KR20230046685A - 배터리 팩 - Google Patents

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조세훈
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스 및 상기 팩 케이스의 수용 공간에 수용되는 적어도 하나의 셀 적층체를 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 복수의 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트와 상기 수용 공간을 구획하는 격벽 부재를 포함하며, 상기 격벽 부재는 적어도 일부가 상기 하부 플레이트와 다른 재질로 형성될 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 기술이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 배터리 셀 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀로 제조된다.
복수의 배터리 셀은 상호 적층되어 전기적으로 연결되는 셀 적층체 단위로 팩 케이스에 탑재되어 배터리 팩을 형성하게 된다. 이러한 배터리 팩은 전기 자동차 등에 설치되어 사용되고 있다.
그런데 이러한 종래의 배터리 팩은 어느 하나의 셀 적층체가 발화하게 되면 인접한 다른 셀 적층체로 열 또는 화염이 쉽게 전달될 수 있으며 이에 2차 발화 또는 폭발 등이 일어날 수 있다. 따라서 2차 발화 내지 폭발을 방지할 수 있는 배터리 팩이 요구되고 있다.
본 발명은 배터리 팩 내에서 발생된 화염이나 고온의 가스로 인하여 2차 발화 또는 폭발이 발생하는 것을 억제하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스 및 상기 팩 케이스의 수용 공간에 수용되는 복수의 셀 적층체를 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 복수의 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트와 상기 수용 공간을 구획하는 격벽 부재를 포함하며, 상기 격벽 부재는 적어도 일부가 상기 하부 플레이트와 다른 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 격벽 부재는, 상기 하부 플레이트에 결합되는 지지 프레임 및 상기 지지 프레임에 결합되며 상기 셀 적층체와 대면하도록 배치되는 차단 프레임을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지 프레임은 상기 하부 플레이트와 동일한 재질로 형성되고, 상기 차단 프레임은 상기 하부 플레이트보다 높은 용융점을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 차단 프레임은, 700℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 차단 프레임은, 금속 또는 무기 결합재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지 프레임은 알루미늄을 포함하는 재질로 형성되고, 상기 차단 프레임은 강철과 운모 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 차단 프레임은, 상기 지지 프레임에 결합되는 하단 프레임, 상기 하단 프레임과 일정 거리 이격되어 상기 하단 프레임과 나란하게 배치되는 상단 프레임, 및 상기 상단 프레임과 상기 하단 프레임을 연결하는 중간 프레임을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 셀 적층체는 버스바가 체결되는 단자를 구비하고, 상기 단자가 상기 중간 프레임과 대면하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 중간 프레임은, 일측이 상기 상단 프레임의 중심에 연결되고, 타측이 상기 하단 프레임의 중심에 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 중간 프레임은, 일측이 상기 상단 프레임의 일측에 연결되고, 타측이 상기 하단 프레임의 일측 또는 타측에 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 중간 프레임은, 상기 상단 프레임의 일측과 상기 하단 프레임의 일측을 연결하는 제1 중간 프레임 및 상기 상단 프레임의 타측과 상기 하단 프레임의 타측을 연결하는 제2 중간 프레임을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 지지 프레임은, 상기 하부 플레이트에 접합되는 접합부, 상기 접합부와 일정 거리 이격 배치되는 확장부, 및 상기 접합부와 상기 확장부를 연결하는 결합부를 포함하고, 상기 차단 프레임은 플레이트 형태로 마련되어 상기 결합부의 양 면에 적층 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 차단 프레임은 적어도 일부가 상기 지지 프레임의 내부에 매립될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 하나의 상기 격벽 부재를 통해 공간적으로 분리되는 두 개의 벤팅 유로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스 및 상기 팩 케이스의 수용 공간에 수용되는 복수의 셀 적층체를 포함하고, 상기 팩 케이스는 복수의 상기 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트와, 상기 수용 공간을 다수 개로 구획하는 격벽 부재를 포함하며, 상기 격벽 부재는 상기 셀 적층체와 대면하는 부분이 700℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배터리 팩의 격벽 부재가 팩 케이스의 상부 플레이트나 하부 플레이트에 비해 용융점이 높은 재질로 형성된다. 따라서 폭발 부산물과 접촉하더라도 쉽게 용융되지 않으며, 이에 폭발 부산물에 의해 팩 케이스가 파손되는 것을 최소화할 수 있으며 이에 화염이나 고온의 가스가 확산되어 2차 발화나 폭발이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 부분 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 격벽 부재를 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 격벽 부재의 분해 사시도.
