KR20230126201A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230126201A
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housing
battery
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battery pack
case
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KR1020230023122A
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이재현
신주환
이태경
이형석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 복수개의 배터리 유닛을 포함할 수 있다. 상기 배터리 유닛은, 상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되는 제1배터리 셀; 상기 하우징의 폭 방향에 대해 상기 제1배터리 셀의 일측에 배치되며 상기 제1배터리 셀과 나란하게 정렬된 제2배터리 셀; 및 상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되며 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 통합적으로 수용하는 강체인 케이스를 포함할 수 있다. 상기 케이스에는, 상기 제1배터리 셀을 향하는 제1벤트홀; 및 상기 제2배터리 셀을 향하는 제2벤트홀이 형성되고, 상기 하우징에는 상기 제1벤트홀 및 제2벤트홀과 연통되는 벤트 유로가 구비될 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 좀 더 상세히는 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 또한, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여, 필요한 출력 전압 및 충방전 용량 조건을 만족하는 배터리 팩을 구성할 수 있다. 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩은, 하우징 및 하우징에 수용되는 복수개의 배터리 모듈을 포함하고, 각 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
종래의 배터리 팩의 하우징에는, 배터리 팩의 강성을 유지하기 위해 복수개의 배터리 모듈 중 일부와 다른 일부를 지나도록 배치된 보강부(예를 들어, 크로스 빔)가 구비됨이 일반적이었으며, 각 배터리 모듈에는 하우징과의 기구적 체결을 위한 체결부(예를 들어, 체결 보스 등)가 구비됨이 일반적이었다.
그러나, 종래의 배터리 팩은, 상기 보강부 및 체결부가 하우징 내의 공간 일부를 차지하므로, 배터리 팩의 공간 활용율 및 에너지 밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 강성을 유지하며 에너지 밀도가 향상되는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 각 배터리 유닛 내에서 발생한 가스가 외부로 원활하게 배출되는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 복수개의 배터리 유닛을 포함할 수 있다. 상기 배터리 유닛은, 상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되는 제1배터리 셀; 상기 하우징의 폭 방향에 대해 상기 제1배터리 셀의 일측에 배치되며 상기 제1배터리 셀과 나란하게 정렬된 제2배터리 셀; 및 상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되며 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 통합적으로 수용하는 강체인 케이스를 포함할 수 있다. 상기 케이스에는, 상기 제1배터리 셀을 향하는 제1벤트홀; 및 상기 제2배터리 셀을 향하는 제2벤트홀이 형성되고, 상기 하우징에는 상기 제1벤트홀 및 제2벤트홀과 연통되는 벤트 유로가 구비될 수 있다.
상기 복수개의 배터리 유닛의 상기 케이스는, 서로 접촉하거나 인접하도록 적층될 수 있다.
상기 케이스의 길이는, 상기 하우징의 양 측면부 간 거리의 절반보다 클 수 있다.
상기 하우징에는, 상기 복수개의 배터리 유닛 중 일부와 다른 일부의 사이를 지나도록 배치된 보강부가 미구비될 수 있다.
상기 하우징에는, 상기 케이스를 상기 하우징의 내부에 기구적으로 체결하는 체결부가 미 구비될 수 있다.
상기 제1벤트홀 및 제2벤트홀은 상기 케이스의 저면에 형성되고, 상기 벤트 유로는 상기 하우징의 저면부에 구비될 수 있다.
상기 벤트 유로는, 상기 하우징의 내측 저면에 형성되며 상기 제1벤트홀 또는 제2벤트홀을 마주보는 인렛; 및 상기 인렛과 연통되며 상기 하우징의 내측 저면과 외측 저면의 사이에 위치한 제1유로를 포함할 수 있다.
상기 제1유로는, 상기 배터리 유닛과 나란하게 연장될 수 있다.
상기 벤트 유로는, 상기 하우징의 측면부를 따라 연장되며 상기 제1유로가 연통되는 제2유로를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 저면부는, 상기 하우징의 측면부보다 외측으로 확장된 확장부를 포함하고, 상기 제2유로는 상기 확장부 내에 형성될 수 있다.
