KR20240041423A - 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배터리 팩에 관한 것으로서, 배터리 셀 적층체를 각각 포함하고 상기 배터리 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 단자부를 배터리 단위체의 전면에 각각 구비한 복수개의 배터리 단위체; 배터리 단위체 탑재 영역과 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 복수개로 구획하는 격벽부재를 가지며, 상기 격벽부재 사이의 배터리 단위체 탑재 영역에 상기 배터리 단위체가 각각 수용되는 팩 하우징; 및 상기 배터리 단위체의 상면과 전면을 덮으며 상기 격벽부재에 결합되는 커버판 조립체;를 포함한다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 모듈 등의 배터리 단위체를 수용하는 배터리 팩에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 배터리 단위체 내에 발화가 발생할 경우, 인접한 배터리 단위체로 스파크나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.

전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 이차전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

도 1은 종래의 배터리 팩(1)의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 1에서는, 도시의 편의를 위하여 배터리 팩(1)의 상부 커버를 생략하여 나타내었다. 도시된 바와 같이, 팩 하우징 내에 복수개의 배터리 모듈(10)이 배치되어 있다. 도 1의 배터리 팩(1)에서는 중앙의 센터프레임을 중심으로 좌우로 복수개의 배터리 모듈(10)이 각각 배열되어 있다. 상기 배터리 모듈(10)의 전면에는 터미널 버스바 등의 단자부(12)가 구비되고, 각 배터리 모듈의 단자부(12)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈들을 전기적으로 연결하고 있다.

어느 하나의 배터리 모듈 내에 수용된 배터리 셀에서 열 폭주(thermal runway)가 발생하면 그에 인접한 배터리 셀들로 열이 전파되고, 결과적으로 그 배터리 모듈의 사방으로 스파크나 화염이 분출된다. 이 경우, 화염이 분출한 배터리 모듈에 인접한 배터리 모듈도 화염에 노출되어 배터리 모듈의 연쇄적인 폭발로 이어질 수 있다.

배터리 모듈의 하부에는 히트 싱크 또는 냉각유로를 구비한 팩 하우징의 베이스판이 위치하므로, 화염 전파를 비교적 용이하게 억제할 수 있다.

그러나, 도 1과 같이 배터리 모듈의 상부와 도시하지 않은 상부 커버 사이에는 공간이 형성되어 있어 이 상부 공간으로 화염이 분출될 수 있다. 특히, 배터리 모듈의 단자부가 설치된 모듈 전면은 과열되어 발화가 발생하기 쉽다. 또한, 상기 모듈 전면은 화염 발생시 전기적으로 단락되는 등 발화에 취약하다. 또한, 상기 배터리 모듈의 전면은 단자부가 설치되므로, 전기적인 절연도 필요하다.

따라서, 배터리 모듈과 같은 배터리 단위체의 상부 및 전면을 화염이나 스파크로부터 동시에 보호할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.

한국공개특허 제10-2021-0134165호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 모듈 등의 배터리 단위체의 상면과 전면을 동시에 커버함으로써, 인접한 배터리 단위체로 스파크나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀 적층체를 각각 포함하고 상기 배터리 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 단자부를 배터리 단위체의 전면에 각각 구비한 복수개의 배터리 단위체; 배터리 단위체 탑재 영역과 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 복수개로 구획하는 격벽부재를 가지며, 상기 격벽부재 사이의 배터리 단위체 탑재 영역에 상기 배터리 단위체가 각각 수용되는 팩 하우징; 및 상기 배터리 단위체의 상면과 전면을 덮으며 상기 격벽부재에 결합되는 커버판 조립체;를 포함한다.

상기 배터리 단위체는, 배터리 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스와, 상기 모듈 케이스의 전면 및 후면에 결합되는 단부판을 포함하는 배터리 모듈일 수 있다.

상기 배터리 단위체는, 배터리 셀 적층체의 전면 및 후면에 버스바 조립체가 결합되고, 상기 배터리 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스의 전부 또는 일부가 없는 모듈리스 구조의 셀 블록이고, 상기 배터리 셀 적층체의 전면에 결합되는 버스바 조립체에 단자부가 구비될 수 있다.

상기 모듈리스 구조의 셀 블록은, 상기 배터리 셀 적층체의 양측면에 측면지지판이 결합되고, 상기 측면지지판과 버스바 조립체가 결합된 면을 제외한 배터리 셀 적층체의 상면과 하면이 모두 개방되는 것일 수 있다.

상기 팩 하우징은, 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 가로지르도록 연장되는 센터프레임을 포함하고, 상기 센터프레임을 중심으로 양측에 상기 센터프레임의 연장방향에 수직되게 복수개의 격벽부재가 배열되고, 상기 센터프레임을 향하여 전면이 각각 향하도록 상기 배터리 단위체가 상기 격벽부재의 사이에 각각 배치될 수 있다.

상기 커버판 조립체는 상기 배터리 단위체의 개수에 대응되게 복수개로 구비되며, 각각의 커버판 조립체가 각각의 배터리 단위체를 덮으며 격벽부재에 결합될 수 있다.

상기 커버판 조립체는, 배터리 단위체 상면을 덮는 상면커버판과, 상기 상면커버판의 일단부에 수직으로 결합되어 상기 배터리 단위체의 전면을 덮는 전면 커버판을 포함할 수 있다.

상기 상면커버판 양측을 따라 간격을 두고 복수개의 체결부가 돌출되고, 상기 체결부가 상기 격벽부재의 상면에 결합될 수 있다.

하나의 커버판 조립체의 상면커버판 측부의 체결부 사이 간격에 이웃하는 커버판 조립체의 상면커버판 측부의 체결부가 맞물리도록 위치함으로써, 이웃하는 커버판 조립체의 상면커버판들의 체결부가 동일한 격벽부재 상에 각각 결합될 수 있다.

상기 전면 커버판은 전기적으로 절연성 재질일 수 있다.

상기 커버판 조립체는, 상기 상면커버판의 타단부에 수직으로 결합되어 배터리 단위체의 후면을 덮는 후면커버판을 더 가지고, 상기 후면커버판에는 복수개의 벤팅홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면으로서의 배터리 팩은, 배터리 셀 적층체와, 상기 배터리 셀 적층체와 전면에 결합되는 버스바 조립체와, 상기 배터리 셀 적층체의 양측면에 결합되는 측면지지판을 각각 포함하는 복수개의 셀 블록; 상기 셀 블록 탑재 영역을 구비하며, 상기 복수개의 셀 블록이 상기 셀 블록 탑재 영역에 고정 설치되는 팩 하우징; 및 상기 셀 블록의 상면 및 전면을 덮으며 상기 셀 블록에 결합되는 커버판 조립체를 포함한다.

상기 팩 하우징은, 상기 셀 블록 탑재 영역을 가로지르도록 연장되는 센터프레임을 포함하고,

상기 센터프레임의 연장방향에 수직되게 또한 상기 센터프레임을 향하여 전면이 각각 향하도록 복수개의 셀 블록이 배열될 수 있다.

