KR20230099635A - 셀 유닛 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구조가 간단하고 확장성, 안전성 등이 우수한 셀 유닛을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 셀 유닛은, 하나 이상의 파우치형 셀; 내부 공간에 상기 하나 이상의 파우치형 셀을 수용하는 유닛 케이스; 및 상기 유닛 케이스의 내부 공간에 위치하고, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 파우치형 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 부재를 포함할 수 있다.

Description

셀 유닛 및 이를 포함하는 배터리 팩{Cell unit and battery pack including the same}

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 구조가 간단하고 확장성, 안전성 등이 우수한 셀 유닛과 이를 포함하는 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 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지(캔형 셀)와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지(파우치형 셀)로 분류될 수 있다.

특히, 파우치형 셀의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성 및 공정성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 종래에는, 다수의 파우치형 셀을 모듈 하우징(모듈 케이스)에 수납하여 배터리 모듈을 구성한 후, 팩 하우징(팩 케이스)의 내부에 이러한 배터리 모듈을 수납하는 형태로 배터리 팩이 제조되는 경우가 많다.

하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩 구성에 따르면, 공간 활용률 측면에서 불리할 수 있다. 특히, 다수의 배터리 셀을 모듈 하우징 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 하우징 또는 적층용 프레임(카트리지) 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 하우징이나 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 및 제조 비용 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 종래 배터리 팩의 경우, 파우치형 셀을 적층하기 위한 여러 구성요소들로 인해, 구조가 복잡하고, 제조 비용 및 시간이 늘어나는 문제가 있다.

또한, 종래 배터리 팩의 경우, 배터리 모듈의 크기 및 형태가 한 번 정해지면, 그 크기나 형태를 변경하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 하나의 배터리 모듈을 여러 팩 하우징에 적용하거나, 팩 하우징의 내부 구조를 변경하는 것이 매우 어려울 수 있다. 그러므로, 종래 배터리 팩의 경우, 확장성이 낮다고 할 수 있다.

한편, 배터리 팩에는 다수의 배터리 셀이 포함되므로, 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)될 위험이 있다. 만일, 이러한 열폭주 전파가 적절하게 억제되지 못하면, 특정 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 여러 배터리 셀의 연쇄적인 반응을 일으킬 수 있다. 그리고 이는, 배터리 팩에 대한 폭발이나 화재를 야기할 수도 있고, 더 나아가 배터리 팩이 장착된 장치나 주변에 인접한 다른 시설 또는 사용자 등에게 큰 피해를 입힐 수도 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 에너지 밀도, 확장성, 안전성 등이 우수한 셀 유닛과 이를 포함하는 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 셀 유닛은, 하나 이상의 파우치형 셀; 내부 공간에 상기 하나 이상의 파우치형 셀을 수용하는 유닛 케이스; 및 상기 유닛 케이스의 내부 공간에 위치하고, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 파우치형 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 부재를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유닛 케이스는, 판상의 부재가 절곡된 형태로 구성된 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스의 상단 개방부에 결합된 상부 케이스를 구비할 수 있다.

또한, 상기 유닛 케이스는, 상기 내부 공간에 수용된 상기 파우치형 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되어 외측으로 노출되게 구성된 유닛 단자를 구비할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재는, 판상으로 구성되어, 인접하는 파우치형 셀에 대면 배치될 수 있다.

또한, 상기 유닛 케이스의 내부 공간에 다수의 파우치형 셀이 수용되고, 상기 벤팅 부재는, 상기 다수의 파우치형 셀 사이에 개재될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재는, 상기 유닛 케이스의 내측 표면에 부착될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재는, 상기 유닛 케이스에 수용된 상기 하나 이상의 파우치형 셀의 양측에 각각 위치할 수 있다.

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

또한, 상기 벤팅 부재는, 상기 파우치형 셀의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구가 형성될 수 있다.

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

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

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

또한, 상기 벤팅 부재는, 서로 반대되는 측면에 유입구가 각각 형성되며, 양 측면에 형성된 유입구가 서로 대칭되지 않도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재는, 내부 공간에 둘 이상의 단위 유로가 형성되고, 양 측면에 형성된 유입구는 서로 다른 단위 유로에 연통되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 유닛 케이스는, 상기 벤팅 부재의 유출구에 대응되는 위치에 벤팅 홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 상기 유닛 케이스의 대향되는 내측 표면을 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 유닛 케이스의 내부 공간에서 2개의 파우치형 셀은 전극 리드가 구비된 측면이 서로 마주보도록 배치되고, 상기 지지 부재는, 상기 전극 리드가 마주보도록 배치된 상기 2개의 파우치형 셀 사이에 개재될 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 셀 유닛을 다수 포함할 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 셀 유닛을 다수 포함할 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 셀 유닛을 다수 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 다수의 파우치형 셀을 포함하여 배터리 팩을 구성할 때, 공간 활용률이 증대될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 경우, 파우치형 셀이 차지하는 공간이 증가할 수 있다. 따라서, 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 구조가 간단한 셀 유닛이 제공될 수 있다. 따라서, 생산성이 우수하고 제조 비용 및 시간을 절감할 수 있는 배터리 팩이 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 제조 시 파우치형 셀의 보호와 핸들링에 유리할 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 조립성과 공정성 등이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 종래의 배터리 모듈 구성과 다른 형태의 셀 유닛이 제공될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 의한 셀 유닛은, 종래의 배터리 모듈보다 소규모 단위로 구성된다고 볼 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 종래의 배터리 모듈보다 셀의 개수나 전체적인 크기 등이 감소된 형태일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 종래 배터리 모듈이나 배터리 팩에 비해, 우수한 확장성이 확보될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 소규모 셀 그룹(셀 유닛)은, 다양한 형태나 크기의 팩 하우징에 용이하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 경우, 여러 종류의 배터리 팩에 대한 호환성이 우수하고, 팩 하우징 등의 설계가 변경된 경우에도, 그에 맞추어 쉽게 변형 적용될 수 있는 우수한 확장성을 갖는다고 볼 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 간 열적 이벤트 전파가 효과적으로 억제될 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 셀 유닛의 내부에 포함된 벤팅 구조가 팩 하우징의 벤팅 경로(팩 채널)와 연결되어, 신속한 디렉셔널 벤팅 제어를 수행함으로써, 열폭주의 전파가 효과적으로 저지될 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, 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 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 서로 다른 실시예들에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 유닛의 일부분에 대한 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 확대 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛에 포함된 벤팅 부재를 하부에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 10은, 도 9의 A5 부분에 대한 확대도이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다.
도 12는, 도 11의 A6 부분에 대한 확대도이다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.
도 14 및 도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 일부 구성을 서로 다른 방향에서 바라본 형태로 나타낸 분리 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 부재의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 19는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 하부 사시도이다.
도 20은, 도 19의 벤팅 부재가 포함된 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 하부 사시도이다.
도 21은, 도 2의 A9-A9'선에 대한 단면도이다.
도 22 및 도 23은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예들에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 24는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 25는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 가스의 이동을 나타내는 도면이다.

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 명세서에서는, 여러 실시예들에 대한 설명이 포함되어 있는데, 각 실시예에 대해서는, 다른 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 다른 실시예들에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 결합 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 파우치형 셀(100) 및 유닛 케이스(200)를 포함한다.

상기 파우치형 셀(100)은, 이차 전지, 특히 파우치형 이차 전지로서, 알루미늄 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체와 전해질이 수납된 상태에서, 외주부가 실링된 형태로 구성될 수 있다. 상기 파우치형 셀(100)은, 셀 유닛에 하나 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 파우치형 셀(100)은, 하나의 셀 유닛에 8개 구비될 수 있다. 다만, 셀 유닛에 포함되는 파우치형 셀(100)의 개수는, 다른 다양한 형태로 변형될 수 있다.

파우치형 셀(100)은, 2개의 전극 리드(101), 즉 양극 리드와 음극 리드가 일측 또는 양측으로 돌출되게 구성될 수 있다. 여기서, 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 파우치형 셀(100)에 대하여, 전극 리드(101)가 전방 측과 후방 측에 각각 위치하고 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀의 구성은, 본 발명의 출원 시점에 이미 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명을 생략한다.

상기 유닛 케이스(200)는, 내부 공간에 하나 이상의 파우치형 셀(100)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 A1으로 표시된 부분과 같이, 유닛 케이스(200)는 빈 공간이 형성되어 있으며, 이러한 빈 공간이 내부 수납 공간으로서, 파우치형 셀(100)을 하나 또는 그 이상 수용할 수 있다.

더욱이, 이러한 유닛 케이스(200)는, 통상의 배터리 모듈을 구성하는 모듈 케이스보다 두께가 얇고(ex. 1~3mm) 형태가 간소하게 구성될 수 있다. 또한, 상기 유닛 케이스(200)는, 통상의 모듈 케이스보다 적은 수의 파우치형 셀(100)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 모듈 케이스에는, 수십 개의 파우치형 셀(100)을 포함할 수 있으나, 상기 유닛 케이스(200)에는 이보다 적은 개수, 이를테면 10개 이하의 파우치형 셀(100)이 수납될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 통상의 배터리 모듈보다 규모가 작은 단위로 구성될 수 있다.

상기 유닛 케이스(200)는, 기계적 강성을 일정 수준 이상 확보하고, 냉각 성능을 높이기 위해, 금속 재질로 구성될 수 있다. 특히, 상기 유닛 케이스(200)는, 알루미늄 재질로 구성될 수 있다.

유닛 케이스(200)의 내부 공간에서, 파우치형 셀(100)은, 세워진 상태로 수납될 수 있다. 즉, 파우치형 셀(100)은, 유닛 케이스(200)의 바닥부에서, 수납부를 둘러싸는 테두리부(실링부)의 일부가 수납부의 상부 및 하부에 위치하도록, 세워질 수 있다. 이때, 파우치형 셀(100)의 하부 테두리부는, 유닛 케이스(200)의 바닥부에 접촉될 수 있으며, 파우치형 셀(100)의 수납부는, 수평 방향, 특히 좌우 방향(X축 방향)을 향하도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 셀 유닛은, 이와 같은 파우치형 셀(100)의 기립 상태가 잘 유지되도록 적절한 형태로 구성될 수 있다.

