KR20230039564A - 전지 하우징 및 이를 포함하는 전지 시스템 - Google Patents

전지 하우징 및 이를 포함하는 전지 시스템 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 전지 하우징은, 복수의 전지 셀이 수용되는 내부 공간을 갖는 하우징 프레임을 포함한다. 상기 하우징 프레임은, 측벽, 단열층, 및 상기 측벽 및 상기 단열층이 내장되는 플라스틱 부재를 포함한다. 상기 플라스틱 부재는 상기 측벽의 외부 표면을 덮는 외측 플라스틱층, 및 상기 측벽의 외부 표면을 대향한 내부 표면을 덮는 내측 플라스틱층을 포함한다.

Description

전지 하우징 및 이를 포함하는 전지 시스템{BATTERY HOUSING AND BATTERY SYSTEM COMPRISING SUCH A HOUSING}
본 발명의 실시예의 측면은 전지 하우징 및 이 하우징을 포함하는 전지 시스템에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되고 있다. 전기 자동차는 이차 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전지로만 구동되거나 가령 가솔린 발전기에 의해 적어도 부분적으로 구동되는 하이브리드 자동차일 수 있다. 또한, 전기 자동차는 전기 모터와 기존 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 차량 전지(EVB) 또는 견인(트랙션) 전지는 전지 전기 차량(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 자동차 전지는 지속적인 시간 동안 전원을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전과 방전을 반복할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적으로 변환할 뿐이다. 일반적으로 휴대전화, 노트북, 캠코더 등의 소형 전자기기의 전원은 소용량 이차 전지가 사용되고, 하이브리드 자동차 등의 전원은 고용량 이차 전지가 사용된다.
이차 전지는 높은 에너지 밀도를 제공하기 위해, 특히 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위해 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 전지 셀로 구성된 전지 모듈로 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 고출력 이차 전지를 구현하기 위해 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 서로 연결하여 구성된다. 전지 셀은 직렬, 병렬 또는 이 둘의 혼합 방식으로 연결되어 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공할 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과 이들 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다.
이러한 전지 팩의 기계적 통합은 개별 구성 요소(예: 전지 모듈) 사이 및 전지 팩과 차량의지지 구조물 사이에 적절한 기계적 연결을 필요로 한다. 이 연결은 전지 시스템의 평균 서비스 수명 동안 기능을 유지하여야 하고 소비자가 사용하는 동안 가해지는 스트레스 하에서 기능적이고 안전하게 유지되도록 설계되어야 한다. 특히, 모바일 애플리케이션에서 설치 공간, 호환성 및 안전 요구 사항이 충족되어야 한다.
전지 모듈 또는 나아가 전지 시스템의 기계적 통합은 하우징 또는 캐리어 프레임 워크(carrier framework)를 제공하고 그 위에 전지 모듈을 배치함으로써 달성될 수 있다. 전지 셀 또는 전지 모듈의 고정은 프레임 워크에 장착된 함몰부 또는 볼트 또는 나사와 같은 기계적인 상호 연결구에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 전지 모듈은 측면 플레이트를 캐리어 프레임 워크의 측면에 고정함으로써 구속된다. 또한, 커버 플레이트는 전지 모듈의 상부와 하부에 고정될 수 있다.
전지 팩의 캐리어 프레임 워크는 차량의 운반 구조물에 장착된다. 전지 팩이 차량 바닥에 고정되어야 하는 경우, 기계적 연결은 가령 전지 팩의 캐리어 프레임 워크를 통과하는 볼트에 의해 바닥면에 설정될 수 있다. 프레임 워크는 일반적으로 총 중량을 낮추기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.
