KR20230098002A - 안전성이 강화된 배터리 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열적 이벤트의 전파를 억제하여 안전성이 효과적으로 향상된 배터리 어셈블리 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 어셈블리는, 다수의 배터리 셀; 및 상기 다수의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 사이에 개재되며, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 배터리 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 유닛을 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 어셈블리{Battery assembly with reinforeced safety}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성이 강화된 배터리 어셈블리와 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차 등에 관한 것이다.

노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

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 외장재, 즉 전지 케이스를 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, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 배터리 셀로서, 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다.

그런데, 이와 같이 배터리 모듈 내부에 다수의 배터리 셀이 포함되는 경우, 배터리 셀 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 셀에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 셀 간 열폭주 전파가 억제되지 못하면, 특정 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 여러 배터리 셀의 연쇄적인 반응을 일으키게 될 수 있다. 그리고 이는, 폭발이나 화재를 야기할 수도 있고, 주변의 다른 시설이나 장치, 사용자 등에게 큰 피해를 입힐 수도 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열적 이벤트의 전파를 억제하여 안전성이 효과적으로 향상된 배터리 어셈블리와 이를 포함하는 배터리 모듈, 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.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 어셈블리는, 다수의 배터리 셀; 및 상기 다수의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 사이에 개재되며, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 배터리 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 유닛을 포함한다.

여기서, 상기 셀 케이스는, 상호 결합된 2개의 단위 케이스를 구비할 수 있다.

또한, 상기 셀 케이스는, 상호 결합된 2개의 단위 케이스를 구비할 수 있다.

또한, 상기 단위 케이스는, 판상으로 구성된 본체, 상기 본체의 상단에서 수평 방향으로 절곡된 상단 절곡부, 및 상기 본체의 하단에서 수평 방향으로 절곡된 하단 절곡부를 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 상기 셀 케이스에 형성된 개구부를 커버하는 엔드 커버를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 판상으로 구성되어, 상기 인접하는 배터리 셀 사이에 개재될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 배터리 셀과 대면하는 측면에 유입구가 형성되고, 상기 배터리 셀과 대면하지 않는 측면에 유출구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 인접하는 배터리 셀의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 하나의 배터리 셀에 대응하여 2개의 유입구가 형성되며, 2개의 유입구 사이에 유출구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 유입구로 유입되는 유체의 흐름 방향과 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향과 유출구로 유출되는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 동일 측면에 배치된 다수의 배터리 셀 사이에 개재되도록 표면에서 외측 방향으로 돌출된 형태의 외부 격벽을 구비할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은, 내부 공간에 상기 벤팅 유로를 다수의 단위 유로로 분할하는 내부 격벽을 구비할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛은 서로 다른 단위 유로로 연결된 둘 이상의 유입구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 셀 케이스는, 길이 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함한다.

또한, 본 발명의 또다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함한다.

또한, 본 발명의 또다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈이나 배터리 팩 등에 포함되는 배터리 어셈블리의 안전성이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 배터리 어셈블리 내부에서 가스나 화염 발생 시, 이러한 가스나 화염의 배출이 적절하게 제어될 수 있다.

따라서, 특정 배터리 셀에서 열 폭주(thermal runaway) 이벤트가 발생하더라도, 다른 배터리 셀로 열 폭주 상태가 전파되는 문제가 예방될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 적절한 구조 변경을 통해, 확장성(scalability)이 증대될 수 있다.

따라서, 다양한 형태나 규모의 배터리 모듈이나 배터리 팩 등에 대하여 적응적인 대처가 가능하다.

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, 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 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리에 포함된 셀 케이스의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리에 포함된 벤팅 유닛을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 8은, 도 7의 A4 부분에 대한 확대도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 10은, 도 9의 A5 부분에 대한 확대도이다.
도 11은, 도 5의 A6 부분에 대한 확대도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 15 및 도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 서로 다른 방향에서 바라본 형태로 나타낸 분리 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 18 및 도 19는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성들을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다.
도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

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.

한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

또한, 본 명세서에는, 본 발명의 여러 실시 형태를 설명하기 위해 다양한 실시예가 포함되어 있는데, 각 실시예를 설명함에 있어서, 다른 실시예와 차별점이 있는 부분을 위주로 설명하며, 다른 실시예와 동일 또는 유사한 설명이 적용될 수 있는 경우에는 해당 설명을 생략하거나 간략하게 할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 배터리 셀(100) 및 벤팅 유닛(200)을 포함한다.

상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는, 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 그리고, 배터리 셀(100)은, 배터리 어셈블리에 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리에는 8개의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 다만, 배터리 어셈블리에 포함되는 배터리 셀(100)의 개수는, 다양한 개수로 포함될 수 있다. 다른 예들로, 배터리 어셈블리에는 4개, 12개, 16개 등 다른 개수의 배터리 셀(100)들이 포함될 수 있다.

특히, 상기 배터리 셀(100)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 파우치형 이차 전지는, 알루미늄 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체와 전해질이 수납된 상태에서, 외주부가 실링된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 파우치형 이차 전지는, 2개의 전극 리드(101), 즉 양극 리드와 음극 리드가 일측 또는 양측으로 돌출되게 구성될 수 있다. 이때, 2개의 전극 리드(101)가 동일한 측면에 구비된 셀은 단방향 셀, 2개의 전극 리드(101)가 서로 다른 측면에 구비된 셀은 양방향 셀로 지칭될 수 있다. 도 2에서는, 각 배터리 셀(100)에 대하여, 전극 리드(101)가 전방 측과 후방 측에 각각 위치하고 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀(100)의 구성은 본 발명의 출원 시점에 이미 공지되어 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명을 생략한다.

상기 벤팅 유닛(200)은, 다수의 배터리 셀(100) 중 인접하는 배터리 셀(100) 사이에 개재될 수 있다.

예를 들어, 상기 벤팅 유닛(200)은, 좌우 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층된 4개의 배터리 셀(100)에 대하여 중앙 부분에 위치할 수 있다. 이 경우, 벤팅 유닛(200)의 좌측에는 일부 배터리 셀(100), 즉 2개의 배터리 셀(100)이 위치하고, 벤팅 유닛(200)의 우측에는 다른 2개의 배터리 셀(100)이 위치할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는, 특별한 다른 설명이 없는 한, Y축 방향은 좌우 방향, X축 방향은 전후 방향, Z축 방향은 상하 방향을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 내부에 벤팅 유로가 형성되어, 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스가 배출되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 및 도 4를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 유닛(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 3의 A1-A1'선에 대한 단면 구성일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 벤팅 유닛(200)은 벤팅 가스가 유입되어 내부 공간을 흐르다가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 특히, 벤팅 유닛(200)은, 도 4에서 V로 표시된 부분과 같이, 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 빈 공간이 벤팅 유로로서 기능할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스가 배출되면, 벤팅 가스는 벤팅 유닛(200)의 벤팅 유로(V)를 통해 흐르다가 외부로 배출될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스는, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이, 벤팅 유닛(200)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로로 유입될 수 있다. 이때, 벤팅 유로는, 도 4에서 V로 표시된 바와 같이 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅 유닛(200)의 내부로 유입된 벤팅 가스는, 화살표 B2로 표시된 바와 같이 벤팅 유로를 따라 흐르다가, 화살표 B3로 표시된 바와 같이 벤팅 유로의 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)에 의해 배터리 셀(100) 사이에서 열이나 화염 등의 전파가 일어나는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)의 좌측에 위치한 배터리 셀(100)에서 열폭주 상황이 발생하여 열과 벤팅 가스가 생성된 경우, 열과 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200)의 우측에 위치한 배터리 셀(100)로 향하는 것을 차단하거나 억제할 수 있다. 따라서, 셀 간 열폭주 전파 등이 발생하거나 확대되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스나 화염 등의 배출을 제어할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에서는, 벤팅 가스를 신속하게 배출하면서, 그 방향을 적절하게 유도하는 효과적인 디렉셔널 벤팅이 달성될 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성에서는, 배터리 셀(100)을 포함하는 상위 구성, 이를테면 배터리 어셈블리나 배터리 모듈, 배터리 팩 등의 폭발을 방지하고, 셀 간 또는 모듈 간 열이나 화염 전파 등을 억제할 수 있다.

이러한 열이나 화염 차단 등의 효과를 확실히 하기 위해, 벤팅 유닛(200)은, 배터리 셀(100)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)은, 배터리 셀(100)보다 상하 방향으로 높게 구성되며, 배터리 셀(100)보다 전후 방향으로도 길게 형성될 수 있다.