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

본 발명에 따른 셀 유닛은, 벤팅 부재(300)를 포함할 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 파우치형 셀(100)과 마찬가지로, 유닛 케이스(200)의 내부 공간(A1)에 위치할 수 있다. 특히, 벤팅 부재(300)는, 파우치형 셀(100)에 인접하여 배치될 수 있다. 그리고, 벤팅 부재(300)는, 벤팅 가스가 내부로 유입되어 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 및 도 4를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 3의 A2-A2'선에 대한 단면도일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 벤팅 부재(300)는, 벤팅 가스가 유입되어 내부 공간을 흐르다가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 특히, 벤팅 부재(300)는, 도 4에서 V로 표시된 바와 같이, 내부에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 빈 공간이 벤팅 유로로서 기능할 수 있다. 따라서, 파우치형 셀(100)로부터 벤팅 가스가 배출되면, 벤팅 가스는 벤팅 부재(300)의 벤팅 유로(V)를 통해 흐르다가 외부로 배출될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 파우치형 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스는, 화살표 B1으로 표시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로(V)로 유입될 수 있다. 그리고, 벤팅 부재(300)의 내부로 유입된 벤팅 가스는, 화살표 B2로 표시된 바와 같이 벤팅 유로(V)를 따라 흐르다가, 화살표 B3로 표시된 바와 같이 벤팅 유로(V)의 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열폭주 전파가 효과적으로 방지될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)에 인접하여 배치된 파우치형 셀(100)에서 열폭주 상황이 발생하여 벤팅 가스나 열, 화염 등이 생성된 경우, 벤팅 가스나 화염 등은 벤팅 부재(300)의 내부로 유입되어, 정해진 경로를 따라 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 화염 등이 다른 정상적인 파우치형 셀(100)로 향하는 것을 차단하거나 억제할 수 있다. 그러므로, 이 경우 셀 간 열폭주 전파 등이 발생하거나 확대되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 일반적인 배터리 모듈보다 적은 개수의 파우치형 셀(100)이 유닛 케이스의 내부에 포함되어 셀 유닛을 구성할 수 있다. 따라서, 배터리 팩 등에 포함된 다수의 배터리 셀(파우치형 셀)에 대하여, 소규모 단위로 셀 보호가 가능할 수 있다. 특히, 서로 다른 셀 유닛에 포함된 파우치형 셀(100) 사이에서의 열폭주 전파가 보다 효과적으로 방지될 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, 파우치형 셀(100)을 포함하는 상위 구성, 이를테면 셀 유닛이나 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 부재(300)는, 파우치형 셀(100)을 수평 방향으로 완전하게 커버하기 위해, 파우치형 셀(100)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)는, 파우치형 셀(100)보다 상하 방향으로 높게 구성되며, 파우치형 셀(100)보다 전후 방향으로도 길게 형성될 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 열이나 가스, 화염 등에 노출될 수 있기 때문에, 내열성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 부재(300)는, 우수한 냉각성 확보를 위해, 열전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 부재(300)는, 성형성 내지 가공성, 조립성, 강성 등이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)는, 알루미늄, 스틸, 스테인리스 강(SUS)과 같은 금속 재료, 마이카(mica)와 같은 세라믹 재료, 또는 고내열성 폴리머 재료 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 벤팅 부재(300)의 특정 재질로 한정되는 것은 아니다.

상기 유닛 케이스(200)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)를 구비할 수 있다.

여기서, 하부 케이스(210)는, 배터리 셀(100)의 수용 공간을 형성하는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 하부 케이스(210)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 판상의 부재가 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하부 케이스(210)는, 알루미늄 플레이트가 U자 형태로 절곡되어 형성될 수 있다. 하부 케이스(210)가 U자 형태로 형성된 경우, 하부 케이스(210)는 U 프레임으로 지칭될 수도 있다. 더욱이, 하부 케이스(210)는, 중앙 부분이 바닥부를 구성하고, 좌측 단부와 우측 단부가 각각 수직으로 절곡되어 좌측벽과 우측벽을 구성한다고 할 수 있다. 이때, 하부 케이스(210)는, 상단, 전단 및 후단이 개방될 수 있다.

상부 케이스(220)는, 하부 케이스(210)의 상단 개방부에 결합될 수 있다. 특히, 상기 실시예와 같이 판상의 부재가 절곡된 형태로 하부 케이스(210)가 구성되면, 하부 케이스(210)는, 상단 개방부, 전단 개방부 및 후단 개방부를 갖는다고 할 수 있다. 이때, 상부 케이스(220)는, 하부 케이스(210)에 형성된 상단 개방부에 결합되어, 상단 개방부를 커버 내지 밀폐시키는 형태로 형성될 수 있다. 특히, 상부 케이스(220)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 케이스(220)는, 알루미늄 판재일 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 케이스(200)가 간단한 구조를 가지고 제조가 용이할 수 있다. 또한, 이 경우, 유닛 케이스(200)는 무게가 가볍고, 두께가 얇아질 수 있다. 따라서, 배터리 팩이나 배터리 모듈 등의 경량화 및 에너지 밀도 향상에 유리하다. 또한, 이 경우, 간소화된 구조로서, 파우치형 셀(100)을 보호하는 구조가 달성될 수 있다.

상기 실시 구성에서, 유닛 케이스(200)는, 엔드 케이스(230)를 더 포함할 수 있다.

엔드 케이스(230)는, 하부 케이스(210)의 전단 개방부나 후단 개방부에 각각 결합될 수 있다. 특히, 하부 케이스(210)가 전단 개방부와 후단 개방부를 모두 구비하는 경우, 하나의 셀 유닛에는 2개의 엔드 케이스(230)가 구비될 수 있다. 이 경우, 전단 개방부에 결합되는 엔드 케이스(230)는 전단 케이스, 후단 개방부에 결합되는 엔드 케이스(230)는 후단 케이스라 할 수 있다. 또한, 엔드 케이스(230) 역시, 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 엔드 케이스(230)는, 엔드 플레이트로 지칭될 수도 있다. 또한, 엔드 케이스(230)는 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 간단한 케이스 구조로서, 내부에 수용된 하나 이상의 파우치형 셀(100)을 보호하는 구성이 달성될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 내부에 수용된 파우치형 셀(100)에 대하여, 상하, 전후, 좌우의 전체 방향으로 커버되는 구성이 쉽게 마련될 수 있다.

상기와 같이, 하나의 유닛 케이스(200)에 다수의 하위 구성이 포함되는 경우, 각 하위 구성은 서로 용접되어 결합될 수 있다. 예를 들어, 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)는, 모서리, 즉 테두리 부분이 서로 용접되어 접합부를 형성할 수 있다. 또한, 엔드 케이스(230)는, 테두리 부분이 하부 케이스(210) 및 상부 케이스(220)와 용접되어 접합부를 형성할 수 있다. 특히, 각 하위 구성 간 접합부는 직선 형태로 형성될 수 있으므로, 용접부 역시 직선 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 용접되는 각 하위 구성은, 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 케이스(210), 상부 케이스(220) 및 엔드 케이스(230)는, 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 여러 하위 구성 간 용접성이 향상될 수 있다. 따라서, 유닛 케이스(200)의 결합력이 안정적으로 보장되며, 유닛 케이스(200)의 조립성도 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 셀 유닛은, 버스바 어셈블리(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(400)는, 유닛 케이스(200) 내부 공간에 수용된 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101)와 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 셀 유닛에 다수의 파우치형 셀(100)이 수용된 경우, 버스바 어셈블리(400)는, 다수의 파우치형 셀(100) 사이를 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결시킬 수 있다. 또한, 버스바 어셈블리(400)는, 다수의 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101)와 연결되어, 다수의 파우치형 셀(100) 사이를 구조적으로 고정시키는 역할을 할 수도 있다.

버스바 어셈블리(400)는, 전극 리드(101)와 연결되기 위해, 파우치형 셀(100)에서 전극 리드(101)가 위치한 부분에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시 구성을 참조하면, 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101)가 전방 및 후방으로 돌출되므로, 버스바 어셈블리(400)는 파우치형 셀(100)의 전방과 후방 측에 각각 위치할 수 있다. 특히, 버스바 어셈블리(400)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 유닛에 다수 포함될 수 있다. 더욱이, 좌우 방향(X축 방향)으로 적층된 셀 적층체가 전후 방향(Y축 방향)으로 다수의 열로 배치된 경우, 각각의 셀 열마다 2개의 버스바 어셈블리(400)가 전후 양단에 위치할 수 있다. 따라서, 셀 적층체가 2열로 구비된 경우, 버스바 어셈블리는 전후 방향으로 4개 배치될 수 있다.

상기 버스바 어셈블리(400)는, 버스바 단자(410) 및 버스바 프레임(420)을 구비할 수 있다.

여기서, 버스바 단자(410)는, 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 버스바 단자(410)는, 구리 재질의 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. 버스바 단자(410)는, 파우치형 셀(100)과 셀 유닛의 내부 또는 외부에 대하여 전기적 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 더욱이, 버스바 단자(410)는, 전극 리드(101)와 직접 접촉 고정될 수 있다. 이때, 접촉 고정 상태를 유지하기 위해, 버스바 단자(410)와 전극 리드(101)는 서로 용접될 수 있다.

버스바 프레임(420)은, 버스바 단자(410)를 지지하기 위한 구성으로서, 전극 리드(101)나 버스바 단자(410)와 절연되기 위해, 전기 절연성 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(420)은, 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 버스바 프레임(420)은, 대략 판상으로 구성될 수 있다. 특히, 버스바 프레임(420)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 넓은 2개의 표면이 전후 방향(Y축 방향), 즉 파우치형 셀(100) 내지 그 적층체를 향하도록 수직 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 한편, 파우치형 셀(100)의 2개의 넓은 표면은 좌우 방향을 향하도록 세워진 경우, 버스바 프레임(420)은 2개의 넓은 표면이 대략 전후 방향을 향하도록 세워질 수 있다. 이 경우, 파우치형 셀(100)과 버스바 프레임(420)은 대략 직교하는 형태로 각각 세워져 있다고 할 수 있다.

버스바 프레임(420)의 일부, 특히 버스바 단자(410)는, 유닛 케이스(200)의 외부로 노출되어, 셀 유닛의 단자로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 중앙에 위치한 버스바 어셈블리(400)의 버스바 단자(410)는, 상단부가 유닛 케이스(200)를 관통하여 외부로 노출될 수 있다. 이를 위해, 유닛 케이스(200), 이를테면 상부 케이스(220)에는, H1으로 표시된 바와 같이, 단자 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 도 2에서 E로 표시된 부분과 같이, 버스바 단자(410)에서 유닛 케이스(200)의 단자 홀(H1)을 통해 외부로 노출된 부분은, 유닛 단자로서 기능할 수 있다. 더욱이, 유닛 단자(E)는, 하나의 셀 유닛에서 적어도 2개 구비될 수 있으며, 각각 양극 단자와 음극 단자로 기능할 수 있다. 이러한 유닛 단자(E)는, 하나의 셀 유닛에 대하여, 외부의 다른 구성요소와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 예를 들어, 셀 유닛은, 유닛 단자(E)를 통해, 다른 셀 유닛과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 유닛 단자(E)에는 별도의 연결 부재가 구비되어, 셀 유닛 사이가 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 유닛 단자(E)는, 셀 유닛이 포함된 배터리 모듈이나 배터리 팩의 단자와 연결되어, 충방전 전원이 전달되도록 할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 유닛의 전기적 연결 구조가 간단한 형태로 구현될 수 있다.

상기 실시 구성에서, 버스바 프레임(420)은, 파우치형 셀(100)과 엔드 케이스(230) 사이에 위치할 수 있다. 더욱이, 셀 유닛에는 다수의 파우치형 셀(100)이 소정 방향, 이를테면 좌우 방향(X축 방향)으로 적층되어, 셀 어레이를 형성할 수 있다. 이때, 버스바 프레임(420)은 셀 어레이의 전방 측 내지 후방 측을 전체적으로 커버하는 면적을 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 버스바 프레임(420)은, 엔드 케이스(230)와 유사한 형태 및 크기로 형성되어, 엔드 케이스(230)의 내측을 전체적으로 커버하도록 구성될 수 있다.