관련 기술에 따른 전지 시스템은 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 일반적으로 주위 환경에 대해 전지 시스템을 밀폐시키기 위한 인클로저(enclosure)로서 작용하고 전지 시스템의 구성 요소의 구조적인 보호를 제공하기 위한 전지 하우징을 포함한다. 내장된 전지 시스템은 일반적으로 전기 자동차와 같은 애플리케이션 환경에 전체적으로 장착된다. 따라서 결함이 있는 시스템 부품(예: 결함이 있는 전지 서브 모듈)을 교체하려면 전체 전지 시스템을 분리하고 하우징을 먼저 제거해야 한다. 소형 및/또는 저가의 시스템 부품의 결함이 있는 경우에도 전지 시스템 전체를 분리 및 교체하고 별도의 수리를 수행할 수 있다. 고용량 전지 시스템은 고가이면서 부피가 커서 무겁기 때문에 상기한 절차를 밟기가 부담스럽고, 부피가 큰 전지 시스템은 보관이 어려워진다.
전지 시스템용 전지 하우징은 금속, 플라스틱 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 이러한 전지 하우징은 전지 셀, 커넥터, 냉각 시스템, 전자 감시 시스템 등을 포함한 전지 시스템 내부 구성의 인클로저 역할을 한다. 또한, 전지 하우징은 외부 충격에 대한 충돌 시 전지 시스템을 보호하고 전지 시스템 구성요소의 견고한 고정을 용이하는 역할도 한다.
부품 비용 측면에서 플라스틱 하우징은 저가이나 기계적 강도나 보호 기능이 낮은 단점이 있다. 반면, 금속 하우징을 사용하면 외부 충격에 대한 충돌 시 재료 특성으로 인해 단락을 일으킬 위험이 있고 단열 측면에서 불리하며 제조 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 금속 하우징을 사용하는 경우에는 추가적으로 부식 방지를 구현해야 한다. 추가 전기 인터페이스는 전지 밀봉 측면에서 추가 복잡성을 초래할 수 있다. 금속과 플라스틱 하우징의 조합은 단열이 불충분하다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 기계적 견고성을 유지하면서 단열성을 개선할 수 있는 전지 시스템용 전지 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전지 하우징은, 실시예에 따른 전지 하우징은, 복수의 전지 셀이 수용되는 내부 공간을 갖는 하우징 프레임을 포함한다. 상기 하우징 프레임은, 측벽, 단열층, 및 상기 측벽 및 상기 단열층이 내장되는 플라스틱 부재를 포함한다. 상기 플라스틱 부재는 상기 측벽의 외부 표면을 덮는 외측 플라스틱층, 및 상기 측벽의 외부 표면을 대향한 내부 표면을 덮는 내측 플라스틱층을 포함한다.
실시예에 따른 전지 하우징은 48V 전지, 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)용 트랙션 전지, 전기 차량(Electric Vehicle, EV)용 트랙션 전지를 위한 전지 하우징일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하우징 프레임이 갖는 적어도 측벽은 플라스틱 부재가 측벽을 둘러싸도록 플라스틱 부재에 내장(또는 매립)된다. 하우징 프레임의 바닥벽 및/또는 캡 플레이트와 같은 상부벽도 플라스틱 부재에 내장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 플라스틱 부재가 단열층도 둘러쌀 수 있도록 하우징 프레임의 측벽뿐만 아니라 단열층도 플라스틱 부재에 내장될 수 있다. 이에 따라 플라스틱 부재는 단열층의 내측면과 외측면을 덮는다. 플라스틱 부재는 단열층의 제1 면을 덮는 제1 층 및 상기 제1 면에 대향하는 단열층의 제2 면을 덮는 제2 층을 포함할 수 있다. 외측 플라스틱 층 및/또는 내측 플라스틱 층은 하우징 프레임의 측벽 두께의 약 4배 내지 약 8배의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 외측 플라스틱층 및/또는 내측 플라스틱 층은 약 8mm의 두께를 가질 수 있고 측벽은 약 1mm의 두께를 가질 수 있다.
단열층은 예를 들어 측벽과 평행하게 측벽을 따라 연장될 수 있다. 단열층은 하우징 프레임의 상부벽/바닥벽에도 제공될 수 있고, 이 경우 단열층 및 상부벽/하부벽은 플라스틱 부재에 내장될 수도 있다. 이의 구성에 의해 하우징 프레임 전체가 단열층과 함께 플라스틱 부재에 내장되는 바, 이로 인해 전지 하우징의 사방으로부터 열을 받더라도 전지 하우징은 보호될 수 있다.