상기 측면지지판은 상기 배터리 셀 적층체의 일측면에 결합되는 제1 측면지지판과 타측면에 결합되는 제2 측면지지판으로 구성되고, 상기 제1,2 측면지지판은 서로 맞물리는 상보적인 구조를 가지고, 대향하는 2개의 배터리 셀 적층체 중 하나의 배터리 셀 적층체의 제1 측면지지판과 다른 하나의 배터리 셀 적층체의 제2 측면지지판이 맞물려 결합하는 것에 의하여 이웃하는 셀 블록들이 서로 결합되고, 상기 결합된 제1 및 제2 측면지지판이 상기 셀 블록 탑재 영역에 결합되는 것에 의하여 상기 셀 블록들이 팩 하우징에 고정 설치될 수 있다.

상기 결합된 제1 및 제2 측면지지판이 각각의 배터리 셀 적층체를 구획하는 적층체 격벽부재를 형성하며, 상기 적층체 격벽부재의 상부면에 상기 커버판 조립체가 결합될 수 있다.

본 발명은 배터리 모듈의 상면과 전면을 커버하는 커버판 조립체를 구비하고 있다. 따라서, 하나의 배터리 모듈에서 화염이 발생하더라도, 인접 모듈들을 화염으로부터 보호할 수 있으며, 또한 인접한 배터리 모듈로 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 커버판 조립체는 절연기능을 구비하므로, 배터리 모듈 전면에 위치한 단자부를 전기적으로 절연시킬 수 있다.

본 발명은, 통상의 배터리 모듈 외에, 모듈 케이스의 전부 또는 일부가 없는 모듈리스 구조의 셀 블록이 수용된 배터리 팩에 대해서도 적용 가능하다. 이러한 셀 블록을 팩 내에 설치함으로써, 이른바 셀투팩 구조의 배터리 팩을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 셀투팩 구조의 배터리 팩의 열전파를 방지하는데도 효과적이다.

또한 본 발명의 일 실시예에서는, 커버판 조립체가 후면 커버판을 구비하므로, 배터리 단위체의 후면까지 화염으로부터 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 서로 결합하는 구조의 셀 블록을 구비하고, 이 결합된 셀 블록 상에 커버판 조립체를 결합할 수 있으므로, 팩 하우징에 별도로 격벽부재를 설치할 필요가 없다. 따라서, 보다 간이한 구조의 셀투팩 구조의 배터리 팩을 제조할 수 있어 에너지밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 팩의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 3은 통상적인 배터리 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 배터리 모듈과 커버판 조립체의 결합관계를 나타내는 사시도이다.
도 6은 커버판 조립체가 배터리 팩에 결합되는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7 및 도 8은 커버판 조립체가 배터리 팩에 결합된 것을 각각 나타내는 사시도 및 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 적용되는 커버판 조립체와 배터리 모듈의 결합관계를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 측단면도이다.
도 11 및 도 12는 배터리 단위체로서 모듈리스 셀 블록의 예들을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 14는 배터리 단위체로서 모듈리스 셀 블록의 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 모듈리스 셀 블록의 결합과정을 나타내는 개략도이다.
도 16 및 도 17은 도 14의 실시예의 배터리 팩 결합과정을 나타내는 사시도이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

본 발명의 배터리 팩(1000)은, 배터리 셀 적층체(50)를 각각 포함하고 상기 배터리 셀 적층체(50)와 전기적으로 연결되는 단자부(T)를 배터리 단위체(100)의 전면에 각각 구비한 복수개의 배터리 단위체(100); 배터리 단위체 탑재 영역과 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 복수개로 구획하는 격벽부재(223)를 가지며, 상기 격벽부재(223) 사이의 배터리 단위체 탑재 영역에 상기 배터리 단위체(100)가 각각 수용되는 팩 하우징; 및 상기 배터리 단위체(100)의 상면과 전면을 덮으며 상기 격벽부재(223)에 결합되는 커버판 조립체;를 포함한다.

본 발명의 커버판 조립체(300)는, 종래와 같은 통상의 배터리 모듈뿐만 아니라, 모듈 케이스의 전부 또는 일부가 삭제된 모듈리스 구조의 셀 블록에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는, 이러한 배터리 모듈과 셀 블록을 모두 포함하는 개념으로서 배터리 단위체라는 용어를 제안한다. 본 발명의 배터리 단위체(100)는, 기본적으로 배터리 셀 적층체(50)를 포함하며, 상기 배터리 셀 적층체(50)가 전기적 출력을 낼 수 있도록 단자부(T)(터미널 버스바)를 포함하고 있다. 상기 배터리 셀 적층체(50)는 복수개의 배터리 셀(51)이 적층되어 형성된다.

상기 단자부(T)는 배터리 셀 적층체(50)의 전극 리드들(51a,51b)과 전기적으로 연결되며, 또한 이웃하는 배터리 단위체(100)의 단자부(T) 또는 외부의 전기 디바이스와 전기적으로 연결된다. 이러한 단자부(T)는 배터리 셀 적층체(50)의 전단 또는 후단에 결합되는 버스바 조립체(121,131) 또는 버스바 프레임, 단부판(112), 또는 버스바 조립체/프레임과 단부판의 결합체에 구비될 수 있다. 예컨대, 배터리 단위체(100)가 배터리 모듈(110)인 경우, 상기 배터리 모듈(110)은 배터리 셀 적층체(50)가 수용되는 모듈 케이스(111)와, 상기 모듈 케이스(111)의 전단 및 후단에서 상기 배터리 셀 적층체(50)에 결합되는 버스바 프레임을 구비할 수 있다. 필요에 따라 상기 버스바 프레임은 단부판(112)과 결합되거나 상기 단부판(112)과 일체로 구성될 수 있다. 버스바 프레임은 배터리 셀(51)의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 인터버스바, 커넥터, 터미널 버스바(단자)(T)를 구비한다.

통상의 배터리 모듈(110)은 배터리 셀 적층체(50)의 둘레를 완전히 감싸는 모듈 케이스(111)를 구비하고 있다. 그런데, 최근에는 구조를 간소화하고 부품 개수를 줄여서 에너지밀도를 높이기 위하여, 상기 모듈 케이스(111)의 전부 또는 일부를 삭제하는 형태의 모듈리스 구조의 모듈 또는 셀 블록이 제안되고 있다. 이러한 모듈리스 구조의 셀 블록(120,120',130)으로 배터리 팩(1000)을 구성한 것을 셀투팩 구조의 배터리 팩(3000,4000)이라고 한다. 상기 셀 블록(120,120',130) 역시 배터리 셀 적층체(50)를 구비한다. 또한, 모듈 케이스(111)의 전부 또는 일부가 없으므로, 배터리 셀 적층체(50)의 상하좌우의 측면 중 적어도 일부가 외부로 개방된다. 모듈리스 구조의 셀 블록(120,120',130) 역시 전기적 연결을 위해서 배터리 셀 적층체(50)의 전극 리드와 연결되는 단자부(T)를 구비한다. 이를 위하여, 배터리 셀 적층체(50)의 전단 및 후단에 버스바 조립체(121,131)가 결합될 수 있다.

전기적 연결형태에 따라 단자부(T)는 상술한 배터리 단위체(100)의 전면, 또는 전면 및 후면에 모두 구비될 수 있다.

팩 하우징(200)은, 복수개의 배터리 단위체(100)를 수용하기 위한 배터리 단위체 탑재 영역을 가진다.

