KR20240012317A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸는 셀 커버; 및 상기 셀 커버의 상부와 상기 배터리 셀 사이에 형성되는 파열 시트를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 안전성이 강화된 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는, 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 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 전지 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 전지 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 전지 모듈을 구성하고, 이러한 전지 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다. 대표적인 예로서, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀을 먼저 모듈 케이스 내부에 수납하여 전지 모듈을 구성한 후, 이러한 전지 모듈을 하나 이상의 팩 케이스의 내부에 수납하는 형태로 구성된다. 더욱이, 종래 전지 모듈은, 아래의 선행문헌(한국공개번호 제10-2015-0044599호) 등에 개시된 바와 같이, 카트리지라고도 불리는 플라스틱 재질의 적층용 프레임, 셀 적층 방향 양단의 플레이트, 볼트와 같은 체결 부재 등 여러 구성요소를 이용하여 다수의 배터리 셀을 적층시키는 경우가 많다. 그리고, 이와 같이 형성된 적층체는, 다시 모듈 케이스 내부에 수납되어 모듈화되는 경우도 많다.
하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 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 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 배터리 셀을 모듈화시켜 전지 모듈을 구성한 후, 전지 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 상기 선행문헌에 개시된 바와 같이, 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.
또한, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 모듈 케이스가 수납되고, 모듈 케이스 내부에 배터리 셀이 수납되므로, 우수한 냉각성을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. 특히, 모듈 케이스 내부에 수납된 배터리 셀들의 열을 모듈 케이스를 거쳐 팩 케이스 외부로 배출시키는 경우, 냉각 효율이 떨어지고, 냉각 구조도 복잡해질 수 있다.
또한, 배터리 셀로부터 발생하는 열 등에 의해 배터리 셀 내부 기체의 벤팅(venting)이 발생할 수 있다. 이때, 기체 벤팅을 위한 구조가 마련되지 않을 경우 일정한 방향성이 없이 배터리 셀로부터 기체가 벤팅되고 인접한 배터리 셀의 손상 가능성이 커질 뿐만 아니라, 모듈화된 배터리 셀 및 배터리 팩 외부로 방출되는 기체 벤팅으로 인해 배터리 팩의 안전성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2015-0044599호 (공개일자: 2015년 04월 27일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배터리 셀 내부 기체의 벤팅 구조를 마련함으로써 내구성 및 안전성이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고, 기재되지 않은 다른 과제들은 본 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있는 범위에서 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸는 셀 커버; 및 상기 셀 커버의 상부와 상기 배터리 셀 사이에 형성되는 파열 시트를 포함한다.
상기 파열 시트는, 복수 개의 파열층, 및 상기 복수 개의 파열층 사이에 형성되는 파열 유도 부재를 포함할 수 있다.
상기 셀 커버는, 상기 셀 커버의 상부를 관통하면서 형성되는 복수 개의 홀을 포함하고, 상기 파열 시트는, 상기 홀과 대응되는 상기 파열 시트의 일 영역에 복수 개 형성되는 벤팅부를 포함할 수 있다.
상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 홀과 대응되는 상기 파열 시트의 일 영역에 복수 개 형성되는 벤팅홀에 의해 형성될 수 있다.
상기 벤팅홀의 형상은, 상기 셀 커버의 형상과 동일하거나 이보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 상기 벤팅부는, 적어도 3개의 모서리를 포함하는 파열부, 및 상기 파열 시트와 연결된 일 모서리인 연결부를 포함할 수 있다.
상기 파열부는, 상기 파열 시트의 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 연결부는, 상기 파열 시트의 폭 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.
상기 셀 커버의 전방측과 후방측을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트, 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함하고, 상기 파열부는 상기 제1 엔드 플레이트와 가깝게 위치하고, 상기 연결부는 상기 제2 엔드 플레이트와 가깝게 위치할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀들 및 상기 셀 커버를 포함하는 복수의 셀 유닛은, 서로 마주보며 상기 팩 케이스 내에 장착되고, 마주보는 상기 복수의 셀 유닛에 구비되는 상기 파열부는, 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 벤팅부는, 상기 파열 유도 부재의 팽창에 의해 일어나는 상기 복수 개의 파열층의 파열에 따라 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 파열층은 제1 파열층, 및 제2 파열층을 포함하고, 상기 제1 파열층은 상기 제2 파열층의 일면과 마주보며 위치하고, 상기 제2 파열층의 타면은 상기 배터리 셀과 마주보며 위치할 수 있다.
상기 제1 파열층 및 상기 제2 파열층은 적층 구조일 수 있다.
상기 파열 유도 부재는, 일정 온도 이상에서 팽창하여 상기 복수 개의 파열층을 파열 및 절단할 수 있다.
상기 파열 유도 부재는, 형상 기억 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디바이스는, 상술한 배터리 팩을 포함한다.
실시예들에 따르면, 플라스틱 카트리지와 같은 적층용 프레임이나 별도의 모듈 케이스 등의 구성이 없이도, 다수의 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 안정적으로 수납할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 연성 재질 케이스를 갖는 배터리 셀을 쉽게 견고한 형태로 만들어, 팩 케이스 내부에서 직접 적층되는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 다수의 배터리 셀을 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층시키는 구성이 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀을 모듈화하지 않고 팩 케이스에 직접 수납하므로, 모듈의 모듈 케이스 등이 불필요하다. 따라서, 이러한 모듈 케이스가 차지하는 공간을 줄여, 팩 케이스 내부에 더욱 더 많은 배터리 셀이 배치될 수 있다. 그러므로 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 조립성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 케이스에 배터리 셀을 수납하여 전지 모듈을 마련하는 공정, 이와 같이 마련된 전지 모듈을 하나 이상 팩 케이스에 수납하는 공정 등이 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 제조 공정이 간소화되고, 제조 시간이 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 커버에 의해 감싸지는 배터리 셀의 개수를 변경하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 셀 커버의 폭을 변경함으로써, 셀 커버에 의해 수용되는 단위 셀 개수를 쉽게 변경할 수 있다. 따라서, 이 경우, 하나의 셀 커버에 의한 용량이나 출력에 대한 변경이 쉽게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각각의 셀 유닛에 대하여, 버스바나 각 유닛의 단자를, 각 셀 커버의 측면이나 상부 또는 하부 등에 위치시키는 구성이 쉽게 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 연질의 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 수납시키는 과정에서, 배터리 셀을 직접 파지하지 않고 셀 커버를 파지할 수 있다. 따라서, 배터리 셀을 핸들링하는 공정이 보다 용이하고 안전하게 이루어질 수 있다. 더욱이, 이 경우, 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 수납하는 등 셀의 핸들링 과정에서, 배터리 셀이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 안전성이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각 배터리 셀로부터 배출된 가스 등이 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀로부터 배출된 가스나 화염 등의 배출 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 인접한 배터리 셀 간 열 폭주 전파가 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은, 도 2의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 배터리 팩에 포함되는 파열 시트를 나타낸 도면이다.
