KR20240012321A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛, 복수의 상기 셀 유닛을 수납하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고, 상기 셀 커버는 상기 셀 커버의 일면에 형성된 개구를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCTUDING THE SAME}

본 발명은, 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 밀도가 높고 열폭주에 대한 안전성 등이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스 등에 관한 것이다.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.

여기서, 파우치형 이차전지는 양극 및 음극과 세퍼레이터가 적층 권취되어 형성된 전극 조립체를 케이스 시트에 수납하고, 시트의 가장자리를 열융착 등에 의해 실링함으로써 형성된다. 또한, 전극 조립체에 포함된 각 전극에서 인출된 전극탭은 전극 리드에 결합되고, 전극 리드의 일부분은 시트의 가장자리의 외부로 돌출될 수 있다.

이처럼, 파우치형 이차전지는 다양한 형태로 구성할 수 있는 융통성을 가질 수 있다. 또한, 파우치형 이차전지는 보다 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.

이러한 상기 리튬 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 형태로 사용될 수 있다. 배터리 모듈은 모듈 케이스 내부에 복수의 배터리 셀들을 포함하는 형태로 제공되며, 배터리 팩은 이러한 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 형태로 제공될 수 있다.

이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀 중, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트가 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 배터리 팩에 포함된 다른 배터리 셀의 열적 이벤트로 이어질 수 있고, 배터리 팩의 발화나 폭발 등을 야기할 수 있다. 더욱이, 배터리 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 배터리 팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열폭주 현상이 발생한 경우에도 연쇄적인 발화 현상을 최소화함으로써 안전성이 향상된 배터리 팩 및 디바이스 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.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛, 복수의 상기 셀 유닛을 수납하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고, 상기 셀 커버는 상기 셀 커버의 일면에 형성된 개구를 포함한다.

상기 개구는 서로 마주하는 상기 셀 커버의 두 면에 각각 형성되며, 각각의 상기 면에 형성된 개구는 서로 대응되지 않을 수 있다.

상기 배터리 셀은 일 가장자리가 상기 팩 케이스의 바닥면과 대응되도록 수직으로 배치되고, 상기 셀 커버는 수직으로 배치된 상기 배터리 셀의 상측 가장자리는 커버하고, 상기 배터리 셀의 하측 가장자리는 개방할 수 있다.

상기 셀 커버는 상기 배터리 셀의 일면과 평행하게 배치되는 제2 면과 제3 면, 및 상기 제2 면과 상기 제3 면의 사이에서 연장되는 제1 면을 포함하고, 상기 셀 커버의 횡단면은 n자 형상을 가질 수 있다.

상기 개구는 상기 제2 면 또는 상기 제3 면에 형성될 수 있다.

상기 개구는 상기 제2 면에 형성된 제1 개구 및 상기 제3 면에 형성된 제2 개구를 포함하고, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 셀 커버의 길이 방향을 따라 교대로 위치할 수 있다.

상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 길이 방향을 따라 위치하고, 상기길이 방향을 따라 연장되는 가상의 일 직선으로부터 상기 일 직선의 일측 및 타측으로 소정의 거리만큼 이격되어 위치할 수 있다.

상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 길이 방향을 따라 지그재그 형태로 위치할 수 있다.

상기 셀 유닛은 서로 인접하게 위치하는 제1 셀 유닛 및 제2 셀 유닛을 포함하고, 상기 제2 셀 유닛은 상기 제2 셀 유닛의 일면이 상기 제1 셀 유닛의 일면과 서로 마주보도록 배치되고, 상기 제2 셀 유닛의 상기 일면에 형성된 개구는 상기 제1 셀 유닛의 상기 일면에 형성된 개구와 대응되지 않을 수 있다.

상기 셀 유닛은 제1 셀 유닛에서 제2 셀 유닛을 향하는 방향으로 상기 제2 셀 유닛과 인접한 제3 셀 유닛을 포함하고, 상기 제1 셀 유닛에 형성된 개구, 상기 제2 셀 유닛에 형성된 개구 및 상기 제3 셀 유닛에 형성된 개구는 상기 셀 유닛의 적층 방향을 따라 지그재그 형태로 위치할 수 있다.

상기 셀 커버는 하나의 판재가 절곡되어 형성될 수 있다.

상기 셀 커버는 금속 재질을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스는 상술한 배터리 팩을 적어도 하나 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 플라스틱 카트리지와 같은 적층용 프레임이나 별도의 모듈 케이스 등의 구성이 없이도, 다수의 파우치형 배터리 셀을 케이스 내부에 안정적으로 수납할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 연성 재질 케이스를 갖는 파우치형 배터리 셀을 쉽게 견고한 형태로 만들어, 케이스 내부에서 직접 적층되는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀에서 발생된 가스에 대한 안전성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 각 셀에서 발생된 가스가 인접 셀로 전달되는 것이 최소화됨으로써, 연속적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 에너지 밀도, 조립성, 냉각 성능 등이 향상될 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 다른 사시도이다.
도 5는 도 2에 따른 셀 유닛에 형성된 개구의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 실시예의 셀 유닛에 포함된 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 벤팅 가스의 이동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성 요소 또는 그 구성 요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성 요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

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.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 관하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 배터리 팩(1000)은 적어도 하나의 배터리 어셈블리(100) 및 배터리 어셈블리(100)를 수용하고, 외부 환경으로부터 배터리 어셈블리를 보호하는 팩 케이스(1100)를 포함할 수 있다.

팩 케이스(1100)는 각 배터리 어셈블리(100)를 안착시키기 위한 공간을 구비하며, 각각의 배터리 어셈블리(100)는 팩 케이스(1100)의 안착 공간에 수용될 수 있다.

팩 케이스(1100)는 외부 환경으로부터 배터리 셀(111)을 보호하기 위한 것일 수 있다. 팩 케이스(1100)는 바닥면(1110) 및 바닥면(1110)의 일 모서리로부터 수직으로 연장되는 측면(1120)을 포함할 수 있고, 이로 인해 형성된 내부 공간에 복수의 배터리 셀(111)을 수납할 수 있다. 또, 팩 케이스(1100)는 바닥면(1110)과 평행하고, 측면(1120)과 결합되는 상면을 더 포함할 수도 있다. 그러나 팩 케이스(1100) 구조가 상술한 설명에 의해 제한되는 것은 아니며, 팩 케이스(1100)는 배터리 셀(111)을 보호하기 위한 목적을 달성하기 위한 다양한 구조를 가지도록 설계될 수 있다.