상기 배터리 단위체 탑재영역은 팩 하우징(200)의 바닥판, 즉 베이스판(221)이 된다. 베이스판(221)은 냉매유로를 구비하거나, 베이스판(221)의 하부에 별도의 히트 싱크가 설치될 수 있다. 또한, 팩 하우징(200)은 상기 베이스판(221)을 둘러싸는 측벽프레임(222)을 포함하며, 베이스판(221)과 측벽프레임(222)의 결합체를 하부 팩 하우징(210)이라 칭할 수 있다. 상기 하부 팩 하우징(210)에 상부 커버(상부 팩 하우징(210))가 결합되어 팩 하우징(200)이 구성된다.

팩 하우징(200) 내에는 복수개의 배터리 단위체(100)가 수용된다. 통상 배터리 단위체(100)를 팩 하우징(200) 내에서 정렬시키기 위하여 격벽부재(223)가 구비된다. 즉, 격벽부재(223)는 배터리 단위체 탑재 영역을 복수개로 구획하고, 상기 격벽부재(223) 사이의 배터리 단위체 탑재 영역에 배터리 단위체(100)가 각각 수용된다. 격벽부재(223)는 배터리 단위체 탑재영역, 즉 베이스판(221)에 고정 설치된다.

후술하는 바와 같이, 본 발명은 팩 하우징(200)에 격벽부재(223)가 미리 설치되는 경우뿐 아니라, 미리 설치되지 않는 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 셀 블록의 양측면에 구비된 측면지지판이 서로 결합함으로써, 셀 블록에 구비된 배터리 셀 적층체(50)를 구획하는 적층체 격벽부재(132)를 형성할 수 있다. 이 경우에는, 상기 적층체 격벽부재(132)가 팩 하우징(200)의 베이스판(221)에 결합됨으로써 셀 블록과 적층체 격벽부재(132)가 동시에 팩 하우징(200)에 고정될 수 있다. 이 실시예에서는 적층체 격벽부재(132)에 커버판 조립체(300)가 결합될 수 있다.

상기 팩 하우징(200)에는 격벽부재(223) 외에 센터프레임(224)을 설치할 수 있다. 센터프레임(224)은 배터리 단위체 탑재 영역을 가로지르도록 연장된다. 상기 센터프레임(224)을 중심으로 양측에 센터프레임(224)의 연장방향에 수직되게 복수개의 격벽부재(223)가 배열될 수 있다. 센터프레임(224)이 배치됨으로써, 센터프레임(224) 좌우의 배터리 단위체(100)가 이격되어 전기적으로 절연될 수 있다. 센터프레임(224)과 배터리 단위체(100)는 소정의 절연거리를 두고 이격된다. 후술하는 바와 같이, 커버판 조립체(300)의 전면커버판(320)이 배터리 단위체(100)의 전면과 상기 센터프레임(224) 사이 공간으로 삽입되어 설치될 수 있다.

본 발명은 배터리 단위체(100)의 상면과 전면을 덮으며 격벽부재(223) 또는 적층체 격벽부재(132)에 결합되는 커버판 조립체(300)를 포함한다.

배터리 단위체(100) 중 어느 하나에 발화가 일어날 경우, 그 화염은 사방으로 분출된다. 배터리 단위체(100)의 아래에는 냉각구조를 구비한 베이스판(221)이 설치되어 있으므로, 단위체 하방으로의 화염전파는 억제될 수 있다. 또한, 배터리 단위체(또는 배터리 셀 적층체(50))의 양측에는 격벽부재(223)(또는 적층체 격벽부재(132))가 위치하므로, 배터리 단위체 양측면으로의 화염전파도 방지할 수 있다. 또한, 배터리 단위체(100)의 후면은 통상 팩 하우징(200)의 측벽프레임(222)과 대향한다. 최근 제안된 팩 하우징(200)의 측벽프레임(222)에는 팩 내의 가스 및 화염을 외부로 유도하기 위한 벤팅기구가 구비된 경우가 많다. 배터리 단위체(100)의 후면은 이러한 벤팅기구와 인접 배치되므로, 배터리 단위체(100)의 후방으로의 화염전파도 어느 정도 억제할 수 있다.

그러나, 배터리 단위체(100)의 상면은 개방되어 있으므로, 화염전파를 방지하기 곤란하다. 본 발명의 커버판 조립체(300)는 배터리 단위체(100)의 전면을 덮으며 격벽부재에 결합되므로, 배터리 단위체(100) 상부로 분출되는 스파크나 화염을 막아줄 수 있다.

배터리 단위체(100)의 전면에는 단자부(T)가 구비되므로, 화염 발생시 매우 취약하다. 상기 커버판 조립체(300)는 배터리 단위체(100)의 전면도 커버하고 있다. 즉, 상기 커버판 조립체(300)는 화염에 가장 취약한 배터리 단위체(100)의 상면과 전면을 동시에 커버함으로써, 인접하는 배터리 단위체(100)로 화염이나 스파크가 전파되는 것을 방지할 수 있다.

커버판 조립체(300)는 배터리 단위체(100)의 상면을 덮는 상면커버판(310)과, 상면커버판(310)의 일단부에 수직으로 결합되어 배터리 단위체(100)의 전면을 덮는 전면커버판(320)을 포함할 수 있다. 이러한, 커버판 조립체(300)는 팩 하우징(200) 내에 수용되는 모든 배터리 단위체(100)의 상면과 전면을 커버할 수 있다. 즉, 하나의 커다란 커버판 조립체(300)가 복수개의 배터리 단위체(100)의 상면과 전면을 덮는 형태로 구성할 수 있다. 예컨대, 센터프레임(224)을 중심으로 좌우로 복수개의 배터리 단위체(100)가 각각 배열된다면, 좌우에 1개씩만 커버판 조립체(300)를 설치함으로써, 화염 전파를 억제할 수 있다.

이 경우에는, 화염전파 방지를 위하여 필요한 커버판 조립체(300)의 개수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 복수개의 배터리 단위체들의 상부와 전면이 하나의 커다란 상면커버판(310)과 전면커버판(320)으로 덮여지므로, 배터리 단위체(100) 사이의 공간도 부분적으로 닫혀지게 된다. 이와 같이, 배터리 단위체(100) 사이의 개방 공간의 체적이 작아지면, 가스 벤팅시 팩 내의 압력이 높아져 폭발의 위험성이 커질 수 있다. 또한, 하나의 배터리 단위체(100)에 이상이 있거나 발화가 발생하여 커버판 조립체(300)가 손상될 경우, 전체 커버판 조립체(300)를 제거하여야 하므로 부품 교체 비용이 상승한다.

이러한 점을 고려하여, 상기 커버판 조립체(300)는 배터리 단위체(100)의 개수에 대응되게 복수로 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 커버판 조립체(300)가 각각의 배터리 단위체(100)를 덮으며 격벽부재(또는 적층체 격벽부재(132))에 결합되도록 할 수 있다. 이에 의하여, 각 커버판 조립체(300)가 배터리 단위체(100)의 전면 및 후면에서 발생하는 화염을 억제하면서도, 각 커버판 조립체(300) 사이의 미세한 틈으로 가스를 배출하여 팩 내의 압력을 낮출 수 있다.

커버판 조립체(300)가 배터리 단위체(100)의 후면까지 커버할 경우, 역시 팩 내의 압력이 높아질 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 커버판 조립체(300)는 배터리 단위체(100)의 상면과 전면만을 커버한다. 다만, 적절한 압력 해소 수단이 마련될 경우, 커버판 조립체(300)가 배터리 단위체(100)의 후면을 커버할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 배터리 단위체(100)의 후면을 덮는 예가 나타나 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 관하여 설명한다.