도 5는, 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도로, 파열 시트가 파열되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5의 파열 시트가 배터리 셀 내부의 기체 벤팅에 따라 파열된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은, 도 7의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 파열 시트를 나타낸 도면이다.
도 10은, 도 9의 B-B’를 따라 자른 단면도로, 파열 시트가 파열되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은, 도 10의 파열 시트가 배터리 셀 내부의 기체 벤팅에 따라 파열된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 12는, 도 1의 C 영역을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다. 그리고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은, 도 2의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 배터리 셀(100), 셀 커버(200) 및 팩 케이스(600)를 포함한다.
상기 배터리 셀(100)은, 배터리 팩(1000)에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 배터리 셀(100)은, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 배터리 셀(100)은, 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(도면의 x축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전후 방향(도면의 y축 방향)으로 배치될 수도 있다.
더욱이, 복수의 배터리 셀(100)은, 수평 방향으로 배치되되, 좌우 방향 및 수평 방향으로 다수의 열을 이루는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 배터리 셀(100)은, 좌우 방향으로 배치된 셀 열이 전후 방향으로 2개 구비된 형태로 적층 될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 배터리 셀(100)을 채용할 수 있다. 일 예로, 배터리 셀은 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 융착하여 형성될 수 있다. 이러한 배터리 셀은 장방형 시트 구조로 형성될 수 있다. 그러나 배터리 셀의 구조는 이에 한정되지 않고, 다양한 종류의 배터리 셀이 적용될 수 있으며, 따라서 이러한 배터리 셀의 구성 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
팩 케이스(600)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 복수의 배터리 셀(100)을 수납할 수 있다. 예를 들어, 팩 케이스(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(610)와 하부 케이스(620)를 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하부 케이스(620)는 상단이 개방된 박스 형태로 구성되어 내부 공간에 다수의 배터리 셀(100)을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(610)는 하부 케이스(620)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(610)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 팩 케이스(600)의 내부 공간에는, 복수의 배터리 셀(100)과 함께 셀 커버(200)도 수납될 수 있다. 팩 케이스(600)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 구비할 수 있다. 그 밖에도, 팩 케이스(600)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 외장재 재질을 채용할 수 있다.
셀 커버(200)는, 팩 케이스(600)의 내부 공간에서, 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 배터리 팩(1000)에 포함된 복수의 배터리 셀(100)들 중, 적어도 일부 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다.
그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 배터리 셀(100)을 감싸는 구조를 통해, 팩 케이스(600) 내부에서 복수의 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(100)들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 방향(도면의 x축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 이와 같이 수평 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀(100)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스 없이, 복수의 배터리 셀(100)들이 팩 케이스(600) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 특히, 배터리 셀(100)들의 경우, 외장재가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 또한 경도가 낮다고 할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 배터리 셀(100) 자체만으로 팩 케이스(600) 내부에 수납하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 경우, 복수의 배터리 셀(100)들은, 셀 커버(200)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태로 셀 커버(200)와 결합되어, 팩 케이스(600) 내부에 직접 수납되며, 그 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩(1000)에 모듈 케이스나 적층용 프레임, 셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다. 따라서, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등 다른 구성요소가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 제거될 수 있다. 그러므로, 제거된 공간만큼 배터리 셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스나 적층용 프레임, 볼트 등이 구비되지 않으므로, 배터리 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(100)을 팩 케이스 내부에 수납하는 경우, 지그 등에 의해 배터리 셀(100)이 파지될 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 경우, 지그는 배터리 셀(100)을 직접 파지하지 않고, 배터리 셀(100)을 감싸고 있는 셀 커버(200)를 파지할 수 있다. 따라서, 지그에 의한 배터리 셀(100)의 손상이나 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 셀(100)에 셀 커버(200)가 결합되어, 모듈 케이스 없이도 배터리 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
셀 커버(200)는, 강성 확보를 위해, 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 배터리 셀(100)들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 스틸 재질, 더욱이 스테인리스 스틸(SUS) 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 전체적으로 SUS 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 기계적 강도 내지 강성이 우수하므로, 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부의 충격, 이를테면 침상체 등으로부터 배터리 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 배터리 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다.
또한, 상기 실시예와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해, 배터리 셀(100)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 배터리 셀(100)로부터 분출된 화염에도 용융되지 않고, 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 배터리 셀(100) 또는 복수의 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀(100)들 중 각각의 배터리 셀(100)마다 셀 커버(200)가 개별적으로 결합되거나, 또는, 셀 커버(200)는, 둘 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다.
셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)의 외측 표면에 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)의 수납부에 내측 표면이 접착될 수 있다.
셀 커버(200)는, 배터리 팩(1000)에 하나 또는 다수 포함될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 배터리 팩(1000)에 포함된 복수의 배터리 셀(100)들을 그룹핑하여 유닛화하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 셀 유닛(10)을 구성한다고 할 수 있다. 그리고, 하나의 셀 유닛(10)에는, 하나 또는 다수의 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 배터리 팩(1000)에는 다수의 셀 유닛(10)이 포함될 수 있으며, 이 경우 셀 커버(200)는 배터리 팩(1000)에 다수 포함된다고 할 수 있다. 일례로, 셀 커버(200)가 하나의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩(1000)에는 배터리 셀(100)의 개수와 동일한 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)가 둘 이상의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩(1000)에는 배터리 셀(100)의 개수보다 작은 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다.
