KR20240097668A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20240097668A
KR20240097668A KR1020230029147A KR20230029147A KR20240097668A KR 20240097668 A KR20240097668 A KR 20240097668A KR 1020230029147 A KR1020230029147 A KR 1020230029147A KR 20230029147 A KR20230029147 A KR 20230029147A KR 20240097668 A KR20240097668 A KR 20240097668A
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허남훈
이형석
신주환
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은 상기 배터리 팩은, 플레이트 부 및 상기 플레이트 부에 연결된 제1 및 제2 측벽들을 포함하는 하우징; 상기 하우징 상에 배치된 복수의 배터리 어셈블리들; 및 상기 하우징의 제1 사이드에 배치되는 하부 공급 배관 어셈블리;를 포함하되, 상기 플레이트 부는 제1 방향으로 연장되는 복수의 하부 냉각 채널들을 포함하고, 상기 제1 측벽은 제1 하부 회수 채널을 포함하며, 상기 제2 측벽은 제2 하부 회수 채널을 포함하고, 및 상기 하부 공급 배관 어셈블리는 상기 복수의 하부 냉각 채널들과 연결된다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속거리가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차 전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
이차전지가 모빌리티에 사용되면서, 이차전지의 안전성에 대한 요구가 높아지고 있다. 모빌리티에 사용된 이차전지에 화재 등의 사고가 발생한 경우, 운전자의 생명을 위험하게 할 수 있는바, 이차전지의 안전성을 제고하는 기술에 대한 연구는 필수 불가결하다. 특히 동작 중인 이차전지의 온도를 유지하는 냉각 기술은, 이차전지의 안정성뿐만 아니라, 이차전지의 수명 및 성능에 직결되는바, 이차 전지의 냉각 기술에 대한 많은 연구가 수행되고 있다.
한국공개특허 제10-2020-0037237호
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성 및 안전성이 제고된 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은, 플레이트 부 및 상기 플레이트 부에 연결된 제1 및 제2 측벽들을 포함하는 하우징; 상기 하우징 상에 배치된 복수의 배터리 어셈블리들; 및 상기 하우징의 제1 사이드에 배치되는 하부 공급 배관 어셈블리;를 포함하되, 상기 플레이트 부는 제1 방향으로 연장되는 복수의 하부 냉각 채널들을 포함하고, 상기 제1 측벽은 제1 하부 회수 채널을 포함하며, 상기 제2 측벽은 제2 하부 회수 채널을 포함하고, 및 상기 하부 공급 배관 어셈블리는 상기 복수의 하부 냉각 채널들과 연결된다.
상기 배터리 팩은, 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 하부 공급 배관 어셈블리와 연결된 하부 공급 포트들을 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 제1 및 제2 하부 회수 채널들과 연결된 하부 배출 포트들을 더 포함한다.
상기 제1 및 제2 측벽들 각각은 상기 배터리 어셈블리들로부터 배출된 가스를 배기하도록 구성된 배기 유로를 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 하우징의 상기 제1 사이드에 반대인 제2 사이드에 배치되고, 및 상기 복수의 하부 냉각 채널들을 상기 제1 및 제2 하부 회수 채널들에 연결하는 하부 회수 배관 어셈블리를 더 포함한다.
상기 하부 공급 배관 어셈블리 및 상기 하부 회수 배관 어셈블리는 상기 복수의 하부 냉각 채널들을 병렬로 연결한다.
상기 제1 측벽은 상기 제1 하부 회수 채널 위에 배치된 제1 상부 회수 채널을 더 포함한다.
상기 제2 측벽은 상기 제2 하부 회수 채널 위에 배치된 제2 상부 회수 채널을 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 배터리 어셈블리들 상에 배치되고, 및 복수의 상부 냉각 채널들을 포함하는 상부 냉각 장치를 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 하우징의 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 복수의 상부 냉각 채널들과 연결된 상부 공급 배관 어셈블리를 더 포함한다.
상기 상부 공급 배관 어셈블리는 상기 복수의 상부 냉각 채널들을 병렬로 연결한다.