(제1 실시형태)

도 2는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩(1000)을 나타내는 사시도이고, 도 3은 통상적인 배터리 모듈(110)의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 4 및 도 5는 배터리 모듈(110)과 커버판 조립체(300)의 결합관계를 나타내는 사시도이다.

본 실시형태는, 배터리 단위체(100)로서 통상의 배터리 모듈(110)이 채용된 예이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(110)은, 배터리 셀 적층체(50)와, 상기 배터리 셀 적층체(50)를 수용하는 모듈 케이스(111)와, 상기 모듈 케이스(111)의 전면 및 후면에 결합되는 단부판(112)을 포함하고 있다. 모듈케이스는 상부 케이스(111a)와 하부케이스(111b)로 구성될 수 있으나 이에 한하는 것은 아니다. 상기 단부판(112)의 내측에는 버스바 프레임이 결합되고 버스바 프레임으로부터 도출된 단자부(T)가 단부판(112) 양측 외부로 노출된다. 도 3의 배터리 모듈(110)의 결합 사시도를 참조하면, 단자부(T)가 배터리 모듈(110)의 전면에 노출된 것을 알 수 있다. 모듈 케이스(111)는 모듈 내 가스 배출을 위하여 벤팅홀(H)을 구비할 수 있다.

도 2에는 배터리 모듈 탑재 영역과 배터리 모듈 탑재 영역을 복수개로 구획하는 격벽부재를 가진 팩 하우징(200)이 도시되어 있다. 상기 팩 하우징(200)은 상부 팩 하우징(210)과 하부 팩 하우징(210)으로 구성된다. 하부 팩 하우징(210)은 배터리 모듈 탑재 영역을 형성하는 베이스판(221)과 상기 베이스판(221)의 둘레를 따라 배치된 격벽프레임(222)을 포함한다. 상기 베이스판(221) 상에는 배터리 모듈 탑재 영역을 가로지르도록 센터프레임(224)이 설치되어 있다. 격벽프레임(222)은 내부에 가스 벤팅채널(C)을 구비할 수 있으며, 상기 가스 벤팅채널(C)은 외부로 개방된 벤팅개구(221a)와 연통될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 센터프레임(224)의 연장방향(배터리 모듈(110)의 폭방향)을 X방향으로 나타내었다. 또한, X방향에 수직인 방향으로 배터리 모듈(110)이 배열되어 있으며, 이 방향은 배터리 모듈(110)의 길이방향이다. Z방향은 높이 방향이다.

또한, 베이스판(221) 상에는 배터리 모듈 탑재 영역을 구획하는 격벽부재(223)가 설치되어 있다. 상기 센터프레임(224)을 중심으로 양측에 센터프레임(224)의 연장방향에 수직되게 복수개의 격벽부재(223)가 배열된다. 배터리 모듈(110)은 상기 센터프레임(224)을 향하여 전면이 각각 향하도록 상기 격벽부재(223)의 사이에 각각 배치되어 있다. 격벽부재(223)의 상부면(223a)에는 커버판 조립체의 상면커버판(310)과 체결될 수 있도록 체결공(223b)이 구비된다.

커버판 조립체(300)는 상기 배터리 모듈(110)의 상면과 전면을 덮으면서 상기 격벽부재(223)에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 커버판 조립체(300)는 배터리 모듈(110)의 개수에 대응되게 복수개로 구비되며, 각각의 커버판 조립체(300)가 각각의 배터리 단위체(100)를 덮으며 격벽부재(223)에 결합된다.

도 4 및 도 5는 배터리 모듈(110)과 커버판 조립체(300)의 결합관계를 나타내기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 배터리 모듈(110)과 배터리 모듈(110) 사이의 격벽부재(223)와 커버판 조립체(300)만을 확대하여 나타낸 것이다.

도 4 및 도 5에서 격벽부재(223)는 팩 하우징에 미리 결합되어 있는 상태이다. 또한, 배터리 모듈(110)은 상기 격벽부재(223) 사이에 위치되고, 도시하지 않은 체결부재에 의하여 상기 격벽부재(223) 또는 팩 하우징(200)의 베이스판(221)에 고정되어 있다.

이 상태에서, 각각의 커버판 조립체(300)가 각각의 배터리 모듈(110)의 상면과 전면을 덮도록 위치시킨 다음 상기 커버판 조립체(300)를 상기 격벽부재(223)에 결합한다.

구체적으로 상기 커버판 조립체(300)는 배터리 모듈(110) 상면을 덮는 상면커버판(310)과 상기 상면커버판(310)의 일단부에 수직으로 결합되어 배터리 모듈(110)의 전면을 덮는 전면커버판(320)을 포함한다.

상기 상면커버판(310)과 전면커버판(320)은 동일한 재질 또는 다른 재질로 만들어질 수 있다. 전면커버판(320)은 단자부(T)가 설치된 배터리 전면을 커버하므로 전기적으로 절연성의 재질인 것이 바람직하다. 예컨대, 마이카(mica)와 같은 전기절연성의 세라믹재질로 전면커버판(320)을 만들 수 있다. 상면커버판(310)도 마이카와 같은 절연성 재질로 할 수 있다. 그러나, 상부로 솟구치는 화염에 저항할 수 있도록 강성이 크고 융점이 높은 금속재질로 상면커버판(310)을 만들 수 있다. 예컨대, 스테인레스, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 스틸(steel) 재질로 상면커버판(310)을 제작할 수 있다.

바람직하게는, 전면커버판(320)은 절연재질(예컨대, 마이카)로 하고, 상면커버판(310)은 고융점의 금속재질(예컨대, 스틸)로 할 수 있다. 상면커버판(310)과 전면커버판(320)을 동일 재질로 만들 경우, 상면커버판(310)의 일단부를 수직으로 절곡하고 이 절곡된 부분을 전면커버판(320)으로 할 수 있다. 혹은, 상면커버판(310)에 다른 재질의 전면커버판(320)을 결합하여 커버판 조립체(300)를 만들 수 있다. 예컨대, 스틸재질의 상면커버판(310)의 단부에 마이카로 된 전면커버판(320)을 결합할 수 있다. 상면커버판(310)과 전면커버판(320)은 나사나 볼트와 같은 체결부재로 체결할 수 있다. 혹은 소정의 접착제로 접착하거나, 용접 등의 다른 방식들을 사용하여 상면커버판(310)과 전면커버판(320)을 결합할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상면커버판(310)의 일단부를 수직으로 절곡하여 소정 길이의 결합부(312)를 형성하고, 이 결합부(312)의 내측면에 전면커버판(320)을 접착 또는 체결하여 전면커버판(320)을 상면커버판(310)에 결합한 것이 나타나 있다. 예컨대, 스틸로 된 상면커버판(310)의 단부를 절곡하여 그 절곡부를 결합부(312)로 하고, 상기 절곡부의 내측면에 마이카 재질의 전면커버판(320)을 접착하여 커버판 조립체(300)를 제작할 수 있다. 상기한 마이카 외에 절연기능을 가진 다른 재질로 전면커버판을 만들 수 있다. 또한, 상술한 금속재질 외에 내화 및 방화기능을 가진 다른 재질로 상면커버판을 만들 수 있다.