더욱이, 버스바 프레임(420)은, 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)에 의해 형성된 내부 공간에 수용되되, 단부가 하부 케이스(210) 및 상부 케이스(220)의 내측 표면에 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시 구성에서, 버스바 프레임(420)은 대략 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되되, 하단 모서리 및 좌우측 모서리는 U 프레임 형태의 하부 케이스(210)의 내면에 연속하여 접촉되도록 구성될 수 있다. 그리고, 버스바 프레임(420)의 상단 모서리는 상부 케이스(220)의 내면, 즉 하면에 연속하여 접촉되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 버스바 프레임(420)과 유닛 케이스(200) 사이의 결합성이 보다 안정적으로 확보될 수 있다. 또한, 이 경우, 버스바 프레임(420)과 유닛 케이스(200) 사이를 밀폐시킴으로써, 파우치형 셀(100)로부터 발생한 벤팅 가스나 화염 등이 엔드 케이스(230) 측으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 유닛 단자(E)의 위치나 형태, 유닛 단자(E)가 구비된 부분의 구조를 다양하게 구성할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5 및 도 6은, 본 발명의 서로 다른 실시예들에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 유닛의 일부분에 대한 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 이를테면, 도 7은, 도 5의 구성에 대한 변형예로서, 화살표 B4 방향으로 바라본 형태를 개략적으로 도시한 도면이라 할 수 있다.

먼저, 도 5를 참조하면, 유닛 단자(E)는, 유닛 케이스(200)에서 오목한 부분에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상부 케이스(220)의 중앙 부분에는 G1으로 표시된 부분과 같이, 하부 방향으로 오목한 형태의 오목부가 형성될 수 있다. 이때, 오목부(G1)는, 상부와 좌측이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 유닛 단자(E)는, 이러한 상부 케이스(220)의 오목부(G1)에 위치할 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 단자(E)가 유닛 케이스(200)보다 외측 방향으로 돌출되는 정도를 줄이거나 없앨 수 있다. 예를 들어, 유닛 단자(E)는, 상부 케이스(220)의 오목부(G1)에 형성되어, 상부 방향으로 돌출되는 정도를 줄이거나 돌출되지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 외부의 충격이나 이물질 등에 대하여, 유닛 단자(E)의 노출을 감소시켜, 유닛 단자(E)의 보호 성능이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 5에 도시된 바와 같이, 단자 커버(900)를 더 포함할 수 있다. 상기 단자 커버(900)는, 유닛 단자(E)의 외측을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단자 커버(900)는, 상부 케이스(220)에 위치하는 유닛 단자(E)의 상부 측 및/또는 좌측을 커버하는 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 단자 커버(900)는, 유닛 케이스(200)와 결합되기 위한 결합 구조를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 커버(900)는, 유닛 케이스(200)에 삽입 체결될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 5의 실시 구성을 참조하면, 상기 단자 커버(900)는, D1으로 표시된 부분과 같이, 하부 방향으로 돌출된 형태의 체결 돌기가 형성될 수 있다. 그리고, 상부 케이스(220)에는, 단자 커버(900)의 체결 돌기(D1)에 대응하여, D2로 표시된 부분과 같이, 체결홀이 형성될 수 있다.

이와 같은 구성에서, 단자 커버(900)의 체결 돌기(D1)는, 상부 케이스(220)의 체결홀(D2)에 삽입 체결됨으로써, 단자 커버(900)가 상부 케이스(220)와 결합될 수 있다.

특히, 앞서 설명한 바와 같이, 단자 커버(900)가 결합되는 유닛 케이스(200), 이를테면 상부 케이스(220)에 오목부(G1)가 형성되고, 그러한 오목부(G1)에 유닛 단자(E)가 위치하는 경우, 단자 커버(900)의 결합 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다. 더욱이, 단자 커버(900)는, 평평한 외측 표면을 구비하며, 이러한 외측 표면이 유닛 케이스(200)의 외측 표면과 대략 평행한 형태, 나아가 거의 동일한 평면 상에 위치하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 단자(E)는 물론이고, 단자 커버(900)에 대해서도 유닛 케이스(200), 이를테면 상부 케이스(220)보다 외측으로 많이 돌출되지 않을 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성의 경우, 단자 커버(900)의 구조가 단순화될 수 있으므로, 단자 커버(900)의 제조 및 조립이 용이해질 수 있다.

다음으로, 유닛 단자(E)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 셀 유닛의 길이 방향으로 단부 측에 위치할 수 있다. 즉, 도 2 및 도 5의 실시 구성에서는, 유닛 단자(E)가 셀 유닛의 길이 방향인 전후 방향(Y축 방향)으로 대략 중앙 부분에 위치한 반면, 도 6의 실시 구성에서는, 유닛 단자(E)가 셀 유닛의 길이 방향 단부, 특히 전방 측 단부에 위치하고 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 단자(E)가 셀 유닛의 모서리 부분에 위치하므로, 유닛 단자(E)에 대한 연결 구성이 보다 쉽게 구현될 수 있다. 특히, 셀 유닛은 다수가 적층될 수 있으며, 이때 적층 방향은 셀 유닛의 길이 방향에 직교하는 방향이 될 가능성이 많다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 유닛 단자(E)가 셀 유닛의 전방 측 단부와 같은 길이 방향 단부에 위치하는 경우, 유닛 단자(E)끼리 연결하는 공정이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

다음으로, 도 7의 실시 구성을 참조하면, 도 5의 실시 구성과 유사하게, 유닛 단자(E)는, G1'으로 표시된 바와 같은 오목부에 마련될 수 있다. 다만, 도 7의 실시 구성에서는, 도 5의 실시 구성과 다르게, 오목부(G1')의 바닥면이 아닌 측면에 유닛 단자(E)가 위치할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 오목부(G1')는, 상부 케이스(220)에 마련되되, 하부 방향으로 오목하게 구성되어, G11로 표시된 바와 같은 바닥면과, G12로 표시된 바와 같은 측면을 구비할 수 있다. 이때, 유닛 단자(E)는, 오목부(G1')의 측면(G12)에 위치할 수 있다. 특히, 오목부(G1')의 측면(G12)은 경사진 형태로 형성될 수 있다. 즉, 오목부(G1')의 측면(G12)은 바닥면(G11)과 수직하지 않고, 예각 또는 둔각을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 오목부(G1')의 측면(G12)은 경사면이 될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 유닛 단자(E)는, 오목부(G1')의 경사면에 위치할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 단자(E)의 길이를 줄이지 않으면서도 유닛 단자(E)의 외측 방향 돌출 높이를 감소시킬 수 있다. 따라서, 유닛 단자(E)의 외부 노출을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱이, 이 경우, 유닛 단자(E)가 위치하는 오목부(G1')의 깊이를 깊게 하지 않을 수 있다. 따라서, 오목부(G1')의 형성으로 인한 유닛 케이스(200)의 내부 공간 축소를 최소화할 수 있다. 그러므로, 셀 유닛의 에너지 밀도를 향상시키고, 파우치형 셀(100)이나 버스바 어셈블리(400) 등 유닛 케이스(200) 내부의 구성요소와 유닛 케이스(200) 사이의 간섭을 줄일 수 있다.

도 2, 도 5 내지 도 7의 여러 실시예에서는, 유닛 단자(E)가 상부 케이스(220)에 위치하는 실시 형태들만 도시되어 있으나, 유닛 단자(E)는 상부 케이스(220) 이외에 다른 부분에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 유닛 단자(E)는, 엔드 케이스(230) 측에 위치할 수도 있다.

한편, 버스바 어셈블리(400)는, 단자 실링 부재(430)를 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 확대 사시도이다. 예를 들어, 도 8은, 도 1의 A4 부분에 대하여 확대한 구성일 수 있다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 버스바 어셈블리(400) 중에서, 유닛 단자(E)를 구성하는 버스바 단자(410)의 주변 일부를 둘러싸는 형태로 단자 실링 부재(430)가 마련될 수 있다. 특히, 단자 실링 부재(430)는, 버스바 단자(410)의 외주면에 밀착하면서, 유닛 케이스(200)의 단자 홀(H1)을 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 즉, 단자 실링 부재(430)는, 단자 홀(H1)에 대하여, 버스바 단자(410)가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분을 밀폐시킬 수 있다. 단자 실링 부재(430)는, 탄성, 전기적 절연성 등을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단자 실링 부재(430)는 실리콘 내지 고무 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 단자 실링 부재(430)는, 내열성 향상을 위한 재질을 포함할 수 있다. 이를테면, 단자 실링 부재(430)는 실리콘 재질의 외면에 내열성 세라믹 코팅층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 열 폭주 등의 상황에서 발생하는 벤팅 가스 등이 유닛 단자(E) 측으로 새어 나가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 경우, 보다 효과적인 벤팅 제어가 가능할 수 있다.

본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연 커버(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 절연 커버(500)는, 고무나 플라스틱, 세라믹과 같은 전기적 절연성 재질로 구성될 수 있다. 특히, 절연 커버(500)는, 파우치형 셀(100)과 엔드 케이스(230) 사이에 개재될 수 있다. 더욱이, 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101) 측에는 버스바 어셈블리(400)가 마련될 수 있으므로, 이러한 버스바 어셈블리(400)와 엔드 케이스(230) 사이에 절연 커버(500)가 개재된다고 할 수도 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 엔드 케이스(230)가 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되더라도, 엔드 케이스(230)와 전극 리드(101) 사이의 절연성이 확보되도록 할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 절연 커버(500)가 엔드 케이스(230) 측에 위치하여, 엔드 케이스(230) 측으로 벤팅 가스 등이 유출되는 것을 억제할 수 있다. 이를 위해, 절연 커버(500)는, 엔드 케이스(230)의 크기 내지 형태와 유사하게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터(600)를 더 포함할 수 있다.

상기 커넥터(600)는, 셀 유닛의 일측에 마련되어, 셀 유닛과 외부 구성요소 사이에 신호 내지 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 커넥터(600)는, 셀 유닛의 내부에 포함된 하나 이상의 파우치형 셀(100)에 대한 전기적 특성, 이를테면 전압이나 전류에 관한 정보를 전달하도록 마련될 수 있다. 다른 예로, 커넥터(600)는, 셀 유닛의 내외부 온도 측정 정보를 외부로 전달하도록 마련될 수 있다. 이 경우, 셀 유닛은, 온도 센서를 별도로 포함할 수 있다. 예를 들어, 커넥터(600)는, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에 마련된 써미스터를 통해 측정된 온도 정보를 외부의 다른 구성요소로 전달하는 경로가 될 수 있다. 특히, 상기 커넥터(600)는, 셀 유닛의 외부에 위치하는 BMS(Battery Management System)와 같은 제어 유닛과 접속 케이블 등을 통해 접속될 수 있다. 이 경우, 셀 유닛의 정보는, 커넥터(600)를 통해 BMS로 전송될 수 있다.

상기와 같이 커넥터(600)가 구비된 실시 구성에서, 커넥터(600)는, 유닛 케이스(200)의 외부로 노출될 수 있다. 이를 위해, 유닛 케이스(200), 이를테면 엔드 케이스(230)에는, 도 1에서 H2로 표시된 바와 같이, 커넥터(600)를 관통시키기 위한 커넥팅 홀이 형성될 수 있다. 또한, 엔드 케이스(230)의 내측에 절연 커버(500)가 위치하는 경우, 절연 커버(500)에도, 도 1에서 H2'으로 표시된 바와 같이, 커넥팅 홀(H2)에 대응되는 위치 및 형태로 다른 커넥팅 홀, 즉 절연 커넥팅 홀이 형성될 수 있다. 이 경우, 유닛 케이스(200)의 내측에 위치하는 커넥터(600)는, 절연 커넥팅 홀(H2') 및 커넥팅 홀(H2)을 순차적으로 관통하여 유닛 케이스(200)의 외측으로 노출될 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에서, 커넥터(600)가 관통되는 절연 커넥팅 홀(H2') 및 커넥팅 홀(H2)에는, 벤팅 가스 등의 유출을 보다 확실하게 방지하기 위해, 커넥팅 실링 부재가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이, 패드 부재(710)를 더 포함할 수 있다.