팩 케이스(1100)는 상술한 안착 공간을 구획하는 크로스 빔(1200)을 포함할 수 있다. 크로스 빔(1200)에 의해 안착 공간에 장착된 배터리 어셈블리(100)가 이격되거나, 유격되는 것이 방지될 수 있다. 크로스 빔(1200)에 의해 배터리 어셈블리(100)의 전후 좌우로의 이동이 최소화됨으로써, 외부 진동 및 충격에 따른 배터리 어셈블리(100)의 손상이 방지될 수 있다.

크로스 빔(1200)은 상호 수직하게 설치되는 제1 빔(1210) 및 제2 빔(1220)을 포함할 수 있다. 제1 빔(1210) 및 제2 빔(1220)은 상호 이격되도록 배치되거나 교차되도록 배치되어 복수의 안착 공간을 형성할 수 있다.

구체적인 예를 들어, 배터리 어셈블리(100)는 팩 케이스(1100) 내부에 2열로 배치될 수 있고, 제1 빔(1210)은 2열로 배치되는 배터리 어셈블리(100)를 이격시키도록 팩 케이스(1100)의 중앙 부분을 가로질러 배치될 수 있다. 제2 빔(1220)은 각 열에 배치된 배터리 어셈블리(100)들을 이격시키도록 제1 빔(1210)과 수직하게 배치되고, 일정 간격을 두어 복수개로 배치될 수 있다. 그러나 이는 배터리 팩(1000)의 내부 구조를 예시한 것으로써, 본 실시예의 배터리 팩(1000)의 구조가 상술한 예시에 한정되어서는 안될 것이다.

한편, 상술한 바와 같이 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 배터리 어셈블리(100)의 외면을 보호하는 별도의 케이스를 구비하지 않은 상태로 제공될 수 있다.

즉, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 모듈-리스(Module-less)구조를 가질 수 있다. 여기서, 모듈-리스 구조란, 모듈 케이스 없이 셀 구조가 팩 구조에 바로 결합되는 셀투팩(cell to pack) 구조를 지칭하는 것일 수 있다.

통상적으로, 종래의 배터리 팩(1000)들은, 복수의 배터리 셀 및 이와 연결된 여러 부품들을 조립하여 배터리 모듈을 형성하고, 복수의 배터리 모듈이 다시 배터리 팩(1000)에 수용되는 이중 조립 구조를 가지고 있다. 이 때, 배터리 모듈은 그 외면을 형성하는 모듈 프레임등을 포함하므로, 종래의 배터리 셀들은 배터리 모듈의 모듈 프레임 및 배터리 팩(1000)의 팩 케이스(1100)에 의해 이중으로 보호되게 된다. 그러나, 이러한 이중 조립 구조는 배터리 팩(1000)의 제조 단가 및 제조 공정을 증가시킬 뿐 아니라, 일부 배터리 셀에서 불량이 발생하는 경우 재조립성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 냉각 부재 등이 배터리 모듈의 외부에 존재하는 경우, 배터리 셀과 냉각 부재 사이의 열전달 경로가 다소 복잡해지는 문제가 있다.

이에, 본 실시예에서 배터리 팩(1000)에 장착되는 단위 모듈은 모듈 프레임이 생략된 ‘배터리 어셈블리’의 형태로 제공될 수 있다. 이를 통해, 배터리 팩(1000)의 구조가 보다 단순해질 수 있으며, 제조 단가 및 제조 공정을 상의 이점을 획득할 수 있고, 배터리 팩(1000)의 경량화가 달성되는 효과를 가질 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 복수의 셀 유닛(110)을 포함할 수 있다. 셀 유닛(110)은 배터리 셀(111, 도 2 참고)을 보호하는 최소 단위체일 수 있다. 셀 유닛(110)은 적어도 하나의 배터리 셀(111) 및 배터리 셀(111)의 일부를 커버하는 셀 커버(113, 도 2 참고)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 복수의 배터리 셀(111)들이 별도의 모듈 케이스에 수용되어 배터리 팩(1000)의 팩 케이스(1100)에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 셀 커버(113)에 의해 부분적으로 커버된 상태로 팩 케이스(1100)에 직접 장착될 수 있으며, 이러한 셀 유닛(110) 구조를 통해 전체 배터리 팩(1000)의 무게와 부피가 감소되고 배터리 팩(1000)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 다수의 배터리 셀(111)들을 케이스에 직접 장착하고 사용하는 과정에서 발생하는 배터리 셀(111)들의 손상이 방지되고, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 제어와 가스 벤팅 경로가 용이하게 설계될 수 있다.

한편, 설명에 앞서, 셀 유닛(110)은 가로(길이), 세로(폭), 두께를 가지는 6면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 길이 방향은 X축, 폭 방향은 Z축, 두께 방향은 Y축일 수 있다. 복수의 셀 유닛(110)들은 두께 방향(Y축 방향)을 따라 연이어 배치될 수 있으며, 두께 방향(Y축 방향)은 셀 유닛(110)의 적층 방향으로 지칭될 수 있다.

여기서, 셀 유닛(110)의 길이 방향(X축 방향)상 마주보는 두 면은 전면 및 후면으로, 셀 유닛(110)의 두께 방향(Y축 방향)상 마주보는 두 면은 측면으로, 셀 유닛(110)의 폭 방향(Z축 방향)상 마주보는 두 면은 상면 및 하면으로 지칭될 수 있다.

셀 유닛(110)은 복수일 수 있고, 복수의 셀 유닛(110)은 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 셀 유닛(110)은 일 방향으로 적층되어 팩 케이스(1100)에 수납될 수 있다. 셀 유닛(110)은 그 측면과 인접한 셀 유닛(110)의 측면이 평행하도록 연이어 배치될 수 있다.

셀 유닛(110)은 측면이 팩 케이스(1100)와 수직하도록 Z축 방향을 따라 직립하여 배치될 수 있다. 셀 유닛(110)은 하면이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 대응되도록 배치될 수 있다.