상기 벤팅 유닛(200)은, 열이나 가스, 화염 등에 노출될 수 있기 때문에, 내열성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 우수한 냉각성 확보를 위해, 열전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 성형성 내지 가공성, 조립성, 강성 등이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)은, 알루미늄, 스틸, 스테인리스 강(SUS)과 같은 금속 재료, 마이카(mica)와 같은 세라믹 재료, 또는 고내열성 폴리머 재료 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 케이스(300)를 더 포함할 수 있다.

상기 셀 케이스(300)는, 내부 공간에 다수의 배터리 셀(100) 및 벤팅 유닛(200)을 수납하도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 케이스(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 빈 공간을 형성하도록 구성되며, 이러한 내부 공간에 다수의 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)을 수납함으로써, 다수의 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)을 감쌀 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스(300)는, 다수의 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)의 적층체에 대하여, 좌측, 우측, 상부 및 하부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.

이때, 셀 케이스(300)의 내부 공간에서 다수의 배터리 셀(100)은 서로 적층되어 있으며, 벤팅 유닛(200)은 배터리 셀(100)의 적층체 사이에 개재된 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 벤팅 유닛(200)과 셀 케이스(300) 사이에는 하나 또는 둘 이상의 배터리 셀(100)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시 구성에서는, 벤팅 유닛(200)과 셀 케이스(300) 사이에는, 좌우 방향(Y축 방향)으로 2개의 배터리 셀(100)이 적층된 형태로 배치될 수 있다.

특히, 벤팅 유닛(200)은, 셀 케이스(300)의 내측 표면과 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)은 상하 측 단부가 셀 케이스(300)의 천정면과 바닥면에 접촉하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)과 셀 케이스(300)에 의해 열 및 화염 차단 효과가 보다 확실하게 달성될 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)을 기준으로 일측에는 벤팅 유닛(200)이 위치하고 타측에는 셀 케이스(300)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)의 좌측에 위치하는 배터리 셀(100)의 경우, 좌측에는 셀 케이스(300)가 위치하고 우측에는 벤팅 유닛(200)이 위치할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 좌측과 우측은 각각 셀 케이스(300)와 벤팅 유닛(200)에 의해 차단되어, 열 및 화염 등의 전파가 억제될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)에 의한 벤팅 제어 효과가 보다 향상될 수 있다. 특히, 셀 케이스(300)에 의해, 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)을 수납하는 공간이 한정될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 경우, 배출된 벤팅 가스나 화염 등은 다른 곳을 향하지 않고 벤팅 유닛(200) 측으로 유도될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 둘 이상의 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)을 포함하는 배터리 어셈블리 단위가 쉽게 구분될 수 있다. 특히, 배터리 어셈블리는, 일반적인 배터리 모듈보다 작은 단위로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 배터리 모듈의 경우, 하나의 모듈 케이스 내부에 수십 개 이상의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 하지만, 상기 배터리 어셈블리의 경우, 이보다 작은 셀 개수로서, 예를 들어, 8개의 배터리 셀(100)을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 배터리 어셈블리는, 배터리 모듈보다 작은 단위인 서브 모듈 정도로 이해될 수도 있다. 그리고, 이러한 배터리 어셈블리는, 배터리 모듈에 다수 포함될 수 있다. 상기 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(300)에 의해 배터리 어셈블리의 경계가 명확하게 구분될 수 있다.

상기 셀 케이스(300)는, 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 셀 케이스(300)의 특정 재질로 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 2의 실시 구성에서는, 셀 케이스(300)에 의해 한정된 내부 공간에 8개의 배터리 셀(100)과 하나의 벤팅 유닛(200)이 수납되는 형태로 도시되었으나, 이러한 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스(300)의 내부 공간에는 4개, 또는 12개의 배터리 셀(100)과 하나의 벤팅 유닛(200)이 수납될 수 있다.

특히, 상기 셀 케이스(300)는, 상호 결합된 2개의 단위 케이스를 구비할 수 있다. 이러한 셀 케이스(300)의 구성에 대해서는, 도 5를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리에 포함된 셀 케이스(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 셀 케이스(300)는, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는, 상호 결합될 수 있다. 여기서, 상호 결합은, 단순 접촉을 의미할 수도 있고, 체결 구성에 의해 결합 상태가 유지되도록 구성된 것을 의미할 수도 있다.

예를 들어, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는, 도 1에서 A2로 표시된 부분과 같이, 상단이 서로 접촉될 수 있다. 즉, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는 상단이 좌우 방향(Y축 방향)으로 서로 접촉되어 결합부를 형성하며, 이러한 결합부가 전후 방향(X축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는, 하단도 이와 같은 방식으로 서로 접촉 결합될 수 있다. 이때, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)의 상단 및/또는 하단은, 용접되거나, 접착제와 같은 접착 물질로 상호 결합되거나, 후크 결합, 돌기 등을 이용한 끼움 결합, 볼팅 체결 등 다양한 체결 방식을 이용하여 상호 결합될 수 있다.

더욱이, 2개의 단위 케이스는, 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는 한 쌍으로 이루어져, 서로 결합되어 하나의 셀 케이스(300)를 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 한 쌍의 단위 케이스가 결합되어 형성된 내부 공간에 다수의 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)이 수납될 수 있다. 즉, 배터리 어셈블리는, 한 쌍의 단위 케이스와 다수의 배터리 셀(100) 및 벤팅 유닛(200)을 포함한다고 할 수 있다.

또한, 각각의 단위 케이스(310, 320)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(301), 상단 절곡부(302) 및 하단 절곡부(303)를 구비할 수 있다.

상기 케이스 본체(301)는, 판상으로 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 케이스 본체(301)는, 상하 방향(Z축 방향)으로 세워진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 케이스 본체(301)의 상단과 하단에는 상단 절곡부(302)와 하단 절곡부(303)가 구비될 수 있다. 상단 절곡부(302)와 하단 절곡부(303)는, 케이스 본체(301)의 상단과 하단에서 수평 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.

특히, 단위 케이스(310, 320)는 2개가 한 쌍으로서, 셀 케이스(300)를 구성할 수 있다. 따라서, 하나의 셀 케이스(300)를 구성하는 2개의 단위 케이스는, 각각 서로를 향하는 방향으로 케이스 본체(301)의 상단과 하단이 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)가 좌우 방향으로 배치되어 서로 결합될 때, 제1 케이스(310)의 상단과 하단은 모두, 케이스 본체(301)의 단부에서 제2 케이스(320)를 향해 우측 방향으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 또한, 이 경우, 제2 케이스(320)의 상단과 하단은 모두, 케이스 본체(301)의 단부에서 제1 케이스(310)를 향해 좌측 방향으로 절곡된 형태를 가질 수 있다.

여기서, 각각의 단위 케이스는, 하나의 플레이트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는 각각, 하나의 플레이트에 대하여 양측 단부가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 각 단위 케이스가 쉽게 마련될 수 있다. 또한, 각 단위 케이스의 케이스 본체(301), 상단 절곡부(302) 및 하단 절곡부(303)가 일체화된 형태로 제조되므로, 단위 케이스의 전체적인 강성 내지 기계적 강도가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드 커버(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 엔드 커버(400)는, 셀 케이스(300)에 형성된 개구부를 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스(300)가 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)의 결합으로 내부 공간을 형성할 때, 내부 공간은 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)에 의해 완전히 커버되지 않고, 일부 개방된 형태로 구성될 수 있다. 상기 엔드 커버(400)는, 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 특히, 엔드 커버(400)는, 셀 케이스(300)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엔드 커버(400)와 셀 케이스(300)는, 모두 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 엔드 커버(400)와 셀 케이스(400)는 접합부가 용접될 수 있는데, 이러한 재질로 이루어지는 경우 우수한 용접성이 확보될 수 있다.

특히, 상기 실시 구성과 같이, 각 단위 케이스가 하나의 플레이트로서 양 단부가 절곡된 형태로 구성될 때, 절곡되지 않은 부분이 개방될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 2 및 도 5 등에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는 상단과 하단이 절곡된 형태를 가지되, 전단과 후단은 절곡되지 않도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)가 서로 결합되면, 내부 공간의 전방 측과 후방 측은 개방될 수 있다.