상기 배터리 팩은, 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 상부 공급 배관 어셈블리와 연결된 상부 공급 포트들을 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 제1 및 제2 상부 회수 채널들과 연결된 상부 배출 포트들을 더 포함한다.
상기 배터리 팩은, 상기 복수의 상부 냉각 채널들을 상기 제1 및 제2 상부 회수 채널들에 연결하는 상부 회수 배관 어셈블리를 더 포함한다.
상기 상부 회수 배관 어셈블리는 상기 하우징의 상기 제2 사이드에 배치된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩의 측벽 내에 매립된 냉각 유체의 회수 채널을 포함하는바, 냉각 유체의 회수 과정에서 배터리 팩의 측면을 냉각 시킬 수 있고, 냉각 시스템이 상대적으로 좁은 공간 내에 구현될 수 있다. 또한, 냉각 포트의 입력 포트 및 출력 포트 각각이 배터리 팩의 하나의 사이드에 배치되는바, 냉각 시스템의 유로 설계가 단순화될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 절단선 1A-1A'를 따라 취한 단면도이다.
도 4는 절단선 1B-1B'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
도 5는 절단선 1C-1C'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 절단선 6A-6A'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다. 도 2에서 하우징(110)에 매립된 냉각 채널들(111CH) 및 제1 및 제2 회수 채널들(112CH, 113CH)은 파선으로 도시된다.
도 3은 절단선 1A-1A'를 따라 취한 단면도이다.
도 4는 절단선 1B-1B'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
도 5는 절단선 1C-1C'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배터리 팩(100)은 하우징(110), 복수의 배터리 어셈블리들(120), 센터 빔(131), 복수의 크로스 빔들(133), 주입 포트들(210), 공급 배관 어셈블리(220), 회수 배관 어셈블리(230), 회수 포트들(240) 및 배출 포트들(250)을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 모빌리티 등에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태이다.
하우징(110)은 플레이트 부(111), 제1 측벽(112), 제2 측벽(113), 제3 측벽(114) 및 제4 측벽(115)을 포함할 수 있다. 플레이트 부(111)에 실질적으로 평행한 두 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 정의하고, 플레이트 부(111)에 실질적으로 수직한 방향을 Z 방향으로 정의한다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향 각각은 서로 실질적으로 수직할 수 있다. 따로 언급되지 않는 한, 방향에 대한 정의는 이하의 도면들에 대해서도 동일하다.
플레이트 부(111) 상에 배터리 영역(BR) 및 전장 부품 영역(ER)이 정의될 수 있다. 복수의 배터리 어셈블리들(120)은 배치되는 배터리 영역(BR) 상에 배치될 수 있다. 전장 부품은 전장 부품 영역(ER) 상에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 플레이트 부(111)는 복수의 냉각 채널들(111CH) 및 복수의 공동들(111C)을 포함할 수 있다. 비제한적 예시로서, 플레이트 부(111)는 압출 공정을 통해 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 플레이트 부(111)는 복수의 플레이트들의 용접(예컨대, 마찰 교반 용접)에 의해 제공될 수 있고, 이에 따라, 플레이트 부(111)는 이 들의 접합면(JS)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 냉각 채널들(111CH)은 냉각 유체가 유동하기 위한 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 냉각 유체는, 물, 공기 및 냉각제 등과 같이, 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 냉각시키기 위한 유체이다. 복수의 냉각 채널들(111CH)은 Y 방향으로 이격될 수 있다. 복수의 냉각 채널들(111CH)은 Y 방향을 따라 배열될 수 있다. 복수의 냉각 채널들(111CH)은 복수의 공동들(111C)의 사이에 개재될 수 있다. 복수의 냉각 채널들(111CH) 각각은 하부 냉각 채널이라고 지칭될 수도 있다.
복수의 공동들(111C)은 플레이트 부(111)의 내부에 형성된 빈 공간이다. 복수의 공동들(111C)의 형성으로 인해 플레이트 부(111)의 질량이 감소될 수 있고, 이에 따라 배터리 팩(100)의 에너지 밀도가 제고될 수 있다. 복수의 공동들(111C)은 Y 방향으로 이격될 수 있다.