상기 제2유로는 상기 하우징의 측면부 내에 형성될 수 있다.
상기 벤트 유로는, 상기 제2유로의 단부에 위치하고 상기 하우징의 둘레 외측으로 가스가 배출되는 아웃렛을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 내측 저면은, 상기 복수개의 배터리 유닛이 부착되는 부착 부재가 구비된 제1영역; 및 상기 인렛이 형성된 제2영역을 포함할 수 있다.
상기 하우징에는, 상기 하우징의 내측 저면과 외측 저면의 사이에 위치하며 상기 제1유로와 구획된 냉매 유로가 구비될 수 있다.
상기 냉매 유로는 상기 제1유로의 상측에 위치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 배터리 유닛의 배터리 셀이 직렬 형태로 배치되므로 케이스가 길고 좁게 형성될 수 있으며, 케이스는 강체일 수 있다. 이로써, 복수개의 배터리 유닛의 케이스의 자체 강성 및 구조적 강성에 의해 별도의 보강부 없이도 배터리 팩의 강성을 유지할 수 있고, 하우징 내에 별도의 보강부가 구비되는 경우와 비교하여 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
또한, 제1배터리 셀에서 유출되는 가스는 제1벤트홀을 통해 벤트 유로로 곧바로 배출되고, 제2배터리 셀에서 유출되는 가스는 제2벤트홀을 통해 벤트 유로로 곧바로 배출될 수 있다. 이로써, 배터리 유닛 내에서 발생한 가스가 외부로 원활하게 배출될 수 있다.
또한, 하우징의 저면부에 구비된 부착 부재에 의해 복수개의 배터리 유닛이 하우징 내에 장착될 수 있다. 이로써, 각 배터리 유닛을 하우징에 기구적으로 체결시키기 위한 별도의 체결부 없이도 복수개의 배터리 유닛이 하우징 내에 안정적으로 고정될 수 있고, 각 배터리 유닛에 별도의 체결부가 구비되는 경우와 비교하여 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩에서 복수개의 배터리 유닛을 제거한 모습이 도시된 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 벤트 유로가 도시된 평면도이다.
도 7은 도 6의 인렛, 제1유로 및 제2유로가 도시된 절개도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤트 유로가 도시된 평면도이다.
도 9는 도 8의 인렛, 제1유로 및 제2유로가 도시된 절개도이다.
도 10은 비교예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 11은 비교예에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 체결부 및 그 주변을 확대 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩에서 복수개의 배터리 유닛을 제거한 모습이 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 하우징(10) 및 상기 하우징(10) 내에 배치된 복수개의 배터리 유닛(20)을 포함할 수 있다.
하우징(10)은, 대략 상면이 개방된 박스 형상일 수 있으며 복수개의 배터리 유닛(20)이 수용 가능한 내부 공간을 가질 수 있다. 하우징(10)에 복수개의 배터리 유닛(20)이 수용되면, 하우징(10)의 개방된 상면은 커버(미도시)에 의해 커버될 수 있다.
좀 더 상세히, 하우징(10)은, 전면부(11)와, 배면부(12)와, 한 쌍의 측면부(13)와, 저면부(14)를 포함할 수 있다.
저면부(14)는 대략 수평하게 형성된 플레이트 형상일 수 있다. 전면부(11), 배면부(12), 한 쌍의 측면부(13)는 저면부(14)에서 상측으로 돌출될 수 있다. 전면부(11), 배면부(12), 한 쌍의 측면부(13)는, 저면부(14)의 가장자리에 위치하거나, 상기 가장자리보다 안쪽에 위치할 수 있다.
저면부(14)는, 양 측면부(13)보다 외측으로 확장된 확장부(19)를 포함할 수 있다. 확장부(19)는 배터리 팩(1)을, 배터리 팩(1)에 의해 전력을 공급받는 전자 장치(예를 들어, 전기 자동차)에 장착하기 위한 구성일 수 있다.