상기 상면커버판(310)은 배터리 모듈(110)의 상부면 전부를 덮도록 길게 형성된다. 즉, 상면커버판(310)의 길이(L1)는 모듈 케이스(111)의 길이와 단부판(112)의 두께를 합친 길이(L2)와 같거나 그보다 길어야 한다. 다만, 상면커버판(310)이 너무 길면 상면커버판(310) 단부의 전면커버판(320)과 모듈 단부판(112)과의 거리가 멀어지고, 배터리 모듈 전방의 센터프레임(224)과 접촉할 우려가 있다. 따라서, 상면커버판(310)의 길이(L1)는 모듈 케이스(111) 길이와 단부판 두께를 합친 길이(L2)와 같거나 그보다 약간 긴 것이 좋다. 상면커버판(310)의 폭(W1)은 배터리 모듈(110)의 폭(W2)을 완전히 덮을 수 있도록 배터리 모듈(110)의 폭과 같거나 약간 큰 것이 좋다.

전면커버판(320)의 길이(높이)는 상기 배터리 모듈(110)의 전면을 덮을 수 있도록 배터리 모듈(110)의 높이와 같은 것이 좋다. 다만, 팩 내부의 공간이나 다른 부품의 배치공간을 고려하여 전면커버판(320)의 높이는 배터리 모듈(110)의 높이보다 약간 작게 할 수도 있다. 도 4와 도 5의 전면커버판(320)의 형상은 약간 다르게 되어 있다. 도 4의 전면커버판(320)은 직사각형 형태로 이루어져 배터리 모듈(110)의 전면을 커버한다. 도 5의 전면커버판(320)의 하단 양측의 모서리에는 절개부(321)가 구비된다. 팩 하우징(200)에는 배터리 모듈(110)의 바닥의 모서리부에 결합되기 위한 결합돌출부(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 상기 절개부(321)는 상기 결합돌출부가 설치될 경우, 이를 회피하기 위한 것이다. 즉, 팩 하우징(200)의 결합돌출부에 배터리 모듈(110)의 모서리부가 결합될 경우, 상기 절개부(321)의 공간으로 결합돌출부가 위치하게 되어, 전면커버판(320)을 배터리 모듈(110) 및 결합돌출부의 형상에 부합하도록 꼭 맞게 설치할 수 있다. 상기 전면커버판(320)은 모듈 전면의 단부판(112)과 밀착하거나 상기 단부판으로부터 소정 간격 이격되어 단부판에 설치된 단자부(T)나 다른 전기적부품들을 보호한다.

상기 상면커버판(310)이 상기 격벽부재(223)의 상부면(223a)에 결합됨으로써, 커버판 조립체(300)가 격벽부재(223)에 결합된다. 이를 위하여, 상기 상면커버판(310)은 그 커버판의 양측을 따라 복수개의 체결부(311)를 구비할 수 있다. 상기 체결부에는 체결공(311a)이 구비될 수 있다. 상기 체결부(311)는 상면커버판(310) 양측을 따라 간격을 두고 복수개 구비될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이웃하는 상면커버판(310)의 체결부(311)는 서로 맞물리는 형태로 구성할 수 있다. 즉, 하나의 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310) 측부의 체결부(311) 사이 간격에 이웃하는 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310) 측부의 체결부(311)가 맞물리도록 위치시키면, 이웃한 상면커버판(310)의 체결부들이 동일한 격벽부재(223) 상에 놓여지게 된다. 따라서, 이웃한 상면커버판(310)의 체결부(311)를 격벽부재(223) 상부면에 체결(결합)시킴으로써, 결합에 필요한 공간을 줄일 수 있다. 또한, 이웃하는 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)이 서로 맞물려 결합함으로써, 커버판 조립체(300)가 팩 내에서 차지하는 공간을 줄임과 동시에, 커버판 조립체(300)를 보다 강고하게 격벽부재(223) 상에 결합시킬 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 바와 같이, X방향 최외측에 배치되는 격벽부재(223)에 결합되는 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)의 체결부(311)는 이웃하는 상면커버판(310)이 없으므로, 이웃하는 상면커버판(310)의 체결부(311)와 맞물리지 않는다.

도 6은 커버판 조립체(300)가 배터리 팩(1000)에 결합되는 과정을 나타내는 개략도이고, 도 7 및 도 8은 커버판 조립체(300)가 배터리 팩(1000)에 결합된 것을 각각 나타내는 사시도 및 측단면도이다.

도 6을 참조하면, 배터리 모듈(110)이 격벽부재(223)를 사이에 두고 나란하게 배치되어 있다. 배터리 모듈(110)의 전면에 설치된 단부판(112)의 양측 상단에는 단자부(T)가 위치한다. 격벽부재(223)를 사이에 두고 이웃하는 배터리 모듈(110)의 단자부(T)는 인터버스바(B)에 의하여 서로 전기적으로 연결된다. 인터버스바(B)가 결합할 수 있는 공간을 확보하기 위하여, 배터리 모듈(110) 사이에 위치하는 격벽부재(223)의 전단부의 모서리부는 절개되어 있다. 인터버스바는 이 모서리의 절개부를 지나 양쪽 배터리 모듈(110)의 단자부(T)를 서로 연결한다(도 6(a) 및 도 6(b) 참조).

인터버스바(B)가 연결된 후, 배터리 모듈(110)의 상부로부터 커버판 조립체(300)를 안착시키고, 커버판 조립체(300)의 체결부(311)를 배터리 모듈(110) 사이의 격벽부재(223) 상부면(223a)에 체결한다(도 6(c) 참조).

도 7에는 복수개의 커버판 조립체(300)가 배터리 모듈(110) 사이의 격벽부재(223)에 각각 결합하여 복수개의 배터리 모듈(110) 상에 각각 안착된 것을 나타내고 있다. 이후, 상부 커버(210)가 상기 커버판 조립체(300)를 덮도록 하부 팩 하우징(210)에 상부 커버(210)를 체결함으로써, 본 발명의 배터리 팩 조립작업이 완료된다.

도 8에는 본 발명의 커버판 조립체(300)의 결합관계가 명확하게 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)이 배터리 모듈(110)의 상면을 덮어서 모듈 상부로의 화염전파를 억제하는 것이 잘 나타나 있다. 또한, 전면커버판(320)은 모듈의 전면을 덮고 있다. 도 8에서는, 모듈 내의 배터리 셀(51)의 전극 리드(51a,51b)가 셀의 양쪽으로 도출된 양방향 파우치셀인 경우를 상정하였다. 하지만, 전극 리드가 셀의 한쪽으로 도출된 단방향 파우치셀로 구성된 배터리 모듈의 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 배터리 셀의 전방 및 후방에는 전극 리드(51a,51b)가 도출되고 이 전극 리드는 인터버스바 또는 터미널 버스바(T)와 전기적으로 연결된다. 배터리 모듈(110) 전면의 터미널 버스바(단자부(T))를 덮도록 전면커버판(320)이 위치하므로, 화염으로부터 단자부(T)가 보호된다. 모듈(110) 후면에는 도시된 바와 같이, 측벽프레임(222)의 벤팅채널(C)이 위치하므로, 모듈(110) 후면에서 발생하는 화염은 비교적 신속하게 상기 벤팅채널로 배출될 수 있다. 상기 벤팅채널은 팩 하우징(200)의 외측면에 형성된 가스 출구(222a)와 연통된다.