도 5는 도 1의 I-I'에 따른 단면도.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도.
도 10은 도 9에 도시된 격벽 부재의 분해 사시도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
예컨대, 본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분 분해 사시도이다. 설명의 편의를 위해 도 2는 상부 플레이트를 생략하고 도시하였다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 복수의 셀 적층체(10) 및 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(10)는 충전 및 방전이 가능한 리튬전지 또는 니켈-수소 전지 등의 이차전지를 포함할 수 있다. 각 셀 적층체(10)는 다수의 배터리 셀이 적층되어 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 케이스에 내에 수용되거나 브래킷 등에 의해 적층된 상태가 고정될 수 있다.
셀 적층체(10)는 일 측면에 적어도 하나의 단자(11)가 마련될 수 있다. 단자(11)는 배터리 셀들을 외부와 전기적인 연결하기 위해 셀 적층체(10)의 외부로 노출 배치되는 도전성 부재일 수 있다.
본 실시예에서 단자(11)는 셀 적층체(10)의 길이 방향 양 단부 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다. 또한 단자(11)의 상면은 셀 적층체(10)의 외부로 개방될 수 있다.
단자(11)는 양극 단자와 음극 단자를 포함할 수 있다. 양극 단자 및 음극 단자는 셀 적층체(10)의 일단에 모두 배치되거나 셀 적층체(10)의 양 단에 각각 분산 배치될 수 있다.
단자(11)에는 버스바(20)가 체결될 수 있다.
버스바(20)는 어느 하나의 셀 적층체(10a, 이하 제1 셀 적층체)와, 이웃하는 다른 셀 적층체(10b, 이하 제2 셀 적층체)의 단자(11)를 서로 연결할 수 있다. 예를 들어, 버스바(20)는 제1 셀 적층체(10a)의 단자(11)와, 이웃하는 제2 셀 적층체(10b)의 단자(11)에 접촉하여 상기 단자들(11)을 전기적/물리적으로 상호 연결할 수 있다.
버스바(20)는 볼트와 같은 체결 부재를 통해 양 단이 서로 다른 셀 적층체(10)의 단자(11)에 각각 체결될 수 있다.
본 실시예의 셀 적층체들(10)은 버스바(20)를 통해 상호 간에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 필요에 따라 셀 적층체들(10)의 일부는 직렬로 연결되고, 일부는 병렬로 연결될 수도 있다.
본 실시예에 따른 버스바(20)는 납작한 막대 형상의 도전성 부재를 가공하여 형성할 수 있다. 또한 버스바(20)는 유연성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
팩 케이스(50)는 다른 구성 요소들을 내부에 수용하는 수용 공간을 제공할 수 있다. 따라서 팩 케이스(50)는 셀 적층체들(10) 전체를 감싸는 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 셀 적층체들(10)은 팩 케이스(50)의 수용 공간 내에서 다수의 열을 형성하며 나란하게 배치될 수 있다.
팩 케이스(50)는 강성을 확보하기 위해 금속 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 방열 효과를 높이기 위해 팩 케이스(50)는 적어도 일부가 알루미늄으로 형성될 수 있다.
팩 케이스(50)는 내부 공간을 형성하는 측벽부(51)와, 상기 내부 공간의 하부를 커버하는 하부 플레이트(52), 상기 내부 공간 내에 배치되는 격벽 부재(60)를 포함할 수 있다. 또한 내부 공간의 상부를 커버하는 상부 플레이트(53)를 더 포함할 수 있다.
측벽부(51)는 팩 케이스(50)의 외측면을 형성하며 내부 공간을 규정할 수 있다. 이에 셀 적층체들(10)은 측벽부(51)에 의해 규정되는 내부 공간 내에 수용되어 하부 플레이트(52) 상에 안착될 수 있다.
격벽 부재(60)는 측벽부(51)가 형성하는 내부 공간을 가로지르며 배치되어 상기 내부 공간을 다수의 수용 공간으로 구획할 수 있다. 따라서 격벽 부재(60)는 적어도 일부가 상기 측벽부(51)에 체결될 수 있다.