한 쌍의 측면부(13)는, 전면부(11)와 배면부(12)를 연결할 수 있다. 전면부(11) 및 배면부(12)는 제1방향(예를 들어, 도 1에서 y축과 나란한 방향)에 대해 서로 나란하게 연장될 수 있고, 한 쌍의 측면부(13)는 상기 제1방향과 직교하는 제2방향(예를 들어, 도 1에서 x축과 나란한 방향)에 대해 서로 나란하게 연장될 수 있다. 본 명세서에서, 서로 나란하거나 직교한다는 것의 의미는, 학문적 의미로 한정하는 것이 아니며, 제조상 오차 범위를 포함하는 의미일 수 있다.
상기 제1방향은 하우징(10)의 폭 방향일 수 있고, 상기 제2방향은 하우징(10)의 길이 방향일 수 있다.
복수개의 배터리 유닛(20)은 하우징(10)에 수용될 수 있다. 각 배터리 유닛(20)은 하우징(10)의 폭 방향과 나란하게 형성될 수 있다.
각 배터리 유닛(20)의 길이(L)는, 하우징(10)의 양 측면부(13) 간 거리(D)의 절반보다 길 수 있다. 바람직하게는, 각 배터리 유닛(20)의 길이(L)는, 하우징(10)의 양 측면부(13) 간 거리(D)의 90% 이상일 수 있다. 각 배터리 유닛(20)의 양 단부는, 하우징(10)의 양 측면부(13)와 접하거나 인접할 수 있다.
복수개의 배터리 유닛(20)은 서로 나란하게 배치될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)은, 서로 접촉하거나 인접하도록 적층될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)은, 하우징(10)의 길이 방향에 대해 적층될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)은 단일의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
좀 더 상세히, 도 4 및 도 5를 참조하면, 각 배터리 유닛(20)은, 하우징(10)의 폭 방향과 나란하게 연장된 케이스(21)와, 케이스(21)에 수용된 복수개의 배터리 셀(22)을 포함할 수 있다.
케이스(21)는 배터리 유닛(20)의 외관을 이룰 수 있다. 케이스(21)는 하우징(10)의 폭 방향과 나란하게 연장된 바(bar) 또는 빔(beam) 형상일 수 있다.
케이스(21)는 강체일 수 있다. 바람직하게는, 케이스(21)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 자체 강성에 의해, 배터리 팩(10)의 강성이 높게 유지될 수 있다.
케이스(21)의 길이(L)는, 하우징(10)의 양 측면부(13) 간 거리(d)의 절반보다 길 수 있다. 바람직하게는, 케이스(21)의 길이(L)는, 하우징(10)의 양 측면부(13) 간 거리(d)의 90% 이상일 수 있다. 케이스(21)의 양 단부는, 하우징(10)의 양 측면부(13)와 접하거나 인접할 수 있다.
복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)는 서로 접촉하거나 인접하도록 적층될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)는 하우징(10)의 길이 방향에 대해 적층될 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)는 단일의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
케이스(21)는 복수개의 부품이 체결되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(21)는 양 단부 및 일면이 개방된 본체(21a)와, 상기 본체(21a)의 개방된 일면을 커버하는 제1커버(21b)와, 상기 본체(21a)의 개방된 양 단부를 커버하는 한 쌍의 제2커버(21c)를 포함할 수 있다. 다만 케이스(21)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
각 배터리 셀(22)은, 전극 조립체 및 전해액이 파우치형 전지 케이스에 수용된 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 그리고, 복수개의 배터리 셀(22)을 포함하는 배터리 유닛(20)은 SPU(Scalable Pouch Unit)로 명명될 수 있다.
배터리 셀(22)의 파우치형 전지 케이스는 강체가 아닌 연질 재질이므로, 충분한 강성을 갖지 못할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)의 강성을 높게 유지하기 위해 배터리 유닛(20)의 케이스(21)가 강체로 이루어지는 것이 중요하다.
복수개의 배터리 셀(22)은, 케이스(21)의 길이 방향(예를 들어, 도 5의 y축과 나란한 방향)과 나란하게 연장되며 직렬 형태로 배치될 수 있다.
좀 더 상세히, 복수개의 배터리 셀(22)은, 케이스(21)의 길이방향 일측부에 위치한 제1배터리 셀(23)과, 케이스(21)의 길이방향 타측부에 위치한 제2배터리 셀(24)을 포함할 수 있다.