상기 패드 부재(710)는, 판상으로 구성되어, 셀 유닛의 넓은 표면과 하부 케이스(210) 사이에 개재될 수 있다. 더욱이, 패드 부재(710)는, 상하 방향으로 세워진 형태로 파우치형 셀(100)과 나란한 형태로 배치될 수 있다. 특히, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에는 다수의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향으로 적층될 수 있다. 이때, 최외곽 셀과 하부 케이스(210)의 측벽의 내측면 사이에 패드 부재(710)가 개재될 수 있다.

상기 패드 부재(710)는, 대략 판상으로 구성되나, 일정 수준 이상의 두께를 가짐으로써, 파우치형 셀(100)의 외측면이 유닛 케이스(200)의 내측면에 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 패드 부재(710)는, 파우치형 셀(100)의 스웰링을 흡수하도록 구성될 수 있다. 또한, 패드 부재(710)는, 탄성 및/또는 전기적 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패드 부재(710)는, 폴리우레탄 재질로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 파우치형 셀(100)에서 스웰링이 발생하더라도, 스웰링을 패드 부재(710)가 흡수함으로써, 파우치형 셀(100)이나 유닛 케이스(200)의 손상 내지 파손, 변형 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 유닛 케이스(200)가 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지더라도, 파우치형 셀(100)과 유닛 케이스(200) 사이의 전기적 절연성이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이, 시트 부재(720)를 더 포함할 수 있다.

상기 시트 부재(720)는, 패드 부재(710)와 유사하게 판상으로 구성되되, 패드 부재(710)보다는 두께가 얇게 형성될 수 있다. 또한, 시트 부재(720)는, 세워진 형태로 파우치형 셀(100)과 나란하게 배치될 수 있다. 특히, 시트 부재(720)는, 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300) 사이에 개재될 수 있다. 그리고, 시트 부재(720)는, 파우치형 셀(100)이 벤팅 부재(300)에 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 시트 부재(720)는, 전기적 절연성 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)가 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지더라도, 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300) 사이의 전기적 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 판상으로 구성될 수 있다. 이 경우, 벤팅 부재(300)는, 2개의 넓은 표면이 구비된다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)는, 세워진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 이때, 벤팅 부재(300)의 2개의 넓은 표면은 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(X축 방향)을 향하도록 구성되어 있다고 할 수 있다.

그리고, 벤팅 부재(300)는, 인접하는 파우치형 셀(100)에 대면 배치되도록 구성될 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 2개의 넓은 표면 중 적어도 일 표면이 파우치형 셀(100)의 넓은 표면에 대향되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)가 좌우 방향을 향하여 양 표면이 위치하도록 세워진 상태에서, 파우치형 셀(100)이 벤팅 부재(300)의 좌측 및/또는 우측에 배치될 수 있다. 특히, 파우치형 셀(100)은, 수납부의 넓은 표면이 좌측과 우측을 향하도록 세워진 상태로, 벤팅 부재(300)에 인접하여 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 하나 이상의 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300)를 적층시켜 적층체를 형성할 때, 벤팅 부재(300)에 의한 벤팅 제어를 효과적으로 수행하면서도, 적층체의 두께가 두꺼워지지 않도록 할 수 있다. 즉, 상기 실시 구성의 경우, 셀 유닛의 전체적인 크기가 커지지 않고, 데드 스페이스를 줄여, 셀 유닛의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.

또한, 이와 같은 실시 구성에 의하면, 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300) 사이의 거리가 짧게 구성될 수 있으므로, 파우치형 셀(100)로부터 배출된 벤팅 가스 등이 벤팅 부재(300)를 통해 외부로 신속하게 배출될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)의 폭을 작게 하면서도, 인접하여 배치된 파우치형 셀(100)에 대하여 열 내지 화염 차단 효과가 우수하게 달성되도록 할 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 유닛 케이스(200)의 내측 표면과 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)는, 상하 측 단부가 상부 케이스(220)의 하부면 및 하부 케이스(210)의 상부면에 연속하여 접촉하도록 구성될 수 있다. 또한, 벤팅 부재(300)는, 전후방 단부가 엔드 케이스(230)나 버스바 어셈블리(400)의 내측면에 접촉하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)와 유닛 케이스(200) 또는 버스바 어셈블리(400) 사이의 틈새로 벤팅 가스나 화염 등이 새어 나가는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 벤팅 가스의 제어 내지 열/화염 등의 차단 효과가 더욱 향상될 수 있다.

특히, 하나의 파우치형 셀(100)을 기준으로, 일측에는 벤팅 부재(300)가 위치하고 타측에는 유닛 케이스(200)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)의 우측에 위치하는 파우치형 셀(100)의 경우, 좌측에는 벤팅 부재(300)가 위치하고 우측에는 유닛 케이스(200)가 위치할 수 있다. 이 경우, 파우치형 셀(100)의 좌측과 우측은 각각 벤팅 부재(300)와 유닛 케이스(200)에 의해 차단되어, 열 및 화염 등의 전파가 억제될 수 있다.

더욱이, 벤팅 부재(300)는, 상측 단부 및/또는 하측 단부가 다른 부분에 비해 폭이 넓게 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 4에서 A8로 표시된 부분과 같이, 벤팅 부재(300)의 상측 단부는, 다른 부분에 비해 좌우 방향으로 넓은 폭을 갖도록 확장될 수 있다. 그리고, 이와 같이 벤팅 부재(300)의 상측 단부에 형성된 확장부는, 유닛 케이스(200)의 내측 표면, 이를테면 상부 케이스(220)의 하부 표면에 밀착 고정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에서 벤팅 부재(300)가 안정적으로 고정될 수 있다. 특히, 벤팅 부재(300)가 판상으로 구성되어 기립 상태로 유닛 케이스(200)의 내부 공간에 배치될 때, 상측 단부의 확장 구성(A8)으로 인해, 벤팅 부재(300)가 좌측 내지 우측으로 기울어지지 않고, 지면에 수직인 방향으로 정확하게 기립될 수 있다. 따라서, 셀 유닛의 구조적 안정성과 조립성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스 등이 발생한 상황에서 벤팅 부재(300) 측으로 압력이 인가되더라도, 벤팅 부재(300)가 밀리거나 변형되는 것을 최소화할 수 있다.

특히, 벤팅 부재(300)의 확장부는, 양단이 다른 부분보다 외측 방향, 이를테면 상부 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 A8 부분에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)의 확장부는, 좌우 양단이 상부 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다. 이 경우, 조립 공차 등으로 인해 벤팅 부재(300)의 기립 상태가 좌측 또는 우측으로 기울어지는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 유닛 케이스(200)의 내부 공간에는 다수의 파우치형 셀(100)이 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 구성을 참조하면, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에서, 4개의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향(X축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 각 파우치형 셀(100)은, 수납부의 넓은 표면이 각각 좌우 방향을 향하도록 상하 방향으로 세워진 상태에서, 넓은 표면이 서로 대면되도록 좌우 방향으로 나란하게 배열될 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 벤팅 부재(300)는, 인접하는 파우치형 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)는, 좌우 방향으로 적층된 4개의 파우치형 셀(100) 중, 중앙에 위치한 2개의 파우치형 셀(100) 사이에만 벤팅 부재(300)가 개재될 수 있다. 이때, 벤팅 부재(300)의 좌측에는 2개의 파우치형 셀(100)이 적층되고, 벤팅 부재(300)의 우측에는 다른 2개의 파우치형 셀(100)이 적층된다. 다만, 벤팅 부재(300)는, 좌우 방향으로 적층된 모든 파우치형 셀(100) 사이마다 개재될 수도 있다.

이 경우, 벤팅 부재(300)는, 벤팅 가스를 유입시키기 위한 개구부가 양측에 각각 위치할 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)는, 좌측면과 우측면을 구비하도록 세워진 판상 형태로 구성된 경우, 좌측면과 우측면에 각각 유입구(I)가 형성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 보다 효율적인 벤팅 제어 및 열/화염 차단 효과가 달성될 수 있다. 즉, 하나의 벤팅 부재(300)로서, 양측에 위치하는 서로 다른 다수의 파우치형 셀(100)에 대한 벤팅이 함께 담당되도록 할 수 있다. 또한, 벤팅 부재(300)는, 양측에 위치하는 서로 다른 파우치형 셀(100) 사이에서, 열, 가스, 화염 등이 상호 전달되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛에 포함된 벤팅 부재(300)를 하부에서 바라본 형태의 사시도이다. 또한, 도 10은, 도 9의 A5 부분에 대한 확대도이다.

앞선 여러 도면들과 함께 도 9 및 도 10을 추가로 참조하면, 상기 벤팅 부재(300)는, I로 표시된 바와 같은 유입구, 및 O로 표시된 바와 같은 유출구가 형성될 수 있다. 이러한 유입구(I)와 유출구(O)는, 벤팅 부재(300)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로(V)와 연통되도록 구성될 수 있다. 이때, 유입구(I)와 유출구(O)는, 서로 다른 위치에 마련되며, 벤팅 유로(V)를 서로 다른 부분에서 개방시키는 형태로 구성될 수 있다.

유입구(I)는, 벤팅 부재(300)에서 파우치형 셀(100)과 대면하는 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)는 세워진 판상 형태로 구성되며, 좌측 평면과 우측 평면이 파우치형 셀(100)을 향하도록 배치될 수 있다. 이때, 유입구(I)는 벤팅 부재(300)에서 파우치형 셀(100)과 대면하는 표면, 즉 좌측 평면 및 우측 평면에 각각 형성될 수 있다.

또한, 유출구(O)는, 벤팅 부재(300)에서 파우치형 셀(100)과 대면하지 않은 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)의 좌측과 우측에 파우치형 셀(100)이 각각 배치되는 경우, 유출구(O)는 벤팅 부재(300)에서 좌측면과 우측면을 제외한 다른 측부에 마련될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 유출구(O)는, 도 3 및 도 10 등에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)의 하측 모서리 부분에 마련될 수 있다.

유입구(I)는, 파우치형 셀(100) 측으로부터 생성된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 유로(V) 내부로 유입되도록 구성될 수 있다. 따라서, 유입구(I)는, 파우치형 셀(100)이 위치하는 유닛 케이스(200)의 내부 공간 측으로 노출되며, 유닛 케이스(200)의 외부 공간으로는 노출되지 않을 수 있다. 즉, 유입구(I)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 유닛이 조립된 상태에서는 외부로 노출되지 않을 수 있다.

그리고, 유출구(O)는, 벤팅 유로(V) 내부를 흐르는 벤팅 가스나 화염 등이 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 따라서, 유출구(O)는, 유닛 케이스(200)의 외부 공간으로 노출될 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 구성을 하부에서 바라본 형태의 사시도이다. 또한, 도 12는, 도 11의 A6 부분에 대한 확대도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 유닛 케이스(200)는 내부 공간을 한정하여, 내부 공간에 수납된 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300)의 대부분이 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 다만, 유닛 케이스(200)의 일측, 이를테면 하부 케이스(210)의 바닥부에는, 도 12에서 H3로 표시된 부분과 같이, 내부 공간을 개방시키는 형태의 벤팅 홀이 마련될 수 있다. 즉, 유닛 케이스(200)는, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)에 대응되는 위치에 벤팅 홀(H3)이 형성될 수 있다. 더욱이, 유닛 케이스(200)는, 벤팅 홀(H3)을 제외하고는, 파우치형 셀(100)과 벤팅 부재(300)가 수납된 내부 공간을 완전히 감싸며, 특히 내부 공간을 밀폐시키도록 구성될 수 있다.

