에 도포될 수 있다. 이때, 써멀 레진(326)은, 하부 히트 싱크(321)의 결합홈(322)에 유입되어 셀 커버(200)의 돌출부(240)와 하부 히트 싱크(321)의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)와 팩 케이스(300) 사이의 끼움 결합 구성을 통해, 팩 케이스(300) 내부에서 셀 커버(200)의 조립 위치가 가이드될 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 팩의 조립성이 더욱 향상될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팩 케이스(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 14는, 도 13의 팩 케이스(300)가 적용된 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 히트 싱크(301), 이를테면 하부 히트 싱크(321)는, 복수의 단위 히트 싱크(323)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 단위 히트 싱크(323)는, 소정 간격(324)을 가지도록 서로 이격된 형태로, 팩 케이스(300), 이를테면 하부 케이스(320)에 설치될 수 있다.
특히, 복수의 단위 히트 싱크(323)는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 방향을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 13 및 도 14에 도시된 실시 구성을 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 좌우 방향(Y축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 복수의 단위 히트 싱크(323)는, 서로 소정 간격(324)만큼 이격된 형태로, 좌우 방향으로 배치될 수 있다.
한편, 도 14의 실시 구성에서, 복수의 단위 히트 싱크(323)는 동일한 본체 케이스에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 14에는 도시되어 있지 않으나, 하부 케이스(320)에는, 복수의 단위 히트 싱크(323)가 안착되는 바텀 플레이트가 복수의 단위 히트 싱크(323)의 하부에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 히트 싱크(301)를 통해 열이 전파되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 일부 파우치형 배터리 셀(100)로부터 열이 발생하여 그에 대응하는 단위 히트 싱크(323)에 열이 전달된 경우, 단위 히트 싱크(323) 간 서로 이격되어 있으므로, 다른 단위 히트 싱크(323)로 해당 열이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 열폭주 전파 등이 일어나는 문제가 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
더욱이, 도 14에는 명확하게 도시되어 있지 않으나, 복수의 셀 커버(200) 사이는, 서로 이격될 수 있다. 또는, 복수의 셀 커버(200) 사이의 적어도 일부에는, 단열 패드나 화염 억제 패드 등이 개재될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에서, 셀 커버(200)의 단부는, 복수의 단위 히트 싱크(323) 사이의 이격 공간에 개재된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시예에서와 같이, 셀 커버(200)의 하측에 돌출부(240)가 형성된 경우, 셀 커버(200)의 돌출부(240)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 히트 싱크(323) 사이의 간격(324), 즉 이격 공간에 결합될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)에 돌출부(240)가 구비되지 않더라도, 도 2에서 C1으로 표시된 부분과 같은 셀 커버(200)의 하단부가, 전후 방향으로 길게, 단위 히트 싱크(323) 사이의 간격(324)에 끼워질 수 있다.
이와 같이, 복수의 단위 히트 싱크(323) 사이의 이격 공간에 셀 커버(200)의 일부가 끼워지는 실시 구성에 의하면, 단위 히트 싱크(323)가 구비된 팩 케이스(300)와 셀 커버(200) 사이의 결합력이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한, 상기 실시 구성에서, 써멀 레진(326)이 히트 싱크(301)에 도포될 수 있다. 이때, 써멀 레진(326)은 복수의 단위 히트 싱크(323) 사이의 간격(324)에 유입될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200) 와 히트 싱크(301) 사이의 결합력이 더욱 높아질 수 있다.