제1배터리 셀(23) 및 제2배터리 셀(24)은 하우징(10)의 폭 방향, 즉 케이스(21)의 길이 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 제2배터리 셀(24) 하우징(10)의 폭 방향, 즉 케이스(21)의 길이 방향에 대해 제1배터리 셀(23)의 일측에 배치되며 제1배터리 셀(23)과 나란하게 정렬될 수 있다.
따라서, 케이스(21)는 제1배터리 셀(23) 및 제2배터리 셀(24)을 통합적으로 수용할 수 있다.
제1배터리 셀(23) 및 제2배터리 셀(24)은 각각, 적어도 하나, 바람직하게는 복수개의 셀을 포함할 수 있다.
제1배터리 셀(23) 및 제2배터리 셀(24)에 각각 포함된 셀의 개수는 서로 동일할 수 있다. 제1배터리 셀(23)이 복수개의 셀을 포함할 경우, 제1배터리 셀(23)에 포함된 복수개의 셀은 케이스의 폭 방향(예를 들어, 도 5의 x축과 나란한 방향)에 대해 적층될 수 있다. 마찬가지로, 제2배터리 셀(24)이 복수개의 셀을 포함할 경우, 제2배터리 셀(24)에 포함된 복수개의 셀은 케이스(21)의 폭 방향에 대해 적층될 수 있다.
복수개의 배터리 셀(22)을 직렬 형태로 배치함으로써, 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 길이를 늘릴 수 있다. 이로써, 앞서 설명한 바와 같이, 케이스(21)의 양 단부가 하우징(10)의 양 측면부(13)에 가까워질 수 있고, 케이스(21)의 강성에 의해, 배터리 팩(1)의 폭 방향에 대한 굽힘에 저항하는 구조적 강성이 커질 수 있다.
또한, 복수개의 배터리 셀(22)을 직렬 형태로 배치함으로써, 복수개의 배터리 셀(22)이 병렬적으로 적층되는 경우와 비교하여, 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 폭을 줄일 수 있다. 이로써, 하우징(10) 내에 적층되는 배터리 유닛(20)의 개수가 더 많아지게 되고, 하우징(10)의 길이 방향에 대한 케이스(21)의 밀도가 증가할 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 강성에 의해, 배터리 팩(1)의 길이 방향에 대한 굽힘에 저항하는 구조적 강성이 커질 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 하우징(10)의 저면부(14)에 구비되며 복수개의 배터리 유닛(20)이 부착되는 부착 부재(50)를 더 포함할 수 있다. 복수개의 배터리 유닛(20)은 하우징(10)의 저면부(14)에 부착 부재(50)가 구비된 상태에서 하우징(10)에 장착될 수 있다.
예를 들어, 부착 부재(50)는, 하우징(10)의 저면부(14)에 도포된 레진일 수 있다. 다만 부착 부재(50)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
부착 부재(50)에 의해, 복수개의 배터리 유닛(20)은 별도의 기구적인 체결부 없이도 하우징(10) 내에 견고하게 장착될 수 있다.
부착 부재(50)는, 후술할 벤트 유로(30)의 인렛(31)을 회피하여 구비될 수 있다. 따라서, 부착 부재(50)는 벤트 유로(30)의 인렛(31)을 가리지 않을 수 있다.
좀 더 상세히, 하우징(10)의 저면부(14), 좀 더 상세히는 하우징(10)의 내측 저면은, 부착 부재(50)가 구비된 제1영역(A1) 및 상기 인렛(31)이 형성된 제2영역(A2)을 포함할 수 있다. 도 3에는 'A1'과 '50'이 동일한 지점을 가리키고 있으나, 당업자는 하우징(10)의 저면부(14)에 포함된 제1영역(A1)과, 제1영역(A1) 상에 위치한 부착 부재(50)를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
각 제2영역(A2)은 하우징(10)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 각 제2영역(A2)에는 하우징(10)의 길이 방향에 대해 일정 간격으로 이격된 복수개의 인렛(31)이 형성될 수 있다.