셀 유닛(110)에 관한 사항은 도 2 내지 도 4를 통해 보다 자세하게 후술한다.

한편, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 복수의 셀 유닛 외에 셀 유닛(110)을 고정하고, 보호하는 부재를 추가로 포함할 수 있다.

구체적으로 도시되지는 않았으나, 실시예에 따라, 복수의 셀 유닛(110) 중 최외각 셀 유닛(110)의 측면에는 지지 플레이트가 제공될 수 있고, 이에 따라 최외각 셀 유닛(110)의 외측면이 보호될 수 있다. 여기서, 지지 플레이트는 셀 유닛(110)의 측면과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 지지 플레이트는 판상 형상일 수 있으며, 지지 플레이트는 양측 최외각 셀 유닛(110)의 측면을 지지하도록 한 쌍으로 제공될 수 있다.

지지 플레이트는 다양한 소재 및 형태로 제조될 수 있다. 일 예로, 지지 플레이트는 금속 소재로 제조될 수 있으며, 금속 소재의 예로는 알루미늄을 들 수 있다. 다른 예로, 지지 플레이트는 인서트 몰딩(insert molding)을 통해 알루미늄과 고분자 합성 수지를 조합한 소재로 제조될 수도 있다. 그러나 지지 플레이트의 소재 및 제조 방식이 상술한 설명에 의해 한정되어서는 아니되며, 언급하지 않은 다양한 소재를 포함하거나, 다른 제조 방식으로 제조되는 것도 가능하다.

또한, 또, 복수의 셀 유닛(110)의 전면 또는 후면에는 엔드 커버가 제공될 수 있다. 엔드 커버는 복수의 셀 유닛(110)에 포함된 배터리 셀들의 단자 부분들을 일체로 커버할 수 있고, 이에 따라 복수의 셀 유닛(110) 및 이와 연결된 도전성 부재가 보호될 수 있다. 엔드 커버는 셀 커버(113)와 결합된 버스바 프레임(116)을 커버하도록 배치될 수 있다. 여기서, 엔드 커버는 복수의 셀 유닛(110)의 전면 및 후면을 커버하도록 한 쌍으로 제공될 수 있다.

엔드 커버는 지지 플레이트의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 위치할 수 있다. 엔드 커버는 그 길이 방향(Y축 방향)상 단부가 지지 플레이트의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 대응되도록 배치될 수 있다.

엔드 커버는 지지 플레이트와 결합하기 위한 커버 결합부를 포함할 수 있고,커버 결합부는 길이 방향(Y축 방향)상 단부에 위치할 수 있다. 커버 결합부는 엔드 커버의 길이 방향(Y축 방향)상 양 단부에 각각 위치할 수 있다. 커버 결합부는 엔드 커버의 일면으로부터 수직하게, 지지 플레이트를 향하여 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 커버 결합부는 지지 플레이트의 길이 방향(X축 방향) 상 단부와 대응될 수 있다. 보다 구체적으로, 커버 결합부는 지지 플레이트의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 중첩될 수 있으며, 커버 결합부의 내측면이 지지 플레이트의 외측면과 접촉할 수 있다. 커버 결합부와 지지 플레이트의 단부는 볼트 등과 같은 별도의 결합 부재에 의해 결합될 수 있고, 이에 따라 엔드 커버가 지지 플레이트에 고정될 수 있다.

엔드 커버는 일면에 복수의 벤팅홀을 포함할 수 있으며, 이를 통해 배터리 셀에서 발생되고, 셀 커버(113)의 외부로 배출된 가스가 배터리 어셈블리(100)의 외부로 배출되기 쉬울 수 있다. 그러나 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 별도의 케이스에 수용되지 않은 상태일 수 있고, 이에 따라 셀 유닛(110)으로부터 배출된 가스는 엔드 커버의 벤팅홀 뿐 만 아니라 팩 케이스(1100)의 내부 영역으로 넓게 팽창될 수 있다. 따라서, 이러한 팽창에 따라 가스의 온도가 하락하고 스파크 등의 에너지가 소실될 수 있으며, 배터리 팩(1000) 내부의 열폭주 현상이 완화될 수 있다.

이하에서는 본 실시예의 셀 유닛에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 사시도이다. 도 3은 도 2에 따른 셀 유닛의 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 유닛의 다른 사시도이다. 도 4는 도 2에 따른 셀 유닛에 형성된 개구의 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 셀 유닛(110)은 전극 조립체가 전해액에 함침된 상태로 수용된 배터리 셀(111), 배터리 셀(111)의 적어도 일부를 커버하는 셀 커버(113), 배터리 셀(111)과 도전성 부재와의 연결을 안내하기 위한 버스바 프레임(116) 및 배터리 셀(111)과 이와 연결된 도전성 부재들을 보호하기 위한 절연 커버(118)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 배터리 셀(111)은 충방전의 기본 단위로써, 단위 면적당 적층되는 수가 최대화될 수 있는 파우치형으로 제공될 수 있다. 파우치형으로 제공되는 배터리 셀(111)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 셀 케이스에 수납한 뒤 전해질 물질을 주입하고 셀 케이스의 실링부를 열융착함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 배터리 셀(111)이 반드시 파우치형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 향후 장착될 디바이스가 요구하는 저장 용량이 달성되는 수준 하에서 각형, 원통형 또는 그 밖의 다양한 형태로 제공될 수도 있음은 자명하다.