상기 히트 싱크(301)는, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 2개의 히트 싱크, 특히 상부 히트 싱크(311)와 하부 히트 싱크(321)를 포함할 수 있다. 여기서, 상부 히트 싱크(311)는, 셀 커버(200)의 상부에 배치될 수 있다. 더욱이, 상부 히트 싱크(311)는, 셀 커버(200)의 상측커버부(210)의 상부에 위치하여, 상측커버부(210)와 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있다. 또한, 하부 히트 싱크(321)는, 셀 커버(200)의 하부에 배치될 수 있다. 더욱이, 하부 히트 싱크(321)는, 셀 커버(200)의 하단부와 접촉할 수 있다. 여기서, 셀 커버(200)와 상부 히트 싱크(311) 사이, 및/또는 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100) 사이에 써멀 레진(312)이 개재되어 상호 결합될 수 있다. 또한, 파우치형 배터리 셀(100)과 하부 히트 싱크(321) 사이에 써멀 레진(326)이 개재되어 이들을 서로 결합시킬 수 있다.
상기와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 팩의 냉각 성능이 더욱 개선될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서, 파우치형 배터리 셀(100)로부터 생성된 열은, 상부 측과 하부 측, 즉 상부 히트 싱크(311)와 하부 히트 싱크(321)를 향해 이동하여 배출될 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 팩의 듀얼 쿨링이 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(400)을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(400, BMS, Battery Management System)은, 팩 케이스(300)의 내부 공간에 장착되며, 파우치형 배터리 셀(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리 관리 시스템(400)은 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 배터리 관리 시스템(400)은, 팩 전압 및 팩 전류를 통해 파우치형 배터리 셀(100)의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태 등을 제어하도록 마련될 수 있다. 이러한 배터리 관리 시스템에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500, BDU, Battery Disconnect Unit)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛(500)은, 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500) 역시 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(Manual Service Disconnector)를 더 포함할 수 있다.
한편, 앞선 실시예에서는, 셀 커버(200)가 대략 n 자 형태를 가지며, 일체형으로 제조된 형태를 중심으로 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 셀 커버(200)는, 이외에 다른 다양한 형태 내지 방식으로 제조될 수 있다. 이에 대해서는, 도 15를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 15는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 셀 커버(200)들의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
먼저, 도 15(a)를 참조하면, 셀 커버(200)는, 2개의 단위 부재(260)를 구비할 수 있다. 여기서, 각 단위 부재(260)는, L자 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 단위 부재(260)는, 형태적 특성 상, L핀으로 지칭될 수도 있다. 특히, 2개의 단위 부재(260)는, 상단이 서로를 향해 반대 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 좌측 L핀(260L)의 상단은 우측 방향으로 절곡되고, 우측 L핀(260R)의 상단은 좌측 방향으로 절곡될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 L자형 단위 부재(260L, 260R)가 서로 결합하여, 도 2에 도시된 바와 같은 n자 형태의 셀 커버(200)를 형성할 수 있다. 이와 같은 실시 구성에서, 좌측 L핀(260L)은 상측커버부(210)의 좌측 및 제1 측면커버부(220)를 구성하고, 우측 L핀(260R)은 상측커버부(210)의 우측 및 제2 측면커버부(230)를 구성한다고 할 수 있다.
또한, 셀 커버(200)는, 도 15(a)에 도시된 바와 같이, 절연 부재(270)를 더 포함할 수 있다. 상기 절연 부재(270)는, 전기적 절연성 재질로 구성되어 파우치형 배터리 셀(100)이 수용되는 셀 커버(200)의 내측 표면에 구비될 수 있다. 특히, 절연 부재(270)는, 적어도 일측면에 접착층을 구비하여, 셀 커버(200)의 내측 표면에 접착될 수 있다. 더욱이, 2개의 L핀(260L, 260R)이 서로 결합되어 하나의 셀 커버(200)를 형성하는 경우, 절연 부재(270)는, 2개의 L핀(260L, 260R) 사이의 결합력을 지지하거나 강화시킬 수 있다. 또한, 절연 부재(270)는, 내열성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(270)는, 내열성을 갖는 세라믹 시트의 표면에 접착제가 도포된 내열성 테이프 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이와 같은 실시 구성에 의하면, 하나의 플레이트를 한 번만 벤딩시키면 되므로, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 셀 커버(200)를 n자 형태로 마련하는 구성이 보다 쉽게 달성될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)를 형성하기 위해, 강도가 높은 스틸 등의 재질로 구성된 판재에 대하여, 깊게 프레싱하는 과정 등을 수행할 필요가 없다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 스프링 백 및 평탄도 등이 우수하게 달성될 수 있다. 그리고, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)가 열이나 화염에 보다 잘 견디도록 할 수 있다.