상기 엔드 커버(400)는, 이러한 셀 케이스(300)의 개방된 부분, 즉 개구부를 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 커버(400)는, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)에 의해 커버되지 않는 부분, 즉 전방 측과 후방 측을 커버하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 엔드 커버(400)는, 2개의 단위 커버를 구비하여, 각각 전방 측과 후방 측에 결합될 수 있다.

상기 엔드 커버(400)는, 셀 케이스(300)의 개구부를 안정적으로 커버하기 위해, 셀 케이스(300)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 엔드 커버(400)는, 접착제나 볼팅 체결, 후크 결합, 리벳 결합, 끼움 결합 등 다양한 체결 방식에 의해 셀 케이스(300)와 체결 고정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 엔드 커버(400)에 의해 셀 케이스(300)의 내부 공간이 외부 공간과 보다 확실하게 구분될 수 있다. 특히, 셀 케이스(300)의 내부 공간이 특정 부분을 제외하고는 보다 확실하게 밀폐될 수 있다. 따라서, 셀 케이스(300)의 내부와 외부에 위치한 배터리 셀(100)들 사이에서 열이나 화염 등이 보다 확실하게 차단될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(300)의 내부 공간에서 생성된 벤팅 가스나 화염 등이 의도된 방향, 즉 벤팅 유닛(200)을 통해서만 외부로 배출되도록 하고, 다른 부분을 통해서는 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(300)를 간단하게 구성하면서도, 셀 케이스(300)의 내부 공간이 쉽게 밀폐되도록 할 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 벤팅 유닛(200)의 단부는 엔드 커버(400)에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)의 전단부와 후단부는, 전방 엔드 커버(400)와 후방 엔드 커버(400)의 내측면에 각각 접촉할 수 있다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 6은, 도 1의 A3-A3'선에 대한 단면 구성을 나타낸다고 할 수 있다.

상기 벤팅 유닛(200)은, 도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 대략 판상으로 구성될 수 있다. 그리고, 벤팅 유닛(200)의 단부, 이를테면 상단과 하단은, 도 6에 도시된 바와 같이, 셀 케이스(300)의 천정면과 바닥면에 접촉될 수 있다.

또한, 다수의 배터리 셀(100)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이러한 파우치형 이차 전지는, 셀 케이스(300)의 내부 공간에서 상하 방향으로 세워진 형태로 수평 방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 셀 케이스(300)의 내부에서, 4개의 배터리 셀(100)이 좌우 방향으로 적층되어 하나의 열을 구성하며, 이러한 셀 열이 셀 케이스(300)의 내부 공간에 2개 포함될 수 있다.

한편, 파우치형 이차 전지가 세워진 형태란, 파우치형 이차 전지의 수납부가 수평 방향, 이를테면 좌우 방향을 각각 향하는 형태의 구성을 의미할 수 있다. 이 경우, 수납부를 둘러싸는 테두리부, 특히 4개의 실링부가 수납부의 상부, 하부, 전방 측 및 후방 측에 위치할 수 있다.

이와 같은 배터리 셀(100)의 적층 구성에서, 벤팅 유닛(200)은 판상의 형태로 구성되어, 세워진 상태로 배터리 셀(100) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 배터리 셀(100)이 세워진 상태로 좌우 방향으로 적층될 때, 벤팅 유닛(200)은 세워진 상태로 4개의 배터리 셀(100) 적층체의 좌우 방향 중앙 부분에 위치할 수 있다.

즉, 벤팅 유닛(200)은 2개의 넓은 표면을 구비하여, 2개의 표면이 각각 좌측과 우측을 향하도록 구성될 수 있다. 따라서, 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면은 좌측에 인접하여 배치된 배터리 셀(100)에 대면하고, 벤팅 유닛(200)의 우측 표면은 우측에 인접하여 배치된 배터리 셀(100)에 대면할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 어셈블리의 부피가 감소될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 어셈블리의 좌우 방향 폭, 즉 배터리 셀(100)의 적층 방향 길이가 타이트하게 구성될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리 어셈블리나 이를 포함하는 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 부피가 감소되고 에너지 밀도가 향상될 수 있다.

또한, 이와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)의 거리가 짧게 구성될 수 있으므로, 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스 등이 벤팅 유닛(200)을 통해 외부로 신속하게 배출되도록 할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 폭을 짧게 하면서도, 양측에 위치한 배터리 셀(100) 간 열 및 화염 차단 효과가 우수하게 달성될 수 있다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리에 포함된 벤팅 유닛(200)을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다. 또한, 도 8은 도 7의 A4 부분에 대한 확대도이다.

앞선 도 2 및 도 3 등과 함께, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 벤팅 유닛(200)은, I로 표시된 바와 같은 유입구, 및 O로 표시된 바와 같은 유출구가 형성될 수 있다. 이러한 유입구(I)와 유출구(O)는, 벤팅 유닛(200)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로와 연통되도록 구성될 수 있다. 이때, 유입구(I)와 유출구(O)는, 서로 다른 위치에 마련되며, 벤팅 유로(V)의 일부를 개방시키는 형태로 구성될 수 있다.

유입구(I)는, 벤팅 유닛(200)에서 배터리 셀(100)과 대면하는 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(200)은 세워진 판상 형태로 구성되며, 좌측 평면과 우측 평면이 배터리 셀(100)을 향하도록 배치될 수 있다. 이때, 유입구(I)는, 벤팅 유닛(200)에서 배터리 셀(100)과 대면하는 표면, 즉 좌측 평면 및 우측 평면에 각각 형성될 수 있다.

또한, 유출구(O)는, 벤팅 유닛(200)에서 배터리 셀(100)과 대면하지 않는 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)의 좌측과 우측에 배터리 셀(100)이 각각 배치되는 경우, 유출구(O)는, 벤팅 유닛(200)에서 좌측면과 우측면을 제외한 다른 측부에 마련될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 유출구(O)는, 도 3, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(200)의 하측 모서리 부분에 마련될 수 있다.

유입구(I)는, 배터리 셀(100) 측으로부터 생성된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 유로 내부로 유입되도록 구성될 수 있다. 따라서, 유입구(I)는, 배터리 셀(100)이 위치하는 셀 케이스(300)의 내부 공간 측으로 노출되며, 셀 케이스(300)의 외부 공간으로는 노출되지 않을 수 있다. 즉, 유입구(I)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리가 조립된 상태에서는 외부로 노출되지 않을 수 있다.

그리고, 유출구(O)는, 벤팅 유로 내부를 흐르는 벤팅 가스나 화염 등이 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 따라서, 유출구(O)는, 셀 케이스(300)의 외부 공간으로 노출될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9 및 도 10을 추가로 참조하여 설명한다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다. 또한, 도 10은, 도 9의 A5 부분에 대한 확대도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 셀 케이스(300)는 엔드 커버(400)와 함께, 내부 공간을 한정하여, 내부 공간에 수납된 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)의 대부분이 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 다만, 셀 케이스(300)의 일측, 이를테면 하부에는, 도 10에서 E로 표시된 부분과 같이, 내부 공간을 개방시키는 형태의 배출구가 마련될 수 있다. 더욱이, 셀 케이스(300)와 엔드 커버(400)는, 배출구(E)를 제외하고는, 배터리 셀(100)과 벤팅 유닛(200)이 수납된 내부 공간을 완전히 감싸도록 구성될 수 있다.

특히, 이러한 배출구(E)에는, 도 8에 도시된 바와 같은 벤팅 유닛(200)의 유출구(O)가 연통될 수 있다. 즉, 셀 케이스(300)의 배출구(E)를 통해, 벤팅 유닛(200)의 유출구(O)가 외부로 노출될 수 있다. 그리고, 벤팅 유닛(200)의 유출구(O)를 제외한 셀 케이스(300) 내부의 다른 부분, 이를테면 배터리 셀(100) 등은 이러한 배출구(E)로 노출되지 않을 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로(V)로 유입된 벤팅 가스 등이, 유출구(O) 및 배출구(E)를 경유하여 셀 케이스(300) 외부로 배출될 수 있다. 즉, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같은, 벤팅 유닛(200)을 통한 벤팅 가스의 배출 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)측으로부터 분출된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 유닛(200)으로 빠르게 유입되도록 할 수 있다. 따라서, 배터리 어셈블리 내부에서 벤팅 가스 발생 시, 내압을 신속하게 낮추어 폭발 등이 방지될 수 있다. 또한, 배터리 어셈블리 내부의 열도 외부로 배출되도록 함으로써, 배터리 어셈블리의 열폭주 가속화나 화재 위험성 등을 낮출 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 유닛(200)을 통해 셀 케이스(300) 외부로 곧바로 배출될 수 있다. 따라서, 셀 케이스(300) 내부에 포함된 다른 배터리 셀(100)이, 벤팅 가스나 화염 등의 접촉 내지 영향을 받는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.