배터리 셀(111)은 전극 조립체를 수납하는 수납부 및 전극 조립체를 밀봉하기 위해 배터리 셀(111)의 가장자리에 형성된 실링부를 포함할 수 있다. 파우치형 배터리 셀의 경우, 셀 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤 전극 조립체의 외측에 위치한 셀 케이스의 가장자리를 밀봉함으로써 배터리 셀을 제조할 수 있다. 셀 케이스를 접어 형성된 내측 공간에 전극 조립체를 수납하고, 개방된 3면의 가장자리를 밀봉하여 배터리 셀(111)을 형성하는 경우, 실링부는 셀 케이스의 4개의 가장자리 중 3개에 형성될 수 있고, 이 때, 나머지 하나의 가장자리는 미실링부로 지칭될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 달리, 배터리 셀(111)을 제조하기 위해 셀 케이스의 4개의 가장자리를 모두 열융착하는 것도 가능하며, 이러한 경우 배터리 셀(111)의 4개의 가장자리에는 모두 실링부가 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(111)은 가로(길이), 세로(폭), 두께를 가지는 6면체의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 길이 방향은 X축, 폭 방향은 Z축, 두께 방향은 Y축일 수 있다. 6면체 형상을 기준으로, 배터리 셀(111)은 전극 조립체가 위치하는 수납부와 대응되는 두 개의 면(XZ평면 상의 면)과 수납부의 가장자리 상에 위치하는 네 개의 면을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 파우치형 배터리 셀(111)의 경우 전체적으로 납작한 형상으로 제공되며, 열융착으로 형성된 실링부의 두께 값 또한 작으므로, 설명의 편의를 위하여 이하에서는 배터리 셀(111)이 수납부와 대응되는 2개의 면과 수납부의 외측에 위치한 4개의 가장자리를 가지는 것으로 설명하기로 한다.

배터리 셀(111)은 도전성 부재와의 전기적 연결을 위한 전극 리드(112)를 포함할 수 있다. 전극 리드(112)는 셀 케이스의 일 가장자리로부터 일 방향을 향해 돌출되어 위치할 수 있다. 전극 리드(112)의 일단은 배터리 셀(111)의 내부에 위치함으로써 전극 조립체의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결되고, 전극 리드(112)의 타단은 배터리 셀(111)의 외부로 노출됨으로써 별도의 부재, 예를 들어, 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 리드(112)는 두개일 수 있으며, 두 개의 전극 리드(112)는 배터리 셀(111)의 길이 방향(X축 방향)상 양단에 각각 위치할 수 있다. 두 개의 전극 리드(112) 중 하나는 양극 리드, 다른 하나는 음극 리드일 수 있다.

한편, 셀 커버(113)에 수용되는 배터리 셀(111)은 복수일 수 있다. 복수의 배터리 셀(111)은 일 방향으로 적층되어 셀 적층체를 형성할 수 있다. 여기서 셀 적층체의 측면은 복수의 배터리 셀(111) 중 최외각 배터리 셀(111)의 일면을 지칭하는 것일 수 있다. 또한, 셀 적층체의 상면 및 하면은 배터리 셀(111)의 가장자리들이 나란하게 배치된 면일 수 있고, 셀 적층체의 전면 및 후면은 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)가 위치하는 면일 수 있다. 셀 적층체의 각 면은 셀 유닛(110)의 각 면과 대응될 수 있다.

셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 외면 중 적어도 일부를 커버하기 위한 것일 수 있다. 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일부는 커버하고, 다른 일부는 팩 케이스(1100)를 향해 노출시킴으로써 배터리 팩(1000)의 냉각 효율을 향상시키고, 배터리 셀(111)에서 발생되는 가스를 소정의 방향으로 유도할 수 있다.

셀 커버(113)는 셀 적층체의 서로 마주보는 두 면 및 두 면과 모서리를 공유하는 하나의 면을 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 셀 적층체의 두 측면 및 상면을 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 최외각에 배치된 배터리 셀(111)의 측면 및 배터리 셀(111)들의 일 가장자리를 커버할 수 있다.

셀 커버(113)는 상호 평행하고 거리를 두어 위치하는 제2 면(113b) 및 제3 면(113c), 그리고 제2 면(113b)과 제3 면(113c) 사이에서 연장되는 제1 면(113a)을 포함할 수 있다. 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 셀 유닛(110)의 측면과 대응될 수 있다. 제1 면(113a)은 셀 유닛(110)의 상면과 대응될 수 있다.

제1 면(113a)의 일 가장자리는 제2 면(113b)의 일 가장자리와 연결되고, 제1 면(113a)의 다른 가장자리는 제3 면(113c)의 일 가장자리와 연결될 수 있다. 또는 제2 면(113b)은 제1 면(113a)의 일 가장자리로부터 제1 방향으로 연장되고, 제3 면(113c)은 제1 면(113a)의 다른 가장자리로부터 제1 방향으로 연장되는 것으로 설명될 수도 있다. 이 때, 제1 방향은 제1 면(113a)과 실질적으로 수직한 방향으로써, 도면에서는 -Z축 방향으로 표시되었다. 이처럼, 셀 커버(113)의 횡단면은 n자 형상일 수 있고, 여기서 횡단면이란 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향) 상 단면을 지칭하는 것일 수 있다.

셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 편평하게 형성될 수 있다. 셀 커버(113)의 제1 면(113a)은 편평하게 형성될 수 있다. n자 형상의 셀 커버(113)는 하나의 판재를 동일한 방향으로 벤딩하여 형성된 것일 수 있다. 이러한 벤딩 공정에는 프레스 또는 롤 포밍과 같은 방식이 적용될 수 있다. 그러나 반드시 셀 커버(113)가 일체형으로 제공되어야 하는 것은 아니며, 셀 커버(113)가 다수의 판재를 연결하여 형성되는 것도 가능하다.

셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일면을 커버할 수 있다. 여기서, 본 실시예와 같이 셀 커버(113)에 수용된 배터리 셀(111)은 복수일 수 있고, 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 복수의 배터리 셀(111) 중 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 커버할 수 있다.

셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)은 배터리 셀(111)의 일면과 평행하게 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 면(113b)은 복수의 배터리 셀(111)의 좌측(+Y축) 상 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 좌측에서 커버할 수 있다. 제3 면(113c)은 복수의 배터리 셀(111)의 우측(-Y축) 상 최외각에 위치한 배터리 셀(111)의 일면을 우측에서 커버할 수 있다.

셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 일 가장자리를 커버할 수 있다. 셀 커버(113)는 일 가장자리가 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)와 대응되도록 수직으로 배치된 배터리 셀(111)에서, 상측 가장자리를 커버할 수 있다. 셀 커버(113)의 제1 면(113a)은 직립 상태의 배터리 셀(111)의 상측 가장자리와 대응될 수 있다. 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 대응되는 배터리 셀(111)의 일 가장자리는 미실링부가 형성된 부분일 수 있다.