하우징(110)의 플레이트 부(111) 상에 복수의 배터리 어셈블리들(120)이 배치될 수 있다. 플레이트 부(111)는 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 지지할 수 있다. 플레이트 부(111)는 실질적으로 평행한 상면 및 하면을 포함할 수 있다. 플레이트 부(111)의 상면은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 대면할 수 있다. 플레이트 부(111)의 하면은 플레이트 부(111)의 상면의 반대이다.
제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 수평적으로 둘러쌀 수 있다. 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 보호할 수 있다. 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 마찰 교반 용접 및 스팟 용접과 같은 방법에 의해 서로 고정될 수 있다.
제1 및 제2 측벽들(112, 113) 각각은 Y 방향에 실질적으로 수직할 수 있다. 제3 측벽(114)은 X 방향에 실질적으로 수직할 수 있다. 제4 측벽(115)은 X 방향에 실질적으로 수직한 부분들 및 Y 방향에 실질적으로 수직한 부분들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 측벽들(112, 113)은 플레이트 부(111)의 측면을 커버할 수 있다. 제3 및 제4 측벽들(114, 115)은 플레이트 부(111) 상에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 압출 공정에 의하여 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 도 5의 제2 측벽(113)과 같이 내부의 빈 공간을 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)은 경량화될 수 있고, 배터리 팩(100)의 에너지 밀도가 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제4 측벽들(112, 113, 114, 115)의 빈 공간 중 일부는 가스의 벤팅 경로(113VP)일 수 있다. 제1 및 제2 측벽들(112, 113)은 압출 공정에 의해 제공될 수 있다. 제1 및 제2 측벽들(112, 113) 각각의 빈 공간은 X 방향으로 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 측벽(112)은 제1 측벽(112)의 빈 공간 중 일부에 배치된 제1 회수 채널(112CH)을 포함할 수 있다. 제1 회수 채널(112CH)은 제1 측벽(112)에 매립될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 측벽(113)은 제2 측벽(113)의 빈 공간 중 일부에 배치된 제2 회수 채널(113CH)을 포함할 수 있다. 제2 회수 채널(113CH)은 제2 측벽(113)에 매립될 수 있다. 제1 회수 채널(112CH)은 제1 하부 회수 채널이라고 지칭될 수 있고, 제2 회수 채널(113CH)은 제2 하부 회수 채널이라고 지칭될 수 있다.
배터리 어셈블리들(120)은 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 배터리 어셈블리들(120)은 복수의 배터리 셀들을 둘러싸는 모듈 프레임을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 배터리 어셈블리들(120)은 모듈 프레임을 포함하지 않을 수도 있다.
배터리 셀은 리튬 이온 배터리, 즉 이차 전지의 기본 단위이다. 배터리 셀은 전극 어셈블리, 전해액 및 케이스를 포함한다. 배터리 셀은 전극 어셈블리와 전해액의 구성에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류된다. 리튬 이온 폴리머 전지는 전해액의 유출 가능성이 적고 제조가 용이하여 이차 전지 내에서의 점유율을 늘려가고 있다.
배터리 셀은 전지케이스의 형상에 따라, 전극 어셈블리가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 어셈블리가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지와 및 전극 어셈블리가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 전극 어셈블리는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다. 전극 어셈블리는 조립 형태에 따라 젤리-롤 타입 및 스택 타입으로 분류된다. 젤리 롤 타입은 양극, 음극 및 그들 사이에 개재된 분리막을 권취한 것이다. 스택 타입은 순차로 적층된 복수의 양극들, 복수의 음극들 및 그들 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함한다.
센터 빔(131)은 하우징(110) 상에 배치되는 요소들을 서로 격리시킬 수 있다. 이에 따라, 센터 빔(131)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 보호하는 동시에 이들 사이의 원치 않는 단락을 방지할 수 있다.