셀 커버(200)는, 복수의 배터리 셀(100)들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 각각의 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 넓은 표면을 가지며, 넓은 표면의 모서리 부분은 파우치 외장재의 실링부나 접혀진 부분이 존재할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)은 일반적으로 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 어렵다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)에서, 셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸면서, 감싸진 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉 기립 상태를 지지하도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 다수의 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 같이, 다수의 셀 커버(200)는 수평 방향으로 상호 적층되고, 각각의 셀 커버(200)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)에 의해, 다수의 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(600)의 내부 공간에서, 자립 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(600)나 배터리 셀(100) 등, 배터리 팩(1000)에 구비되는 다른 구성요소의 도움 없이도, 스스로 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 셀 커버(200)는, 도 1의 실시예에서, 하부 케이스(620)의 바닥면에 직접 안착될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)의 일부, 특히, 셀 커버(200)의 하단부가 하부 케이스(620)의 바닥면에 직접 접촉하여 안착될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 하단부가 안착된 경우, 안착 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 스틸과 같이 강성이 우수한 금속 재질, 특히 SUS 재질로 구성되는 경우, 자립 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 셀(100)의 기립 상태가 보다 확실하게 지지될 수 있다.
셀 커버(200)는, 감싸진 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)을 전체적으로 완전히 감싸지 않고, 일부분만 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 팩 케이스(600)를 향하여 노출되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3의 실시예를 참조하면, 셀 커버(200)는, 하나의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되되, 감싸진 배터리 셀(100), 즉 내부 공간에 수용된 배터리 셀(100)의 하부는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 하부는 팩 케이스(600)를 향해 노출되어, 팩 케이스(600)에 직접 대면할 수 있다. 특히, 도 1의 실시예를 참조하면, 배터리 셀(100)의 하부는, 하부 케이스(620)의 바닥면을 향해 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 배터리 팩(1000)의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 배터리 셀(100)과 팩 케이스(600)가 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 각각의 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(600)로 직접 전달되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 셀(100)과 팩 케이스(600) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 되므로, 효율적인 냉각 성능이 구현될 수 있다. 그리고, 이 경우, 배터리 셀(100) 사이에 공기 등의 냉매가 유입되기 위한 공간이 마련되지 않을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)에서, 서로 다른 구성요소 사이에 열 전달 성능을 높이기 위해, TIM(Thermal Interface Material)이 개재될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)과 셀 커버(200) 사이, 셀 커버(200)와 팩 케이스(600) 사이, 및/또는 배터리 셀(100)과 팩 케이스(600) 사이에 TIM이 충진될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(1000)의 냉각 성능, 이를테면 듀얼 쿨링 성능 등이 더욱 향상될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 여러 에지부(E1~E4) 중, 전극 리드가 구비되지 않은 에지부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시예를 참조하면, 배터리 셀(100)은 2개의 전극 리드(110), 즉 양극 리드와 음극 리드를 구비할 수 있다. 이때, 2개의 전극 리드(110)는, 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)에 각각 위치할 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 이러한 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)를 제외한 나머지 2개의 에지부(E1, E2) 중 하나를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 셀(100)은 대략 6면체로 형성된 다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는 6면의 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 지지하고 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 하부측 에지부(E2)는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않고 팩 케이스(600)와 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200)에 의해 감싸진 배터리 셀(100)의 열이 하부의 팩 케이스(600) 측으로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1000)의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
특히, 이와 같은 구성은, 팩 케이스(600)의 하부에서 냉각이 주로 이루어지는 경우, 보다 효과적으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 차체의 하부에 장착되므로, 팩 케이스(600)의 하부에서 주로 냉각이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 실시예와 같이, 각 배터리 셀(100)의 하부측 에지부(E2)가 팩 케이스(600)에 대면 접촉되는 경우, 각 배터리 셀(100)로부터 팩 케이스(600) 측으로 열이 신속하게 전달되어, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀 커버(200)는 대략 n 자와 유사한 형상으로 형성된다고 할 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같은 형상을 통해, 내부에 수용된 배터리 셀(100)에 대하여, 전극 리드(110)가 돌출된 전방측(y축 방향)과 후방측(-y축 방향), 그리고 하부측(-z축 방향)을 제외한 다른 부분을 덮도록 구성된다고 할 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 수납부의 외측 및 상부측을 덮도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 셀 커버(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220), 및 제2 측면커버부(230)를 포함할 수 있 다.
여기서, 상측커버부(210)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 상부(z축 방향)를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 상측커버부(210)는, 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)에 접촉되거나 이격되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상측커버부(210)는, 평면 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상측커버부(210)는, 단면이 수평 방향의 직선 형상으로 형성되어, 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)를 외측에서 직선 형태로 감쌀 수 있다.
제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)의 일단으로부터 하부 방향(-z축 방향)으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)의 좌측 단부(x축 방향)에서 하부 방향(도면의 -z축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 측면커버부(220)는, 평면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 측면커버부(220)는, 상측커버부(210)에서 벤딩된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 측면커버부(220)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 일측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제1 측면커버부(220)는, 수용된 배터리 셀(100)의 수납부의 좌측 표면을 좌측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 측면커버부(220)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
제2 측면커버부(230)는, 제1 측면커버부(220)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 측면커버부(230)는, 상측커버부(210)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 측면커버부(230) 는, 상측커버부(210)의 우측 단부(-x축 방향)에서 하부 방향(z축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제2 측면커버부(230)도 제1 측면커버부(220)와 마찬가지로 평면 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제2 측면커버부(230)와 제1 측면커버부(220)는 수평 방향으로 이격된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 있다.
그리고 제2 측면커버부(230)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 타측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제2 측면커버부(230)는, 수용된 배터리 셀(100)의 수납부의 우측 표면을 우측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 측면커버부(230)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 실시예에서, 상측커버부(210), 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)에 의해 셀 커버(200)의 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 한정된 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 하측 단부(-z축 방향)는, 팩 케이스(600)의 바닥면에 접촉할 수 있다. 특히, 이와 같은 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 하측 단부와 팩 케이스(600) 사이의 접촉 구성은, 전후 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 실시예에 의하면, 내부에 수용된 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 유지시킬 수 있는 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 안정적으로 구현될 수 있다.