단열층은 전지 하우징을 손상시킬 수 있는 고온으로부터 하우징을 보호할 수 있다. 플라스틱 부재와 하우징 프레임의 결합된 구조는 고온, 특히 약 1000°C 이상의 온도에서 파손될 수 있다. 이러한 온도는 연료 화재, 열 폭주 이벤트 시, 전지 하우징에 배치된 전지 셀로부터 배출된 고온의 배출 스트림 또는 인접한 전지 셀 사이의 아크로 인해 발생할 수 있다. 이에 따라 단열층은 약 1000℃ 이상의 온도를 견디도록 구성될 수 있다. 이를 위해 단열층은 예를 들어 전지 하우징을 보호하기 위해 약 1000℃ 이상의 온도에서 적어도 5분 이상을 견디도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 단열층은 전지 하우징의 외부 또는 내부로 노출되지 않고 플라스틱 부재에 내장된다. 따라서, 플라스틱 부재의 적어도 일부(예: 적어도 얇은 플라스틱층)는 전지 하우징의 외부 및/또는 내부에 대해 단열층을 덮는다. 플라스틱 부재는 하우징 프레임에 대해 단열층을 원하는 위치에 유지하는 것과 같은 내장 형태로 구성 요소를 유지할 수 있다. 이러한 다중 재료의 하이브리드 구조는 지속 측면에서 우수하다.
플라스틱 부재는 하우징 프레임에 가령 직접 연결(예: 접합)되는 것으로 연결될 수 있다. 플라스틱 부재는 예를 들어 하우징 프레임에 플라스틱 부재 재료를 오버몰딩(overmolding)하거나 스프레이(spraying)함으로써 하우징 프레임에 연결될 수 있다. 플라스틱 부재는 코팅을 하는 것으로도 형성될 수 있다. 플라스틱 부재는 열경화성 폴리머를 포함할 수 있다. 플라스틱 부재는 경화 반응이 제공될 수 있는 반응 사출 성형(Reaction Injection Molding, RIM)에 의해 형성될 수 있다. 하우징 프레임 및 단열층은 반응 사출 성형(RIM)을 통해 동일한 플라스틱 부재에 내장될 수 있다.
단열층은 플라스틱 부재의 외측 플라스틱층 또는 내측 플라스틱층에 내장될 수 있다. 또한, 단열층은 복수로 제공될 수 있으며 이 때, 적어도 하나는 외측 플라스틱층에 내장되고 적어도 하나는 내측 플라스틱층에 내장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단열층은 외측 플라스틱층에 내장될 수 있다. 이에 따라 외측 플라스틱층은 외측 플라스틱층의 제1 층이 단열층의 외측 측면을 덮고 외측 플라스틱층의 제2 층이 단열층의 내측 측면을 덮도록 단열층을 둘러쌀 수 있다. 단열층은 전지 하우징의 모든 구성 요소가 단열층의 내측(예: 전지 셀을 향하는 측)에 배치되도록 외측 플라스틱층의 외주 근처에 배치될 수 있다. 이처럼 외측 플라스틱층에 내장된 단열층은, 예를 들어 전지 하우징에 외부 충격이 가해져 충돌 후 연료 화재로 인해 전지 하우징의 외부에서 오는 열로부터 하우징 프레임 및 단열층의 내측에 배치된 추가 구성 요소를 보호할 수 있다. 반면, 내측 플라스틱층에 내장된 단열층은, 예를 들어 전지 하우징으로 봉지된 전지 셀의 열 폭주로 인해 전지 하우징의 안쪽에서 오는 열로부터 하우징 프레임 및 단열층 외측에 배치된 추가 구성 요소를 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 단열층은 외측 플라스틱층에 내장되고 제2 단열층은 내측 플라스틱층에 내장된다. 제1 단열층은 외측 플라스틱층의 외주 부근에 배치되고, 제2 단열층은 내측 플라스틱층의 외주 부근에 배치될 수 있다. 이에 따라서 하우징 프레임 및 2개의 단열층 사이에 배열된 임의의 추가 구성 요소는 내부 열, 예를 들어 동봉된 전지 셀의 열 폭주로 인한 열 및, 외부 열, 예를 들어 충돌 후 연료 화재로 인한 열로부터 보호될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전지 하우징은 플라스틱 부재에 내장된 구조물을 더욱 포함할 수 있다. 구조물은 전술한 바와 같이 하우징 프레임과 함께 단열층에 의해 보호될 수 있는 추가 구성 요소일 수 있다. 구조물은 하우징 프레임의 일부일 수 있다. 이러한 구조물은 전지 하우징의 안정성에 기여(예: 증가 또는 개선)할 수 있고 단열층에 의해 보호될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 구조물은 외측 플라스틱층에 내장될 수 있다. 