(제2 실시형태)

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 적용되는 커버판 조립체(300')와 배터리 모듈(110)의 결합관계를 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩(2000)을 나타내는 측단면도이다.

본 실시형태에 적용되는 배터리 모듈(110) 및 팩 하우징(200)의 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또한, 커버판 조립체(300')가 상면커버판(310)과 전면커버판(320)을 포함하는 것도 동일하다. 제1 실시형태와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시형태는 커버판 조립체(300')가, 후면커버판(330)을 가지는 점이 제1 실시형태와 상이하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 커버판 조립체(300')는 상면커버판(310)의 일단부에 전면커버판(320)을 가지며, 상면커버판(310)의 타단부에 수직으로 결합되어 배터리 모듈(110)의 후면을 덮는 후면커버판(330)을 더 포함한다. 상술한 바와 같이, 배터리 모듈(110)의 상면 및 전면 외에 후면까지 덮으면 열전파 상황시 팩 내의 압력이 증가될 위험성이 있다.

본 실시형태에서는, 후면커버판(330)에 복수개의 벤팅홀(331)을 형성함으로써, 열전파 상황시 팩 내 압력증가를 방지하고 있다.

후면커버판(330)과 상면커버판(310)의 재질은 동일 또는 다른 재질로 할 수 있다. 예컨대, 상면커버판(310)은 스틸재질로 후면커버판(330)은 절연기능의 마이카재질로 할 수 있다. 후면커버판(330)은 전면커버판(320)과 동일한 재질, 형태로 할 수 있다.

후면커버판(330)과 상면커버판(310)의 결합 방식 역시, 상면커버판(310)과 전면커버판(320)의 결합방식을 채용할 수 있다. 도 9에서는, 상면커버판(310)의 타단부를 수직으로 절곡하고 이 절곡된 단부에 후면커버판(330)이 결합된 것이 나타나 있다.

후면커버판(330)에는 복수개의 벤팅홀(331)이 형성되어 있으므로, 열전파 상황시에 팩 내에서 가스가 발생하여 가스 압력이 증가되는 경우에 이 벤팅홀(331)을 통하여 가스를 배출할 수 있어 압력 증가를 방지할 수 있다. 특히, 후면커버판(330)의 벤팅홀(331)을 외부와 연통하도록 함으로써, 가스 배출을 용이하게 할 수 있다.

도 10과 같이, 팩 하우징(200)의 측벽프레임(222)에 가스 벤팅채널(C)이 형성된 경우, 후면커버판(330)의 벤팅홀(331)을 상기 가스 벤팅채널의 입구(222c)와 대향하거나 접촉하도록, 상기 후면커버판(330)을 설치할 수 있다. 도 10의 예에서는, 특정 배터리 모듈(110)의 열 폭주에 의하여 화염이 발생한 경우, 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)과 전면커버판(320)이 인접 모듈(110)로의 화염 전파를 방지한다. 또한, 커버판 조립체(300)의 후면커버판(330)이 배터리 모듈(110) 후방에서의 화염 전파를 방지할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(110)로부터 가스가 발생하면, 후면커버판(330)의 벤팅홀(331)과 이와 연통된 측벽프레임(222)의 가스 벤팅채널(C)을 통하여 가스를 외부로 배출할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 팩 내의 화염전파 방지효과를 극대화하면서 팩 내의 압력 상승을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

(제3 실시형태)

도 11 및 도 12는 배터리 단위체(100)로서 모듈리스 셀 블록의 예들을 나타내는 사시도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩(3000)을 나타내는 사시도이다.

상술한 바와 같이, 배터리 단위체(100)로서, 배터리 모듈(110) 외에 모듈리스 구조의 셀 블록(120,120')을 채용할 수 있다.

도 11에는, 배터리 셀 적층체(50)와, 상기 적층체의 전면 및 후면에 버스바 조립체(121)가 결합된 셀 블록(120)이 개시되어 있다. 이 셀 블록(120)은 배터리 셀 적층체(50)의 상하좌우면을 덮는 모듈 케이스(111)가 전부 존재하지 않는 모듈리스 구조이다.

도 12에는 배터리 셀 적층체(50)와, 상기 적층체의 전면 및 후면에 버스바 조립체(1201가 결합되고, 배터리 셀 적층체(50)의 양측면에 결합되는 측면지지판(123)을 구비한 셀 블록(120')이 개시되어 있다. 도 12의 셀 블록(120')은 배터리 셀 적층체(50)의 상면과 하면이 개방되어 있어, 모듈 케이스(111)의 일부가 없는 모듈리스 구조이다.

상기 배터리 셀(51)은 측면이 서로 접촉한 상태가 되도록 적층되며, 이웃하는 배터리 셀의 측면끼리 양면 테이프를 통해 고정될 수 있다. 혹은, 적층된 다수개의 배터리 셀을 밴드(122)로 묶어서 하나의 배터리 셀 적층체(50)로 할 수도 있다(도 11 및 도 12 참조).

상기 배터리 셀 적층체(50)의 전면 및 후면의 전극 리드에는 버스바 조립체(121)가 결합된다. 상기 버스바 조립체에는 단자부(T)가 구비된다.

도 13은 이러한 모듈리스 구조의 셀 블록(120')이 팩 하우징(200)에 설치된 것을 나타내고 있다. 제1 실시형태와 동일하게, 상기 팩 하우징(200)은 배터리 단위체(셀 블록) 탑재 영역을 구비하고, 이 셀 블록 탑재 영역을 구획하는 격벽부재(223)를 구비하고 있다. 또한, 도 2와 동일하게 센터프레임(224)과 상기 센터프레임(224)에 수직되게 복수개의 격벽부재(223)가 배열된다.

상기 센터프레임(224)을 향하여 단자부(T)가 설치된 셀 블록(120')의 전면이 향하도록 상기 격벽부재(223)의 사이에 상기 셀 블록들이 각각 배치된다.

셀 블록(120')은 배터리 적층체의 양면, 혹은 적층체의 양면에 설치된 측면지지판(123)을 압축하여 부피를 줄인 다음, 상기 격벽부재(223)의 사이에 장착할 수 있다. 이 경우, 상기 측면지지판(123)을 격벽부재(223)에 체결부재 등으로 체결할 수 있다.

본 실시형태에서도, 상면커버판(310)이 전면커버판(320)을 가진 커버판 조립체(300)가 각 셀블록들의 상부로부터 상기 셀 블록(120') 상에 안착한다. 상기 상면커버판(310)은 셀 블록을 구획하는 격벽부재(223)의 상부면에 결합되어 셀블록(120)의 상면과 전면을 화염으로부터 보호한다.

본 실시형태의 배터리 팩(3000)은 모듈 케이스(111)의 전부 또는 일부가 없는 모듈리스 구조의 셀 블록에 관한 것이므로, 커버판 조립체(300)가 더 큰 기능을 발휘한다. 즉, 상기 상면커버판(310)은 화염 방지뿐만 아니라, 모듈 케이스(111)가 없는 셀 블록의 상부를 커버하며 배터리 셀 적층체(50)의 상부를 보호할 수 있다. 즉, 모듈리스 구조의 셀 블록(120,120'))은 모듈 케이스가 삭제되므로 관련 부품의 개수를 줄일 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있는 반면, 셀 블록의 일부가 노출되므로 팩 내의 오염 발생시나 화염 발생시 취약한 면이 있다. 상기 커버판 조립체(300)는 이러한 모듈리스 구조의 셀 블록을 커버하여 팩 내 오염물질 및 화염으로부터 셀 블록을 효과적으로 보호할 수 있다.