한편, 다수의 단위 케이스가 결합된 형태로 셀 케이스(300)가 구성되는 경우, 단위 케이스 사이의 결합 부분에 이러한 배출구(E)가 마련될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5와 함께 도 11의 구성을 추가로 참조하여 설명한다.

도 11은, 도 5의 A6 부분에 대한 확대도이다.

도 5 및 도 11을 참조하면, 셀 케이스(300)에 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)가 구비된 경우, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)는 각 하단 절곡부(303)의 단부가 서로 결합될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 케이스(310)의 하단 절곡부(303)와 제2 케이스(320)의 하단 절곡부(303) 사이의 경계부, 즉 결합부에 이러한 배출구(E)가 형성될 수 있다.

특히, 배출구(E)는, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)의 하단 절곡부(303)에서 일부분이 오목한 형태, 또는 절취된 형태로서 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 제1 케이스(310)의 하단 절곡부(303)는 케이스 본체(301)에서 우측 방향으로 돌출 연장된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 하단 절곡부(303)의 일부분은, E1로 표시된 부분과 같이, 좌측 방향으로 오목한 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 5에는 도시되어 있지 않으나, 제2 케이스(320)의 하단 절곡부(303)에도, 이러한 제1 케이스(310)의 오목부(E1)에 대응되는 위치에, 우측 방향으로 오목한 형태의 오목부가 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)가 서로 결합되면, 도 10에서 E로 표시된 바와 같은 형태의 배출구가 마련될 수 있다. 특히, 이러한 배출구는, 홀 내지 슬릿 형태로서, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)의 결합부에 위치할 수 있다. 다만, 이러한 배출구의 형태나 위치는, 벤팅 유닛(200)의 형태나 위치, 배터리 어셈블리가 장착되는 모듈 케이스나 팩 케이스 등의 형태나 구조 등 여러 요인에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

상기 벤팅 유닛(200)은, 인접하는 배터리 셀(100)의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구(I)가 마련될 수 있다. 이에 대해서는, 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다. 특히, 도 12에서는, 설명의 편의를 위해, 1개의 벤팅 유닛(200)과 4개의 배터리 셀(100)이 도시되어 있다.

도 12를 참조하면, 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면에 복수의 배터리 셀(100), 즉 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3)이 대면 배치되고, 벤팅 유닛(200)의 우측 표면에 다른 복수의 배터리 셀(100), 즉 제2 셀(C2)과 제4 셀(C4)이 대면 배치될 수 있다. 여기서, 벤팅 유닛(200)의 동일 표면에 배치된 배터리 셀(100)들은, 전후 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3)은, 세워진 상태에서 전후 방향으로 배치되어, 각각의 우측 표면이 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면에 직접 대향할 수 있다. 그리고, 제2 셀(C2)과 제4 셀(C4)은, 세워진 상태에서 전후 방향으로 배치되어, 각각의 좌측 표면이 벤팅 유닛(200)의 우측 표면에 직접 대향할 수 있다.

또한, 각각의 배터리 셀(C1~C4)은, 파우치형 전지로서, T로 표시된 부분과 같이, 테라스부가 마련될 수 있다. 테라스부(T)는, 파우치형 전지에서, 수납부를 둘러싸는 실링부 중, 전극 리드(101)가 돌출된 부분을 나타낼 수 있다. 특히, 전극 리드(101)가 양방향, 이를테면 전후 방향으로 각각 돌출 구비된 경우, 테라스부(T)는 배터리 셀(100)의 전방 측 실링부와 후방 측 실링부를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 셀(C1)의 경우, T11 및 T12로 표시된 바와 같이, 전방 측과 후방 측에 각각 테라스부(T)가 마련될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 벤팅 유닛(200)은, 다수의 유입구(I)가 형성될 수 있다. 특히, 각각의 유입구(I)는, 여러 배터리 셀(100)의 테라스부와 대면되는 부분에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 셀(C1)의 전방 측 테라스부(T11)와 제2 셀(C2)의 전방 측 테라스부(T21)를 마주보도록, 벤팅 유닛(200)의 전방 측 단부에는 I1으로 표시된 바와 같은 제1 유입구가 형성될 수 있다. 또한, 제1 셀(C1)의 후방 측 테라스부(T12)와 제2 셀(C2)의 후방 측 테라스부(T22)를 마주보도록, 벤팅 유닛(200)의 중앙에는 I2로 표시된 바와 같은 제2 유입구가 형성될 수 있다. 또한, 제3 셀(C3)의 전방 측 테라스부(T31)와 제4 셀(C4)의 전방 측 테라스부(T41)를 마주보도록, 벤팅 유닛(200)의 중앙에는 I3로 표시된 바와 같은 제3 유입구가 형성될 수 있다. 또한, 제3 셀(C3)의 후방 측 테라스부(T32)와 제4 셀(C4)의 후방 측 테라스부(T42)를 마주보도록, 벤팅 유닛(200)의 후방 측 단부에는 I4로 표시된 바와 같은 제4 유입구가 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스 등이 배출되는 경우, 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200)의 내부로 보다 신속하게 유입되도록 할 수 있다. 즉, 파우치형 배터리 셀(100)의 경우, 내압이 높아지게 되면, 전극 리드(101)가 위치하는 테라스부(T) 측에서 파열이 일어날 가능성이 높다. 특히, 파우치형 배터리 셀(100)이 세워진 상태로 수평 방향으로 적층 배치되는 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부 실링부와 하부 실링부는, 부피 감소 등의 이유로 폴딩될 수 있다. 따라서, 파우치형 배터리 셀(100)에서 벤팅 가스가 분출되면, 벤팅 가스는 여러 실링부 중 테라스부(T) 측으로 분출될 가능성이 높다. 이때, 테라스부(T)와 인접하는 부분에 벤팅 유닛(200)의 유입구(I)가 위치하게 되면, 테라스부(T)로 분출된 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200)의 내부 공간으로 보다 빠르게 유입될 수 있다. 또한, 이 경우, 셀 케이스(300)의 내부 공간에서 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200) 이외의 부분을 흐르는 것이 최대한 억제되어, 벤팅 가스에 의한 문제, 이를테면 배터리 셀(100)의 다른 부분을 가열하거나 다른 배터리 셀(100)을 가열하는 것을 예방할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 하나의 배터리 셀(100)에 대응하여, 2개의 유입구(I)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바를 참조하면, 제1 셀(C1)에 대응하여 2개의 유입구(I), 즉 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)가 대응 배치될 수 있다. 또한, 이러한 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는, 제2 셀(C2)에 대응되는 2개의 유입구(I)일 수도 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 유출구(O)는, 하나의 배터리 셀(100)에 대응하는 2개의 유입구(I)의 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)에는, 제1 셀(C1) 또는 제2 셀(C2)에 대응하는 유출구(O)로서 제1 유출구(O1)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 유출구(O1)는, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2) 사이에 위치할 수 있다. 특히, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 길이 방향인 전후 방향(X축 방향)으로 서로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제1 유출구(O1)는, 이와 같이 전후 방향으로 이격된 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2) 사이의 중앙 부분에 형성될 수 있다.

또한, 벤팅 유닛(200)에는, 제3 셀(C3) 또는 제4셀(C4)에 대응하는 유출구(O)로서 제2 유출구(O2)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제2 유출구(O2)는, 제3 유입구(I3)와 제4 유입구(I4) 사이에 위치할 수 있다.