다음으로, 도 15(b)를 참조하면, 셀 커버(200)는, L자 형상으로 형성된 2개의 단위부재(260) 이외에, 상부 플레이트(280)를 더 구비할 수 있다. 더욱이, 상부 플레이트(280)는, 평평한 형태로 형성되어, 2개의 L핀(260L, 260R)의 상단 절곡부의 상부에 덧대어진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상부 플레이트(280)는, 양단이 2개의 L핀(260L, 260R)에 각각 접합되어, 이들을 서로 결합시킬 수 있다. 여기서, 상부 플레이트(280)는, 앞서 도 2에서 설명된 n 자형 셀 커버(200)의 상측커버부(210)의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 평탄도가 우수할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성의 경우, 상부 플레이트(280)가 평평한 형태로 셀 커버(200)의 상부에 위치하므로, 상측커버부(210)에 해당하는 부분의 평탄도가 더욱 높을 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 부피를 줄이고 에너지 밀도를 높이며, 상부 측에서의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 15(c)를 참조하면, 셀 커버(200)는, 도 15(b)의 실시예와 마찬가지로 L자 형상으로 형성된 2개의 단위부재(260)와 상부 플레이트(280)를 구비할 수 있다. 다만, 도 15(c)의 경우, 도 15(b)의 실시예와 달리, 상부 플레이트(280)에는 볼록부(281)가 구비될 수 있다. 특히, 이러한 볼록부(281)는, 상부 플레이트(280)에서 상부 방향(+Z축 방향)으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)에서 스웰링 발생에 효과적인 대응이 가능하다. 예를 들어, 도 15(c)와 같은 형태로 구성된 셀 커버(200)의 내부 수용 공간에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)에서 스웰링이 발생하면, 좌측 L핀(260L)과 우측 L핀(260R) 사이의 거리가 적어도 부분적으로 멀어질 수 있다. 이때, 상부 플레이트(280)의 볼록부(281)는 펴지거나 그 볼록한 정도가 감소할 수 있다. 따라서, 셀 커버(200), 특히 상단부에 발생하는 응력이 감소될 수 있다.
도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 16을 참조하면, 셀 커버(200)는, 관통공(250)이 형성될 수 있다. 관통공(250)은, 셀 커버(200)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)에서 발생된 화염 또는 가스를 배출하도록 구성될 수 있다. 관통공(250)은, 셀 커버(200)의 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통공(250)은, 도 16에 도시된 바와 같이, 상측커버부(210)에 형성될 수 있다. 또한, 관통공(250)은, 셀 커버(200)에서 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통공(250)은, 도 16에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 내지 마름모 형태로 형성될 수 있다. 다만, 관통공(250)은, 이외에 다른 다양한 형태, 이를테면 사각형이나 원형으로 형성될 수도 있다.
또한, 관통공(250)은, 하나의 셀 커버(200)에서 다수 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통공(250)은, 상측커버부(210)에서 좌우 방향 및 전후 방향으로 각각 다수 배치 형성될 수 있다. 또한, 관통공(250)은, 격자 또는 메쉬 형태로 형성될 수 있다.