더욱이, 벤팅 홀(H3)에는, 도 10에 도시된 바와 같은 벤팅 부재(300)의 유출구(O)가 연통될 수 있다. 즉, 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)을 통해, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)가 외부로 노출될 수 있다. 그리고, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)를 제외한 유닛 케이스(200) 내부의 다른 부분, 이를테면 파우치형 셀(100) 등은 이러한 벤팅 홀(H3)로 노출되지 않을 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)의 내부 공간, 즉 벤팅 유로(V)로 유입된 벤팅 가스 등이, 유출구(O) 및 벤팅 홀(H3)을 경유하여 유닛 케이스(200)의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같은 벤팅 부재(300)를 통한 벤팅 가스의 배출 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 파우치형 셀(100) 측으로부터 분출된 벤팅 가스나 화염 등이 벤팅 부재(300)로 빠르게 유입되도록 할 수 있다. 따라서, 셀 유닛 내부에서 벤팅 가스 발생 시, 내압을 신속하게 낮추어 폭발 등이 방지될 수 있다. 또한, 셀 유닛 내부의 열도 외부로 배출되어, 열폭주 가속화나 화재 위험성 등을 낮출 수 있다.

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

도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 상부 단면도이다.

도 13을 참조하면, 상기 벤팅 부재(300)는, 유닛 케이스(200)의 내측 표면에 부착될 수 있다. 보다 구체적으로, 유닛 케이스(200)의 내부에는 하나 이상의 파우치형 셀(100)이 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 세워진 형태로 배치될 수 있다. 더욱이, 도 13의 실시 구성에서는, 다수의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향(X축 방향) 및 전후 방향(Y축 방향)으로 다수 배치되어, 셀 어레이를 구성한다.

이때, 벤팅 부재(300)는, 유닛 케이스(200)의 내측 표면에 부착될 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 유닛 케이스(200)와 파우치형 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 더욱이, 파우치형 셀(100)이 수직 방향으로 세워진 형태로 유닛 케이스(200) 내부에 수용된 경우, 벤팅 부재(300) 역시 세워진 형태로 유닛 케이스(200)의 내측면에 부착될 수 있다. 이러한 실시 구성에서는, 벤팅 부재(300)의 유입구(I)가 하나의 평면에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 유닛 케이스(200)의 좌측벽의 내측면에 부착된 벤팅 부재(300)의 경우, 유입구(I)는 파우치형 셀(100)과 대면하는 우측 평면에만 형성되고 유닛 케이스(200)와 대면하는 좌측 평면에는 형성되지 않을 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 케이스(200)의 내측에 벤팅 부재(300)가 구비되므로, 벤팅 가스나 화염, 열 등으로부터 유닛 케이스(200)의 보호에 유리하고, 외부의 충격 등으로부터 파우치형 셀(100)을 보다 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스나 화염, 열 등이 유닛 케이스(200) 측으로 직접 이동하는 것을 벤팅 부재(300)가 차단함으로써, 벤팅 가스나 화염 등이 유닛 케이스(200)의 틈새 등, 의도되지 않은 방향으로 배출되거나 이동되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 상기 실시 구성의 경우, 열 전파 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 다수의 파우치형 셀(100)을 적층할 때, 벤팅 부재(300)가 개재되지 않을 수 있다. 따라서, 셀 어레이의 조립이 보다 용이할 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재(300)는, 유닛 케이스(200)의 내부에 수용된 파우치형 셀(100)의 양측에 각각 위치할 수 있다.

예를 들어, 도 13의 실시 구성을 참조하면, 유닛 케이스(200)의 내부에는 다수의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향(X축 방향)으로 적층될 수 있다. 그리고, 이러한 셀 적층체의 좌우 외측에 각각 벤팅 부재(300)가 위치할 수 있다. 도 13에서는 좌측에 위치한 벤팅 부재(300)가 300L, 우측에 위치한 벤팅 부재(300)가 300R로 표시되어 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 셀 어레이의 적층 방향 양측에 각각 배치될 수 있다. 다른 예로, 유닛 케이스(200)에 하나의 파우치형 셀(100)만 수용된 경우, 하나의 파우치형 셀(100)의 좌우 수납부 양측에는, 각각 서로 다른 벤팅 부재(300)가 위치할 수 있다.

또한, 유닛 케이스(200)에는, 전후 방향, 즉 파우치형 셀(100)의 길이 방향으로도 다수의 파우치형 셀(100)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 13의 실시 구성을 참조하면, 좌우 방향으로 적층되어 형성된 셀 적층체가 전후 방향(Y축 방향)으로 다수의 열, 이를테면 2열로 배치될 수 있다. 이때, 하나의 벤팅 부재(300)가 서로 다른 셀 열의 동일 측면 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 13의 실시 구성에서 좌측 부재(300L)가 2개의 셀 열의 좌측에 공통으로 배치되고, 우측 부재(300R)가 2개의 셀 열의 우측에 공통으로 배치될 수 있다. 다른 예로, 각 셀 열마다, 서로 다른 벤팅 부재(300)가 배치될 수도 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 파우치형 셀(100)의 양측 외곽 모두에 벤팅 부재(300)가 배치되므로, 벤팅 부재(300)에 의한 벤팅 제어가 보다 확실하게 이루어질 수 있다. 또한, 유닛 케이스(200)의 의도치 않은 부분으로 벤팅 가스 등이 새어나가는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 파우치형 셀(100)의 양측이 모두 벤팅 부재(300)에 의해 보호되므로, 파우치형 셀(100)에 대한 보호 효과가 더욱 향상될 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 인접하는 파우치형 셀(100)의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구(I)가 마련될 수 있다. 이에 대해서는, 도 14 및 도 15를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 14 및 도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 일부 구성을 서로 다른 방향에서 바라본 형태로 나타낸 분리 사시도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 2개의 파우치형 셀(100) 사이에 하나의 벤팅 부재(300)가 개재되어 있다. 보다 구체적으로, 벤팅 부재(300)의 좌측 표면에 제 1셀(C1)이 대면 배치되고, 벤팅 부재(300)의 우측 표면에 제2 셀(C2)이 대면 배치될 수 있다. 여기서, 각각의 파우치형 셀(100)은, T로 표시된 부분과 같이, 테라스부가 마련될 수 있다. 테라스부(T)는, 파우치형 셀(100)에서 수납부를 둘러싸는 실링부 중, 전극 리드(101)가 돌출된 부분을 나타낼 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 벤팅 부재(300)는, 테라스부(T)와 대면되는 부분에 유입구가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 14를 살펴보면, 벤팅 부재(300)는, 제1 셀(C1)의 테라스부(T11, T12)를 마주보는 좌측 평면 전후방 단부 측에 I11 및 I12로 표시된 바와 같은 제1 유입구가 형성될 수 있다. 다음으로, 도 15를 살펴보면, 벤팅 부재(300)는, 제2 셀(C2)의 테라스부(T21, T22)를 마주보는 우측 평면 전후방 단부 측에 I21 및 I22로 표시된 바와 같은 제2 유입구가 형성될 수 있다.

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

상기 벤팅 부재(300)는, 하나의 파우치형 셀(100)에 대응하여 2개의 유입구(I)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바를 참조하면, 제1 셀(C1)에 대응하여 2개의 유입구, 즉 제1 전방 유입구(I11) 및 제1 후방 유입구(I12)가 대응 배치될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 바를 참조하면, 제2 셀(C2)에 대응하여 2개의 유입구, 즉 제2 전방 유입구(I21) 및 제2 후방 유입구(I22)가 대응 배치될 수 있다.

더욱이, 하나의 파우치형 셀(100)에서 테라스부(T)가 둘 이상의 부분에 위치하는 경우, 유입구(I) 역시 다수 형성될 수 있다. 특히, 파우치형 셀(100)에서 전극 리드(101)가 양방향, 이를테면 전후 방향으로 각각 돌출 구비된 경우, 테라스부(T)는 파우치형 셀(100)의 전방 측과 후방 측에 각각 위치할 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. 이때, 벤팅 부재(300)는, 이러한 2개의 테라스부(T11, T12)에 대응하여 좌측면 전후방에, I11 및 I12로 표시된 바와 같은, 2개의 제1 유입구를 구비할 수 있다. 또한, 제2 셀(C2)의 전방 측 테라스부(T21)와 후방 측 테라스부(T22)를 마주보도록, 벤팅 부재(300)의 우측면 전후방에는 I21 및 I22로 표시된 바와 같은, 2개의 제2 유입구를 구비할 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101)가 양단에 위치하는 길이 방향인 전후 방향으로 이격된 2개의 유입구를 구비할 수 있다.

이와 같이, 하나의 파우치형 셀(100)에 대응하여 2개의 유입구(I)가 형성된 실시 구성에서, 유출구(O)는 2개의 유입구(I) 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 14의 실시예에서, 벤팅 부재(300)에는 2개의 제1 유입구, 즉 제1 전방 유입구(I11) 및 제1 후방 유입구(I12) 사이에 유출구(O)가 형성될 수 있다. 특히, 유출구(O)는, 벤팅 부재(300)에서 전후 방향(Y축 방향)으로 이격된 2개의 제1 유입구(I11, I12) 사이에서 중앙 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 유출구(O)는, 2개의 제1 유입구(I11, I12)와 서로 연통되어, 2개의 제1 유입구(I11, I12)를 통해 벤팅 유로(V)로 유입된 유체가 벤팅 부재(300)의 외부로 배출되도록 할 수 있다.

또한, 도 15의 실시 구성을 참조하면, 2개의 제2 유입구, 즉 제2 전방 유입구(I21)와 제2 후방 유입구(I22) 사이에 유출구(O)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 유출구(O)는, 2개의 제2 유입구(I21, I22)와 서로 연통되어, 2개의 제2 유입구(I21, I22)를 통해 벤팅 유로(V)로 유입된 유체가 벤팅 부재(300)의 외부로 배출되도록 할 수 있다.

더욱이, 하나의 유출구(O)는, 제1 유입구(I11, I12)와 제2 유입구(I21, I22)에 공통으로 연통될 수 있다. 즉, 도 14에 표시된 유출구(O), 즉 제1 유입구(I11, I12)에 연통된 유출구(O)는, 도 15에 도시된 제2 유입구(I21, I22)에 연통된 유출구(O)일 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 유출구(O)는 2개의 유입구(I) 사이에 위치하여, 대응되는 파우치형 셀(100)의 수납부, 특히 중앙 부분에 위치할 수 있다. 이 경우, 벤팅 가스나 화염 배출 시, 배출되는 부분이 각 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101) 측으로부터 최대한 멀어질 수 있다. 특히, 파우치형 셀(100)의 전극 리드(101) 측에는 다른 셀 유닛이 존재할 수 있다. 따라서, 전극 리드(101)와 멀어지는 부분으로 벤팅 가스나 화염 등이 배출되도록 함으로써, 특정 셀 유닛으로부터 분출되는 벤팅 가스나 화염 등에 의해 다른 셀 유닛이 영향받는 것을 최소화할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 셀 유닛 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 등으로부터 전기적 부품의 손상 등을 막을 수 있다.