특히, 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 배터리 셀(100)에 대응되는 2개의 유입구(I)는, 해당 배터리 셀(100)의 테라스부(T) 측에 인접하여 배치될 수 있다. 이때, 유출구(O)는 2개의 유입구(I) 사이에 위치하여, 전후 방향으로는, 대응되는 배터리 셀(100)의 수납부, 특히 중앙 부분에 위치한다고 볼 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스나 화염 배출 시, 배출되는 부분이 각 배터리 셀(100)의 전극 리드(101) 측으로부터 최대한 멀어질 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)의 전극 리드(101) 측에는, 다른 배터리 어셈블리가 존재할 수 있다. 따라서, 전극 리드(101)와 멀어지는 부분으로 벤팅 가스나 화염 등이 배출되도록 함으로써, 특정 배터리 어셈블리로부터 분출되는 벤팅 가스나 화염 등에 의해 다른 배터리 어셈블리가 영향받는 것을 최소화할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 어셈블리 간 열폭주 전파 등이 일어나는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 전극 리드(101)가 위치하는 측에는, 버스바 등 전기적 부품들이 존재할 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 전기적 부품들에 가깝게 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 화염 발생 시, 전기적 부품이 손상되는 것을 막을 수 있다.

상기 벤팅 유닛(200)은, 유입구(I)로 유입되는 유체의 흐름 방향과 벤팅 유로(V)의 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 유입구(I)로 유입되는 벤팅 가스의 흐름 방향은, 화살표 B1과 같이 좌우 방향(Y축 방향)일 수 있다. 그리고, 벤팅 가스는, 일단 유입구(I)를 통해 벤팅 유로로 유입되면, 벤팅 유로 내부에서는 화살표 B2로 표시된 바와 같이 전후 방향(X축 방향)으로 흐를 수 있다. 이때, 화살표 B1 방향과 화살표 B2 방향은 모두 수평 방향이지만, 서로 직교하는 방향이라 할 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스 분출 시, 벤팅 가스와 함께 분출되는 화염이나 스파크, 활물질 입자 등의 외부 배출을 억제할 수 있다. 특히, 화염이나 스파크, 활물질 입자 등은, 이동 시 직진성이 높다. 따라서, 상기 실시 구성과 같이, 그 이동 방향을 직교하는 방향으로 전환시키면, 이동이 억제될 수 있다. 더욱이, 화염이나 스파크, 활물질 입자 등이 셀 케이스(300) 외부로 배출되면, 주변의 다른 구성요소, 이를테면 다른 배터리 어셈블리 등으로 향하게 되어, 외부의 열폭주 내지 발화 요인이 될 수 있다. 하지만, 상기 실시 구성의 경우, 이러한 화염이나 스파크, 활물질 입자 등의 외부 배출을 억제함으로써, 이러한 열폭주 내지 발화 요인이 차단될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향과 유출구(O)로 유출되는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 벤팅 유로 내부에서 화살표 B2로 표시된 바와 같이 전후 방향(X축 방향)으로 흐르는 벤팅 가스 등은, 벤팅 유닛(200)의 유출구(O) 측에서 화살표 B3로 표시된 바와 같이 상하 방향(Z축 방향)으로 흐름 방향이 전환될 수 있다. 더욱이, 이 경우, 유입구(I)로 유입되는 유체의 흐름 방향(B1)과 유출구(O)로 유출되는 유체의 흐름 방향(B3)도 서로 직교하는 방향이 될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에 의하면, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 화염이나 스파크 등의 외부 배출을 억제하여, 외부의 열폭주 내지 발화 요인을 보다 확실하게 차단할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 앞선 여러 도면 등에 도시된 바와 같이, 외부 격벽(210)을 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 13을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 예를 들어, 도 13의 실시 도면은, 도 12의 결합된 구성에 대하여, 전후 방향 중앙 부분을 상부에서 바라본 형태의 도면일 수 있다. 다만, 도 13에는, 설명의 편의를 위해 전극 리드(101)를 전기적으로 연결시키는 구성 등은 도시되어 있지 않다.

도 13 등을 참조하면, 상기 외부 격벽(210)은, 벤팅 유닛(200)의 표면에서 외측 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)은, 상하 방향으로 세워진 상태에서 전후 방향(X축 방향)으로 길게 연장된 형태를 가지되, 외부 격벽(210)은 벤팅 유닛(200)의 좌우 표면에서 좌우 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다. 즉, 외부 격벽(210)은, 210L로 표시된 부분과 같이 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면에서 좌측 방향(-Y축 방향)으로 돌출되고, 210R로 표시된 부분과 같이 벤팅 유닛(200)의 우측 표면에서 우측 방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.

특히, 외부 격벽(210)은, 벤팅 유닛(200)의 동일 측면에 다수의 배터리 셀(100)이 대면 배치되는 경우, 이러한 다수의 배터리 셀(100) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13의 실시예에서, 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면에는, 2개의 배터리 셀(100), 즉 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3)이 전후 방향(X축 방향)으로 배치되어 있다. 이때, 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3) 사이에 외부 격벽(210)의 좌측 돌출부(210L)가 개재될 수 있다. 또한, 이와 유사한 형태로, 제2 셀(C2)과 제4 셀(C4) 사이에 외부 격벽(210)의 우측 돌출부(210R)가 개재될 수 있다.

더욱이, 외부 격벽(210)은, 판상으로 구성될 수 있다. 이때, 외부 격벽(210)은, 벤팅 유닛(200)의 외부 표면에 직교하도록 세워진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 또한, 외부 격벽(210)은, 양 표면이 각각 양측에 위치하는 셀에 대면되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 13의 실시 구성에서, 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3) 사이에 개재된 외부 격벽(210)의 좌측 돌출부(210L)는, 전방 측 표면이 제1 셀(C1)을 향하고, 후방 측 표면이 제3 셀(C3)을 향할 수 있다.

본 발명의 이와 같은 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 주변에 배치된 배터리 셀(100) 간 열이나 화염 등이 보다 확실하게 차단되도록 할 수 있다. 더욱이, 벤팅 유닛(200)의 본체 부분을 사이에 두고 양측에 서로 다른 배터리 셀(100)이 배치될 수도 있고, 벤팅 유닛(200)의 본체 부분에 대하여 동일 측면에 서로 다른 배터리 셀(100)이 배치될 수도 있다. 이때, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 양측에 적층된 여러 배터리 셀(100) 사이는 물론이고, 벤팅 유닛(200)의 동일 측면에 적층된 여러 배터리 셀(100) 사이에 대해서도, 열 내지 화염 등에 대한 차단 성능이 확보될 수 있다. 즉, 벤팅 유닛(200)의 양측에 배치된 다수의 배터리 셀(100) 사이는, 벤팅 유닛(200)의 본체 부분에 의해 열이나 화염 전파가 차단될 수 있다. 그리고, 벤팅 유닛(200)의 동일한 측면에 배치된 다수의 배터리 셀(100) 사이는, 벤팅 유닛(200)의 외부 격벽(210)에 열이나 화염 전파가 차단될 수 있다.

상기 실시 구성에서, 벤팅 유닛(200)의 외부 격벽(210)은, 셀 케이스(300)의 내측 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13의 실시 구성에서, A7로 표시된 바와 같은 외부 격벽(210)의 좌측 단부는, 도 2의 실시 구성에서 제1 케이스(310)의 내측 표면(우측 표면)에 접촉될 수 있다. 특히, 이러한 접촉 부분은, 상부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 13의 실시 구성에서, A7'로 표시된 바와 같은 외부 격벽(210)의 우측 단부는, 도 2의 실시 구성에서 제2 케이스(320)의 내측 표면(좌측 표면)에 접촉될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 외부 격벽(210)에 의해 구분되는 셀 사이의 공간이 보다 확실하게 분리될 수 있다. 예를 들어, 도 13에서 외부 격벽(210)의 좌측 단부(A7)와 셀 케이스(300)의 내면은 밀폐되어, 양측에 배치된 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3) 사이의 가스나 화염 차단 성능이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 어셈블리의 기계적 강성이 보다 향상될 수 있다. 예를 들어, 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320) 사이에 벤팅 유닛(200)이 개재되는 경우, 벤팅 유닛(200)의 외부 격벽(210)이 제1 케이스(310)와 제2 케이스(320)의 내면 사이를 지지할 수 있다. 따라서, 외부에서 제1 케이스(310)나 제2 케이스(320)를 향해 충격이나 힘이 인가되더라도, 외부 격벽(210)에 의해 제1 케이스(310)나 제2 케이스(320)가 내측으로 이동하거나 휘어지는 것을 억제할 수 있다. 그러므로, 셀 케이스(300)는 물론이고, 그 내부에 수납된 구성요소, 이를테면 배터리 셀(100)이나 벤팅 유닛(200)의 손상 내지 파손이 방지될 수 있다.