(제4 실시형태)

도 14는 배터리 단위체로서 모듈리스 셀 블록의 또 다른 예를 나타내는 사시도이고, 도 15는 도 14의 모듈리스 셀 블록의 결합과정을 나타내는 개략도이고, 도 16 및 도 17은 도 14의 실시예의 배터리 팩(4000) 결합과정을 나타내는 사시도이다.

본 실시형태는 제3 실시형태와 마찬가지로 배터리 셀 적층체(50)를 수용하는 모듈 케이스의 일부가 없는 모듈리스 구조의 셀 블록(130)을 배터리 단위체(100)로 한 것이다. 그러나, 본 실시형태는 제1 내지 제3 실시형태와 달리, 상기 커버판 조립체(300)가 팩 하우징(200)의 격벽부재(223)에 결합하는 것이 아니라 셀 블록(130) 자체에 결합하는 점이 상이하다.

도 14를 참조하면, 본 실시형태의 셀 블록(130)은 배터리 셀 적층체(50)와, 상기 배터리 셀 적층체(50)와 전면에 결합되는 버스바 조립체(131)와, 상기 배터리 셀 적층체(50)의 양측면에 결합되는 측면지지판(132A,132B)을 포함한다.

상기 버스바 조립체(131)는 그 양측 상부에 터미널 버스바(T)를 구비하고 있다.

본 발명의 셀 블록(130)은 팩 하우징(200)의 셀 블록 탑재 영역에 고정 설치된다. 구체적으로는, 상기 셀 블록(130)의 양측면에 결합되는 측면지지판(132A,132B)을 팩 하우징(200)의 베이스판(221)에 결합함으로써, 셀 블록을 팩 하우징(200)에 고정할 수 있다.

특히, 본 실시형태의 셀 블록(130)은 이웃하는 셀 블록을 서로 결합할 수 있는 독특한 구조의 측면지지판(132A,132B)을 구비하고 있다.

도 14를 참조하면, 상기 측면지지판(132A,132B)은 상기 배터리 셀 적층체(50)의 일측면에 결합되는 제1 측면지지판(132A)과 타측면에 결합되는 제2 측면지지판(132A,132B)으로 구성된다.

상기 제1,2 측면지지판(132A,132B)은 서로 맞물리는 상보적인 구조를 가진다. 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 측면지지판(132A)은 측면 상부에 돌출부(A)를 가지고 측면 하부에 오목부(B)를 가진 단차 구조를 가진다. 반면, 제2 측면지지판(132B)은 측면 하부에 돌출부(A')를 가지고 측면 하부에 오목부(B')를 가진 단차 구조를 가진다. 상기 제1 측면지지판(132A)의 단차구조와 제2 측면지지판(132B)의 단차구조는 서로 맞물려 정합하도록 되어 있다. 따라서, 하나의 셀 블록(130)의 제1 측면지지판(132A)과 이와 대향하는 이웃하는 셀 블록(130)의 제2 측면지지판(132B)을 서로 맞물리도록 하고, 체결부재로 제1 및 제2 측면지지판(132A,132B)을 결합하면, 이웃하는 셀 블록들을 서로 결합할 수 있다. 제1 및 제2 측면지지판(132A,132B)이 결합하도록, 각 측면지지판은 동일한 위치에 체결공을(133a)을 구비하고 있다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 측면지지판(132A)의 돌출부 상부면(133)에는 체결공(133a)이 복수개 관통형성되고, 제2 측면지지판(132B)의 측면 하부의 돌출부(A')에는 상기 체결공과 대응되는 위치에 체결공(133a')이 복수개 관통형성되어 있다. 따라서, 볼트와 같은 체결부재가 제1,2 측면지지판(132A,132B)의 체결공을 통과하도록 하여 결합함으로써, 제1 및 제2 측면지지판을 결합할 수 있다.

도 15에는 이러한 결합과정에 의하여 이웃하는 셀 블록의 제1 및 제2 측면지지판(132A,132B)이 서로 결합된 것이 나타나 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 측면지지판의 결합체는 이웃하는 배터리 셀 적층체(50)를 구획하는 적층체 격벽부재(132)가 된다. 본 실시형태에서는 상기 적층체 격벽부재(132)의 상부면에 상기 커버판 조립체(300)가 결합될 수 있다. 즉, 상기 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)의 체결부(311)가 적층체 격벽부재(132)의 상부면(133)에 체결될 수 있다. 상기 적층체 격벽부재(132)는, 팩 하우징(200)에 미리 설치된 격벽부재(223)가 아니라, 셀 블록의 결합에 의해서 비로소 형성된다는 점이 다른 실시형태와 상이하다.

도 16에는, 상기 셀 블록 탑재 영역을 가로지르도록 연장되는 센터프레임(224)을 포함하는 팩 하우징(200)이 도시되어 있다. 이 팩 하우징(200)은 도 2의 팩 하우징(200)과 달리 셀 블록 탑재 영역에 격벽부재(223)가 설치되어 있지 않다. 도 15와 같이 이웃하는 셀 블록들(130)은 서로 대향하는 측면지지판을 상보적으로 결합함으로써, 도 16에 나타난 바와 같이, 센터프레임(224)을 중심으로 양측에 2열의 셀 블록 조립체를 형성할 수 있다. 복수개의 셀 블록이 상기 센터프레임(224)에 수직으로 배열되도록, 또한 셀 블록(130)의 전면이 상기 센터프레임(224)을 향하도록 상기 셀 블록 조립체를 센터프레임(224) 양측에 설치한다.

상기 셀 블록들 또는 셀 블록 조립체는 상기 적층체 격벽부재(132)를 팩 하우징(200)의 베이스판(221)에 결합함으로써, 팩 하우징(200)에 고정할 수 있다. 예컨대, 도 14에 도시된 제1 측면지지판(132A)과 제2 측면지지판(132B)의 체결공을 관통하여 체결부재(133a,133b)를 결합할 때, 그 체결부재의 단부가 베이스판(221)에 결합하도록 함으로써, 셀 블록의 결합과 셀 블록의 베이스판(221)에의 결합을 동시에 행할 수 있다. 혹은, 제1 및 제2 측면지지판(132A,132B)으로 구성되는 적층체 격벽부재(132)의 상부면(제1 측면지지판의 상부면)에 별도의 체결공을 형성하고, 이 체결공에 체결부재를 삽입하여 베이스판(221)에 체결할 수 있다.