상기 벤팅 부재(300)는, 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 B1으로 표시된 바와 같이, 좌우 방향(X축 방향)일 수 있다. 그리고, 벤팅 가스는, 유입구(I)를 통해 유입되면, 벤팅 유로(V) 내부에서는 화살표 B2로 표시된 바와 같이 전후 방향(Y축 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, 파우치형 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 수직으로 전환시키면, 이동이 억제될 수 있다. 더욱이, 화염이나 스파크, 활물질 입자 등이 유닛 케이스(200) 외부로 배출되면, 주변의 다른 구성요소, 이를테면 다른 셀 유닛 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 부재(300)는, 벤팅 유로(V) 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(V) 내부에서 화살표 B2로 표시된 바와 같이 전후 방향(Y축 방향)으로 흐르는 벤팅 가스 등은, 벤팅 부재(300)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 방향과 유출구(O)로 유출되는 유체의 흐름 방향도 서로 직교하는 방향이 될 수 있다.

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

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 16과 도 17은, 도 14 및 도 15의 실시예에서 설명된 벤팅 부재(300)일 수 있다.

도 4와 함께 도 16을 참조하면, 벤팅 부재(300)는, 대략 세워진 판상 형태로 구성되되, 세부적으로는 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)을 구비할 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 각각 세워진 형태로 구성된 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)이 좌우 방향으로 이격되어 평행하게 배열될 수 있다. 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)은 좌우 방향으로 결합되어 하나의 벤팅 부재(300)를 구성할 수 있다. 이때, 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)은, 각각 별도로 제조 후 테두리 부분을 용접 내지 볼팅, 접착 등의 방식으로 접합되어 상호 결합시키거나, 압출 방식으로 서로 처음부터 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 그리고, 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)이 결합된 상태에서, 좌우 이격 공간이 형성될 수 있는데, 이러한 이격 공간이 벤팅 부재(300)의 중공, 즉 벤팅 유로(V)를 형성할 수 있다.

그리고, 벤팅 부재(300)는, 서로 반대되는 측면에 유입구(I)가 각각 형성될 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)는, 제1 벤팅판(310)에 제1 유입구(I1)가 형성되고, 제2 벤팅판(320)에 제2 유입구(I2)가 형성될 수 있다. 이때, 양 측면에 형성된 유입구(I), 즉 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는 좌우 방향 중심선을 기준으로 서로 대칭되지 않도록 구성될 수 있다.

특히, 벤팅 부재(300)의 제1 벤팅판(310)에는 제1 유입구(I1)가 형성되고, 제2 유입구(I2)는 제1 벤팅판(310)에 형성되지 않고 제2 벤팅판(320)에 형성된다. 다만, 도 17에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 벤팅판(310)과 제2 벤팅판(320)이 결합된 상태에서, 제2 유입구(I2)의 상대적인 위치가 점선으로서 제1 벤팅판(310)에 표시되어 있다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는, 벤팅 부재(300)의 좌우 방향 중심축을 기준으로 좌우 대칭되지 않은 형태로 구성될 수 있다. 즉, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는, 좌우 방향으로 반전시켰을 때, 서로 다른 위치에 형성되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는, 상하 방향 및/또는 전후 방향으로 다른 위치에 형성될 수 있다.

특히, 벤팅 부재(300)의 서로 다른 측면에 형성된 2개의 유입구(I)는 서로 전혀 중첩되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 유입구(I1)와 제2 유입구(I2)는 상하 방향으로 서로 다른 위치에 형성되며, 상하 방향으로 중첩되는 부분이 없도록 배치될 수 있다.

이러한 실시 구성에서, 제1 유입구(I1)는, 벤팅 부재(300)의 벤팅 유로(V)를 좌측 방향으로만 개방하며, 우측 방향으로는 개방되지 않도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 유입구(I2)는, 벤팅 부재(300)의 벤팅 유로(V)를 우측 방향으로만 개방하며, 좌측 방향으로는 개방되지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)의 일측 유입구(I)를 통해 유입된 벤팅 가스나 화염 등이 타측 유입구(I)로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)의 좌측에서 제1 유입구(I1)를 통해 벤팅 가스나 화염 등이 유입되는 경우, 이러한 벤팅 가스 등이 제2 유입구(I2)를 통해 곧바로 벤팅 부재(300)의 우측에 위치한 제2 셀(C2) 측으로 배출되는 것이 방지될 수 있다. 다른 예로, 도 15에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)의 우측에서 제2 유입구(I2)를 통해 벤팅 가스나 화염 등이 유입되는 경우, 벤팅 가스 등이 제1 유입구(I1)를 통해 곧바로 벤팅 부재(300)의 좌측에 위치한 제1 셀(C1) 측으로 배출되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 벤팅 부재(300)를 사이에 두고 배치된 서로 다른 파우치형 셀(100) 사이에서, 벤팅 부재(300)를 통해 열 내지 화염 전파가 일어나는 문제가 예방될 수 있다.

또한, 상기 벤팅 부재(300)는, 내부 공간에 둘 이상의 단위 유로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 벤팅 부재(300)는 내부 공간에 내부 격벽(W)을 구비할 수 있다. 이러한 내부 격벽(W)은, 벤팅 유로(V)를 다수의 단위 유로로 분할할 수 있다. 특히, 내부 격벽(W)은, 하나의 벤팅 유로(V)에 다수 구비될 수 있다.

더욱이, 내부 격벽(W)은, 벤팅 가스의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 벤팅 유로(V)를 분할하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3, 도 4, 도 16 및 도 17의 실시 구성을 참조하면, 벤팅 유로(V) 내부에서 벤팅 가스가 화살표 B2와 같이 수평 방향으로 흐를 때, 내부 격벽(W)은 벤팅 유로(V)를 상하 방향으로 구분하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 내부 격벽(W)은, 벤팅 가스의 흐름 방향인 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 특히, 내부 격벽(W)은, 벤팅 유로(V)의 유입구(I) 측에서 유출구(O) 측까지 길게 연장 형성될 수 있다. 그리고, 내부 격벽(W)은, 상하 방향(Z축 방향)으로 배치되어, 다수의 단위 유로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 벤팅 부재(300)는, 상하 방향으로 서로 이격되게 7개 배치될 수 있다. 이 경우, 벤팅 부재(300)에는, V1~V8로 표시된 바와 같이 8개의 단위 유로가 형성될 수 있다.

내부 격벽(W)은, 벤팅 부재(300)의 내부 공간을 분할하므로, 폭 방향 양단이 벤팅 부재(300)의 서로 다른 측면에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시 구성을 참조하면, 내부 격벽(W)은, 제1 벤팅판(310)의 내측면에 좌측 단부가 접촉되고 제2 벤팅판(320)의 내측면에 우측 단부가 접촉될 수 있다. 특히, 내부 격벽(W)은, 제1 벤팅판(310)의 우측 표면에서 우측 방향으로 돌출 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 내부 격벽(W)의 우측 단부는, 제2 벤팅판(320)의 좌측 표면까지 연장되어 접촉될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)의 강성이 향상될 수 있다. 특히, 벤팅 부재(300)의 측면에서 압력이나 충격이 인가될 때, 내부 격벽(W)이 벤팅 부재(300)의 측면을 지지할 수 있다. 따라서, 압력이나 충격 등에 의해 벤팅 부재(300)가 손상되거나 파손, 변형되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 특정 파우치형 셀(100)로부터 벤팅 가스나 화염 발생 시, 벤팅 부재(300) 측으로 큰 압력이 인가될 수 있다. 이때, 내부 격벽(W)은, 이러한 압력 인가에도 벤팅 부재(300)가 구조적 안정성을 유지하도록 할 수 있다.

이와 같이, 벤팅 부재(300)에 다수의 단위 유로가 형성된 실시예에서, 벤팅 부재(300)의 양 측면에 형성된 유입구(I)는 서로 다른 단위 유로에 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 벤팅 부재(300)의 서로 다른 측면에 형성된 유입구(I)는, 벤팅 부재(300)에 형성된 다수의 단위 유로를 서로 분할하여 연결될 수 있다.

예를 들어, 도 4, 도 16 및 도 17에 도시된 실시 구성을 참조하면, 벤팅 부재(300)의 좌측면에 형성된 제1 유입구(I1)는, 벤팅 부재(300)의 중공에서 상하 방향 중심선을 기준으로 상부 측에 위치한 4개의 단위 유로(V5~V8)에 연통되도록 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅 부재(300)의 우측면에 형성된 제2 유입구(I2)는, 벤팅 부재(300)의 중공에서 상하 방향 중심선을 기준으로 하부 측에 위치한 4개의 단위 유로(V1~V4)에 연통되도록 형성될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 벤팅 부재(300)에 대하여 양측에 배치된 파우치형 셀(100)들에 대하여, 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 경로가 구분될 수 있다. 따라서, 벤팅 부재(300)를 사이에 두고 배치된 파우치형 셀(100) 간, 벤팅 가스나 화염이 상대 측으로 향하는 것을 보다 확실하게 차단할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 하나의 셀 유닛 내부에서, 파우치형 셀(100) 사이에 열 및 화염 차단 성능이 더욱 향상될 수 있다.

도 18은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다. 예를 들어, 도 18은, 도 17의 A7 부분에 대한 변형된 실시 형태를 확대한 구성을 나타낸다고 할 수 있다.

도 18을 참조하면, 상기 벤팅 부재(300)는, P1로 표시된 부분과 같이, 내부 공간에 돌출부를 구비할 수 있다. 특히, 상기 돌출부(P1)는, 벤팅 유로(V) 내부에서 벤팅 가스의 흐름 방향이 절곡되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 부재(300)의 내부에는 상하 방향으로 배치된 다수의 내부 격벽(W)을 통해, 벤팅 유로(V)가 다수의 단위 유로로 분할될 수 있다. 이때, 각 단위 유로의 상부와 하부에는 돌출부(P1)가 교대로 마련될 수 있다. 특히, 상부와 하부에 교대로 마련된 돌출부(P1)는, 수평 방향으로 서로 다른 위치에 배치되어 있다. 이 경우, 벤팅 가스의 흐름 방향은, 화살표로 표시된 바와 같이, 상하 방향으로 반복하여 절곡될 수 있다. 즉, 벤팅 가스의 기본적인 흐름 방향은 +Y축 방향으로 이루어지나, 벤팅 가스는 이동 중에 +Z축 및 -Z축 방향으로 방향을 전환할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)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 부재(300)의 외부로 배출되어 발생할 수 있는 문제, 이를테면 발화원이나 열전파 원인으로 작용하는 문제 등을 예방할 수 있다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벤팅 부재(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 하부 사시도이고, 도 20은 도 19의 벤팅 부재(300)가 포함된 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 하부 사시도이다.

먼저, 도 19를 참조하면, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)는 외측으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)가 하측 모서리에 형성된 경우, 유출구(O)의 주변에, P2로 표시된 바와 같이, 하부 방향으로 돌출된 유출 돌기가 형성될 수 있다. 예를 들어, 유출구(O)의 좌측 변과 우측 변에는, 하부 방향으로 돌출된 유출 돌기(P2)가 전후 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다.

그리고, 유출 돌기(P2)는, 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)에 삽입될 수 있다. 특히, 유출 돌기(P2)는, 벤팅 홀(H3)을 통해 적어도 일부분이 외부 방향으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 도 20을 참조하면, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)에 형성된 유출 돌기(P2)는, 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)에 삽입되어, 유닛 케이스(200)의 외측, 특히 하부 케이스(210)의 하부 방향으로 돌출될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)와 유닛 케이스(200) 사이의 결합성 내지 조립성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 부재(300)의 벤팅 유로(V)로 유입된 벤팅 가스 등이, 벤팅 부재(300)의 유출구(O) 및 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)을 통해, 셀 유닛의 외부로 확실하게 배출될 수 있다. 더욱이, 상기 실시 구성의 경우, 벤팅 부재(300)의 유출구(O)가 유닛 케이스(200)의 외측에 위치할 수 있으므로, 벤팅 부재(300)의 벤팅 가스가 유닛 케이스(200)의 내부로 역유입되는 문제가 예방될 수 있다.