한편, 파우치형 이차 전지는, 내부 공간에 전극 조립체와 전해질이 수납된 상태에서, 2개의 파우치 외장재가 서로 실링된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 2개의 파우치 외장재 중 수납부가 일측에만 형성되어 있는지, 아니면 양측에 형성되어 있는지에 따라, 싱글 컵(single cup)과 더블 컵(double cup)으로 구분될 수 있다. 도 13에 도시된 여러 배터리 셀(100)들은, 싱글 컵 형태의 전지라 할 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 4개의 배터리 셀(100)은, D1~D4로 표시된 바와 같은 수납부가, 테라스부(T)를 기준으로 어느 일측에만 형성되어 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 각각의 배터리 셀(100)은, 수납부가 테라스부를 기준으로 벤팅 유닛(200)에 가까운 측면에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3)의 경우, 각각의 수납부(D1, D3)는, 테라스부(T12, T31)보다 벤팅 유닛(200)에 가까운 부분, 즉 우측(+Y 방향 측)에 형성될 수 있다. 또한, 제2 셀(C2)과 제4 셀(C4)의 경우, 각각의 수납부(D12 D4)는, 테라스부(T22, T41)보다 벤팅 유닛(200)에 가까운 부분, 즉 좌측(-Y 방향 측)에 형성될 수 있다.

본 발명의 이와 같은 실시 구성에 의하면, 소정 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스 등이 배출될 때, 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200) 측으로 보다 신속하게 이동되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 셀(C1)에서 벤팅 가스 발생 시, 벤팅 가스는 제1 셀(C1)의 테라스부(T12) 측으로 배출될 수 있다. 이때, 테라스부(T12)와 벤팅 유닛(200) 사이에는 일정 공간이 형성될 수 있으므로, 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200)의 유입구(I) 측으로 원활하게 유입될 수 있다. 더욱이, 이 경우, 테라스부(T12)가 벤팅 유닛(200)의 유입구(I)를 막지 않을 수 있다. 또한, 이 경우, 벤팅 가스가 벤팅 유닛(200)의 유입구(I) 측으로 이동하는 것이 전극 리드(101)에 의해 보다 확실하게 유도될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 유닛(200)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 내부 격벽(220)을 구비할 수 있다. 이러한 내부 격벽(220)은, 벤팅 유로를 다수의 단위 유로로 분할하도록 구성될 수 있다. 특히, 내부 격벽(220)은, 하나의 벤팅 유닛(200)에 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤팅 유닛(200)은, 4개의 내부 격벽(220)을 구비할 수 있다. 이 경우, 벤팅 유로는 5개의 단위 유로(V1~V5)로 구분될 수 있다.

더욱이, 내부 격벽(220)은, 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향으로, 벤팅 유로를 분할하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 도 4의 실시 구성을 참조하면, 벤팅 유로 내부에서 벤팅 가스가 화살표 B2와 같이 수평 방향으로 흐를 때, 내부 격벽(220)은 벤팅 유로를 상하 방향으로 구분하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 내부 격벽(220)은, 벤팅 가스의 흐름 방향인 전후 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 특히, 내부 격벽(220)은, 벤팅 유로의 유입구(I) 측에서 유출구(O) 측까지 길게 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 강성이 향상될 수 있다. 특히, 벤팅 유닛(200)의 측면에서 압력이나 충격이 인가될 때, 내부 격벽(220)이 벤팅 유닛(200)의 측면을 지지할 수 있다. 따라서, 압력이나 충격 등에 의해 벤팅 유닛(200)이 손상되거나 파손, 변형되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 특정 배터리 셀(100)로부터 벤팅 가스나 화염 발생 시, 벤팅 유닛(200) 측으로 큰 압력이 인가될 수 있다. 이때, 내부 격벽(220)은, 이러한 압력 인가에도 벤팅 유닛(200)이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.

도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 유닛(200)의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다. 예를 들어, 도 14는, 도 12의 A8-A8'선에 대한 단면 구성의 일부분을 나타낼 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 벤팅 유닛(200)은, P로 표시된 부분과 같이, 내부 공간에 돌출부를 구비할 수 있다. 특히, 상기 돌출부(P)는, 벤팅 유로 내부에서 벤팅 가스의 흐름 방향이 절곡되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)의 내부에는 벤팅 유로(V)가 5개의 단위 유로로 분할된 형태로 제공될 수 있다. 이때, 각 단위 유로의 상부와 하부에는 돌출부(P)가 교대로 마련될 수 있다. 이 경우, 벤팅 가스의 흐름 방향은, 화살표로 표시된 바와 같이, 상하 방향으로 반복하여 절곡될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유닛(200)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로(V)에서, 직진성이 높은 화염이나 스파크, 활물질 입자 등의 이동을 억제할 수 있다. 따라서, 이 경우, 화염이나, 스파크, 활물질 입자가 벤팅 유닛(200)의 외부로 배출되어 발생할 수 있는 문제, 이를테면 발화원이나 열전파 원인으로 작용하는 문제 등을 예방할 수 있다.

한편, 앞서 도 12를 비롯한 여러 실시 도면에서는, 유입구(I)가 벤팅 유닛(200)을 두께 방향으로 완전히 관통하는 홀 형태로 형성되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

도 15 및 도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 서로 다른 방향에서 바라본 형태로 나타낸 분리 사시도이다. 특히, 도 15는 배터리 어셈블리의 전방 측을 우측에서 바라본 형태의 사시도이고, 도 16은 배터리 어셈블리의 전방 측을 좌측에서 바라본 형태의 사시도라 할 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 벤팅 유닛(200)의 우측과 좌측에 벤팅 유로와 연통되는 유입구(I)가 각각 형성되되, 좌측 유입구와 우측 유입구는 서로 분리된 형태로 구성될 수 있다.

먼저, 도 15를 참조하면, 벤팅 유닛(200)의 우측 표면에는 우측 유입구(IR)가 형성될 수 있다. 이러한 우측 유입구(IR)는, 벤팅 유닛(200)의 벤팅 유로(V)를 우측 방향으로만 개방하며, 좌측 방향으로는 개방되지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 우측 유입구(IR)는, 벤팅 유로(V)로만 연통될 뿐, 좌측 부분은 개방되지 않고 막혀 있도록 구성될 수 있다.

따라서, 우측 유입구(IR)로는, 벤팅 유닛(200)의 우측에 위치한 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입될 뿐, 벤팅 유닛(200)의 좌측에 위치한 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스는 유입되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 15의 실시 구성에서, 벤팅 유닛(200)의 우측 유입구(IR)로는, 벤팅 유닛(200)의 우측에 위치한 제2 셀(C2)로부터 배출된 벤팅 가스만 유입될 뿐, 벤팅 유닛(200)의 좌측에 위치한 제1 셀(C1)로부터 배출된 벤팅 가스는 유입되지 않을 수 있다.

다음으로, 도 16을 참조하면, 벤팅 유닛(200)의 좌측 표면에는 좌측 유입구(IL)가 형성될 수 있다. 이러한 좌측 유입구(IL)는, 벤팅 유닛(200)의 벤팅 유로(V)를 좌측 방향으로만 개방하며, 우측 방향으로는 개방되지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 좌측 유입구(IL)는, 벤팅 유로로만 연통될 뿐, 우측 부분은 개방되지 않고 막혀 있도록 구성될 수 있다.

따라서, 좌측 유입구(IL)로는, 벤팅 유닛(200)의 좌측에 위치한 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스가 유입될 뿐, 벤팅 유닛(200)의 우측에 위치한 배터리 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스는 유입되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 16의 실시 구성에서, 벤팅 유닛(200)의 좌측 유입구(IL)로는, 좌측에 위치한 제1 셀(C1)로부터 배출된 벤팅 가스만 유입되며, 우측에 위치한 제2 셀(C2)로부터 배출된 벤팅 가스는 유입되지 않을 수 있다.

여기서, 벤팅 유닛(200)에 형성된 다수의 유입구(I), 이를테면 우측 유입구(IR)와 좌측 유입구(IL)는, 서로 다른 단위 유로로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 벤팅 유닛(200)에 5개의 단위 유로(V1~V5)가 형성된 경우, 우측 유입구(IR)는 제1 유로(V1) 및 제2 유로(V2)에 연결될 수 있다. 그리고, 좌측 유입구(IL)는 제3 유로(V3), 제4 유로(V4) 및 제5 유로(V5)에 연결될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 벤팅 유닛(200)에 대하여 양측에 배치된 배터리 셀(100)들에 대하여, 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 경로가 구분될 수 있다. 따라서, 벤팅 유닛(200)을 사이에 두고 배치된 배터리 셀(100) 간, 벤팅 가스나 화염이 상대 측으로 향하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 유입구(I)를 통해 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 유닛(200) 너머의 다른 배터리 셀(100)로 향하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리 어셈블리 내부에서, 셀 사이에 열 내지 화염 차단 성능이 보다 향상될 수 있다.