특히, 상기 셀 커버(200)의 관통공(250)은, 파우치형 배터리 셀(100)에서 스웰링 발생 시, 벌어질 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 16의 실시 구성에서, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)이 스웰링되는 경우, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는, 서로 멀어지는 방향으로 힘을 받을 수 있다. 이때, 상측커버부(210)에 형성된 하나 이상의 관통공(250)이 벌어질 수 있도록 구성된 경우, 셀 커버(200)에 가해지는 응력이 감소될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 관통공(250)을 통해, 화염 및 가스 배출 효과와 스웰링 대응 효과가 함께 달성될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 관통공(250)을 통해 화염 및 가스 배출 시, 배출 방향을 제어할 수 있다. 더욱이, 상기 실시예와 같이, 관통공(250)이 상측커버부(210)에 형성된 경우, 가스나 화염은 수평 방향으로 적층된 다른 파우치형 배터리 셀(100)로 향하지 않고, 상부 측으로 향하여 배출될 수 있다. 따라서, 가스나 화염 등의 셀 간 전파가 더욱 방지될 수 있다.
더욱이, 셀 커버(200)의 상부나 배터리 팩(10)의 상부에 소화제 등이 존재하는 경우, 이러한 상부 방향으로의 벤팅 구성은 화재 억제에 더욱 효과적일 수 있다. 예를 들어, 소화제가 수용된 소화 탱크가 셀 커버(200)의 상부에 배치된 경우, 셀 커버(200)의 상부로 화염이나 가스 등이 배출되면, 소화 탱크로부터 소화제 등이 유출되도록 하여, 화재를 방지 내지 지연시킬 수 있다.
한편, 도 16에 도시된 바와 같이, 셀 커버(200)에 관통공(250)이 형성된 경우, 셀 커버(200)와 파우치형 배터리 셀(100) 사이에는, 도 12 및 도 14 등에 도시된 바와 같이, 써멀 레진(312)이 개재될 수 있다. 이 경우, 관통공(250)을 통해 파우치형 배터리 셀(100)이 외부로 노출되는 등, 안전성이 저하되는 문제가 보완될 수 있다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 18은, 도 17의 셀 커버(200)가 가스 등의 배출로 인해 변형된 구성의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 17을 참조하면, 셀 커버(200)는, 절개부(291)가 형성될 수 있다. 절개부(291)는, 파우치형 배터리 셀(100)에서 발생된 화염 또는 가스를 배출할 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 절개부(291)는, 셀 커버(200)의 일부분을 칼과 같은 날카로운 물체로 자르는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절개부(291)는, 칼이 셀 커버(200)를 관통하여 선형으로 자르도록 하는 방식으로 마련될 수 있다. 또는, 절개부(291)는, 셀 커버(200)를 완전히 관통하지 않고, 노치를 형성하는 방식으로 마련될 수도 있다. 절개부(291)는 셀 커버(200)의 수평 연장 방향을 따라 대략 직선 형태로 형성되되, 연장 방향 단부가 분기된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 이와 같은 셀 커버(200)의 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)로부터 가스나 화염 등이 배출된 경우, 셀 커버(200)는 도 18의 형태와 같이 변형될 수 있다. 물론, 이러한 도 18의 변형 형태는 일례에 불과하며, 절개부(291)의 형태나 가스 내지 화염 등의 배출 압력 등에 따라 다른 다양한 형태로 변형될 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 17에서와 같이 셀 커버(200)에 절개부(291)가 형성된 상태에서, 배터리 셀(100)의 열 폭주 등으로 인해 배터리 셀(100)에 화염 또는 가스가 발생하는 경우, 배터리 셀(100) 내부의 압력이 증가할 수 있다. 그리고, 이러한 내부 압력 증가가 일정 수준 이상에 도달하게 되면, 도 18에 도시된 바와 같이, 절개부(291)가 벌어지면서, 절개부(291)의 벌어진 부분(295)을 통해 화염 또는 가스가 배출될 수 있다.
상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 배터리 셀(100)을 외부로 노출시키지 않으면서도, 가스나 화염 발생 시 외부로 원활하게 배출되도록 할 수 있다.
절개부(291)는, 셀 커버(200)의 다양한 부분, 예를 들어 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 상측에 형성될 수 있다. 이와 같이, 셀 커버(200)의 상측, 이를테면 상측커버부(210)에 절개부(291)가 형성되는 경우, 화염 또는 가스가 미리 설정된 상부 방향으로 유도 배출될 수 있다.