격벽 부재(60)는 팩 케이스(50)의 전체적인 강성을 보강할 수 있다. 또한 셀 적층체들(10) 사이에 배치되어 셀 적층체들(10) 간에 가스나 화염이 전파되는 것을 억제할 수 있다.
구체적으로, 격벽 부재(60)는 서로 대면하도록 배치되는 2개의 셀 적층체들(10) 사이를 가로지르도록 배치될 수 있다.
따라서 셀 적층체(10)는 측벽부(51)와 격벽 부재(60)에 의해 구획되는 다수의 수용 공간에 각각 분산 배치될 수 있다. 이때, 셀 적층체들(100)은 단자(11)가 배치된 일면이 격벽 부재(60)와 대면하도록 배치되어 팩 케이스(50)에 결합될 수 있다.
또한 본 실시예의 격벽 부재는 적어도 일부가 하부 플레이트(52)와 다른 재질로 형성될 수 있다. 이를 구체적을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 2에 도시된 격벽 부재를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 격벽 부재의 분해 사시도이며, 도 5는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 격벽 부재(60)는 팩 케이스(50)의 하부 플레이트(52)에 결합되는 지지 프레임(70)과, 지지 프레임(70) 상에 결합되는 차단 프레임(80)을 포함할 수 있다.
지지 프레임(70)은 하부 플레이트(52)와 차단 프레임(80)을 상호 연결하는 부재로, 일측이 하부 플레이트(52)에 고정 체결되고, 타측은 차단 프레임(80)에 결합될 수 있다.
본 실시예의 하부 플레이트(52)는 외부면에 냉각 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 셀 적층체(10)는 하부 플레이트(52) 상에 안착되므로, 셀 적층체(10)에서 발생한 열은 팩 케이스(50)의 하부 플레이트(52)에 직접 전달될 수 있으며, 하부 플레이트(52)에 전달된 열은 하부 플레이트(52)의 외부면에 결합되는 냉각 장치를 통해 외부로 방출될 수 있다. 여기서 냉각 장치는 공냉 또는 수냉 방식으로 열을 방출하는 장치일 수 있다. 또한, 하부 플레이트(52)는 냉각 장치의 일부로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 경우, 하부 플레이트(52)에 구멍을 형성하기 어려우므로, 볼트와 같은 체결 부재를 이용하여 지지 프레임(70)을 하부 플레이트(52)에 결합하기 어렵다. 이에 본 실시예에서는 체결 부재를 사용하지 않고, 용접 등의 방식으로 지지 프레임(70)을 하부 플레이트(52)에 체결할 수 있다. 그런데 지지 프레임(70)과 하부 플레이트(52)가 서로 다른 재질로 형성되어 이종금속 접합이 수행되어야 하는 경우, 공정의 난이도가 상승하며 이에 신뢰할 수 있는 접합력을 확보하기 어렵다.
따라서 본 실시예에서 지지 프레임(70)은 하부 플레이트(52)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 하부 플레이트(52)는 배터리 셀에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 열전도도가 높은 알루미늄을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 이에, 본 실시예의 지지 프레임(70)도 하부 플레이트(52)와 동일한 알루미늄을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 지지 프레임(70)으로 사각의 관형 부재가 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 플레이트(52)와 차단 프레임(80)에 각각 견고하게 고정될 수만 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다. 다만, 배터리 팩(1)의 에너지 밀도를 고려하여, 지지 프레임(70)의 폭은 차단 프레임(80)의 폭과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다.
차단 프레임(80)은 지지 프레임(70) 상에 배치되며, 적어도 일면이 셀 적층체들(10)과 대면하도록 배치된다. 예컨대, 차단 프레임(80)은 셀 적층체(10) 중 단자(11)가 배치되는 일면과 대면하도록 배치될 수 있다.
일반적으로, 셀 적층체(10)에 내부에서 배터리 셀이 발화되거나 폭발하는 경우, 셀 적층체(10) 내에서 발생된 고온의 가스나 화염, 금속 파티클과 같은 폭발 부산물은 주로 셀 적층체(10)의 단자(11) 주위에서 셀 적층체(10)의 외부로 분출된다.