더욱이, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는, 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 즉, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)는, 상측커버부(210)로부터 하부 방향으로 연장된 길이가 동일할 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 커버(200)와 배터리 셀(100)을 다시 설명하자면, 상측커버부(210)는 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)를 마주할 수 있고, 제1 측면커버부(220) 및 제2 측면커버부(230)와 함께 상부측 에지부(E1)를 감쌀 수 있다.
또한, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)의 단면적은, 제1 측면커버부(220)와 제2 측면커버부(230)가 마주하는 배터리 셀(100)의 단면적보다 크게 구비되어 수납부가 외부로 노출되는 것을 방지하여 안전성을 최대한 확보할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 셀 커버(200)가 n자 형태로 형성된 구성을 중심으로 도시 내지 설명되어 있으나, 셀 커버(200)는, 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, I자, U자, L자 등 다른 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 버스바 어셈블리(300)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 버스바 어셈블리(300)는, 다수의 배터리 셀(100)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(300)는, 복수의 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)에 결합되어, 복수의 배터리 셀(100) 사이를 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 버스바 어셈블리(300)는, 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어 전극 리드(110)에 직접 접촉되는 버스바 단자 및 플라스틱과 같은 전기 절연성 재질로 구성되며 버스바 단자를 지지하는 버스바 하우징을 구비할 수 있다.
더욱이, 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 양측에 구비된 경우, 버스바 어셈블리(300)도 전극 리드(110)가 구비된 양 측에 모두 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 리드(110)가 전방측(y축 방향)과 후방측(-y축 방향)으로 모두 돌출된 경우, 버스바 어셈블리(300) 또한 전방측과 후방측에 모두 위치할 수 있다.
버스바 어셈블리(300)는, 하나 또는 다수의 셀 커버(200)와 결합될 수 있다. 이때, 버스바 어셈블리(300)는 1개의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수 있다. 이때, 1개의 셀 커버(200)에는, 1개 또는 다수의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
버스바 어셈블리(300)는, 셀 커버(200)와 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스바 어셈블리(300)는, 접착, 용접, 끼움 결합, 후크 결합, 볼팅 결합, 리벳 결합 등 다양한 체결 방식을 통해 셀 커버(200)와 결합 고정될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 절연 커버부(350)를 더 포함할 수 있다. 이때, 절연 커버부(350)는 전기 절연성 재질로 구성되며, 버스바 어셈블리(300)가 엔드 플레이트에 의해 외부로 노출되는 것을 방지하고, 전기 절연성을 확보 및 유지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1000)은, 엔드 플레이트(400)를 더 포함할 수 있다. 이때, 엔드 플레이트(400)는 셀 커버(200)의 전방측(y축 방향)과 후방측(-y축 방향)을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트(410) 및 제2 엔드 플레이트(420)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(410)는 배터리 셀(100)의 전방측 에지부(E3)를 덮는 버스바 어셈블리(300) 및 절연 커버부(350)의 최외곽에 형성될 수 있다. 또한, 제2 엔드 플레이트(420)는 배터리 셀(100)의 후방측 에지부(E4)를 덮는 버스바 어셈블리(300) 및 절연 커버부(350)의 최외곽에 형성될 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 버스바 어셈블리(300)와 절연 커버부(350)를 고정하여 셀 유닛(10)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 이 경우, 엔드 플레이트(400)에는 절연 커버부(350)가 노출되는 홀이 형성될 수 있으며, 상기 홀을 통해 경우에 따라서 디렉셔널 벤팅(directional venting)이 유도되는 것일 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 파열 시트(500)를 포함한다. 파열 시트(500)는 셀 커버(200)의 상부와 배터리 셀(100) 사이에 형성된다. 보다 구체적으로, 파열 시트(500)는 셀 커버(200)의 상측커버부(210)와 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1000)에 포함되는 파열 시트(500)는 형상 기억 합금(shape memory alloy, SMA)을 포함한다.
셀 커버(200)에는 홀(215)이 형성될 수 있으며, 홀(215)은 셀 커버(200) 상에 복수 개 형성될 수 있다. 이때, 홀(215)은 셀 커버(200)의 상부, 즉, 상측커버부(210)상에 형성되는 것일 수 있다. 즉, 셀 커버(200)에는 복수 개의 홀(215)이 형성되고, 홀(215)은 셀 커버(200)의 상부를 관통하도록 형성될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200)에 형성된 홀(215)을 통해 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10) 내부의 기체가 외부로 원활히 배출될 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1000)에 포함되는 파열 시트(500)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 배터리 팩에 포함되는 파열 시트를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 단면도로, 파열 시트가 파열되기 전의 모습을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 파열 시트가 배터리 셀 내부의 기체 벤팅에 따라 파열된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 파열 시트(500)는, 셀 커버(200)에 형성되는 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 일 영역에 형성되는 벤팅부(501)를 포함할 수 있다.
이때, 벤팅부(501)는, 후술할 내용과 같이, 벤팅홀(550)이 셀 커버(200)의 홀(215)과 대응되는 파열 시트(500)의 일 영역에 복수 개 형성됨으로써 벤팅부(501)를 형성하는 것일 수 있다. 따라서, 벤팅부(501)는 홀(215)의 가장자리 부분의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 일 부분에 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 파열 시트(500) 상에는 복수개의 벤팅홀(550)이 모여 형성되는 벤팅부(501)가 형성되고, 벤팅부(501) 또한 파열 시트(500) 상에 복수개 형성됨으로써 다수의 벤팅 경로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 경로를 통해 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10) 내의 기체 발생 및 벤팅 시 신속한 기체 배출이 가능할 수 있다.
다만, 벤팅홀(550)은, 도 5와 관련하여 후술할 내용과 같이, 파열층(510, 520)의 파열에 따라 형성되는 것으로, 파열층(510, 520)이 파열되기 전인 배터리 팩의 정상 상태에서는 벤팅홀(550)이 형성되지 않는다. 따라서, 배터리 팩의 정상 상태에서의 파열 시트(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 벤팅홀(550)이 형성되지 않은 형태로 유지될 수 있다.