센터 빔(131)은 제3 측벽(114) 및 복수의 크로스 빔들(133) 중 어느 하나(예컨대, 제3 측벽(114)으로부터 가장 멀리 배치된 크로스 빔(133)) 의 사이에서 연장될 수 있다. 센터 빔(131)은 X 방향으로 연장될 수 있다. 센터 빔(131)은 제3 측벽(114) 및 복수의 크로스 빔들(133) 각각과 접할 수 있다. 센터 빔(131)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 서로 격리시킬 수 있다. 센터 빔(131)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 사이에 개재될 수 있다.
복수의 크로스 빔들(133) 각각은 제1 측벽(112) 및 센터 빔(131)의 사이 또는 복수의 크로스 빔들(133) 각각은 제2 측벽(113) 및 센터 빔(131)의 사이에서 연장될 수 있다. 복수의 크로스 빔들(133) 각각은 제1 측벽(112) 및 제2 측벽(113) 중 어느 하나와 접할 수 있다. 복수의 크로스 빔들(133) 각각은 Y 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 크로스 빔들(133) 각각은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 서로 격리시킬 수 있다. 복수의 크로스 빔들(133) 각각은 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 사이에 개재될 수 있다.
도 1에 개시된 센터 빔(131), 복수의 크로스 빔들(133) 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 배치는 비제한적인 예시로서, 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 다양한 배치 및 개수의 센터 빔, 크로스 빔들 및 배터리 어셈블리들을 포함하는 배터리 팩에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
냉각 유체는 주입 포트들(210)을 통해 공급 배관 어셈블리(220)에 공급될 수 있다. 주입 포트들(210) 각각은 하부 주입 포트라고 지칭될 수도 있다. 주입 포트들(210)은 냉각 유체 소스(예컨대, 모빌리티의 냉각 시스템)에 연결될 수 있다. 주입 포트들(210)은 냉각 유체에 유동 경로를 제공할 수 있다.
냉각 유체는 공급 배관 어셈블리(220)를 통해 복수의 냉각 채널들(111CH)에 공급될 수 있다. 공급 배관 어셈블리(220)는 하부 공급 배관 어셈블리라고 지칭될 수도 있다. 공급 배관 어셈블리(220)는 복수의 공급 배관들(221), 복수의 커넥터들(223) 및 복수의 연결 배관들(225)을 포함할 수 있다.
복수의 공급 배관들(221)은 주입 포트들(210)과 연결될 수 있다. 복수의 공급 배관들(221)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(223)은 복수의 공급 배관들(221)에 연결되거나 복수의 연결 배관들(225)에 연결될 수 있다. 복수의 연결 배관들(225)은 복수의 커넥터들(223)을 서로 연결할 수 있다. 복수의 커넥터들(223) 각각은 복수의 냉각 채널들(111CH) 중 대응하는 것과 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 냉각 채널들(111CH) 각각은 냉각 유체의 진행을 기준으로 병렬로 연결될 수 있고, 냉각 유체의 경로에 따른 압력 강하가 완화될 수 있다. 복수의 커넥터들(223)과 복수의 냉각 채널들(111CH) 사이에 복수의 커넥터들(223)과 복수의 냉각 채널들(111CH)을 연결하기 위한 추가적인 배관이 더 제공될 수도 있다.
냉각 유체는 복수의 냉각 채널들(111CH)을 따라 유동함으로써 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 냉각할 수 있다. 복수의 냉각 채널들(111CH)을 따라 유동한 냉각 유체는 회수 배관 어셈블리(230)를 통해 회수될 수 있다. 회수 배관 어셈블리(230)는 하부 회수 배관 어셈블리라고 지칭될 수도 있다. 회수 배관 어셈블리(230)에 의해 회수된 냉각 유체는 회수 포트들(240)로 유동할 수 있다. 회수 포트들(240) 각각은 하부 회수 포트라고 지칭될 수도 있다. 회수 배관 어셈블리(230)는 복수의 회수 배관들(231), 복수의 커넥터들(233) 및 복수의 연결 배관들(235)을 포함할 수 있다.