따라서 본 실시예의 격벽 부재(60)는 셀 적층체(10)와 대면하는 부분에 차단 프레임(80)이 배치된다. 구체적으로, 차단 프레임(80)은 셀 적층체(10)의 단자(11)와 대면하도록 배치되며, 이에 셀 적층체(10)에서 배출되는 폭발 부산물은 차단 프레임(80)에 가장 먼저 접촉할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 폭발 부산물과의 접촉에 의해 쉽게 용융되지 않는 재질로 형성된다.
본 실시예의 차단 프레임(80)은 지지 프레임(70)이나 하부 플레이트(52)보다 높은 용융점을 갖는 재료로 형성된다. 구체적으로, 차단 프레임(80)은 700℃ 이상의 온도에서 용융되는 고내화성 재료로 형성될 수 있으며, 이를 위해 강철(steel)과 같은 금속이나, 에어로젤(aerogel), 합성 운모와 같은 무기 결합재를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속과 유사한 강성을 가지면서 700℃ 미만의 온도에서 용융되지 않는 재질이라면 다양하게 이용될 수 있다. 또한, 차단 프레임(80)은 내열 및 내화, 강도 및 강성을 보강하기 위한 코팅, 열처리 등의 후가공 처리를 거쳐 제조될 수도 있다.
본 실시예의 차단 프레임(80)은 지지 프레임(70) 상면에 면접촉하며 지지 프레임(70)에 결합되는 하단 프레임(82), 하단 프레임(82)과 일정 거리 이격되어 하단 프레임(82)과 나란하게 배치되는 상단 프레임(83), 그리고 상단 프레임(83)과 하단 프레임(82)을 연결하는 플레이트 형태의 중간 프레임(84)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 중간 프레임(84)은 일측이 상단 프레임(83)의 중심에 연결되고 타측이 하단 프레임(82)의 중심에 연결된다. 이에 본 실시예의 차단 프레임(80)은 수직 단면이 '工' 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 이러한 구조로 인해 셀 적층체(10)의 단자(11)는 차단 프레임(80) 중 중심 프레임과 대면하도록 배치될 수 있다.
셀 적층체(10)는 차단 프레임(80)과 일정 거리 이격 배치된다. 따라서, 상단 프레임(83)과 하단 프레임(82) 사이 즉, 셀 적층체(10)와 중간 프레임(84) 사이에는 일정 크기의 빈 공간이 형성되는데, 본 실시예에서 상기한 빈 공간은 벤팅 유로(85)로 이용될 수 있다.
벤팅 유로(85)는 배터리 셀의 발화 등으로 인해 셀 적층체(10)로부터 가스와 같은 폭발 부산물이 배출될 때, 폭발 부산물이 배터리 팩(1)의 외부로 이동하는 통로로 이용될 수 있다. 따라서 상기한 폭발 부산물은 벤팅 유로(85)를 통해 팩 케이스(50)의 측벽부(51) 측으로 이동한 후, 측벽부(51)에 마련된 벤팅 홀(55)을 통해 팩 케이스(50)의 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예에서 벤팅 유로(85)는 제1 셀 적층체(10a)에 대면하도록 배치되는 제1 벤팅 유로(85a)와, 제2 셀 적층체(10b)에 대면하도록 배치되는 제2 벤팅 유로(85b)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 벤팅 유로(85a)와 제2 벤팅 유로(85b)는 중간 프레임(84)에 의해 구분될 수 있으며, 중간 프레임(84)을 기준으로 수평 대칭되도록 마련될 수 있다. 즉 본 실시예의 벤팅 유로(85)는, 하나의 격벽 부재(60)를 통해 공간적으로 분리되는 두 개의 벤팅 유로(85a, 85b)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 제1 벤팅 유로(85a)는 제1 셀 적층체(10a)의 폭발 부산물을 배출하는 통로로 이용되고, 제2 벤팅 유로(85b)는 제2 셀 적층체(10b)의 부산물을 배출하는 통로로 이용될 수 있다. 따라서 중간 프레임(84)의 일측에 배치된 셀 적층체에서 화염이나 열 폭주가 발생하더라도 다른 측의 셀 적층체에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 상기 구성으로 한정되는 것은 아니며 후술되는 실시예들과 같이 다양한 형태로 변형될 수 있다.
한편 팩 케이스(50)에는 폭발 부산물이 벤팅 홀(55)로 이동할 수 있는 통로가 구비될 수 있다. 상기 통로는 측벽부(51)의 내부 공간을 통해 형성되거나 측벽부(51)와 셀 적층체(10) 사이의 공간으로 형성될 수 있다. 따라서 벤팅 유로(85)로 유입된 폭발 부산물은 상기한 통로로 유입된 후 벤팅 홀(55)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에 화염/열의 급격한 전파와, 이로 인한 2차 피해를 최소화할 수 있다.