더욱이, 상기 실시 구성에서, 2개의 유입구(I), 즉 우측 유입구(IR)와 좌측 유입구(IL)는 상하 방향으로 높이를 달리하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 우측 유입구(IR)는 벤팅 유닛(200)에 대하여 상부 측에 위치하고, 좌측 유입구(IL)는 벤팅 유닛(200)의 하부 측에 위치할 수 있다.

이러한 실시 구성에서는, 벤팅 유닛(200)이 세워진 판상 형태로 구성되며, 상하 방향으로 다수의 단위 유로가 배치될 때, 보다 적절하게 벤팅 경로를 구분할 수 있다.

도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 17을 참조하면, 상기 셀 케이스(300)는, 길이 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다. 더욱이, 도 17에 도시된 구성은 하나의 배터리 어셈블리일 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 어셈블리에는 전후 방향으로 결합 가능한 2개의 셀 케이스(300)를 포함할 수 있다.

특히, 각각의 셀 케이스(300)는, 길이 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다. 여기서, 길이 방향이란, 대략 직사각형 형상으로 형성된 배터리 셀(100)에 대하여, 모서리가 긴 방향을 의미한다고 할 수 있다. 도 17의 실시예에서는, 전후 방향인 X축 방향이 길이 방향일 수 있다. 이때, 2개의 셀 케이스(300)는, 각각 전후 방향으로 배치되어, 전후 방향으로 결합될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 17에는, 하나의 배터리 어셈블리에 2개의 셀 케이스(300), 즉 전방 케이스(300F)와 후방 케이스(300R)가 포함된 형태가 도시되어 있다. 이때, 전방 케이스(300F)는 배터리 어셈블리의 전방 측에서 후방을 향하는 방향, 즉 화살표 B4 방향으로 이동하여 후방 케이스(300R)와 결합될 수 있다. 전방 케이스(300F)와 후방 케이스(300R)는 각각, 다수의 단위 케이스, 이를테면 제1 케이스(310) 및 제2 케이스(320)를 구비할 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 전방 케이스(300F)와 후방 케이스(300R)는 끼움 결합 방식이나 후크 결합 방식 등 다양한 체결 방식으로 상호 결합될 수 있다. 예를 들어, 전방 케이스(300F)의 후방 측 단부는, 후방 케이스(300R)의 전방 측 단부에 끼움 결합되는 형태로, 전방 케이스(300F)와 후방 케이스(300R)가 서로 결합될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 다수의 셀 케이스(300)가 서로 결합되어 하나의 배터리 어셈블리를 구성함으로써, 배터리 어셈블리의 규모 확장성(scalability)이 용이하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스(300)의 길이 방향 결합 개수를 조절함으로써, 배터리 어셈블리의 전체 크기가 제어될 수 있다.

이와 같이 다수의 셀 케이스(300)가 상호 결합 가능하게 구성된 실시예에서, 벤팅 유닛(200)도 길이 방향, 이를테면 전후 방향(X축 방향)으로 결합 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 벤팅 유닛(200)은, 배터리 어셈블리에 하나만 포함되어, 하나의 벤팅 유닛(200)이 다수의 셀 케이스(300)에 공통적으로 대응되도록 마련될 수도 있다.

도 18 및 도 19는, 본 발명의 또 다른 여러 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 구성들을 개략적으로 나타낸 분리 사시도이다.

먼저, 도 18을 참조하면, 배터리 어셈블리는, 좌우 방향(Y축 방향)으로 2개의 배터리 셀(100)이 적층되어 하나의 열을 구성하며, 이러한 셀 열이 전후 방향(X축 방향)으로 2개 포함될 수 있다. 따라서, 셀 케이스(300) 내부에는 4개의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 그리고, 배터리 셀(100) 사이에는 1개의 벤팅 유닛(200)이 개재될 수 있다. 이 경우, 배터리 어셈블리의 좌우 방향 폭은 앞선 도 2 등의 실시 구성에 비해 좁게 구성될 수 있다. 더욱이, 셀 케이스(300)의 상단 절곡부(302)와 하단 절곡부(303)의 연장 길이가, 도 2 등의 실시 구성에 비해 짧을 수 있다.

다음으로, 도 19를 참조하면, 배터리 어셈블리는, 좌우 방향(Y축 방향)으로 6개의 배터리 셀(100)이 적층되어 하나의 열을 구성하며, 이러한 셀 열이 전후 방향(X축 방향)으로 2개 포함될 수 있다. 따라서, 셀 케이스(300) 내부에는 12개의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 그리고, 12개의 배터리 셀(100) 사이에, 1개의 벤팅 유닛(200)이 위치할 수 있다. 이 경우, 배터리 어셈블리의 좌우 방향 폭은 앞선 도 2나 도 18의 실시 구성에 비해 넓게 구성될 수 있다. 이러한 도 19의 실시 구성에서는, 셀 케이스(300)의 상단 절곡부(302)와 하단 절곡부(303)의 연장 길이가, 도 2 등의 실시 구성에 비해 길게 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리의 경우, 셀 케이스(300) 내부에 포함되는 배터리 셀(100)의 개수와 셀 케이스(300)의 크기 등을 조절함으로써, 배터리 어셈블리의 규모나 형태 등을 쉽게 조절할 수 있다. 즉, 이 경우, 자유로운 셀 구성이 가능할 수 있다.

도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 어셈블리의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 20에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 셀(100)이나 셀 케이스(300) 등의 구성요소는 표시되지 않도록 한다.

본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 버스바 유닛(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 버스바 유닛(500)은, 셀 케이스(300) 내부에 포함된 배터리 어셈블리의 전극 리드(101)와 접촉 연결되어, 배터리 셀(100) 사이를 전기적으로 연결시키거나 그러한 연결 상태를 고정시킬 수 있다. 이를 위해, 버스바 유닛(500)은, 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 금속 재질로 이루어진 도체를 포함할 수 있다. 그리고, 버스바 유닛(500)의 도체는, 전극 리드(101)와 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다. 또한, 버스바 유닛(500)은, 이러한 도체를 고정하기 위한 절연성 홀더를 포함할 수 있다. 특히, 절연성 홀더는, 플라스틱과 같은 전기 절연성 재질로 이루어질 수 있다.

특히, 버스바 유닛(500)은, 하나의 셀 어셈블리에 다수 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이, 전방 버스바(510), 후방 버스바(520) 및 센터 버스바(530)를 포함할 수 있다. 이러한 실시 구성의 경우, 전후 방향으로 2개의 셀 열이 배치된 경우, 적용될 수 있다.

또한, 버스바 유닛(500)은, 벤팅 유닛(200)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 유닛(200)에는, 도 20에서 J로 표시된 부분과 같이, 버스바 유닛(500)이 장착될 수 있는 체결부가 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 체결부(J)는, 벤팅 유닛(200)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 버스바 유닛(500), 이를테면 전방 버스바(510) 및 후방 버스바(520)는 체결부(J)를 관통하는 형태로 벤팅 유닛(200)에 장착될 수 있다. 그리고, 이러한 버스바 유닛(500)은, 좌측과 우측에 각각 위치하는 배터리 셀(100)의 전극 리드(101)와 공통으로 연결될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서는, 버스바 유닛(500)이 배터리 어셈블리 내부에서 안정적으로 위치할 수 있다. 또한, 이 경우, 벤팅 유닛(200)의 조립으로 버스바 유닛(500)의 조립까지 함께 이루어지므로, 배터리 어셈블리의 조립성이 향상될 수 있다.

한편, 버스바 유닛(500)의 일부는 셀 케이스(300)의 외부로 노출되어, 배터리 어셈블리의 단자로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 센터 버스바(530)는, N으로 표시된 바와 같이 상단 부분에, 어셈블리 단자를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 어셈블리 단자(N)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 셀 케이스(300)의 외부로 노출되어, 외부의 다른 구성요소와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 예를 들어, 어셈블리 단자(N)는, 다른 배터리 어셈블리 사이를 연결하는 연결 부재에 접촉될 수 있다. 또한, 어셈블리 단자(N)는, 배터리 어셈블리가 포함된 배터리 모듈이나 배터리 팩의 단자와 연결되어, 충방전 전원이 전달되도록 할 수 있다.