이때, 파열 시트(500)의 벤팅부(501)는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다. 즉, 파열 시트(500)의 부분 중에서도 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 부분, 즉, 벤팅부(501)는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 파열 시트(500)는 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)을 포함하는 복수개의 파열층(510, 520), 및 복수개의 파열층(510, 520) 사이에 형성되는 파열 유도 부재(530)를 포함할 수 있다. 복수개의 파열층(510, 520)은 더 많은 수의 파열층을 포함할 수 있으나, 일 예로 2개의 파열층인 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)을 포함하는 도 5를 바탕으로 설명하도록 한다. 여기서, 제1 파열층(510)은 제2 파열층(520)의 일면과 마주보며 위치하고, 제2 파열층(520)의 타면은 배터리 셀(100)과 마주보며 위치한다. 즉, 제2 파열층(520)은, 배터리 셀(100)과 제1 파열층(510) 사이에 위치할 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 파열층(510, 520)은, 배터리 셀(100) 상에 제2 파열층(520), 및 제1 파열층(510)이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
도 5의 파열 시트(500)는, 파열 시트(500)의 영역 중에서도 셀 커버(200)의 홀(215)과 대응되는 파열 시트(500)의 일 부분인, 벤팅부(501)의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 벤팅부(501)는 복수개의 파열층(510, 520), 및 파열 유도 부재(530)를 포함할 수 있다. 따라서, 파열 유도 부재(530)는 셀 커버(200)의 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 일 부분에 형성되는 것일 수 있다.
구체적으로, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520) 사이에 형성되는 파열 유도 부재(530)는, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)과 각각 접촉하도록 형성될 수 있다.
제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)은 판상형의 시트로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
파열 유도 부재(530)는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 파열 유도 부재(530)는 형상 기억 합금을 포함하거나 또는 형상 기억 합금으로 형성됨으로써, 형상 기억 합금이 팽창함에 따라 팽창하는 것일 수 있다. 즉, 파열 시트(500)에 일정 온도 이상의 열이 가해질 경우, 파열 유도 부재(530)는 팽창할 수 있고, 이로 인해 파열 시트(500)의 파열 및 절단을 유도할 수 있다. 이는 형상 기억 합금은 저온일 때 다른 형상으로 존재하더라도 고온에서의 형상을 기억하기 때문에, 열이 가해질 경우 고온의 형상으로 다시 회귀하는 특징을 바탕으로 하는 것일 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10) 내부의 기체 벤팅 시, 전지 내부에서는 소정 온도 이상의 열이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기체 벤팅 시에는 적어도 100도 이상의 온도를 갖는 열이 함께 발생할 수 있다. 따라서, 상기 기체가 벤팅하는 경우, 상기 열은 파열 유도 부재(530)로 전달될 수 있다.
이 경우, 파열 유도 부재(530)는 적어도 100도 이상의 온도가 가해질 때 팽창하는 소재를 포함할 수 있다. 즉, 파열 유도 부재(530)는 적어도 100도 이상의 온도가 가해질 때 팽창하는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10)에서의 기체 벤팅 시, 파열 유도 부재(530)는 팽창할 수 있다. 정리하자면, 고온 상태에서 파열 유도 부재(530)의 형상 변화에 의해, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520) 또한 그 형상의 변형, 파열 및/또는 절단이 가능할 수 있다.
도 6을 참조하면, 파열 유도 부재(530)는 제1 파열 유도 부재(530a) 및 제2 파열 유도 부재(530b)를 포함할 수 있다. 제1 파열 유도 부재(530a)는, 상기 기체 벤팅 시 전달된 열에 의해 팽창한 파열 유도 부재(530)일 수 있고, 제2 파열 유도 부재(530b)는 아직 팽창하지 않은 파열 유도 부재(530)일 수 있다.
구체적으로, 제1 파열 유도 부재(530a)는 상기 열에 의해 팽창할 수 있고, 이 경우 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)의 일부 영역을 절단할 수 있다. 즉, 파열 유도 부재(530)가 팽창함으로 인해, 파열층(510, 520)이 변형 및 절단될 수 있다. 이 경우, 변형 및 절단된 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)에 의해 파열 시트(500) 상에는 벤팅홀(550)이 형성될 수 있고, 이로 인해 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10) 내부의 기체는 외부로 배출될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 벤팅홀(550)의 형상은 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)이 절단되어 상부로 들어올려지면서 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이 검정색 실선 또는 곡선 형상을 따라 벤팅홀(550)이 형성될 수 있다. 즉, 벤팅홀(550)의 형상은, 셀 커버(200)의 홀(215)의 형상과 대응될 수 있다. 구체적으로, 벤팅홀(550)의 형상은, 셀 커버(200)의 홀(215)의 형상과 동일하거나, 이보다 작을 수 있다. 다만, 벤팅홀(550)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 제2 파열 유도 부재(530b)에 상기 열이 전달될 경우, 제2 파열 유도 부재(530b)에 의해서도 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)이 절단될 수 있다. 이 경우, 벤팅홀(550)은 제1 파열 유도 부재(530a)만이 파열되는 경우의 벤팅홀(550)의 크기 보다 더욱 넓은 영역을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 파열 시트(500), 특히, 파열 시트(500) 상의 벤팅부(501)는 복수개의 파열 유도 부재(530)를 포함할 수 있으며, 따라서, 상기 벤팅홀(550)은 파열 시트(500) 및 벤팅부(501) 상에 복수개 형성될 수 있다.
또한, 파열 유도 부재(530)는 셀 커버(200)의 홀(215)의 형상을 따라서 형성될 수 있다. 즉, 복수개의 파열 유도 부재(530)가 형성되는 형상을 따라 복수개의 벤팅홀(550)이 형성될 수 있으며, 복수개의 벤팅홀(550)이 형성되는 형상을 따라 벤팅부(501)의 형상이 형성될 수 있다. 달리 말하면, 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 부분에 복수개의 벤팅홀(550)이 형성되고, 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 부분에 형성된 복수개의 벤팅홀(550)은 벤팅부(501)를 형성하는 것일 수 있다.