예를 들어, 구조물은 단열층과 하우징 프레임의 측벽 사이에 배치될 수 있고, 단열층은 외측 플라스틱층에 배치될 수 있다. 이 경우 단열층은 전지 하우징의 외부에서 오는 열로부터 구조물과 측벽을 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측벽은 금속성 측벽일 수 있다. 예를 들어, 측벽은 강철 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 측벽 및 플라스틱 부재는 금속 및 플라스틱 하우징 프레임의 조합을 형성할 수 있다. 실시예에 따른 플라스틱 부재는 이러한 플라스틱 부재가 없는 하우징 프레임보다 하우징 프레임의 두께를 더 얇게 할 수 있도록 하여 추가적인 안정성을 제공할 수 있다. 더욱이, 일반적으로 플라스틱 부재의 재료보다 비싼 금속 재료를 줄일 수 있으므로 전지 하우징의 제조 비용을 낮출 수 있다. 이러한 실시예에서, 플라스틱 부재는 전지 셀 및/또는 외부로부터 전기 전도성 하우징 프레임(예: 금속성 측벽)을 보호하기 위한 전기 절연체로서도 작용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 부재는 폴리우레탄(PU) 폼과 같은 플라스틱 폼(foam)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플라스틱 부재는 이러한 폼으로 구성될 수 있다. 플라스틱 폼은 하우징 프레임과 단열층을 둘러싸기 위해 예를 들어, 반응 사출 성형(RIM)을 통해 적용될 수 있다. 플라스틱 폼은 더 높은 밀도와 안정성을 가정하기 위해 적용된 후 경화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단열층은 직물을 포함할 수 있다. 직물은 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단열층은 직물과 수지를 포함할 수 있으며, 수지와 결합된 직물이 경화되어 단열층을 형성할 수 있다. 이러한 단열층은 약 1000℃ 이상의 내열성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전지 하우징은 하우징 프레임의 상부벽을 구성하는 캡 플레이트를 포함할 수 있다. 여기서 상부벽은 단열층과 함께 플라스틱 부재에 내장될 수 있다. 이에 따라 캡 플레이트는 하우징 프레임의 일부로서, 단열층의 배열에 따라 전지 하우징의 내부 및/또는 외부에서 유입되는 열로부터 캡 플레이트를 보호할 수 있도록 단열층과 함께 플라스틱 부재에 내장될 수 있다. 예를 들어, 단열층은 밀폐된 전지 셀의 열 폭주로부터 구성 요소를 보호하기 위해 상부벽/캡 플레이트의 안쪽으로 배열될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전지 하우징은 단열층과 측벽 사이에 단열층에 인접하게 배열된, 예를 들어 단열층과 직접 접촉하는 공기층을 포함할 수 있다. 이러한 공기층은 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 공기층은 전지 하우징의 공장 셋팅에서 제공되거나 나중에 형성될 수 있다. 가령, 공기층은 단열층이 충분한 열을 받음으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단열층은 충분한 열에 노출될 때 공기층을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 단열층은 충분한 열에 노출(예를 들어, 기준 또는 미리 결정된 온도에 도달하거나 초과할 때)될 때, 팽창하도록 구성될 수 있다. 또한, 이러한 경우에 단열층은 플라스틱 부재로부터 분리되어 플라스틱 부재 내부에 공기층을 형성하도록 구성될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 직물을 포함하는 단열층에 의해 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스틱 부재는 또한 전기 절연체로서 작용할 수 있다. 이는 플라스틱 부재가 예를 들어 폴리우레탄 폼과 같은 전기 절연성 플라스틱 재료를 포함하거나 이로 구성될 때 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 하우징 프레임은 전지 셀을 포함하여 외부 및/또는 내부로부터의 전류로부터 보호될 수 있다. 