복수의 회수 배관들(231)은 회수 포트들(240)과 연결될 수 있다. 복수의 회수 배관들(231)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(233)은 복수의 회수 배관들(231)에 연결되거나 복수의 연결 배관들(235)에 연결될 수 있다. 복수의 연결 배관들(235)은 복수의 커넥터들(233)을 서로 연결할 수 있다. 복수의 커넥터들(233) 각각은 복수의 냉각 채널들(111CH) 중 대응하는 것과 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(233)과 복수의 냉각 채널들(111CH) 사이에 복수의 커넥터들(233)과 복수의 냉각 채널들(111CH)을 연결하기 위한 추가적인 배관이 더 제공될 수도 있다.
냉각 유체는 회수 포트들(240), 제1 및 제2 회수 채널들(112CH, 113CH) 및 배출 포트들(250)을 통해 냉각 유체 싱크(예컨대, 모빌리티의 냉각 시스템)로 배출될 수 있다. 배출 포트들(250) 각각은 하부 배출 포트라고 지칭될 수도 있다. 냉각 유체는 제1 및 제2 회수 채널들(112CH, 113CH)을 따라 유동하는 동안, 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 냉각할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 냉각하는 면의 수가 증가하므로, 배터리 팩(100)의 냉각 성능이 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 주입 포트들(210) 및 배출 포트들(250)은 하우징(110)의 동일한 사이드에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 주입 포트들(210) 및 배출 포트들(250)은 제3 측벽(114)이 배치된 하우징(110)의 사이드에 배치될 수 있다. 주입 포트들(210) 및 배출 포트들(250)이 하우징(110)의 동일한 사이드에 배치되는 바, 배터리 팩(100)에 냉각 유체를 공급하기 위한 냉각 시스템의 유로 설계가 단순화될 수 있다. 제3 측벽(114)에 인접한 하우징(110)의 사이드를 제1 사이드라고 정의하고, 제4 측벽에 인접한 하우징(110)의 사이드를 제2 사이드라고 정의한다. 제1 사이드 및 제2 사이드는 X 방향으로 이격될 수 있고, 서로 반대일 수 있다.
배터리 팩(100)은 복수의 배기 장치들을 더 포함할 수 있다. 복수의 배기 장치들은 배기 경로(113VP)와 연결될 수 있다. 배기 경로(113VP)는 배터리 팩(100) 내부의 가스 및 열을 배출하기 위한 경로일 수 있다.
복수의 배기 장치들은 복수의 배터리 어셈블리들(120) 중 적어도 어느 하나가 열 폭주(Thermal Runway) 상태에 있는 경우 배터리 팩(100) 내부의 고온의 가스를 외부로 방출함으로써 열 전파(Thermal Propagation)를 지연시키도록 구성될 수 있다.
여기서 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 열폭주는 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 온도 변화가 그 온도 변화를 더욱 가속시키는 상태로서, 통제 불가능한 양성 피드백이다. 열폭주 상태의 복수의 배터리 어셈블리들(120)은 급격한 온도 상승을 나타내며, 다량의 고압 가스 및 연소 잔해를 배출한다.
배터리 팩(100)은 전장 부품들을 더 포함할 수 있다. 전장 부품들은 전장 부품 영역(ER)상에 배치될 수 있다. 전장 부품들은 배터리 팩을 구동시키기 위해 필요한 임의의 전자 소자를 포함할 수 있다.
전장 부품들은 예컨대, BMS(Battery Management System)를 포함할 수 있다. BMS는 배터리 팩의 모니터링, 밸런싱 및 제어 등을 수행하도록 구성될 수 있다. 배터리 팩(100)의 모니터링은 복수의 배터리 어셈블리들(120) 내부의 특정 노드들의 전압 및 전류의 측정 및 배터리 팩(100) 내부의 설정된 위치들의 온도의 측정을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 상술된 전압, 전류 및 온도를 측정하기 위한 계측기들을 포함할 수 있다.