셀 커버(113)는 내부에 수용된 배터리 셀(111)을 인접한 배터리 셀(111)로부터 분리시킬 수 있고, 이에 따라 배터리 셀(111)에서 발생한 가스가 인접한 배터리 셀(111)로 이동하는 것이 차단될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)가 배터리 셀(111)의 일면과 접촉하거나 가까이 배치됨으로써, 배터리 셀(111)에서 발생한 열이 셀 커버(113)로 전달될 수 있는 바, 배터리 셀(111)의 방열이 촉진될 수 있다. 더욱이 셀 커버(113)의 하측 가장자리가 팩 케이스(1100)와 접촉하도록 배치된 경우에는 배터리 셀(111), 셀 커버(113), 팩 케이스(1100)로 이동되는 열전달 경로가 형성될 수 있으므로, 배터리 팩(1000)의 전체적인 냉각 효율이 향상될 수 있다. 여기서, 셀 커버(113)의 하측 가장자리란, 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)에서 -Z축 상에 위치한 가장자리를 지칭하는 것일 수 있다.

셀 커버(113)는 수직으로 배치된 배터리 셀(111)에서 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 대응되는 하측 가장자리를 커버하지 않을 수 있고, 배터리 셀(111)의 하측 가장자리는 바닥면(1110)을 향해 노출될 수 있다. 이를 통해 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)과 접촉하거나, 가까이 위치됨으로써 배터리 셀(111)에서 발생한 열이 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)으로 빠르게 배출될 수 있다. 이 때, 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)에 냉각 부재가 위치하는 경우에는, 이러한 방열 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 본 실시예의 배터리 팩(1000)에서는 배터리 셀(111) 각각에 셀 커버(113)가 제공됨으로써, 모듈화된 배터리 셀(111)을 보호하는 모듈 케이스가 생략될 수 있고, 배터리 셀(111)은 모듈 케이스 없이 팩 케이스(1100)의 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 파우치형 배터리 셀의 경우, 셀 케이스가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 경도가 낮은 경향이 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 배터리 셀 자체만으로 팩 케이스(1100)의 내부에 수납하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 셀 커버(113)가 배터리 셀(111)의 강성을 보완하므로, 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100) 내부에 직접 수납될 수 있으며, 적층 상태가 유지될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)에 의해 종래의 모듈 케이스, 적층용 프레임, 볼트 등의 체결 부재가 생략 가능하므로 제조 공정이 단순해질 수 있고, 내부 구조가 간소화되며, 이에 따라 에너지 밀도가 향상될 수 있다.

배터리 셀(111)의 강성이 셀 커버(113)에 의해 보완됨으로써 배터리 팩(1000)의 조립 공정에서 배터리 셀(111)의 핸들링 또한 더욱 용이할 수 있다. 보다 구체적으로, 팩 케이스(1100)에 배터리 셀(111)을 수납하는 과정에서, 배터리 셀(111)과 결합된 셀 커버(113)를 파지함으로써 조립 공정이 보다 쉽게 수행될 수 있다.

셀 커버(113)는 배터리 팩(1000) 내부의 열폭주 현상에서도 용융되지 않도록 높은 용융점을 가지는 소재로 제조될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)을 안정적으로 지지할 수 있도록 기계적 강도가 소정의 범위 이상인 물질로 제조될 수 있으며, 이를 통해 외부의 충격 등으로부터 배터리 셀(111)을 보호할 수 있다. 셀 커버(113)에 사용되는 재료의 예로는 스틸, 스테인리스 스틸(SUS) 등을 들 수 있다.

한편, 셀 커버(113)는 열폭주 현상을 지연할 수 있을 뿐 아니라, 배터리 셀(111)의 강성을 보완함으로써, 배터리 셀(111)이 직립 상태를 유지하도록 할 수 있다. 셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 적어도 일부를 커버함으로써 배터리 셀(111)을 지지할 수 있고, 일 방향으로 직립되어 배치된 배터리 셀(111)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 셀 커버(113)의 제2 면(113b) 및 제3 면(113c)이 셀 적층체의 측면을 지지함으로써 배터리 셀(111)의 직립 상태가 유지될 수 있다. 또한 셀 커버(113)의 하측 가장자리가 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110) 상에 안착될 수 있고, 이를 통해 셀 커버(113)가 자립하고, 셀 커버(113) 내부의 배터리 셀(111)의 기립 상태가 유지될 수 있다.

셀 커버(113)는 배터리 셀(111)의 상측에서 배터리 셀(111)을 덮도록 결합될 수 있다. 여기서, 셀 커버(113)와 배터리 셀(111) 사이에는 접착성을 가지는 열전도성 레진 등이 제공될 수 있다.

또 여기서, 셀 커버(113)와 배터리 셀(111) 사이에는 셀의 부피 변화를 흡수하기 위한 탄성 패드가 위치할 수 있다. 한편, 상술한 탄성 패드는 셀 커버(113)에 형성된 개구(114, 도2 참고)와 대응되도록 위치할 수 있다. 이는 배터리 셀(111)의 스웰링 현상 발생 시, 개구(114)가 형성된 위치에는 배터리 셀(111)의 부피 변화를 제한할 부재가 없기 때문일 수 있다. 이처럼, 본 실시예의 탄성 패드는 셀 커버(113)의 개구(114)에 따른 문제를 최소화하기 위한 것일 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 탄성 패드는 배터리 셀(111)의 일면을 전체적으로 커버하도록 제공될 수 있다. 또한, 탄성 패드는 배터리 셀(111)의 일면에서 개구(114)가 형성된 위치에 위치하도록, 간격을 두고 복수개로 제공될 수도 있다. 또는, 배터리 셀(111)의 일면을 전체적으로 커버하되, 개구(114)에 대응되는 위치에는 부분적으로 두꺼운 두께를 가지도록 형성될 수도 있다.

그러나 상술한 것과 같이 배터리 셀(111)과 셀 커버(113) 사이에 반드시 어떠한 물질이 개재되어야 하는 것은 아니며, 셀 커버(113)와 배터리 셀(111) 사이에 다른 물질이 개재되지 않는 것도 가능하다. 이는 셀 커버(113)와 배터리 셀(111)의 부피를 최소화함으로써 팩 케이스(1100)의 내부에 수용되는 배터리 셀(111)의 개수를 최대화하고, 이에 따라 배터리 팩(1000)의 에너지 밀도를 최대화하기 위한 것일 수 있다.