차단 프레임(80)은 볼트, 너트와 같은 체결 부재(90)를 통해 지지 프레임(70)에 체결될 수 있다. 예컨대, 체결 부재(90)은 지지 프레임(70) 차단 프레임(80)을 부분적을 관통하며 체결되어 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)을 일체로 고정시킬 수 있다. 체결 부재(90)은 다수 개가 구비되어 격벽 부재(60)의 길이 방향을 따라 격벽 부재(60)에 체결될 수 있다.
이에 따라 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)이 서로 다른 재질로 형성되더라도 용이하게 서로 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 접착제를 이용하여 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)을 상호 접합하거나 슬라이딩 결합 방식으로 차단 프레임(80)을 지지 프레임(70)에 결합하는 등, 차단 프레임(80)을 지지 프레임(70)에 견고하게 결합할 수만 있다면 다양한 결합 방식이 이용될 수 있다.
체결 부재(90)로 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)을 체결하는 경우, 차단 프레임(80)의 하단 프레임(82)에는 체결 부재(90)가 부분적으로 배치되는 체결 공간(81)이 마련될 수 있다. 이를 위해 본 실시예의 차단 프레임(80)의 하단 프레임(82)은 관(pipe) 형태로 형성될 수 있다. 마찬가지로 지지 프레임(70)에도 체결 공간(71)이 마련될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 팩(1)은, 격벽 부재(60)가 팩 케이스(50)의 상부 플레이트(53)나 하부 플레이트(52)에 비해 용융점이 높은 재질로 형성된다. 따라서 폭발 부산물과 접촉하더라도 쉽게 용융되지 않으며, 이에 폭발 부산물에 의해 격벽 부재(60)가 파손되는 것을 최소화할 수 있으며 이에 화염이나 고온의 가스가 확산되어 2차 발화나 폭발이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 팩 케이스(50) 전체를 차단 프레임(80)과 동일한 재질로 형성하는 구성도 고려해 볼 수 있으나, 이 경우 배터리 팩(1)의 중량이 증가될 수 있으며, 방열 효과가 저하될 수 있다.
반면에 본 실시예의 배터리 팩(1)은 하부 플레이트(52)를 알루미늄 재질로 형성할 수 있으므로, 상기한 효과에 더하여 중량을 최소화할 수 있으며, 동시에 높은 방열 성능을 제공할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도로, 도 5에 대응하는 단면을 도시하고 있으며, 차단 프레임(80)의 형상이 변형된 예를 도시하고 있다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 단면이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로 중간 프레임(84)은 일측이 상단 프레임(83)의 일측에 연결되고, 타측이 하단 프레임(82)의 타측에 연결될 수 있다. 또한 중간 프레임(84)은 적어도 하나의 절곡부(B)를 구비할 수 있다.
본 실시예에서 중간 프레임(84)은 두 개의 절곡부(B)를 구비하며, 각 절곡부(B)에서 중간 프레임(84)은 90° 절곡될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 전체적인 단면이 'ㄹ' 형상으로 형성될 수 있다.
이 경우, 2개의 벤팅 유로(85a, 85b)는 상하 방향으로 적층 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 셀 적층체(10a)에 대면하도록 배치되는 제1 벤팅 유로(85a)는 제2 셀 적층체(10b)에 대면하도록 배치되는 제2 벤팅 유로(85b)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다.
한편 본 실시예에서는 중간 프레임(84)에 절곡부(B)가 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 절곡부(B)를 생략하고 편평한 판 형태로 중간 프레임(84)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 차단 프레임(80)은 전체적인 단면이 'Z' 형상으로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 중간 프레임(84)의 양측이 상단 프레임(83)의 일측과 하단 프레임(82)의 일측에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 전체적인 단면이 'ㄷ' 형상으로 형성될 수 있다.
또한 도 8을 참조하면, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 2개의 중간 프레임(84a, 84b)이 이격 배치될 수 있다. 본 실시예의 중간 프레임(84)은, 상단 프레임(83)의 일측과 하단 프레임(82)의 일측을 연결하는 제1 중간 프레임(84a), 상단 프레임(83)의 타측과 하단 프레임(82)의 타측을 연결하는 제2 중간 프레임(84b)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 차단 프레임(80)은 전체적인 단면이 'ㅁ' 형상으로 형성될 수 있다.