배터리 팩(100)의 밸런싱은 복수의 배터리 어셈블리들(120)의 사이의 편차를 줄이는 동작이다. 배터리 팩(100)의 제어는 과충전, 과방전 및 과전류의 발생을 방지하는 것을 포함한다. 모니터링, 밸런싱 및 제어를 통해 배터리 팩(100)은 최적 조건에서 동작할 수 있으며, 이에 따라 복수의 배터리 어셈블리들(120) 각각의 수명 단축이 방지될 수 있다.
전장 부품들은 냉각 장치, PRA(Power Relay Assembly), 안전 플러그 등을 더 포함할 수 있다. 냉각 장치는 냉각 팬을 포함할 수 있다. 냉각 팬은 배터리 팩(100) 내부의 공기를 순환시킴으로써 복수의 배터리 어셈블리들(120) 각각의 과열을 방지할 수 있다. PRA는 고전압 배터리의 전력을 외부 부하(예컨대, 차량의 모터)로 공급하거나 차단하도록 구성될 수 있다. PRA는 전압 서지 등과 같은 이상 전압이 발생하는 상황에서 외부 부하(예컨대, 차량의 모터)로의 전원 공급을 차단함으로써 복수의 배터리 어셈블리들(120) 및 외부 부하(예컨대, 차량의 모터)를 보호할 수 있다.
배터리 팩(100)은 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 전기적으로 연결시키도록 구성된 복수의 버스바들을 더 포함할 수 있다. 복수의 배터리 어셈블리들(120)은 복수의 버스바들에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(100)은 외부의 부하(예컨대, 차량의 모터)에 높은 전압을 출력하도록 구성될 수 있다.
배터리 팩(100)은 하우징(110)에 결합되는 리드 플레이트를 더 포함할 수 있다. 리드 플레이트는 전장 부품 및 배터리 어셈블리들을 커버할 수 있다.
(제2 실시예)
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩(100')을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 절단선 6A-6A'를 따라 취한 단면을 포함하는 사시도이다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 배터리 팩(100')은, 하우징(110)이 하우징(110')으로 대체되고, 냉각 장치(140), 주입 포트들(310), 공급 배관 어셈블리(320), 회수 배관 어셈블리(330), 회수 포트들(340) 및 배출 포트들(350)을 더 포함하는 것을 제외하고, 배터리 팩(100)과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 배터리 팩(100')은 복수의 배터리 어셈블리들(120), 센터 빔(131), 복수의 크로스 빔들(133), 주입 포트들(210), 공급 배관 어셈블리(220), 회수 배관 어셈블리(230), 회수 포트들(240) 및 배출 포트들(250)을 포함할 수 있으며, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
하우징(110')은 플레이트 부(111), 제1 측벽(112'), 제2 측벽(113'), 제3 측벽(114) 및 제4 측벽(115)을 포함할 수 있다. 플레이트 부(111), 제3 측벽(114) 및 제4 측벽(115)은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
제1 측벽(112')은 추가적인 제1 회수 채널(112CH')을 포함하는 것을 제외하고 제1 측벽(112, 도 1 참조)과 동일하다. 제2 측벽(113')은 추가적인 제2 회수 채널(113CH')을 포함하는 것을 제외하고 제2 측벽(113, 도 1 참조)과 동일하다. 제1 및 제2 회수 채널(112CH', 113CH')은 제1 및 제2 측벽들(112', 113')의 내부의 빈 공간에 배치될 수 있다. 제1 회수 채널(112CH')은 제1 상부 회수 채널이라고 지칭될 수 있고, 제2 회수 채널(113CH')은 제2 상부 회수 채널이라고 지칭될 수 있다.
냉각 장치(140)는 복수의 배터리 어셈블리들(120, 도 1 참조)을 커버할 수 있다. 냉각 장치(140)는 복수의 배터리 어셈블리들(120, 도 1 참조)의 상부를 냉각할 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩(100')의 냉각 성능이 제고될 수 있다. 냉각 장치(140)는 예컨대, 압출 공정에 의해 제공될 수 있다. 냉각 장치(140)는 X 방향을 따라 연장되는 복수의 냉각 채널들(140CH)을 포함할 수 있다. 복수의 냉각 채널들(140CH)은 상부 냉각 채널들이라고 지칭될 수도 있다.