도 17과 같이, 셀 블록들이 팩 하우징(200)에 결합되면, 커버판 조립체(300)를 상기 셀 블록들에 결합할 수 있다. 즉, 이웃하는 배터리 적층체(50)의 사이에서 상기 제1 및 제2 측면지지판(132A,132B)의 결합에 의하여 형성된 적층체 격벽부재(132) 상에 커버판 조립체(300)의 상면커버판(310)을 체결할 수 있다. 필요에 따라, 상기 제1 및 제2 측면지지판의 체결공과 상기 상면커버판(310)의 체결부의 체결공을 동일한 위치에 형성시킬 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 측면지지판의 체결공과 상면커버판(310)의 체결공을 정렬시키고 동일한 체결부재를 정렬된 체결공에 삽입하여 체결할 수 있다. 이에 따라, 셀 블록의 결합과 커버판 조립체(300)의 결합을 동시에 달성할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 모듈리스 셀 블록을 사용하여 배터리 팩(1000)의 구조가 간소화될 뿐 아니라, 별도의 격벽부재(223) 없이 셀 블록의 결합으로 적층체 격벽부재(132)를 구성할 수 있으므로, 배터리 팩(1000)의 구조가 더욱 간소화된다. 따라서, 에너지밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 실시형태에서는 배터리 단위체(100)로 배터리 모듈(110)을 사용한 경우를 설명하였다. 그러나, 제3 및 제4 실시형태와 같은 모듈리스 구조의 셀 블록(120,120',130)을 사용하는 경우에도, 제2 실시형태의 커버판 조립체(300)를 적용할 수 있다. 즉, 제3 및 제4 실시형태의 배터리 팩(1000)에서도 후면커버판(330)을 구비한 커버판 조립체(300)를 격벽부재(223) 또는 적층체 격벽부재(132)에 체결함으로써, 셀 블록 후면의 화염전파를 방지할 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 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

50: 배터리 셀 적층체
51: 배터리 셀
100: 배터리 단위체
110: 배터리 모듈
111: 모듈 케이스
112: 단부판
T: 단자부
120,120',130: 셀 블록
121: 버스바 조립체
122: 밴드
123: 측면지지판
131: 버스바 조립체
132: 적층체 격벽부재
132A: 제1 측면지지판
132B: 제2 측면지지판
200: 팩 하우징
210: 상부 커버
220: 하부 팩 하우징
221: 베이스판
222: 측벽프레임
223: 격벽부재
224: 센터프레임
300,300': 커버판 조립체
310: 상면커버판
311: 체결부
311a: 체결공
312: 절곡부
320: 전면커버판
321: 절개부
330: 후면커버판
331: 벤팅홀
1000,2000,3000,4000: 배터리 팩

Claims (15)

1. 배터리 셀 적층체를 각각 포함하고 상기 배터리 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 단자부를 배터리 단위체의 전면에 각각 구비한 복수개의 배터리 단위체;
   배터리 단위체 탑재 영역과 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 복수개로 구획하는 격벽부재를 가지며, 상기 격벽부재 사이의 배터리 단위체 탑재 영역에 상기 배터리 단위체가 각각 수용되는 팩 하우징; 및
   상기 배터리 단위체의 상면과 전면을 덮으며 상기 격벽부재에 결합되는 커버판 조립체;를 포함하는 배터리 팩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 단위체는,
   배터리 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스와, 상기 모듈 케이스의 전면 및 후면에 결합되는 단부판을 포함하는 배터리 모듈인 배터리 팩.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 단위체는,
   배터리 셀 적층체의 전면 및 후면에 버스바 조립체가 결합되고, 상기 배터리 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스의 전부 또는 일부가 없는 모듈리스 구조의 셀 블록이고,
   상기 배터리 셀 적층체의 전면에 결합되는 버스바 조립체에 단자부가 구비되는 배터리 팩.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 모듈리스 구조의 셀 블록은,
   상기 배터리 셀 적층체의 양측면에 측면지지판이 결합되고,
   상기 측면지지판과 버스바 조립체가 결합된 면을 제외한 배터리 셀 적층체의 상면과 하면이 모두 개방되는 배터리 팩.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은, 상기 배터리 단위체 탑재 영역을 가로지르도록 연장되는 센터프레임을 포함하고,
   상기 센터프레임을 중심으로 양측에 상기 센터프레임의 연장방향에 수직되게 복수개의 격벽부재가 배열되고,
   상기 센터프레임을 향하여 전면이 각각 향하도록 상기 배터리 단위체가 상기 격벽부재의 사이에 각각 배치되는 배터리 팩.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 커버판 조립체는 상기 배터리 단위체의 개수에 대응되게 복수개로 구비되며,
   각각의 커버판 조립체가 각각의 배터리 단위체를 덮으며 격벽부재에 결합되는 배터리 팩.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 커버판 조립체는, 배터리 단위체 상면을 덮는 상면커버판과, 상기 상면커버판의 일단부에 수직으로 결합되어 상기 배터리 단위체의 전면을 덮는 전면 커버판을 포함하는 배터리 팩.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 상면커버판 양측을 따라 간격을 두고 복수개의 체결부가 돌출되고, 상기 체결부가 상기 격벽부재의 상면에 결합되는 배터리 팩.
   
9. 제8항에 있어서,
   하나의 커버판 조립체의 상면커버판 측부의 체결부 사이 간격에 이웃하는 커버판 조립체의 상면커버판 측부의 체결부가 맞물리도록 위치함으로써, 이웃하는 커버판 조립체의 상면커버판들의 체결부가 동일한 격벽부재 상에 각각 결합되는 배터리 팩.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 전면 커버판은 전기적으로 절연성 재질인 배터리 팩.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 커버판 조립체는, 상기 상면커버판의 타단부에 수직으로 결합되어 배터리 단위체의 후면을 덮는 후면커버판을 더 가지고,
    상기 후면커버판에는 복수개의 벤팅홀이 형성된 배터리 팩.
    
12. 배터리 셀 적층체와, 상기 배터리 셀 적층체와 전면에 결합되는 버스바 조립체와, 상기 배터리 셀 적층체의 양측면에 결합되는 측면지지판을 각각 포함하는 복수개의 셀 블록;
    상기 셀 블록 탑재 영역을 구비하며, 상기 복수개의 셀 블록이 상기 셀 블록 탑재 영역에 고정 설치되는 팩 하우징; 및
    상기 셀 블록의 상면 및 전면을 덮으며 상기 셀 블록에 결합되는 커버판 조립체를 포함하는 배터리 팩.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 팩 하우징은, 상기 셀 블록 탑재 영역을 가로지르도록 연장되는 센터프레임을 포함하고,
    상기 센터프레임의 연장방향에 수직되게 또한 상기 센터프레임을 향하여 전면이 각각 향하도록 복수개의 셀 블록이 배열되는 배터리 팩.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 측면지지판은 상기 배터리 셀 적층체의 일측면에 결합되는 제1 측면지지판과 타측면에 결합되는 제2 측면지지판으로 구성되고, 상기 제1,2 측면지지판은 서로 맞물리는 상보적인 구조를 가지고,
    대향하는 2개의 배터리 셀 적층체 중 하나의 배터리 셀 적층체의 제1 측면지지판과 다른 하나의 배터리 셀 적층체의 제2 측면지지판이 맞물려 결합하는 것에 의하여 이웃하는 셀 블록들이 서로 결합되고,
    상기 결합된 제1 및 제2 측면지지판이 상기 셀 블록 탑재 영역에 결합되는 것에 의하여 상기 셀 블록들이 팩 하우징에 고정 설치되는 배터리 팩.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 결합된 제1 및 제2 측면지지판이 각각의 배터리 셀 적층체를 구획하는 적층체 격벽부재를 형성하며,
    상기 적층체 격벽부재의 상부면에 상기 커버판 조립체가 결합되는 배터리 팩.

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