제2영역(A2)은 하우징(10)의 폭 방향으로 서로 이격된 복수개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2영역(A2)은 한 쌍이 구비될 수 있다.
어느 하나의 제2영역(A2)에 형성된 복수개의 인렛(31)과, 다른 하나의 제2영역(A2)에 형성된 복수개의 인렛(31)은, 하우징(10)의 폭 방향에 대해 서로 대응되게 위치할 수 있다.
제1영역(A1)은 복수개의 제2영역(A2)에 의해 복수개 영역으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 제1영역(A1)은, 한 쌍의 제2영역(A2)의 사이에 위치한 센터 영역과, 한 쌍의 제2영역(A2)의 외측에 위치한 한 쌍의 사이드 영역을 포함할 수 있다.
다만 제1영역(A1) 및 제2영역(A2)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 인렛(31) 중 적어도 일부의 사이에 부착 부재(50)가 구비되는 것도 가능함은 물론이다. 이 경우, 제2영역(A2)의 하우징(10)의 길이 방향에 대한 길이는 짧아질 수 있고, 제1영역(A1)에 포함되는 복수개의 영역은 서로 이어질 수 있다.
제1영역(A1)은 제2영역(A2)보다 넓을 수 있다. 바람직하게는, 제1영역(A1)의 면적은 제2영역(A2)의 면적의 3배 이상일 수 있다. 이로써, 복수개의 배터리 유닛(20)이 하우징(10)에 견고하게 장착될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 벤트 유로가 도시된 평면도이고, 도 7은 도 6의 인렛, 제1유로 및 제2유로가 도시된 절개도이다.
각 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 저면에는, 배터리 셀(22)에서 발생한 가스가 배출되는 벤트홀(26)이 형성될 수 있다. 배터리 셀(22)이 터지거나 화재가 발생하여 파우치가 파손될 경우, 배터리 셀(22)에서 발생한 가스가 케이스(21)의 내부로 유출될 수 있고, 상기 가스는 케이스(21)에 형성된 벤트홀(26)로 배출될 수 있다.
각 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 저면에는, 복수개의 벤트홀(26)이 형성될 수 있다. 복수개의 벤트홀(26)은 케이스(21)의 길이 방향으로 이격될 수 있다.
좀 더 상세히, 복수개의 벤트홀(26)은 배터리 유닛(20) 내의 제1배터리 셀(23)을 마주보는 제1벤트홀(26a)과, 제2배터리 셀(24)을 마주보는 제2벤트홀(26b)을 포함할 수 있다.
이로써, 직렬 형태로 배열된 복수개의 배터리 셀(22) 중 일 배터리 셀(22)에서 가스의 유출이 발생하면, 상기 가스는 상기 일 배터리 셀(22)과 가장 인접한 벤트홀(26)로 신속하게 배출될 수 있다.
하우징(10)의 저면부(14)에는, 제1벤트홀(26a) 및 제2벤트홀(26b)과 연통된 벤트 유로(30)가 구비될 수 있다. 제1벤트홀(26a) 및/또는 제2벤트홀(26b)로 배출된 가스는, 벤트 유로(30)를 통해 하우징(10)의 외부로 배출될 수 있다.
좀 더 상세히, 벤트 유로(30)는, 하우징(10)의 내측 저면(14a)에 형성되며 제1벤트홀(26a) 또는 제2벤트홀(26b)을 마주보는 인렛(31)과, 상기 인렛(31)과 연통되며 하우징(10)의 내측 저면(14a)과 외측 저면(14b)의 사이에 위치한 제1유로(32)를 포함할 수 있다. 벤트 유로(30)는, 하우징(10)의 측면부(13)를 따라 연장되며 제1유로(32)가 연통되는 제2유로(33)를 더 포함할 수 있다. 벤트 유로(30)는, 제2유로(33)의 단부에 위치하고 하우징(10)의 둘레 외측으로 가스가 배출되는 아웃렛(34)을 더 포함할 수 있다.
인렛(31)은 하우징(10)의 저면부(14), 좀 더 상세히는 내측 저면(14a)에 형성될 수 있다. 인렛(31)은 하우징(10)의 내측 저면(14a) 중 제2영역(A2)(도 3 참조)에 위치할 수 있다.