또한, 유닛 케이스(200)는, 후술하는 도 24 및 도 25 등에 도시된 바와 같이, 팩 하우징의 내부 공간에 장착되어 배터리 팩을 구성할 수 있다. 이때, 팩 하우징에도 벤팅 경로가 형성될 수 있는데, 유닛 케이스(200)의 외측으로 돌출된 유출 돌기(P2)는 팩 하우징의 벤팅 경로로 직접 삽입될 수 있다. 이 경우, 벤팅 부재(300)로부터 팩 하우징의 벤팅 경로로 벤팅 가스 등이 보다 확실하게 이동할 수 있다.

또한, 도 20에는 도시되어 있지 않으나, 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)이 외측으로 돌출되게 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 유닛 케이스(200)의 벤팅 홀(H3)에서 외측으로 돌출 연장된 부분, 즉 벤팅 돌기는, 팩 하우징의 벤팅 경로 측으로 삽입될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 케이스(200)와 팩 하우징 사이의 조립성 내지 결합성이 향상되고, 유닛 케이스(200)로부터 배출된 벤팅 가스 등이 팩 하우징의 벤팅 경로로 원활하게 이동할 수 있다.

본 발명에 따른 셀 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지 부재(800)를 더 포함할 수 있다. 이러한 지지 부재(800)의 구성에 대해서는, 도 21을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 21은, 도 2의 A9-A9'선에 대한 단면도이다.

도 1 및 도 21을 참조하면, 지지 부재(800)는, 유닛 케이스(200)의 대향되는 표면을 지지하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 케이스(210)는, 도 21에서 210L로 표시된 바와 같은 좌측벽과, 도 21에서 210R로 표시된 바와 같은 우측벽을 구비할 수 있다. 그리고, 지지 부재(800)는, 이러한 하부 케이스(210)의 좌측벽(210L)과 우측벽(210R)을 지지할 수 있다. 이를 위해, 지지 부재(800)의 좌측 단부는 A10으로 표시된 부분과 같이 평평하게 형성되어, 이러한 좌측 단부면이 하부 케이스(210)의 좌측벽(210L)을 지지할 수 있다. 그리고, 지지 부재(800)의 우측 단부는 A10'으로 표시된 부분과 같이 평평하게 형성되어, 이러한 우측 단부면이 하부 케이스(210)의 우측벽(210L)을 지지할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 유닛 케이스(200)의 대향되는 내측 표면(좌측 내면 및 우측 내면)을 지지하여, 유닛 케이스(200)의 강성을 보강할 수 있다. 특히, 유닛 케이스(200)의 외측에서 충격이나 압력이 가해지더라도, 유닛 케이스(200)를 지지하고, 유닛 케이스(200)의 변형이나 손상 등을 방지할 수 있다. 따라서, 유닛 케이스(200)의 내부에 수용된 파우치형 셀(100)이나 벤팅 부재(300)가 보다 안전하게 보호될 수 있다.

상기 지지 부재(800)는, 기계적 강성을 높이기 위해, 스틸이나 알루미늄 등 금속 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 지지 부재(800)와 버스바 어셈블리(400) 사이에는, 절연 부재가 포함될 수 있다. 또는, 상기 지지 부재(800)는, 일정 수준 이상의 기계적 강성과 전기적 절연성, 경량성 등의 확보를 위해 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 버스바 어셈블리(400)나 전극 리드(101) 등과 지지 부재(800) 사이를 전기적으로 절연시키기 위한 별도의 구성요소는 포함되지 않을 수 있다.

또한, 지지 부재(800)는, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에서, 수평 방향으로 중앙 부분에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유닛 케이스(200)가 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 연장 형성된 경우, 지지 부재(800)는, 전후 방향으로 중앙 부분에 위치하여, 좌우 방향으로 유닛 케이스(200)를 지지할 수 있다. 유닛 케이스(200)는 길이 방향 중앙 부분에서 변형이 가장 많이 일어날 수 있는데, 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 중앙 부분의 변형을 방지할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 21에 도시된 바와 같이, 유닛 케이스(200)의 내부 공간에서, 2개의 파우치형 셀(100)은 전극 리드(101)가 구비된 측면이 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 21을 참조하면, 각각 전후 방향(Y축 방향)으로 서로 다른 종류의 전극 리드(101)가 배치된 제1 셀(C1)과 제3 셀(C3)은, 전후 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 제1 셀(C1)의 후방 측 전극 리드(101)와 제3 셀(C3)의 전방 측 전극 리드(101)가 서로 마주보도록 배치되어 있다.

이러한 구성에서, 지지 부재(800)는, 2개의 파우치형 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 지지 부재(800)는, 전후 방향으로 배치된 2개의 셀(C1, C3) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 지지 부재(800)는, 2개의 셀 사이 뿐 아니라, 여러 셀 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 하나의 지지 부재(800)를 사이에 두고, 전방 측에는, 4개의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향으로 배치되고, 후방 측에는 4개의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향으로 배치될 수 있다.

이때, 지지 부재(800)는, 전후 방향 양측에 위치하는 파우치형 셀(100) 사이의 공간을 분리시킬 수 있다. 특히, 지지 부재(800)는, A10 및 A10'으로 표시된 바와 같이, 좌우 양단이 유닛 케이스(200), 이를테면 하부 케이스(210)의 좌우 측벽에 밀착될 수 있다. 그리고, 지지 부재(800)는, 상단과 하단이 유닛 케이스(200)의 내부, 이를테면 상부 케이스(220)의 하면 및 하부 케이스(210)의 바닥부 상면에 밀착될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 지지 부재(800)를 사이에 두고 전후 방향 양측에 위치한 셀 사이에서, 벤팅 가스나 화염, 열 등이 전파되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(800)는, 전방 측에 위치한 4개의 파우치형 셀(100)과 후방 측에 위치한 4개의 파우치형 셀(100) 사이를 분리시켜, 이들 사이에서 열 및 화염 전파를 차단할 수 있다.

도 22 및 도 23은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예들에 따른 셀 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.

먼저, 도 22를 참조하면, 셀 유닛은, 도 1의 실시 구성과 다르게, 전후 방향으로 다수의 파우치형 셀(100)이 배열되지 않고, 하나의 파우치형 셀(100)만 배치되도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 유닛은, 파우치형 셀(100)의 길이 방향인 전후 방향으로 셀의 배치 개수를 조절할 수 있다. 이 경우, 파우치형 셀(100) 및 벤팅 부재(300)의 개수와 유닛 케이스(200)의 전후 방향 치수(길이)를 조절함으로써, 이러한 형태의 셀 유닛이 구현될 수 있다.

다음으로, 도 23을 참조하면, 셀 유닛은, 좌우 방향으로 적층되는 파우치형 셀(100)의 개수를 도 1의 실시 구성과 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어, 셀 유닛은, 좌우 방향으로 2개의 파우치형 셀(100)이 적층되어 하나의 셀 열을 형성하고, 이러한 셀 열이 전후 방향으로 2열 배치될 수 있다. 이 경우, 도 1의 실시 구성 대비, 파우치형 셀(100)의 개수와 유닛 케이스(200)의 좌우 방향 치수(폭)를 조절함으로써, 이러한 셀 유닛이 구현될 수 있다.

도 22 및 도 23의 실시 형태와 같이, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 그 형태와 크기, 사양 등을 쉽게 조절할 수 있다. 특히, 유닛 케이스(200) 내부에 포함되는 파우치형 셀(100)의 개수에 따라, 벤팅 부재(300)의 개수나 크기, 유닛 케이스(200)의 폭이나 길이 등을 조절함으로써, 셀 유닛의 규모나 형태 등을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 치수 확장성(Scalable)이 우수하다고 할 수 있다.

앞선 도 1 등에 도시된 바와 같이, 파우치형 셀(100)은 전후 방향으로 다수 배치될 수 있다. 즉, 셀 유닛에는, 벤팅 부재(300)에 인접하여 적층된 하나 이상의 셀 열이 다수 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 파우치형 셀(100)이 좌우 방향으로 적층 및 대면하여 하나의 셀 열을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 셀 열이 유닛 케이스(200)의 내부에 2개 포함될 수 있다. 이 경우, 유닛 케이스(200)의 일측, 이를테면 하부에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 2개의 셀 열에 대응하는 2개의 벤팅 홀(H3)이 형성될 수 있다.

여기서, 서로 다른 셀 열에는, 서로 다른 벤팅 부재(300)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 셀 열, 즉 전방 열과 후방 열에 각각 서로 다른 벤팅 부재(300)가 포함되어, 각 셀 열의 벤팅 제어를 담당할 수 있다. 그리고, 각 셀 열 사이에는, 지지 부재(800)가 개재될 수 있다.

다른 예로, 하나의 벤팅 부재(300)가 서로 다른 셀 열의 벤팅 제어를 공통으로 담당하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 13에 도시된 바와 같이, 하나의 벤팅 부재(300)가 유닛 케이스(200)의 전단에서 후단까지 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 연장 형성되어, 전방 열 사이와 후방 열 사이를 모두 관통할 수 있다. 이때, 벤팅 부재(300)는, 지지 부재(800)를 관통하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 벤팅 부재(300)의 개수를 줄임으로써, 셀 유닛의 조립성과 생산성 등이 향상될 수 있다.

도 24는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 25는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 가스의 이동을 나타내는 도면이다.

도 24 및 도 25를 참조하면, 본 발명에 다른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 셀 유닛(U로 표시)을 다수 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, PH로 표시된 바와 같은 팩 하우징을 포함할 수 있다. 특히, 다수의 셀 유닛(U)은, 이러한 팩 하우징(PH)의 내부 공간에 직접 수납될 수 있다. 즉, 다수의 셀 유닛(U)은, 배터리 모듈을 구성하기 위한 모듈 케이스에 장착되지 않고, 팩 하우징(PH)에 직접 장착될 수 있다.