이는 하우징 프레임이 금속이거나 금속을 포함하는 경우에 유용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 전지 하우징 및 상기 전지 하우징에 수용되는 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 시스템을 제공한다. 복수의 전지 셀은 하우징 프레임의 내부 공간에 배열된다. 복수의 전지 셀은 하우징 프레임의 바닥벽에 위치할 수 있 수 있으며, 이 때 전지 셀은 바닥벽과 접촉할 수 있다. 가령, 전지 셀은 하우징 프레임의 바닥에 배치되거나 하우징 프레임의 바닥을 형성하는 냉각 플레이트와 접촉할 수 있다. 냉각 플레이트는 전지 하우징의 일부일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 전지 시스템을 포함하는 전기 차량을 제공한다. 전기 차량은 HEV 또는 EV일 수 있다. 전지 시스템은 전기 차량의 트랙션 전지일 수 있다.
실시예에 따른 전지 시스템용 전지 하우징은 기계적 견고성을 유지함은 물론 단열성도 개선할 수 있다.
본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 하우징의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 하우징의 부분 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타내며 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 대한 다음의 설명에서, 단수형의 용어는 문맥 상 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. "적어도 하나의"과 같은 표현은 요소 목록 앞에 올 때 전체 요소 목록을 수정하고 목록의 개별 요소를 수정하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "사용하다", "사용", "사용된"은 각각 "활용하다", "활용" 및 "활용된"라는 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 이와 유사한 용어는 정도가 아닌 근사치로 사용되며, 통상의 기술자에 의해 인식될 측정된 또는 계산된 값의 내재적 편차를 설명하고자 하는 것이다.
용어 "포함하다"는 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합을 특정하지만 다른 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법은 첨부된 도면과 함께 아래에서 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 예시된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하고 본 개시의 측면 및 특징을 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 개시 내용의 측면 및 특징의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않은 프로세스, 요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다.
"아래에", "아래", "하부에", "위", "상에", "상부에" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 바에 따라 일 구성 요소 또는 특징을 다른 구성 요소 또는 특징과 상대적으로 비교하기 위한 것이다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 또는 작동중인 장치의 다른 방향을 포함하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도면에서 장치가 뒤집힌 경우, "아래에" 또는 "밑에" 또는 "하부에"로 설명된 일 구성 요소는 다른 구성 요소에 대해 상대적으로 "위에" 또는 "상에" 또는 "상부에"로 향하게 된다. 따라서, 예시적인 용어 "아래" 및 "위에"는 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 장치는 다른 방향(예: 90도나 다른 방향으로 회전)으로 배치될 수 있으며 여기에 사용된 공간적으로 상대적인 설명자는 그에 따라 해석되어야 한다.