인렛(31)은, 배터리 유닛(20)의 벤트홀(26)과 서로 마주보며 인접할 수 있다. 따라서, 벤트홀(26)로 배출된 가스는 즉시 인렛(31)으로 유입될 수 있다.
인렛(31)은 하우징(10)의 내측 저면(14a)에서부터 후술할 제1유로(32)까지 관통 형성될 수 있다.
복수개의 인렛(31)은, 하우징(10)의 길이 방향 및 폭 방향에 대해 소정의 행렬을 이루도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 인렛(31)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 길이 방향(예를 들어, 도 6의 x축과 나란한 방향)에 대한 2개의 행과 하우징(10)의 폭 방향(예를 들어, 도 6의 y축과 나란한 방향)에 대한 8개의 열을 이룰 수 있다.
하우징(10)의 폭 방향에 동일선상에 위치한 복수개의 인렛(31)은, 어느 하나의 배터리 유닛(20)에 형성된 복수개의 벤트홀(26)을 마주볼 수 있다.
제1유로(32)는, 하우징(10)의 저면부(14) 내에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 제1유로(32)는 하우징(10)의 내측 저면(14a)과 외측 저면(14b)의 사이에 위치할 수 있다.
제1유로(32)는 서로 나란한 복수개가 구비될 수 있다. 복수개의 제1유로(32)는 배터리 유닛(20)과 나란하게 연장 형성될 수 있다. 복수개의 제1유로(32)는, 복수개의 배터리 유닛(20)과 대응되게 구비될 수 있다. 이로써, 일 배터리 유닛(20)의 벤트홀(26)에서 배출된 가스가 제1유로(32)를 통과하는 과정에서, 다른 배터리 유닛(20)의 벤트홀(26)에 유입되거나, 상기 가스의 열 등으로 인해 다른 배터리 유닛(20)의 온도가 올라가는 것을 방지할 수 있다.
제2유로(33)는, 하우징(10)의 측면부(13)를 따라 연장될 수 있다. 제2유로(33)에는 복수개의 제1유로(32)가 연통될 수 있다. 좀 더 상세히, 제2유로(33)는 하우징(10)의 양 측면부(13)를 따라 연장 형성된 한 쌍이 구비될 수 있고, 각 제1유로(32)의 양 단부는 상기 한 쌍의 제2유로(33)에 연통될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 제2유로(33)는 하우징(10)의 측면부(13)보다 외측으로 확장된 확장부(19) 내에 형성될 수 있다.
이로써, 제2유로(33)가 하우징(10)의 저면부(14)에 형성되는 경우와 비교하여, 제2유로(33)를 지나는 가스의 열 등으로 인해 다른 배터리 유닛(20)의 온도가 올라가는 것을 방지할 수 있다.
즉, 제1유로(32) 및 제2유로(33)의 구성에 의해, 어느 하나의 배터리 유닛(20)에서 화재 등이 발생하여 가스가 배출되는 경우, 복수개의 배터리 유닛(20) 간 열전파(thermal propagation)가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
아웃렛(34)은 제2유로(34)의 단부에 위치할 수 있다. 아웃렛(34)은 하우징(10)의 외부를 향하는 개구일 수 있다. 아웃렛(34)은 하우징(10)의 둘레 외측을 향할 수 있다. 각 제2유로(34)에 대해 아웃렛(34)은 한 쌍이 형성될 수 있다. 한 쌍의 아웃렛(34)은 제2유로(34)의 양 단부에 위치할 수 있다.
제2유로(33)가 하우징(10)의 양 측면부를 따라 형성되고, 각 제2유로(33)에 한 쌍의 아웃렛(34)이 형성됨으로써, 어느 하나의 배터리 유닛(20)에서 배출된 가스가 하우징(10)의 외측으로 배출되기까지의 경로가 단축될 수 있다.
한편, 하우징(10)의 저면부(14)에는, 벤트 유로(30)와 구획되는 냉매 유로(40)가 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 냉매 유로(40)는, 하우징(10)의 내측 저면(14a)과 외측 저면(14b)의 사이에 위치하며 제1유로(32)와 구획될 수 있다.