이에, 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10)의 일반적인 작동 상태에서는 파열 시트(500)에 벤팅홀(550)이 형성되지 않지만, 배터리 셀(100) 내부의 기체 벤팅 시에는 파열 유도 부재(530)에 의해 파열 시트(500) 상에 벤팅홀(550)이 형성됨으로써 배터리 셀(100) 내부의 기체를 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1000)에 포함되는 파열 시트(500)는 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10)의 기체 벤팅 시에만 벤팅홀(550) 및 벤팅부(501)가 형성됨으로써 배터리 팩(1000)의 안정성이 향상되고 배터리 팩(1000)의 성능 확보가 가능할 수 있다.
추가로, 본 도면에서 개시하고 있지는 않지만, 형상 기억 합금을 포함하는 파열 시트(500)에 구비되는 벤팅부(501)는 셀 커버(200)에도 구비될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)에 구비되는 벤팅부는 홀(215)과 같은 형태로 구비될 수 있다. 다만, 셀 커버(200)에 구비되는 벤팅부는, 상기에서 설명한 바와 같이 파열 시트(500)에 벤팅부(501)가 형성되는 것과 같은 메커니즘을 통해 형성될 수 있을 것이다. 이 때, 파열 시트(500)는 셀 커버(200)와 전지셀 사이에 위치하지 않을 수 있다.
정리하자면, 셀 커버(200)는 파열 시트(500)와 같은 구조를 가지면서 구비될 수도 있고, 이로 인해 셀 커버(200)에 일정 온도 이상의 열이 가해지는 경우 셀 커버(200)에는 벤팅부가 형성되어, 셀 커버(200)의 일 영역이 파열 및 절단되면서 외부로 기체 등이 벤팅될 수 있다. 이와 같은 변형예에 따른 배터리 팩은, 파열 시트(500)를 포함하고 있지 않으면서 파열 시트(500)의 벤팅부(501)와 같은 구성이 셀 커버(200) 자체에 포함된 것일 수 있다. 따라서, 전지 제조 비용이 절감되고 공정 효율성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 변형예에 대해 설명하도록 하며, 상기에서 설명한 것과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 8은, 도 7의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다. 도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 파열 시트를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀(100), 및 배터리 셀(100)을 커버하는 셀 커버(200), 배터리 셀(100)과 셀 커버(200) 사이에 위치하는 파열 시트(500’)를 포함한다.
파열 시트(500’)는 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)의 상부 사이에 형성된다. 파열 시트(500’)는, 셀 커버(200)에 형성되는 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500)의 일 영역에 형성되는 벤팅부(501’)를 포함할 수 있다. 벤팅부(501’)는, 셀 커버(200)의 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500’)의 일 영역에 복수 개 형성될 수 있다. 즉, 벤팅부(501’)의 개수는 홀(215)의 개수와 대응될 수 있다. 구체적으로, 벤팅부(501’)의 개수는 홀(215)의 개수와 동일하거나, 혹은 홀(215)의 개수보다 적을 수 있다.
벤팅부(501’)는 적어도 일 모서리가 파열 시트(500’)와 연결되어 있고, 나머지 모서리는 고온 상태에서 파열 시트(500’)가 파열됨으로써 파열부(560)를 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참조하면, 벤팅부(501’)는, 복수 개의 파열부(560)를 포함할 수 있다.
파열부(560)는, 파열 시트(500’)가 파열됨으로 인해 형성되는 파열 시트(500’)의 일 영역일 수 있다. 구체적으로, 파열부(560)는 정상 상태의 배터리 팩에서는 형성되지 않으나, 배터리 셀(100)에서 고온의 가스나 화염이 발생하는 경우 파열 시트(500’)가 파열됨으로 인해 형성되는 파열 시트(500’)의 일 영역일 수 있다.
파열부(560)는, 적어도 3개의 모서리를 포함할 수 있다. 구체적으로, 적어도 일 모서리는 파열 시트(500’)와 연결되어 있고, 나머지 모서리는 파열부(560)를 구성할 수 있다. 여기서, 파열 시트(500’)와 연결된 일 모서리는 연결부(561)로 정의될 수 있다.
연결부(561) 외에 파열부(560)를 구성하는 나머지 모서리는, 제1 엔드 플레이트(410)와 제2 엔드 플레이트(420) 중 제1 엔드 플레이트(410)와 가깝게 위치할 수 있다. 여기서 제1 엔드 플레이트(410)와 가깝게 위치한다는 것은, 제2 엔드 플레이트(420)와 멀어지게 위치하는 것으로도 설명될 수 있다. 즉, 벤팅부(501’)에 있어서, 파열부(560)는 제1 엔드 플레이트(410)와 가깝게 위치하고, 연결부(561)는 제2 엔드 플레이트(420)와 가깝게 위치할 수 있다.
또한, 파열부(560)에서 파열 시트(500’)와 연결되어 있는 연결부(561)는, 파열 시트(500’)의 폭 방향(도 7의 x축 방향)을 따라 연장되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 파열부(560)를 형성하는 나머지 모서리는, 파열 시트(500’)의 길이 방향(도 7의 y축 방향)을 따라 제2 엔드 플레이트(420)와 가까워지도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 파열 시트(500’)는 파열부(560)를 형성하는 나머지 모서리가 제2 엔드 플레이트(420)에 접근하는 방향(도 7의 -y축 방향)으로 형성되어 있어, 파열부(560)에 의해 배출되는 가스 및 화염의 배출 경로를 유도할 수 있다.
보다 구체적으로, 파열부(560)에서 형성되어 있는 각각의 모서리는 서로 연결되어 있을 수 있다. 일 예로, 파열부(560)는 직사각형의 형상을 가지되, 일 모서리인 연결부(561)는 파열 시트(500')와 연결되고, 나머지 모서리는 고온 상태에서 파열 시트(500')를 파열하면서 파열부(560)를 형성할 수 있다. 다만, 파열부(560)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니며, 소정의 방향으로 셀 유닛(10') 내 가스 및 화염의 배출 방향을 유도할 수 있는 형상이라면 적용 가능하다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 셀 유닛(10')은 파열 시트(500')의 일부를 절개하여 파열부(560)를 형성할 수 있어, 제조 공정이 간이하고 제조 비용 또한 절감되는 이점이 있다.