이 경우, 팩 하우징(PH) 내부에서 파우치형 셀(100)의 점유 공간 비율을 높일 수 있으므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 셀 유닛(U)은, 열이나 화염 차단 성능은 물론이고, 벤팅 제어 효과도 우수하게 확보될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 셀 유닛(U)은, 소규모의 파우치형 셀(100)마다 유닛 케이스(200)에 의해 보호되고, 벤팅 제어도 이루어지므로, 셀투팩(cell to pack) 구성에 보다 유리할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 유닛(U)이 팩 하우징(PH)에 직접 안착되므로, 냉각 효과가 더욱 향상될 수 있다. 특히, 각 셀 유닛(U)의 유닛 케이스(200)는, 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 유닛 케이스(200)를 통해 팩 하우징(PH) 측으로 셀 유닛(U)의 열이 쉽게 전도되어, 각 셀 유닛(U)의 냉각이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성에서, 각각의 셀 유닛(U)은, 배터리 팩에 포함되는 다수의 파우치형 셀(100)을 소규모로 분할하여 그룹핑한 단위가 될 수 있다. 이 경우, 간소화된 구조로 파우치형 셀에 대한 보호가 가능할 수 있다. 또한, 분할된 파우치형 셀(100) 그룹마다, 유닛 케이스(200) 및 벤팅 부재(300)가 구비되어, 배터리 팩에 포함된 다수의 셀 간, 열 및/또는 화염 전파 차단 효과가 달성될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 셀 유닛(U)의 유닛 케이스(200)에는, 앞서 설명한 바와 같이, 벤팅 홀(H3)이 형성되어, 유닛 케이스(200) 내부의 벤팅 가스 등이 외부로 배출될 수 있다. 이때, 팩 하우징(PH)에는, 셀 유닛(U)으로부터 배출된 벤팅 가스 등을 외부로 가이드하기 위한 벤팅 경로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 24 및 도 25에서 화살표로 표시된 바와 같이, 셀 유닛(U)으로부터 팩 하우징(PH)으로 유입된 벤팅 가스 등은 팩 하우징(PH) 내부의 벤팅 경로를 통해 배터리 팩의 외부로 가이드되어 배출될 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 팩 하우징(PH), 특히 하부 하우징은, 도 24에 도시된 바와 같이, 2개의 단위 하우징, 즉 제1 하우징(PH1)과 제2 하우징(PH2)이 상하 방향으로 서로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 하우징(PH1)은 셀 유닛(U)이 직접 안착되는 부분이고, 제2 하우징(PH2)은 제1 하우징(PH1)의 하부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 하우징(PH1)은 셀 유닛(U)의 수용 공간을 형성하도록, 베이스 플레이트와 베이스 플레이트의 주변에 세워진 측벽들을 구비할 수 있다. 그리고, 제2 하우징(PH2)은 플레이트를 구비할 수 있다.

여기서, 벤팅 경로는, 적어도 일부분이 제1 하우징(PH1) 및/또는 제2 하우징(PH2)에 형성될 수 있다. 또한, 벤팅 경로는, 적어도 일부분이 제1 하우징(PH1)과 제2 하우징(PH2) 사이의 공간에 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 24에 도시된 구성을 참조하면, 벤팅 경로의 일부는, VP로 표시된 부분과 같이, 제2 하우징(PH2)에 형성될 수 있다. 특히, 이러한 벤팅 경로는, 플레이트 형태로 구성된 제2 하우징(PH2)에서 파이프 형태, 이를테면 납작한 사각 파이프 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 벤팅 경로는, 제2 하우징(PH2)의 판상 본체로부터 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제2 하우징(PH2)의 벤팅 경로에는, PI2로 표시된 바와 같이, 파이프의 중공을 개방시키는 제2 팩 인렛이 형성될 수 있다. 그리고, 제1 하우징(PH1)에는, 이러한 제2 하우징(PH2)의 제2 팩 인렛(PI2)과 연통되도록, PI1으로 표시된 바와 같은 개구부, 즉 제1 팩 인렛이 형성될 수 있다.

이러한 팩 하우징(PH)의 벤팅 경로는, 팩 하우징(PH)의 내부 공간에 수납된 셀 유닛(U)의 벤팅 홀(H3)과 연통되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 셀 유닛(U)은, 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 형성되어, 2개의 벤팅 홀(H3)이 전후 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 팩 하우징(PH)은, 이러한 각 셀 유닛(U)의 벤팅 홀(H3)의 위치에 대응하여, 도 24에서 PI로 표시된 바와 같이, 전후 방향으로 2개의 팩 인렛이 형성될 수 있다. 그리고, 다수의 셀 유닛(U)이 좌우 방향(X축 방향)으로 적층 배열된 경우, 다수의 셀 유닛의 벤팅 홀(H3)에 대응하여, 다수의 팩 인렛(PI)이 좌우 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 팩 하우징(PH)의 벤팅 경로에는, PO로 표시된 바와 같이, 팩 아웃렛이 형성될 수 있다. 이러한 팩 아웃렛(PO)은, 팩 하우징(PH)의 벤팅 경로로 유입된 벤팅 가스 등이 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있도록 마련될 수 있다.

특히, 팩 하우징(PH)에서 벤팅 경로는, 셀 유닛(U)의 길이 방향 양 단부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 셀 유닛(U)이 전후 방향(Y축 방향)으로 길게 형성되어, 좌우 방향(X축 방향)으로 다수 배치될 때, 벤팅 경로는 팩 하우징(PH)의 전후 방향 양측에 위치할 수 있다. 그리고, 팩 하우징(PH)의 팩 아웃렛(PO)은, 셀 유닛(U)의 적층 방향 단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 팩 아웃렛(PO)은, 팩 하우징(PH)의 우측 방향(+X축 방향) 단부에 위치할 수 있다.

이와 같은 실시 구성에서, 각 셀 유닛(U)으로부터 배출된 벤팅 가스 등은, 팩하우징(PH)에 형성된 팩 인렛(PI1, PI2) 및 벤팅 경로(PI2) 등을 경유하여 팩 하우징(PH)의 전후 방향 단부로 이동할 수 있다. 그리고, 이와 같이 이동한 벤팅 가스 등은, 적어도 일측 방향, 이를테면 우측 방향으로 이동하여, 팩 아웃렛(PO)을 통해 팩 하우징(PH)의 외부로 배출될 수 있다.

또한, 도 24 및 도 25의 실시예와 같이, 다수의 셀 유닛(U)이 팩 하우징(PH)에 안착되는 경우, 배터리 팩의 기계적 강성이 보완될 수 있다. 특히, 각 셀 유닛(U)은 길이 방향 단부가, 팩 하우징(PH)의 내측면에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 셀 유닛(U)의 전방 단부 및 후방 단부는, 팩 하우징(PH)의 전방 내측면과 후방 내측면에 각각 접촉될 수 있다. 따라서, 셀 유닛(U)은, 팩 하우징(PH)의 내측면, 즉 전방 내측면과 후방 내측면을 지지할 수 있다. 이 경우, 셀 유닛(U)에 의해, 팩 하우징(PH)의 전방 측 또는 후방 측에서 가해지는 압력이나 충격에도, 팩 하우징(PH)이 지지되어, 팩 하우징(PH)이나 그 내부에 포함된 구성요소, 이를테면 셀 유닛(U) 등의 손상 내지 파손이 방지될 수 있다. 특히, 이러한 실시 구성에 의하면, 팩 하우징(PH)의 내부 공간을 전후 방향으로 지지하기 위한 별도의 센터 빔 등이 제거될 수 있다. 그러므로, 배터리 팩의 에너지 밀도와 조립성, 생산성 등이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 셀 유닛 이외에, 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 제어 유닛은, 배터리 팩의 전반적인 동작이나 환경, 파우치형 셀(100)의 충방전 동작이나 상태 등을 파악 내지 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은, BMS(Battery Management System) 자체이거나 이러한 구성요소를 포함할 수 있다. 특히, 제어 유닛은, 배터리 모듈 단위에는 포함되지 않고, 배터리 팩 단위에 포함될 수 있다. 이러한 제어 유닛에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 셀 유닛이나 제어 유닛 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, 버스바, 팩 하우징, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 도 24 및 도 25의 실시 구성에서는, 셀 유닛(U)이 직접 팩 하우징(PH)에 장착되는 셀투팩(Cell To Pack; CTP) 형태의 구성이 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 셀투팩 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉 셀 유닛(U)은, 모듈 케이스에 장착되어 배터리 모듈로 모듈화된 후, 팩 하우징(PH)에 장착될 수도 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 앞서 설명한 본 발명에 따른 셀 유닛을 다수 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 일반적인 배터리 모듈보다는 작은 규모 내지 작은 단위로 구성된 셀 그룹이라 할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이러한 다수의 셀 유닛을 수납하기 위한 모듈 케이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스는, 하부 모듈 하우징과 상부 모듈 하우징을 포함할 수 있으며, 하부 모듈 하우징과 상부 모듈 하우징에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다.

본 발명에 따른 셀 유닛은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 셀 유닛 내지 이를 포함하는 배터리 팩이나 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 셀 유닛이나 배터리 팩, 배터리 모듈 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 셀 유닛 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 셀 유닛은, 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 본 발명에 따른 셀 유닛이나, 배터리 팩, 배터리 모듈을 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: 파우치형 셀
101: 전극 리드
200: 유닛 케이스
210: 하부 케이스, 220: 상부 케이스, 230: 엔드 케이스
300: 벤팅 부재
310: 제1 벤팅판, 320: 제2 벤팅판
400: 버스바 어셈블리
410: 버스바 단자, 420: 버스바 프레임, 430: 단자 실링 부재
500: 절연 커버
600: 커넥터
710: 패드 부재, 720: 시트 부재
800: 지지 부재
900: 단자 커버
V: 벤팅 유로
I: 유입구
O: 유출구
E: 유닛 단자
H1: 단자 홀
H2: 커넥팅 홀
H3: 벤팅 홀
T: 테라스부
W: 내부 격벽
U: 셀 유닛
PH: 팩 하우징
PI: 팩 인렛
PO: 팩 아웃렛

Claims (20)

1. 하나 이상의 파우치형 셀;
   내부 공간에 상기 하나 이상의 파우치형 셀을 수용하는 유닛 케이스; 및
   상기 유닛 케이스의 내부 공간에 위치하고, 내부에 벤팅 유로가 형성되어 상기 파우치형 셀로부터 배출된 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성된 벤팅 부재
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유닛 케이스는, 판상의 부재가 절곡된 형태로 구성된 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스의 상단 개방부에 결합된 상부 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유닛 케이스는, 상기 내부 공간에 수용된 상기 파우치형 셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되어 외측으로 노출되게 구성된 유닛 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 부재는, 판상으로 구성되어, 인접하는 파우치형 셀에 대면 배치된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유닛 케이스의 내부 공간에 다수의 파우치형 셀이 수용되고,
   상기 벤팅 부재는, 상기 다수의 파우치형 셀 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 부재는, 상기 유닛 케이스의 내측 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
7. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 부재는, 상기 유닛 케이스에 수용된 상기 하나 이상의 파우치형 셀의 양측에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 부재는, 상기 파우치형 셀과 대면하는 측면에 유입구가 형성되고, 상기 파우치형 셀과 대면하지 않는 측면에 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
9. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 부재는, 상기 파우치형 셀의 테라스부와 대면되는 부분에 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
10. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 부재는, 하나의 파우치형 셀에 대응하여 2개의 유입구가 형성되며, 상기 2개의 유입구 사이에 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
11. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 부재는, 유입구로 유입되는 유체의 흐름 방향과 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
12. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 부재는, 상기 벤팅 유로 내부를 흐르는 유체의 흐름 방향과 유출구로 유출되는 유체의 흐름 방향이 서로 직교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
13. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 부재는, 서로 반대되는 측면에 유입구가 각각 형성되며, 양 측면에 형성된 유입구가 서로 대칭되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
14. 제13항에 있어서,
    상기 벤팅 부재는, 내부 공간에 둘 이상의 단위 유로가 형성되고, 양 측면에 형성된 유입구는 서로 다른 단위 유로에 연통되도록 구성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
15. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 케이스는, 상기 벤팅 부재의 유출구에 대응되는 위치에 벤팅 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
16. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 케이스의 대향되는 내측 표면을 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
17. 제16항에 있어서,
    상기 유닛 케이스의 내부 공간에서 2개의 파우치형 셀은 전극 리드가 구비된 측면이 서로 마주보도록 배치되고,
    상기 지지 부재는, 상기 전극 리드가 마주보도록 배치된 상기 2개의 파우치형 셀 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 셀 유닛.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 셀 유닛을 다수 포함하는 배터리 팩.
19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 셀 유닛을 다수 포함하는 배터리 모듈.
20. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 셀 유닛을 다수 포함하는 자동차.

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