냉매 유로(40)는, 제1유로(32)의 상측에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 냉매 유로(40)는 제1유로(32)와 하우징(10)의 내측 저면(14a)의 사이를 지나도록 형성될 수 있다. 즉, 냉매 유로(40)와 복수개의 배터리 유닛(20) 간 거리는, 제1유로(32)와 복수개의 배터리 유닛(20) 간 거리보다 가까울 수 있다. 또한, 냉매 유로(40)는 제1유로(32)와 교차하도록 형성될 수 있다.
이로써, 제1유로(32)를 지나는 가스의 열이 복수개의 배터리 유닛(20)에 끼치는 영향을 줄일 수 있다. 또한, 냉매 유로(40)를 지나는 냉매(예를 들어, 물)에 의해 배터리 유닛(20)이 신속하게 가열될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤트 유로가 도시된 평면도이고, 도 9는 도 8의 인렛, 제1유로 및 제2유로가 도시된 절개도이다.
본 실시예의 경우, 제2유로(33)는 하우징(10)의 측면부(13) 내에 형성될 수 있다. 이로써, 하우징(10)의 설계 자유도가 증가할 수 있다. 예를 들어, 별도의 확장부를 하우징(10)에 분리 가능하게 체결시킬 수 있다.
도 10은 비교예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 11은 비교예에 따른 배터리 팩의 평면도이며, 도 12는 도 10에 도시된 체결부 및 그 주변을 확대 도시한 도면이다.
비교예에 따른 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 유닛(20')의 길이는, 하우징(10)의 양 측면부(13) 간 거리의 절반보다 작을 수 있다. 따라서, 하우징(10)의 폭 방향에 대해 한 쌍의 배터리 유닛(20')이 배치될 수 있다.
이는, 각 배터리 유닛(20')에 포함된 복수개의 배터리 셀이, 직렬 형태가 아닌 병렬 형태로 적층되기 때문일 수 있다. 즉, 배터리 유닛(20')의 내부에 포함된 복수개의 배터리 셀은, 하우징(10)의 길이 방향(예를 들어, 도 10의 x축과 나란한 방향)에 대해 적층될 수 있다.
또한, 배터리 팩의 강성을 보강하기 위해, 하우징(10)에는 복수개의 배터리 유닛(20') 중 일부와 다른 일부의 사이를 지나도록 배치된 보강부(15)가 구비될 수 있다.
보강부(15)는 크로스 빔 형태를 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 보강부(15)는, 제1보강부(16)와, 상기 제1보강부(16)와 교차하는 방향으로 연장된 복수개의 제2보강부(17)를 포함할 수 있다.
제1보강부(16)는, 하우징(10)의 길이 방향으로 연장되며 하우징(10)의 폭 방향 일측에 위치한 배터리 유닛(20')과 하우징(10)의 폭 방향 타측에 위치한 배터리 유닛(20')의 사이를 가로지를 수 있다. 각 제2보강부(17)는 제1보강부(16)와 연결되며, 하우징(10)의 폭 방향으로 연장되며 서로 인접한 배터리 유닛(20')의 사이를 가로지를 수 있다.
또한, 각 배터리 유닛(20')을 하우징(10) 내에 장착하기 위해, 각 배터리 유닛(20')에는, 배터리 유닛(20')의 케이스를 하우징(10)의 내부에 기구적으로 체결하는 체결부(29)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 체결부(29)는 배터리 유닛(20')의 케이스의 코너에 구비된 체결 보스일 수 있다.
그리고, 하우징(10)의 내부에는 상기 체결부(29)가 대응되는 체결홀(미도시)이 구비될 수 있다.