정리하자면, 파열 시트(500’) 상에는 복수 개의 파열부(560)가 모여 벤팅부(501’)가 형성되고, 벤팅부(501’) 또한 파열 시트(500’) 상에 복수 개 형성될 수 있다. 따라서, 파열 시트(500’)에는 다수의 벤팅 경로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 벤팅 경로를 통해 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10') 내에서 고온의 가스나 화염이 발생하는 경우, 이들을 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
이하에서는, 벤팅부(501’) 및 파열부(560)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은, 도 9의 B-B’를 따라 자른 단면도로, 파열 시트가 파열되기 전의 모습을 나타낸 도면이다. 도 11은, 도 10의 파열 시트가 배터리 셀 내부의 기체 벤팅에 따라 파열된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파열 시트(500’)는, 복수 개의 파열층(510, 520), 및 파열 유도 부재(530’)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 파열 시트(500’)는 적층 구조의 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)과, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520) 사이에 위치하는 파열 유도 부재(530’)를 포함할 수 있다. 여기서, 파열 유도 부재(530’)는 파열부(560)가 형성되는 파열 시트(500’)의 일 부분에 위치할 수 있다.
구체적으로, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520) 사이에 형성되는 파열 유도 부재(530’)는, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)과 각각 접촉하도록 형성될 수 있다.
따라서, 고온 상태에서 파열 유도 부재(530’)의 형상 변화에 의해, 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520) 또한 그 형상의 변형, 파열 및/또는 절단이 가능할 수 있다.
정리하자면, 파열 유도 부재(530’)는, 배터리 셀(100)에서부터 발생하는 고온의 열이나 가스, 화염에 의해 팽창할 수 있고, 이로 인해 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)의 일부 영역을 절단할 수 있다. 즉, 파열 유도 부재(530’)가 팽창함으로 인해, 파열층(510, 520)이 변형 및 절단될 수 있다. 따라서, 변형 및 절단된 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)에 의해 파열 시트(500’) 상에는 파열부(560)가 형성될 수 있고, 이 때, 연결부(561)가 위치하는 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)은 절단되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 파열부(560)가 형성됨으로 인해 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10) 내부의 기체는 외부로 배출될 수 있다.
보다 구체적으로, 파열부(560)는 제1 파열층(510) 및 제2 파열층(520)이 절단되어 상부(z축 방향)로 들어올려지면서 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 검정색 실선을 따라 파열부(560)가 형성될 수 있으나, 파열부(560)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 파열 시트(500’), 특히, 파열 시트(500’) 상의 벤팅부(501’)는 복수 개의 파열 유도 부재(530’)를 포함할 수 있으며, 따라서, 상기 파열부(560)는 파열 시트(500’) 및 벤팅부(501’) 상에 복수 개 형성될 수 있다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 파열 유도 부재(530’)는 셀 커버(200)의 홀(215)의 내부에 위치할 수 있다. 즉, 복수 개의 파열 유도 부재(530’)가 형성되는 위치를 따라 복수 개의 파열부(560)가 형성될 수 있으며, 복수 개의 파열부(560)가 형성되는 형상을 따라 벤팅부(501’)의 형상이 형성될 수 있다. 달리 말하면, 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500’)의 부분에 복수 개의 파열부(560)가 형성되고, 홀(215)의 위치와 대응되는 파열 시트(500’)의 부분에 형성된 복수 개의 파열부(560)는 벤팅부(501’)를 형성하는 것일 수 있다.
이에 따라, 적어도 둘의 벤팅부(501’)와 셀 커버(200) 상부 사이에는 틈이 발생되게 되고, 이러한 틈은 셀 커버(200) 내 가스 및 화염의 배출 경로가 더욱 다양하게 확보될 수 있다. 즉, 셀 커버(200) 내 가스 및 화염 배출이 각각의 경로를 통해 배출될 수 있어, 가스 및 화염이 배출되는 속도를 조절할 수 있다.
그리고, 파열 시트(500’)는 적어도 둘의 파열부(560)를 포함하되, 적어도 둘의 파열부(560)는 파열 시트(500’)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 둘의 파열부(560)는 서로 동일한 방향으로 배치되어 있을 수 있다. 또한, 파열부(560)의 개수는 도면과 같이 4개일 수 있으나, 이에 제한되지 아니하고, 다양한 개수가 적용될 수 있다.
이에, 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10’)의 일반적인 작동 상태에서는 파열 시트(500’)에 파열부(560)가 형성되지 않지만, 배터리 셀(100) 내부의 기체 벤팅 시에는 파열 유도 부재(530’)에 의해 파열 시트(500’) 상에 파열부(560)가 형성됨으로써 배터리 셀(100) 내부의 기체를 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
정리하자면, 본 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 파열 시트(500’)는, 배터리 셀(100) 및 셀 유닛(10’)의 기체 벤팅 시에만 파열부(560) 및 벤팅부(501’)가 형성됨으로써, 배터리 팩(1000)의 안정성이 향상되고 배터리 팩(1000)의 성능 확보가 가능할 수 있다.
추가로, 본 도면에서 개시하고 있지는 않지만, 형상 기억 합금을 포함하는 파열 시트(500’)에 구비되는 벤팅부(501’)는 셀 커버(200)에도 구비될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)는 홀(215)을 포함하지 않고, 파열 시트(500’)에 구비되는 벤팅부(501’)과 동일한 형상을 가지면서 구비될 수 있다.
셀 커버(200)에 구비되는 벤팅부는, 상기에서 설명한 바와 같이 파열 시트(500’)에 벤팅부(501’)가 형성되는 것과 같은 메커니즘을 통해 형성될 수 있을 것이다. 이 때, 파열 시트(500’)는 셀 커버(200)와 전지셀 사이에 위치하지 않을 수 있다.
정리하자면, 셀 커버(200)는 파열 시트(500’)와 같은 구조를 가지면서 구비될 수도 있고, 이로 인해 셀 커버(200)에 일정 온도 이상의 열이 가해지는 경우 셀 커버(200)에는 벤팅부가 형성되어, 셀 커버(200)의 일 영역이 파열 및 절단되면서 외부로 기체 등이 벤팅될 수 있다. 이와 같은 변형예에 따른 배터리 팩은, 파열 시트(500’)를 포함하고 있지 않으면서 파열 시트(500’)의 벤팅부(501’)와 같은 구성이 셀 커버(200) 자체에 포함된 것일 수 있다. 따라서, 전지 제조 비용이 절감되고 공정 효율성이 향상될 수 있다.