설계에 따라, 배터리 셀(111)이 팩 케이스(1100)에 안정적으로 위치할 수 있도록, 배터리 셀(111)과 팩 케이스(1100) 사이에는 접착제가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 셀(111)의 일 가장자리와 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110) 사이에는 접착제가 개재될 수 있다. 이 때, 접착제가 제공되는 배터리 셀(111)의 일 가장자리는 미실링부일 수 있다. 접착제의 예로는 열전도성 레진, TIM등이 사용될 수 있으며, 열전도성 또는 접착성을 가지는 물질이라면 공지된 어떤 것도 적용 가능하다. 또한, 이러한 접착제는 배터리 팩(1000)의 구조를 견고히 하기 위해 셀 커버(113)와 팩 케이스(1100)사이 또는 배터리 셀(111)과 셀 커버(113) 사이에도 제공될 수 있을 것이다.

또 한편, 실시예에 따라, 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)에는 결합홈이 형성될 수 있다. 셀 커버(113)의 하측 가장자리는 결합홈에 삽입되어 바닥면(1110)에 고정될 수 있다. 이처럼, 결합홈을 통해 셀 커버(113)와 팩 케이스(1100)의 바닥면(1110)이 결합됨으로써, 셀 커버(113)가 보다 안정적으로 팩 케이스(1100)에 안착될 수 있고, 배터리 셀(111)의 직립 상태가 유지될 수 있다. 또한, 셀 커버(113)의 위치가 가이드됨으로써 셀 커버(113)가 보다 쉽게 조립될 수 있고, 셀 커버(113)가 이동하는 것이 방지되며, 셀 커버(113)의 제2 면(113b)과 제3 면(113c) 사이가 벌어지는 것이 방지될 수 있다. 여기서, 결합홈은 팩 케이스(1100)의 길이 방향(X축)을 따라 연장되어 형성될 수 있고, 결합홈의 길이는 셀 커버(113)의 길이와 유사하거나, 그보다 클 수 있다.

본 실시예에서는 셀 커버(113)가 3개의 배터리 셀(111)을 커버하는 것으로 도시되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 설계자의 의도에 따라 셀 커버(113)가 4개 이상, 또는 2개 이하의 배터리 셀(111)을 커버하도록 설계되는 것도 가능할 것이다.

본 실시예에서는 셀 커버(113)가 모든 배터리 셀(111)에 제공되는 것으로 설명되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 셀 커버(113)가 복수의 배터리 셀(111) 중 일부에만 제공되는 것도 가능하다.

본 실시예의 셀 커버(113)는 n자 형태로 설명되었으나, 전극 리드(112) 및기타 전장 부재들로 가스 등이 전이되지 않기 위한 목적을 달성하는 것이라면, 다른 형태로 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 셀 커버는 'ㅁ'자 형태, 'U'자 형태, 'O'자 형태, ‘L’자 형태 등으로 형성될 수 있다.

한편, 구체적으로 도시되지 않았으나, 본 실시예의 셀 커버(113)에는 클램핑 부재가 제공될 수 있다. 클램핑 부재는 셀 커버(113)의 서로 다른 단부 사이를 고정함으로써 이들이 벌어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 클램핑 부재는 배터리 셀(111)의 하측 가장자리가 위치한 셀 커버(113)의 하단에 제공될 수 있고, 제2 면(113b)과 제3 면(113c)이 벌어지는 것을 방지함으로써 배터리 셀(111)의 수납 상태가 유지되도록 할 수 있다. 구체적인 일 예로, 클램핑 부재는 테이프일 수 있다. 구체적인 다른 예로, 클램핑 부재는 탄성을 가진 금속 소재일 수 있다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 셀 커버(113)에는 개구(114)가 형성될 수 있다. 개구(114)는 셀 커버(113)의 내부에 수용된 배터리 셀(111)에서 발생된 가스를 셀 커버(113) 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다.

개구(114)의 각 모서리는 둥근 형상일 수 있다. 이를 통해 셀 커버(113)가 배터리 셀(111)과 결합하는 과정에서 발생될 수 있는 배터리 셀(111)의 손상이 최소화될 수 있다.

개구(114)는 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)와 대응되지 않는 셀 커버(113)의 일면에 형성될 수 있다.

종래에는 배터리 셀(111)에 발화가 발생하는 경우, 가스 및 스파크 등이 전극 리드(112) 방향으로 이동함으로써 추가적인 열폭주 현상을 발생시키는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 셀 커버(113)에 개구(114)이 형성됨으로써 전극 리드(112)가 위치한 방향으로의 가스 및 스파크의 이동이 최소화될 수 있다. 개구(114)에 의해 초기 벤팅 가스가 배터리 셀(111)의 측면에서 배출되므로, 가스 배출 경로가 전극 리드(112)와 이격될 수 있고, 전극 리드(112) 및 이와 연결되는 전장 부재들이 가스, 스파크 또는 화염등에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)는 별도의 케이스가 부가되지 않은 형태이므로, 셀 커버(113)에서 배출된 가스가 배터리 팩(1000) 내부에 전체적으로 확산될 수 있다. 또, 상술한 바와 같이 본 실시예의 배터리 어셈블리(100)에 엔드 커버가 제공되고, 엔드 커버에 벤팅홀이 형성된 경우에는, 이동된 벤팅 가스가 엔드 커버에 형성된 벤팅홀을 통해 외부로 배출될 수도 있다. 이처럼 배터리 어셈블리(100)의 내부 가스는 빠르게 외부로 배출될 수 있으며, 이에 따라 전극 리드(112)의 방향으로 가스가 이동되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 벤팅 가스가 넓은 공간에서 확산됨에 따라 벤팅 가스의 에너지가 빠르게 소실될 수 있고, 추가적인 열폭주 현상이 최소화될 수 있다.

개구(114)는 셀 커버(113)의 일면에 형성될 수 있다. 개구(114)는 셀 커버(113)의 측면에 형성될 수 있다. 개구(114)는 셀 커버(113)의 제2 면(113b) 또는 제3 면(113c)에 형성될 수 있다. 개구(114)는 제2 면(113b)에 형성된 제1 개구(114a) 및 제3 면(113c)에 형성된 제2 개구(114b)을 포함할 수 있다. 제2 면(113b)에 형성된 제1 개구(114a)는 복수일 수 있다. 복수의 제1 개구(114a)는 서로 거리를 두고 위치할 수 있다. 제3 면(113c)에 형성된 제2 개구(114b)는 복수일 수 있다. 복수의 제2 개구(114b)는 서로 거리를 두고 위치할 수 있다.