이 경우, 어느 하나의 배터리 셀(100)에서 열 폭주가 발생하더라도 그 배터리 셀(100)에서 발생한 화염 또는 가스는 셀 커버(200)의 상측 방향을 통해서만 배출될 수 있다. 따라서, 열 폭주가 발생한 배터리 셀(100)의 측면에 인접하게 배치된 다른 배터리 셀(100)로 화염 또는 가스가 전파되지 않을 수 있다. 즉, 어느 하나의 배터리 셀(100)에서 열 폭주가 발생하더라도 다른 배터리 셀(100)에 대해서는 그 열 폭주의 영향이 최소화될 수 있다.
한편, 이와 같은 실시 구성에서, 본 발명에 따른 배터리 팩에는, 셀 커버(200)의 내부에 또는 셀 커버(200)의 일부분을 대체하는 형태로, 단열재(미도시) 또는 각종 사출물(미도시)이 더 포함될 수 있다. 이 경우, 단열재 또는 사출물 등에도, 앞서 설명된 절개부(291)나 관통공(250) 등이 형성될 수 있다. 더욱이, 셀 커버(200)의 내부에 단열재나 사출물 등이 구비된 경우, 단열재나 사출물 등의 절개부나 관통공은, 셀 커버(200)의 절개부(291)나 관통공(250)에 대응되는 위치나 형태 등을 갖도록 형성될 수 있다.
도 19는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 커버(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 20은, 도 19의 셀 커버(200)가 가스 등의 배출로 인해 변형된 구성의 일 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 19를 참조하면, 절개부(291)의 주변에 천공부(292)가 형성될 수 있다. 특히, 천공부(292)는, 절개부(291)의 둘레를 따라 점선 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 천공부(292)는, 점선 형태의 구멍이므로, 열 폭주 발생시 화염 또는 가스가 점선 형태의 천공부(292)를 통해 배출될 수 있다. 또한, 가스나 화염 배출 시, 도 20에서와 같이 절개부(291)가 벌어지면서 절개부(291)의 벌어진 부분(295)을 통해서도 화염 또는 가스가 배출될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)를 통한 가스나 화염 배출이, 절개부(291)와 천공부(292)를 통해, 보다 신속하면서도 원활하게 이루어질 수 있다. 특히, 상기 실시 구성의 경우, 가스나 화염 발생 시, 1차적으로 천공부(292)로 가스나 화염 배출이 이루어질 수 있다. 그리고, 이러한 가스나 화염이 일정 수준 이상으로 확대되면, 2차적으로 절개부(291)를 통해 가스나 화염 배출이 이루어질 수 있다.
도 21은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 엔드 플레이트(800)를 더 포함할 수 있다. 엔드 플레이트(800)는, 셀 커버(200)의 적어도 일측에 구비될 수 있다. 특히, 엔드 플레이트(800)는, 셀 커버(200)의 여러 측면 중, 노출된 측면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(800)는, 셀 커버(200)에서 전극 리드(110)가 노출된 전방 및 후방 측 개방부에 결합될 수 있다. 더욱이, 엔드 플레이트(800)는, 버스바 어셈블리(700)의 전후방 외측에 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 버스바 어셈블리(700)에 대한 기계적, 전기적 안전성이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 가스나 화염 등의 배출을 제어하여, 열폭주 전파 방지나 인명에 대한 안전성 확보 측면에서 보다 유리할 수 있다.