일 구성 요소 또는 층이 다른 일 구성 요소 또는 층의 "위에", "연결되어" 또는 "결합한" 것으로 표현할 경우, 이는 다른 일 구성 요소 또는 층에 직접 연결될 수 있거나, 구성 요소 사이에 하나 이상의 개재된 또 다른 구성 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 또한, 일 구성 요소 또는 층이 2개의 다른 구성 요소 또는 층 "사이에" 있는 것으로 언급될 때, 2개의 구성 요소 또는 층 사이에 단지 구성 요소 또는 층이 있거나, 적어도 하나 이상의 중간 구성 요소 또는 층이 존재하는 것으로 이해될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은, 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 하우징(1)을 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 전지 하우징(1)은 전지 시스템의 복수의 전지 셀을 수용하도록 구성된 내부 공간(25)을 갖는 하우징 프레임(20)을 포함한다. 본 실시예에서 하우징 프레임(20)은 4개의 측벽(22)이 이어진 직사각형 형상의 틀로 구성된다. 4개의 측벽(22)은 플라스틱 부재(30)에 내장되며, 플라스틱 부재(30)는 측벽(22)의 외부 표면을 덮는 외측 플라스틱층(32)과 측벽(22)의 외부 표면을 대향한 측벽(22)의 내부 표면을 덮는 내측 플라스틱층(34)을 포함한다(도 2 참조).
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징 프레임(20)의 측벽(22)은 교대로 배열된 복수의 함몰부(27) 및 돌출부(28)를 가질 수 있다. 함몰부(27)와 돌출부(28)는 연결부(29), 예를 들어 곡면부에 의해 원활하게 연결될 수 있다. 다른 실시예(도 3 참조)를 통해 하우징 프레임(20)의 측벽(22)은 평평한 형태를 가질 수도 있다. 하우징 프레임(20)에 있어 바닥(10)을 이루게 되는 부위에는 냉각 플레이트(16)가 배열된다. 냉각 플레이트(16)에는 전지 셀(미도시)이 배치되며 전지 셀은 냉각 플레이트(16)에 의해 냉각될 수 있다. 본 실시예에서 냉각 플레이트(16)는 하우징 프레임(20)의 바닥벽을 형성할 수 있다(도 1 참조). 도 3의 다른 실시예를 통해 냉각 플레이트(16)는 하우징 프레임(20)의 바닥벽(21) 위에 배열될 수도 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전지 하우징(1)은 플라스틱 부재(30)에 내장된 단열층(36)을 더욱 포함한다. 이들 실시예에서 단열층(36)은 외측 플라스틱층(32)에 내장된다. 또한, 3에 도시된 전지 하우징(1)은 외측 플라스틱층(32)에 내장된 다수의 구조물(23)을 포함한다. 구조물(23)은 전지 하우징(1)에 추가적인 안정성을 제공하게 되는데 이는 선택적인 구성으로서 일부 실시예에서는 생략될 수 있다.
단열층(36)은 외측 플라스틱층(32)의 둘레를 따라 이의 외주 부근에 배치되는 반면, 외측 플라스틱층(32)을 통해 전지 하우징(1)의 외부로 노출되지 않도록 외측 플라스틱층(32)에 의해 덮인다. 단열층(36)은 세라믹 및/또는 유리 섬유의 직물을 포함하며, 이들은 수지에 경화된 형태를 취할 수 있다. 이러한 단열층(36)은 전지 시스템의 일부위로서 가령, 전지 하우징(1)을 포함하는 전기 차량(EV)의 충돌로 인한 화재로 인해 전지 하우징(1) 외부에서 오는 열로부터 측벽(22) 및 구조물(23)을 보호할 수 있다. 따라서, 전지 하우징(1)의 내부 공간(25)에 배열된 모든 전지 셀은 단열층(36)에 의해 열로부터 보호될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 바닥벽(21)은 측벽(22)과 더불어 하우징 프레임(20)의 바닥을 따라 연장되는 단열층(36)과 함께 외측 플라스틱층(32)에 내장된다. 이에 따라 하우징 프레임(20)의 바닥벽(21)도 예를 들어, 열로부터 차폐될 수 있다.
하나 이상의 전지 셀의 열 폭주로 인해 전지 하우징의 안쪽으로부터 발생된 고열에 대한 측벽(22) 및 구조물(23)의 보호를 위해, 추가의 단열층이 예를 들어 측벽(22) 및 구조물(23)의 안쪽으로 내측 플라스틱층(34)에 매립될 수 있다.