제1 개구(114a)과 제2 개구(114b)는 서로 마주보지 않도록 위치할 수 있다. 제3 면(113c)에서, 제1 개구(114a)과 마주보는 제3 면(113c)의 일부분에는 제2 개구(114b)가 형성되지 않을 수 있다. 제2 면(113b)에서, 제2 개구(114b)과 마주보는 제2 면(113b)의 일부분에는 제1 개구(114a)가 형성되지 않을 수 있다. 제1 개구(114a)과 제2 개구(114b)가 서로 마주하지 않도록 위치함으로써, 하나의 셀 유닛(110)의 외부로 배출된 가스가 인접한 다른 셀 유닛(110)에 전달되는 것이 최소화될 수 있다.

한편, 상술한 도면에서 제1 개구(114a)는 3개, 제2 개구(114b)는 2개인 것으로 도시되었으나, 이는 예시에 불과한 바, 제1 개구(114a) 및 제2 개구(114b)의 수는 도시된 것과 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 개구(114a)는 4개일 수 있고, 제2 개구(114b)는 3개일 수 있다. 다른 예를 들어, 예를 들어, 제1 개구(114a)는 5개일 수 있고, 제2 개구(114b)는 4개일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 예를 들어, 제1 개구(114a)는 2개일 수 있고, 제2 개구(114b)는 1개일 수 있다. 또한, 제1 개구(114a)와 제2 개구(114b)는 셀 커버(113)의 각 면에 형성된 개구(114)를 구분하여 설명하기 위한 것인 바, 제1 개구(114a)가 2개이고, 제2 개구(114b)가 3개로 제공되는 것도 가능하다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에는 버스바 프레임(116)이 위치할 수 있다. 버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)에 의해 커버되는 배터리 셀(111)이 외부 도전성 부재 또는 인접한 배터리 셀(111)과 전기적으로 연결되도록 하기 위한 것일 수 있다. 버스바 프레임(116)은 적어도 하나의 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)를 지지하며, 상술한 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)를 인접한 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)와 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

버스바 프레임(116)은, 구리 등 전기 전도성 소재의 버스바와 PC 등 플라스틱 소재의 버스바 하우징을 구비할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 버스바 하우징의 일면에는 버스바 단자가 위치하고, 버스바 하우징의 타면은 배터리 셀(111)들과 마주할 수 있다. 배터리 셀(111)들의 전극 리드(112)는 버스바 하우징에 구비된 슬롯을 통과하여 버스바와 접촉할 수 있고, 전극 리드(112)와 버스바가 중첩된 일면에 용접 공정등이 적용됨으로써 전극 리드(112)와 버스바가 결합할 수 있다. 이를 통해 전극 리드(112)와 버스바 사이의 전기적 연결이 형성될 수 있다.

버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)와 결합될 수 있다. 버스바 프레임(116)은 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)상 단부와 결합될 수 있다. 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향) 상 단부는 개방된 상태일 수 있고, 개방된 단부는 버스바 프레임(116)에 의해 커버될 수 있다. 버스바 프레임(116)은 2개일 수 있고, 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)상 단부에 각가 배치될 수 있다.

절연 커버(118)는 셀 커버(113)에 수용되는 배터리 셀(111)의 전극 리드(112)가 단락되는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해, 절연 커버(118)는 절연성을 가지는 고분자 합성 수지로 제조될 수 있다.

도 5는 도 2에 따른 셀 유닛에 형성된 개구의 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7은 본 실시예의 셀 유닛에 포함된 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 벤팅 가스의 이동을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6에 도시된 셀 유닛(110)들은 폭 방향(Z축 방향) 상 단면일 수 있고, 편의를 위해 각 구성요소는 개략적으로 도시되었다.

도 5 를 참조하면, 본 실시예의 개구(114)는 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 연이어 위치할 수 있다. 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)을 따라, 제1 개구(114a) 및 제2 개구(114b)는 교대로 위치할 수 있다. 이 때, 제1 개구(114a) 및 제2 개구(114b)는 셀 커버(113)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 일직선으로부터 좌측(+Y축) 또는 우측(-Y축)으로 소정의 거리만큼 이격되어 교대로 위치할 수 있다. 이에 따라, 개구(114)는 셀 커버(113)의 상측(+Z축 방향)에서 볼 때, 셀 유닛(110)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 지그재그 형태로 위치할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예의 셀 유닛(110)은 복수로 제공될 수 있고, 복수의 셀 유닛(110)은 일방향을 따라 연이어 배치될 수 있다. 복수의 셀 유닛(110)에 형성된 개구(114)는 셀 커버(113)의 적층 방향(Y축 방향)을 따라 연이어 위치할 수 있다. 셀 커버(113)의 적층 방향(Y축 방향)을 따라, 제1 개구(114a) 및 제2 개구(114b)는 교대로 위치할 수 있다. 이 때, 제1 개구(114a) 및 제2 개구(114b)는 셀 커버(113)의 적층 방향(Y축 방향)을 따라 연장되는 일직선으로부터 후방(-X축) 또는 전방(+X축)으로 소정의 거리만큼 이격되어 교대로 위치할 수 있다. 이에 따라, 개구(114)는 셀 커버(113)의 상측(+Z축 방향)에서 볼 때, 셀 유닛(110)의 적층 방향(Y축 방향)을 따라 지그재그 형태로 위치할 수 있다.

설명의 편의를 위해, 이하에서는 복수의 셀 유닛(110) 중 임의의 하나를 제1 셀 유닛(110a)으로 지칭하며, 그와 인접하게 위치하는 셀 유닛을 제2 셀 유닛(110b)으로 지칭하기로 한다. 또한, 제1 셀 유닛(110a)에서 제2 셀 유닛(110b)을 향하는 방향으로 제2 셀 유닛(110b)과 인접하게 배치된 셀 유닛은 제3 셀 유닛(110c)으로 지칭하기로 한다.