상기 도 21의 실시 구성에서, F1으로 표시된 바와 같이, 엔드 플레이트(800)에는 배출홀이 형성될 수 있다. 이러한 배출홀(F1)은, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 열폭주 시, 엔드 플레이트(800) 측으로 벤팅이 유도되도록 할 수 있다. 엔드 플레이트(800)의 배출홀(F1)은, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배출홀(F1)은, 도 16 내지 20의 관통홀(250)이나 절개부(291), 천공부(292)와 같은 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 도 21에 도시된 바와 같이, 커버 단자(900)를 더 포함할 수 있다. 커버 단자(900)는, 버스바 어셈블리(700)에 전기적으로 연결되어, 각 배터리 셀(110) 내지 셀 유닛의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 따라서, 커버 단자(900)를 서로 연결함으로써, 다수의 셀 유닛이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
특히, 커버 단자(900)는, 셀 커버(200)나 엔드 플레이트(800)의 외측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 커버 단자(900)는, 도 21에 도시된 바와 같이, 셀 커버(200)의 상부 측, 즉 상측커버부(210)에 위치할 수 있다. 이 경우, 다수의 셀 유닛 간 커버 단자(900) 사이를 연결하는 연결 부재가 셀 유닛 적층체의 상부에 위치하여, 각 셀 유닛을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 또는, 커버 단자(900)는, 셀 커버(200)의 측면이나 하부, 및/또는 엔드 플레이트(800) 측에 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 배터리 셀(110) 내지 다수의 셀 유닛 간 전기적 연결이 보다 용이하게 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 커버(200)의 외측을 감싸는 형태의 별도의 엔드 커버를 더 포함할 수도 있다. 이러한 엔드 커버는, 하나 또는 다수의 셀 커버(200)를 한꺼번에 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차(미도시)는, 전술한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 자동차(미도시)는, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 구동원으로 사용하는 소정의 자동차(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소, 이를테면 차체나 모터 등을 더 포함할 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.
이상에서 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.
10 : 배터리 팩 100 : 파우치형 배터리 셀
110 : 전극 리드 200 : 셀 커버
210 : 상측커버부 220 : 제1 측면커버부
230 : 제2 측면커버부 240 : 돌출부
250 : 관통공 270 : 절연 부재
300 : 팩 케이스 301: 히트 싱크
310 : 상부 케이스 311 : 상부 히트 싱크
312 : 써멀 레진 320 : 하부 케이스
321 : 하부 히트 싱크 322 : 결합홈
323 : 단위 히트 싱크 324 : 간격
326 : 써멀 레진 400 : 배터리 관리 시스템
500 : 배터리 차단 유닛 600 : 테이핑 부재
700 : 버스바 어셈블리 800 : 엔드 플레이트
900 : 커버 단자

Claims (20)

  1. 적어도 일 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀들;
    내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸는 셀 커버
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 세워진 상태로 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 상기 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 배터리 셀은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부 주위에 에지부를 구비하고,
    상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양측과 에지부의 일부를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양 측면과 상부측 에지부를 덮도록 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 상측커버부, 상기 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 일측 수납부의 외측을 감싸는 제1 측면커버부, 및 상기 제1 측면커버부로부터 이격된 위치에서 상기 상측커버부의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 타측 수납부의 외측을 감싸는 제2 측면커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파우치형 배터리 셀은, 상기 에지부로서 실링부와 미실링부를 포함하며,
    상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에 대하여 상기 실링부의 적어도 일부를 감싸고 상기 미실링부는 노출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버의 서로 다른 단부 사이를 결합시키는 테이핑 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는, 히트 싱크를 구비하며,
    상기 복수의 파우치형 배터리 셀들은 상기 히트 싱크에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들과의 사이에 써멀 레진이 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 서로 이격된 복수의 단위 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 셀 커버의 단부는 상기 복수의 단위 히트 싱크 사이의 이격 공간에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 히트 싱크는, 상기 셀 커버의 상부와 하부에 각각 배치되는 상부 히트 싱크와 하부 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 적어도 일측 단부가 상기 팩 케이스에 끼움 결합되게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에서 발생된 화염 또는 가스를 배출하도록 구성된 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 셀 커버의 관통공은, 상기 파우치형 배터리 셀에서 스웰링 발생시 벌어질 수 있도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀에서 발생된 화염 또는 가스를 배출하도록 구성된 절개부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 셀 커버는, 상기 절개부의 둘레를 따라 점선 형태의 천공부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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