도 12는, 도 1의 C 영역을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000’)은 서로 마주보는 셀 유닛(10’)의 제2 엔드 플레이트(420)가 서로 근접하게 위치하도록 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅부(501’)는, 고온 상태에서 제1 엔드 플레이트(410)가 배치된 방향으로 들어 올려져 가스를 벤팅할 수 있도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 벤팅부(501’)는 셀 커버(200’) 내 가스 및 화염의 배출 경로가 제1 엔드 플레이트(410)가 배치된 방향으로 배출되도록 유도할 수 있다.
다시 말해, 복수의 셀 유닛(10’)은 팩 케이스 내에서 서로 마주보며 장착될 수 있고, 이 경우, 서로 마주보는 복수의 셀 유닛(10’)에 구비되는 벤팅부(501’)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 서로 마주보는 복수의 셀 유닛(10’)에 구비되는 파열부(560)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 도면에서, 하나의 셀 유닛(10’)에 구비된 벤팅부(501’)가 -y축 방향을 향해 위치하도록 장착된 경우, 이와 마주보는 다른 하나의 셀 유닛(10’)에 구비된 벤팅부(501’)는 y축 방향을 향해 위치하도록 장착될 수 있따.
이때, 배터리 팩(1000’) 내 수납된 셀 유닛(10’)의 제1 엔드 플레이트(410)는 팩 케이스(600)의 내부 공간 방향이 아닌, 배터리 팩(1000)의 외부 방향으로 형성되므로, 벤팅부(501’)에 의해 배출되는 화염 및 기체에 의해 정상 작동 셀 유닛(10)이 손상되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 도 12에서는 배터리 팩(1000’)에 도입된 셀 유닛(10’) 모두에서 화염 및 기체가 발생하는 상태를 도시하였으나, 배터리 팩(1000)에 도입된 셀 유닛(10’) 중 일부에서 화염 및 기체가 발생하는 경우에도, 인접하는 셀 유닛(10’) 또는 서로 마주보는 셀 유닛(10’)에 미치는 영향을 최소화하여 배터리 팩(1000’)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서 구체적으로 언급되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리의 온도나 전압 등을 관리해 주는 배터리 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및/또는 냉각 장치 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 적용되는 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단일 수 있다. 그러나, 상술한 디바이스가 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 예시 외에 다양한 디바이스에 본 실시예에 따른 배터리 팩이 사용될 수 있고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, 10’: 셀 유닛
100: 배터리 셀
110: 전극 리드
200, 200’: 셀 커버
210: 상측커버부
215: 홀
220: 제1 측면 커버부
230: 제2 측면 커버부
300: 버스바 어셈블리
350: 절연 커버부
400: 엔드 플레이트
500, 500’: 파열 시트
501, 501’: 벤팅부
510: 제1 파열층
520: 제2 파열층
530: 파열 유도 부재
550: 벤팅홀
560: 파열부
561: 연결부
600: 팩 케이스
610: 상부 케이스
620: 하부 케이스
1000, 1000’: 배터리 팩

Claims (15)

  1. 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀들;
    내부 공간에 상기 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스;
    상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸는 셀 커버; 및
    상기 셀 커버의 상부와 상기 배터리 셀 사이에 형성되는 파열 시트를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 파열 시트는,
    복수 개의 파열층, 및
    상기 복수 개의 파열층 사이에 형성되는 파열 유도 부재를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에서,
    상기 셀 커버는, 상기 셀 커버의 상부를 관통하면서 형성되는 복수 개의 홀을 포함하고,
    상기 파열 시트는, 상기 홀과 대응되는 상기 파열 시트의 일 영역에 복수 개 형성되는 벤팅부를 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 셀 커버의 홀과 대응되는 상기 파열 시트의 일 영역에 복수 개 형성되는 벤팅홀에 의해 형성되는 배터리 팩.
  5. 제4항에서,
    상기 벤팅홀의 형상은, 상기 셀 커버의 형상과 동일하거나 이보다 작은 배터리 팩.
  6. 제3항에서,
    상기 벤팅부는,
    적어도 3개의 모서리를 포함하는 파열부, 및
    상기 파열 시트와 연결된 일 모서리인 연결부를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 파열부는, 상기 파열 시트의 길이 방향을 따라 형성되고,
    상기 연결부는, 상기 파열 시트의 폭 방향을 따라 연장되어 형성되는 배터리 팩.
  8. 제6항에서,
    상기 셀 커버의 전방측과 후방측을 각각 커버하는 제1 엔드 플레이트, 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함하고,
    상기 파열부는 상기 제1 엔드 플레이트와 가깝게 위치하고,
    상기 연결부는 상기 제2 엔드 플레이트와 가깝게 위치하는 배터리 팩.
  9. 제6항에서,
    상기 복수의 배터리 셀들 및 상기 셀 커버를 포함하는 복수의 셀 유닛은, 서로 마주보며 상기 팩 케이스 내에 장착되고,
    마주보는 상기 복수의 셀 유닛에 구비되는 상기 파열부는, 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 배터리 팩.
  10. 제3항에서,
    상기 벤팅부는, 상기 파열 유도 부재의 팽창에 의해 일어나는 상기 복수 개의 파열층의 파열에 따라 형성되는 배터리 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 복수 개의 파열층은 제1 파열층, 및 제2 파열층을 포함하고,
    상기 제1 파열층은 상기 제2 파열층의 일면과 마주보며 위치하고,
    상기 제2 파열층의 타면은 상기 배터리 셀과 마주보며 위치하는 배터리 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 파열층 및 상기 제2 파열층은 적층 구조인 배터리 팩.
  13. 제2항에서,
    상기 파열 유도 부재는, 일정 온도 이상에서 팽창하여 상기 복수 개의 파열층을 파열 및 절단하는 배터리 팩.
  14. 제2항에서,
    상기 파열 유도 부재는, 형상 기억 합금을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 배터리 팩을 포함하는 디바이스.
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