더욱이, 전지 하우징(1)은 하우징 프레임(20)의 상부벽으로서 구성될 수 있는 캡 플레이트를 더욱 포함할 수 있다. 캡 플레이트는 단열층과 더불어 플라스틱 부재에 내장될 수 있다. 또한, 전지 하우징은 단열층(36)과 측벽(22) 사이로 단열층에 이웃하여 배치되는 공기층을 포함할 수 있다. 예를 들어 단열층(36)은 충분한 열을 받으면 이러한 공기층을 형성하도록 구성될 수 있다.
이처럼 단열층은 전지 하우징/시스템의 안전성을 높일 수 있다. 본 실시예에 따른 단열층은 약 1000℃ 이상의 온도에서 적어도 5분 이상 견딜 수 있다. 본 실시예에 따른 단열층은 플라스틱 부재에 내장되어 안정적이고 지속적인(또는 탄력적인) 구조를 허용할 수 있다. 본 실시에 따른 전지 하우징은 플라스틱 부재에 하우징 프레임(측벽) 및 단열층은 물론 구조물이 내장될 수 있도록 폴리우레탄(PU) 폼과 같은 플라스틱 부재를 구성하는 플라스틱 재료의 반응 사출 성형(Reaction Injection Molding, RIM)을 통해 제조될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1 전지 하우징
10 하우징 프레임의 바닥
16 냉각 플레이트
20 하우징 프레임
21 바닥벽
22 측벽
23 구조물
25 내부 공간
27 함몰부
28 돌출부
29 연결부
30 플라스틱 부재
32 외측 플라스틱층
34 내측 플라스틱층
36 단열층

Claims (19)

  1. 복수의 전지 셀이 수용되는 내부 공간을 갖는 하우징 프레임을 포함하고,
    상기 하우징 프레임은,
    측벽;
    단열층; 및
    상기 측벽 및 상기 단열층이 내장되는 플라스틱 부재
    를 포함하며,
    상기 플라스틱 부재는
    상기 측벽의 외부 표면을 덮는 외측 플라스틱층, 및 상기 측벽의 외부 표면을 대향한 내부 표면을 덮는 내측 플라스틱층
    을 포함하는, 전지 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은 상기 외측 플라스틱층에 내장되는 전지 하우징.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열층은 상기 외측 플라스틱층의 외주 부근에 위치하는 전지 하우징.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은 제1 단열층 및 제2 단열층을 포함하고,
    상기 제1 단열층은 상기 외측 플라스틱층에 내장되고,
    상기 제2 단열층은 상기 내측 플라스틱층에 내장되는 전지 하우징.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 플라스틱 부재에 내장된 구조물을 더욱 포함하는 전지 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구조물은 상기 외측 플라스틱 층에 내장되는 전지 하우징.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구조물은 상기 단열층과 상기 측벽 사이에 배치되는 전지 하우징.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은 금속 측벽인 전지 하우징.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 측벽은 스틸 또는 알루미늄으로 이루어진 전지 하우징.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 부재는 폴리우레탄 폼을 포함하는 전지 하우징.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은 직물을 포함하는 전지 하우징.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 직물은 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 전지 하우징.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 하우징 프레임의 상부벽을 이루는 캡 플레이트를 더욱 포함하고, 상기 캡 플레이트는 상기 단열층과 함께 상기 플라스틱 부재에 내장되는 전지 하우징.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 단열층과 상기 측벽 사이에 배치되는 공기층을 더욱 포함하는 전지 하우징.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단열층은 가열시 상기 공기층을 형성하도록 구성된 전지 하우징.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은 전기적으로 절연되는 것인 전지 하우징.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 전지 하우징; 및
    상기 전지 하우징에 수용된 복수의 전지 셀
    을 포함하는 전지 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전지 셀과 접촉하는 냉각 플레이트를 더욱 포함하는 전지 시스템.
  19. 제17항에 따른 전지 시스템을 포함하는 전기 차량.
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