그러나, 비교예에 따른 배터리 팩은, 보강부(15) 및 체결부(29)가 하우징(10) 내의 공간 일부를 차지하므로, 배터리 팩의 공간 활용율 및 에너지 밀도가 떨어지게 된다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 하우징(10)에는, 복수개의 배터리 유닛(20)(도 1 및 도 2 참조) 중 일부와 다른 일부의 사이를 지나도록 배치된 보강부가 미구비될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1)의 에너지 밀도가 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 앞서 설명한 바와 같이, 복수개의 배터리 유닛(20)의 케이스(21)의 자체 강성 및 구조적 강성에 의해, 비교예와 달리 별도의 보강부 없이도 배터리 팩(1)의 강성이 높게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하우징(10)에는, 배터리 유닛(20)(도 1 및 도 2 참조)의 케이스(21)를 하우징(10)의 내부에 기구적으로 체결하는 체결부가 미 구비될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1)의 에너지 밀도가 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 앞서 설명한 바와 같이, 하우징(10)의 저면부(14)에 구비된 부착 부재(50)에 의해 복수개의 배터리 유닛(20)이 하우징(10) 내에 안정적으로 장착될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 10: 하우징
11: 전면부 12: 배면부
13: 측면부 14: 저면부
14a: 내측 저면 14b: 외측 저면
19: 확장부 20: 배터리 유닛
21: 케이스 22: 배터리 셀
23: 제1셀 24; 제2셀
26: 벤트홀 30: 밴트 유로
31: 인렛 32: 제1유로
33: 제2유로 34: 아웃렛
40: 냉매 유로 50: 부착 부재

Claims (15)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치된 복수개의 배터리 유닛을 포함하고,
    상기 배터리 유닛은,
    상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되는 제1배터리 셀;
    상기 하우징의 폭 방향에 대해 상기 제1배터리 셀의 일측에 배치되며 상기 제1배터리 셀과 나란하게 정렬된 제2배터리 셀; 및
    상기 하우징의 폭 방향과 나란하게 연장되며 상기 제1배터리 셀 및 제2배터리 셀을 통합적으로 수용하는 강체인 케이스를 포함하며,
    상기 케이스에는,
    상기 제1배터리 셀을 향하는 제1벤트홀; 및
    상기 제2배터리 셀을 향하는 제2벤트홀이 형성되고,
    상기 하우징에는 상기 제1벤트홀 및 제2벤트홀과 연통되는 벤트 유로가 구비된 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 유닛의 상기 케이스는, 서로 접촉하거나 인접하도록 적층된 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스의 길이는, 상기 하우징의 양 측면부 간 거리의 절반보다 큰 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에는, 상기 복수개의 배터리 유닛 중 일부와 다른 일부의 사이를 지나도록 배치된 보강부가 미구비된 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에는, 상기 케이스를 상기 하우징의 내부에 기구적으로 체결하는 체결부가 미 구비된 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1벤트홀 및 제2벤트홀은 상기 케이스의 저면에 형성되고,
    상기 벤트 유로는 상기 하우징의 저면부에 구비된 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 벤트 유로는,
    상기 하우징의 내측 저면에 형성되며 상기 제1벤트홀 또는 제2벤트홀을 마주보는 인렛; 및
    상기 인렛과 연통되며 상기 하우징의 내측 저면과 외측 저면의 사이에 위치한 제1유로를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1유로는, 상기 배터리 유닛과 나란하게 연장된 배터리 팩.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 벤트 유로는,
    상기 하우징의 측면부를 따라 연장되며 상기 제1유로가 연통되는 제2유로를 더 포함하는 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징의 저면부는, 상기 하우징의 측면부보다 외측으로 확장된 확장부를 포함하고,
    상기 제2유로는 상기 확장부 내에 형성된 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2유로는 상기 하우징의 측면부 내에 형성된 배터리 팩.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 벤트 유로는,
    상기 제2유로의 단부에 위치하고 상기 하우징의 둘레 외측으로 가스가 배출되는 아웃렛을 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징의 내측 저면은,
    상기 복수개의 배터리 유닛이 부착되는 부착 부재가 구비된 제1영역; 및
    상기 인렛이 형성된 제2영역을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징에는, 상기 하우징의 내측 저면과 외측 저면의 사이에 위치하며 상기 제1유로와 구획된 냉매 유로가 구비된 배터리 팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 냉매 유로는 상기 제1유로의 상측에 위치한 배터리 팩.
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