제2 셀 유닛(110a)의 제2 면(113b)은 제1 셀 유닛(110a)의 제3 면(113c)과 마주할 수 있다. 제2 셀 유닛(110b)의 제3 면(113c)은 제3 셀 유닛(110c)의 제2 면(113b)과 마주할 수 있다. 제2 셀 유닛(110b)의 제2 면(113b)에 형성된 제1 개구(114a)는 제1 셀 유닛(110a)의 제3 면(113c)에 형성된 제2 개구(114b)와 서로 마주하도록 위치하지 않을 수 있다. 또, 제2 셀 유닛(110b)의 제3 면(113c)에 형성된 제2 개구(114b)는 제3 셀 유닛(110c)의 제2 면(113b)에 형성된 제1 개구(114a)와 서로 마주하도록 위치하지 않을 수 있다.

제2 셀 유닛(110b)의 내부에서 발화가 발생하는 경우, 벤팅 가스는 제2 셀 유닛(110b)의 제2 면(113b)에 형성된 제1 개구(114a) 및 제3 면(113c)에 형성된 제2 개구(114b)를 향해 이동될 수 있다. 그러나, 제1 개구(114a)를 통해 배출된 벤팅 가스는 제1 셀 유닛(110a)의 제3 면(113c)과 마주하므로, 제1 셀 유닛(110a)의 방향으로 추가적으로 이동하는 것이 제한될 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스는 제2 셀 유닛(110b)과 인접한 제1 셀 유닛(110a)으로 이동되지 못하고, 제2 셀 유닛(110b)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 이동되거나, 다른 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 제2 셀 유닛(110b)의 제2 개구(114b)를 통해 배출된 벤팅 가스는 제3 셀 유닛(110c)의 제2 면(113b)과 마주할 수 있고, 이에 따라 벤팅 가스는 제3 셀 유닛(110c)을 향해 이동하는 것이 제한되고, 제2 셀 유닛(110b)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 이동되거나, 다른 방향으로 이동될 수 있다. 이처럼, 개구(114)를 통해 배출된 가스가 셀 커버(113)와 충돌함으로써, 벤팅 가스가 다른 배터리 셀(111)을 향하여 이동되는 것이 제한될 수 있다. 또한, 벤팅 가스가 셀 커버(113)와 충돌함으로써, 벤팅 가스의 운동 에너지가 소실될 수 있으며, 이에 따라 열폭주 현상이 완화될 수 있다.

한편, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단뿐 아니라 ESS(Energy Storage System)와 같은 에너지 저장 장치도 포함될 수 있다. 또한, 본 발명은 이에 제한되지 않고 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1000: 배터리 팩
1100: 팩 케이스
1200: 크로스 빔
100: 배터리 어셈블리
110: 셀 유닛
111: 배터리 셀
113: 셀 커버
114: 개구
116: 버스바 프레임
118: 절연 커버

Claims (13)

1. 일 방향으로 나란하게 배치된 복수의 셀 유닛,
   복수의 상기 셀 유닛을 수납하는 팩 케이스를 포함하고,
   상기 셀 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 일부를 커버하는 셀 커버를 포함하고,
   상기 셀 커버는 상기 셀 커버의 일면에 형성된 개구를 포함하는 배터리 팩.
2. 제1 항에서,
   상기 개구는 서로 마주하는 상기 셀 커버의 두 면에 각각 형성되며, 각각의 상기 면에 형성된 개구는 서로 대응되지 않는 배터리 팩.
3. 제1 항에서,
   상기 배터리 셀은 일 가장자리가 상기 팩 케이스의 바닥면과 대응되도록 수직으로 배치되고,
   상기 셀 커버는 수직으로 배치된 상기 배터리 셀의 상측 가장자리는 커버하고, 상기 배터리 셀의 하측 가장자리는 개방하는 배터리 팩.
4. 제1 항에서,
   상기 셀 커버는 상기 배터리 셀의 일면과 평행하게 배치되는 제2 면과 제3 면, 및 상기 제2 면과 상기 제3 면의 사이에서 연장되는 제1 면을 포함하고,
   상기 셀 커버의 횡단면은 n자 형상을 가지는 배터리 팩.
5. 제4 항에서,
   상기 개구는 상기 제2 면 또는 상기 제3 면에 형성되는 배터리 팩.
6. 제4 항에서,
   상기 개구는 상기 제2 면에 형성된 제1 개구 및 상기 제3 면에 형성된 제2 개구를 포함하고,
   상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 셀 커버의 길이 방향을 따라 교대로 위치하는 배터리 팩.
7. 제6 항에서,
   상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 길이 방향을 따라 위치하고, 상기길이 방향을 따라 연장되는 가상의 일 직선으로부터 상기 일 직선의 일측 및 타측으로 소정의 거리만큼 이격되어 위치하는 배터리 팩.
8. 제6 항에서,
   상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 길이 방향을 따라 지그재그 형태로 위치하는 배터리 팩.
9. 제1 항에서,
   상기 셀 유닛은 서로 인접하게 위치하는 제1 셀 유닛 및 제2 셀 유닛을 포함하고,
   상기 제2 셀 유닛은 상기 제2 셀 유닛의 일면이 상기 제1 셀 유닛의 일면과 서로 마주보도록 배치되고,
   상기 제2 셀 유닛의 상기 일면에 형성된 개구는 상기 제1 셀 유닛의 상기 일면에 형성된 개구와 대응되지 않는 배터리 팩.
10. 제9 항에서,
    상기 셀 유닛은 제1 셀 유닛에서 제2 셀 유닛을 향하는 방향으로 상기 제2 셀 유닛과 인접한 제3 셀 유닛을 포함하고,
    상기 제1 셀 유닛에 형성된 개구, 상기 제2 셀 유닛에 형성된 개구 및 상기 제3 셀 유닛에 형성된 개구는 상기 셀 유닛의 적층 방향을 따라 지그재그 형태로 위치하는 배터리 팩.
11. 제1 항에서,
    상기 셀 커버는 하나의 판재가 절곡되어 형성되는 배터리 팩.
12. 제1 항에서,
    상기 셀 커버는 금속 재질을 포함하는 배터리 팩.
13. 제1 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 디바이스.