이 경우, 차단 프레임(80)의 내부 공간은 벤팅 유로(85)로 이용될 수 있다. 또한 도시되어 있지 않지만, 제1 중간 프레임(84a)이나 제2 중간 프레임(84b)에는 폭발 부산물이 벤팅 유로(85)로 유입될 수 있는 개구가 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도로, 도 5에 대응하는 단면을 도시하고 있다. 또한 도 10은 도 9에 도시된 격벽 부재의 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예의 격벽 부재(60)는, 지지 프레임(70)이 격벽 부재(60)의 전체적인 골격을 구성하고, 차단 프레임(80)은 지지 프레임(70)의 측면에 결합될 수 있다.
본 실시예의 지지 프레임(70)은 일측이 하부 플레이트(52)에 고정 체결되고, 타측은 상부 플레이트(53)와 대면하도록 배치될 수 있다. 전술한 실시예와 마찬가지로 지지 프레임(70)은 용접 등의 방식으로 하부 플레이트(52)에 체결될 수 있다. 이에 지지 프레임(70)은 하부 플레이트(52)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 지지 프레임(70)은 하부 플레이트(52)에 접합되는 접합부(72)와, 차단 프레임(80)이 결합되는 결합부(74)를 포함할 수 있다.
접합부(72)는 일면이 하부 플레이트(52)에 접합되며, 이에 전술한 도 5의 지지 프레임(70)과 유사하게 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 플레이트(52)에 견고하게 고정될 수 만 있다면 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
결합부(74)는 접합부(72)의 상면에서 상부 플레이트(53)를 향해 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 결합부(74)는 양 면이 편평한 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 굴곡을 갖도록 구성하는 것도 가능하다. 여기서 결합부(74)의 양 면은 셀 적층체(10)와 대면하도록 배치되는 면들을 의미한다.
또한 지지 프레임(70)은 결합부(74)의 상부에 배치되는 확장부(73)를 포함할 수 있다. 따라서 결합부(74)는 확장부(73)와 접합부(72)를 연결하는 형태로 배치될 수 있다.
확장부(73)는 상기 접합부(72)와 일정 거리 이격 배치되며, 결합부(74)의 두께를 확장하는 형태로 형성될 수 있다. 또한 확장부(73)의 폭은 접합부(72)와 유사하거나 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 결합부(74)는 확장부(73)의 중심과 접합부(72)의 중심을 연결한다. 이에 본 실시예의 지지 프레임(70)은 도 5에 도시된 차단 프레임(80)과 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 확장부(73)는 도 5에 도시된 차단 프레임(80)의 상단 프레임(83)과 유사하게 구성되고, 결합부(74)는 중간 프레임(84)과 유사하게 구성되며, 접합부(72)는 도 5에 도시된 하단 프레임(82) 및 지지 프레임(70)과 유사하게 구성될 수 있다.
따라서 확장부(73)와 접합부(72) 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있으며 이러한 빈 공간은 벤팅 유로(85)로 이용될 수 있다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 차단 프레임의 실시예들과 같이, 결합부(74)는 다양한 형태로 확장부(73)와 접합부(72)에 연결될 수 있다.
본 실시예의 차단 프레임(80)은 플레이트 형태로 마련되어 결합부(74)에 적층 배치될 수 있다. 따라서 차단 프레임(80)은 결합부(74)의 양 면에 대응하는 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예의 셀 적층체(10)는 단자(11)가 차단 프레임(80)과 대면하도록 배치될 수 있다. 이를 위해 차단 프레임(80)은 결합부(74)의 양 면 전체에 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 결합부(74)가 부분적으로 노출되도록 차단 프레임(80)을 구성하는 것도 가능하다.
차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)은 각각 전술한 실시예와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 차단 프레임(80)은 지지 프레임(70)이나 하부 플레이트(52)보다 높은 용융점을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 격벽 부재(60)는 인서트 사출 방식으로 제조될 수 있다. 예컨대, 차단 프레임(80)을 먼저 마련하여 금형 내에 차단 프레임(80)을 배치한 후, 다이캐스팅 방식으로 지지 프레임(70)을 형성하여 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)을 일체로 제조할 수 있다.