도 21은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함할 수 있다. 즉, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 일반적인 배터리 모듈보다는 작은 규모 내지 작은 단위로 구성된 셀 그룹이라 할 수 있다. 도 21에는 각 배터리 어셈블리가 BA로 표시되어 있으며, 이러한 배터리 어셈블리가 세워진 상태에서 좌우 방향으로 다수 적층 배치될 수 있다. 또한, 배터리 모듈은, M으로 표시된 바와 같은 모듈 케이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(M)는, 하부 케이스(M1)와 상부 케이스(M2)를 포함할 수 있으며, 하부 케이스(M1)와 상부 케이스(M2)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 다수의 배터리 어셈블리(BA)는, 이러한 하부 케이스(M1)와 상부 케이스(M2)에 의해 형성된 내부 공간에 수납될 수 있다.

이와 같은 구성에서, 배터리 어셈블리(BA)는, 배터리 모듈에 포함되는 다수의 배터리 셀(100)을 소규모로 분할하여 그룹핑한 단위가 될 수 있다. 특히, 이 경우, 분할된 배터리 셀(100) 그룹마다, 즉 배터리 어셈블리(BA)마다 셀 케이스(300) 및 벤팅 유닛(200)이 구비되어, 배터리 모듈에 포함된 다수의 셀 간, 열 및/또는 화염 전파 등이 보다 확실하게 차단될 수 있다.

또한, 모듈 케이스(M)는, H로 표시된 바와 같이, 벤팅홀(H)이 형성될 수 있다. 이러한 벤팅홀(H)은, 각 배터리 어셈블리(BA)에 형성된 배출구(E)와 연통되는 위치 및 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 배출구(E)가 배터리 어셈블리(BA)의 하부 측에 형성된 경우, 벤팅홀(H)은, 상면에 배터리 어셈블리(BA)가 안착되는 하부 케이스(M1)에 형성될 수 있다. 또한, 벤팅홀(H)은 배출구(E)와 일대일 대응하도록, 배출구(E)와 동일한 개수로 형성될 수 있다.

그리고, 벤팅홀(H)은, 모듈 케이스(M)를 수직 방향 또는 수평 방향으로 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 또는, 벤팅홀(H)은, 모듈 케이스(M)의 내부 공간을 따라 길게 형성될 수도 있다. 이 경우, 벤팅홀(H)은, 모듈 케이스(M)의 내부에 형성된 채널과 같은 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅홀(H)은, 하부 케이스(M1)의 내측 표면(내부 바닥면)에 개구부가 형성되어, 하부 케이스(M1)의 내부 공간을 따라, 수평 방향, 이를테면 X축 방향을 따라 길게 연장 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 연장 부분의 단부는 하부 방향, 즉 하부 케이스(M1)의 외측 표면(외부 바닥면)이나 측면이 개구될 수 있다.

이러한 실시 구성에서는, 각 배터리 어셈블리(BA)의 배출구(E)에서 배출되어 모듈 케이스(M)의 벤팅홀(H)로 유입된 벤팅 가스 등이, 모듈 케이스(M)의 내부 공간을 따라 흐르다가 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈의 보다 효과적인 벤팅 제어가 가능할 수 있다.

한편, 도 21에는 도시되어 있지 않으나, 배터리 모듈은, 내부에 포함된 다수의 배터리 어셈블리(BA)의 모듈 단자(N) 사이를 연결하는 별도의 연결 부재로서 모듈 버스바를 포함할 수 있다.

도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

도 22를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, K로 표시된 바와 같은 팩 케이스를 포함할 수 있다. 특히, 다수의 배터리 어셈블리(BA)는, 이러한 팩 케이스(K)의 내부 공간에 직접 수납될 수 있다. 즉, 다수의 배터리 어셈블리(BA)는, 도 21에 도시된 바와 같은 모듈 케이스(M)에 장착되지 않고, 팩 케이스(K)에 직접 장착될 수 있다.

이 경우, 팩 케이스(K) 내부에서 배터리 셀(100)의 점유 공간 비율을 높일 수 있으므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 열이나 화염 차단 성능은 물론이고, 벤팅 제어 효과도 우수하게 확보될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 셀투팩(cell to pack) 구성에 보다 유리하며, 안전성도 향상될 수 있다.

다만, 본 발명이 반드시 이러한 셀투팩 형태로 한정되는 것은 아니며, 배터리 어셈블리는, 도 21에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(M) 내부에 포함된 상태에서 팩 케이스(K)에 수납될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다고 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 어셈블리 또는 배터리 모듈 이외에, 도 22에서 S로 표시된 바와 같이, 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 제어 유닛(S)은, 배터리 팩의 전반적인 동작이나 환경, 배터리 셀(100)의 충방전 동작이나 상태 등을 파악 내지 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(S)은, BMS(Battery Management System) 자체이거나 이러한 구성요소를 포함할 수 있다. 특히, 제어 유닛(S)은, 배터리 모듈 단위에는 포함되지 않고, 배터리 팩 단위로 포함될 수 있다. 이러한 제어 유닛(S)에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 도 22의 실시 구성에서도, 도 21의 실시예에서 모듈 케이스(M)에 형성된 벤팅홀(H)의 구성과 유사하게, 팩 케이스(K)에 벤팅홀이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 벤팅홀은, 도 21의 벤팅홀(H)과 유사하게, 각 배터리 어셈블리(BA)의 배출구(E)에 연통되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리가 포함된 배터리 모듈이나 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리는, 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리나 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.

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: 배터리 셀
101: 전극 리드
200: 벤팅 유닛
210: 외부 격벽, 220: 내부 격벽
300: 셀 케이스
310: 제1 케이스, 320: 제2 케이스
301: 케이스 본체, 302: 상단 절곡부, 303: 하단 절곡부
400: 엔드 커버
500: 버스바 유닛
510: 전방 버스바, 520: 후방 버스바, 530: 센터 버스바
C1: 제1 셀, C2: 제2 셀, C3: 제3 셀, C4: 제4 셀
V: 벤팅 유로, V1~V5: 단위 유로
I: 유입구
O: 유출구
T: 테라스부
P: 돌출부
M: 모듈 케이스
H: 벤팅홀
K: 팩 케이스
S: 제어 유닛

Claims (18)

1. 다수의 배터리 셀; 및
   상기 다수의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 사이에 개재되며, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 배터리 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 유닛
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,
   내부 공간에 상기 다수의 배터리 셀 및 상기 벤팅 유닛을 수납하는 셀 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
3. 제2항에 있어서,
   상기 셀 케이스는, 상호 결합된 2개의 단위 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
4. 제3항에 있어서,
   상기 단위 케이스는, 판상으로 구성된 본체, 상기 본체의 상단에서 수평 방향으로 절곡된 상단 절곡부, 및 상기 본체의 하단에서 수평 방향으로 절곡된 하단 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
5. 제1항에 있어서,
   상기 셀 케이스에 형성된 개구부를 커버하는 엔드 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
6. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 유닛은, 판상으로 구성되어, 상기 인접하는 배터리 셀 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
7. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 유닛은, 상기 배터리 셀과 대면하는 측면에 유입구가 형성되고, 상기 배터리 셀과 대면하지 않는 측면에 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
8. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 유닛은, 상기 인접하는 배터리 셀의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
9. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 유닛은, 하나의 배터리 셀에 대응하여 2개의 유입구가 형성되며, 2개의 유입구 사이에 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
10. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 유입구로 유입되는 유체의 흐름 방향과 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
11. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향과 유출구로 유출되는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
12. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 동일 측면에 배치된 다수의 배터리 셀 사이에 개재되도록 표면에서 외측 방향으로 돌출된 형태의 외부 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
13. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은, 내부 공간에 상기 벤팅 유로를 다수의 단위 유로로 분할하는 내부 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
14. 제13항에 있어서,
    상기 벤팅 유닛은 서로 다른 단위 유로로 연결된 둘 이상의 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
15. 제1항에 있어서,
    상기 셀 케이스는, 길이 방향으로 적층 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 어셈블리.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함하는 배터리 모듈.
17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함하는 배터리 팩.
18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 어셈블리를 다수 포함하는 자동차.

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