이 경우, 차단 프레임(80)은 적어도 일부가 지지 프레임(70)의 내부에 매립될 수 있다. 구체적으로, 차단 프레임(80)은 지지 프레임(70) 내에 매립되는 매립부(88)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 매립부(88)는 지지 프레임(70)의 접합부(72)와 확장부(73)에 각각 매립된다 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 결합부(74)에 매립도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 실시예의 격벽 부재(60)는 상기한 구성으로 한정되지 않으며 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예컨대, 차단 프레임(80)과 지지 프레임(70)을 별도로 제조한 후, 접착제나 체결 부재 등을 이용하여 상호 결합하거나, 끼움 결합 방식이나 이나 슬라이딩 결합 방식으로 차단 프레임(80)을 지지 프레임(70)에 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1... 배터리 팩
10... 셀 적층체
50... 팩 케이스
60... 격벽 부재
70... 지지 프레임
80... 차단 프레임

Claims (15)

  1. 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스의 수용 공간에 수용되는 복수의 셀 적층체;
    를 포함하고,
    상기 팩 케이스는 상기 복수의 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트와 상기 수용 공간을 구획하는 격벽 부재를 포함하며, 상기 격벽 부재는 적어도 일부가 상기 하부 플레이트와 다른 재질로 형성되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽 부재는,
    상기 하부 플레이트에 결합되는 지지 프레임; 및
    상기 지지 프레임에 결합되며 상기 셀 적층체와 대면하도록 배치되는 차단 프레임;
    을 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 상기 하부 플레이트와 동일한 재질로 형성되고, 상기 차단 프레임은 상기 하부 플레이트보다 높은 용융점을 갖는 재질로 형성되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차단 프레임은,
    700℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성되는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차단 프레임은,
    금속 또는 무기 결합재를 포함하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 알루미늄을 포함하는 재질로 형성되고, 상기 차단 프레임은 강철과 운모 중 적어도 하나를 포함하는 재질로 형성되는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서, 상기 차단 프레임은,
    상기 지지 프레임에 결합되는 하단 프레임;
    상기 하단 프레임과 일정 거리 이격되어 상기 하단 프레임과 나란하게 배치되는 상단 프레임; 및
    상기 상단 프레임과 상기 하단 프레임을 연결하는 중간 프레임;
    을 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서, 상기 셀 적층체는,
    버스바가 체결되는 단자를 구비하고, 상기 단자가 상기 중간 프레임과 대면하도록 배치되는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서, 상기 중간 프레임은,
    일측이 상기 상단 프레임의 중심에 연결되고, 타측이 상기 하단 프레임의 중심에 연결되는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서, 상기 중간 프레임은,
    일측이 상기 상단 프레임의 일측에 연결되고, 타측이 상기 하단 프레임의 일측 또는 타측에 연결되는 배터리 팩.
  11. 제7항에 있어서, 상기 중간 프레임은,
    상기 상단 프레임의 일측과 상기 하단 프레임의 일측을 연결하는 제1 중간 프레임 및 상기 상단 프레임의 타측과 상기 하단 프레임의 타측을 연결하는 제2 중간 프레임을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제2항에 있어서, 상기 지지 프레임은,
    상기 하부 플레이트에 접합되는 접합부;
    상기 접합부와 일정 거리 이격 배치되는 확장부; 및
    상기 접합부와 상기 확장부를 연결하는 결합부;
    를 포함하고
    상기 차단 프레임은 플레이트 형태로 마련되어 상기 결합부의 양 면에 적층 배치되는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차단 프레임은 적어도 일부가 상기 지지 프레임의 내부에 매립되는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 격벽 부재를 통해 공간적으로 분리되는 두 개의 벤팅 유로를 포함하는 배터리 팩.
  15. 팩 케이스;
    상기 팩 케이스의 수용 공간에 수용되는 복수의 셀 적층체;
    를 포함하고,
    상기 팩 케이스는 복수의 상기 셀 적층체가 안착되는 하부 플레이트와, 상기 수용 공간을 다수 개로 구획하는 격벽 부재를 포함하며, 상기 격벽 부재는 상기 셀 적층체와 대면하는 부분이 700℃ 이상의 온도에서 용융되는 재질로 형성되는 배터리 팩.
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