냉각 유체는 주입 포트들(310)을 통해 공급 배관 어셈블리(320)에 공급될 수 있다. 주입 포트들(310) 각각은 상부 주입 포트라고 지칭될 수도 있다. 주입 포트들(310)은 냉각 유체 소스(예컨대, 모빌리티의 냉각 시스템)에 연결될 수 있다. 주입 포트들(310)은 냉각 유체에 유동 경로를 제공할 수 있다. 주입 포트들(310) 각각은, 상부 주입 포트라고 지칭될 수도 있다.
냉각 유체는 공급 배관 어셈블리(320)를 통해 복수의 냉각 채널들(140CH)에 공급될 수 있다. 공급 배관 어셈블리(320)는 상부 공급 배관 어셈블리라고 지칭될 수도 있다. 공급 배관 어셈블리(320)는 복수의 공급 배관들(321), 복수의 커넥터들(323) 및 복수의 연결 배관들(325)을 포함할 수 있다.
복수의 공급 배관들(321)은 주입 포트들(310)과 연결될 수 있다. 복수의 공급 배관들(321)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(323)은 복수의 공급 배관들(321)에 연결되거나 복수의 연결 배관들(325)에 연결될 수 있다. 복수의 연결 배관들(325)은 복수의 커넥터들(323)을 서로 연결할 수 있다. 복수의 커넥터들(323) 각각은 복수의 냉각 채널들(140CH) 중 대응하는 것과 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 냉각 채널들(140CH) 각각은 냉각 유체의 진행을 기준으로 병렬로 연결될 수 있고, 냉각 유체의 경로에 따른 압력 강하가 완화될 수 있다. 복수의 커넥터들(323)과 복수의 냉각 채널들(140CH) 사이에 복수의 커넥터들(323)과 복수의 냉각 채널들(140CH)을 연결하기 위한 추가적인 배관이 더 제공될 수도 있다.
냉각 유체는 복수의 냉각 채널들(140CH)을 따라 유동함으로써 복수의 배터리 어셈블리들을 냉각할 수 있다. 복수의 냉각 채널들(140CH)을 따라 유동한 냉각 유체는 회수 배관 어셈블리(330)를 통해 회수될 수 있다. 회수 배관 어셈블리(330)는 상부 회수 배관 어셈블리라고 지칭될 수도 있다. 회수 배관 어셈블리(330)에 의해 회수된 냉각 유체는 회수 포트들(340)로 유동할 수 있다. 회수 포트들(340) 각각은 상부 회수 포트들이라고 지칭될 수도 있다. 회수 배관 어셈블리(330)는 복수의 회수 배관들(331), 복수의 커넥터들(333) 및 복수의 연결 배관들(335)을 포함할 수 있다.
복수의 회수 배관들(331)은 회수 포트들(340)과 연결될 수 있다. 복수의 회수 배관들(331)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(333)은 복수의 회수 배관들(331)에 연결되거나 복수의 연결 배관들(335)에 연결될 수 있다. 복수의 연결 배관들(335)은 복수의 커넥터들(333)을 서로 연결할 수 있다. 복수의 커넥터들(333) 각각은 복수의 냉각 채널들(140CH) 중 대응하는 것과 연결될 수 있다. 복수의 커넥터들(333)과 복수의 냉각 채널들(140CH) 사이에 복수의 커넥터들(333)과 복수의 냉각 채널들(140CH)을 연결하기 위한 추가적인 배관이 더 제공될 수도 있다.
냉각 유체는 회수 포트들(340), 제1 및 제2 회수 채널들(112CH, 113CH) 및 배출 포트들(350)을 통해 외부(예컨대, 모빌리티의 냉각 시스템)로 배출될 수 있다. 배출 포트들(350) 각각은 상부 배출 포트라고 지칭될 수도 있다. 냉각 유체는 제1 및 제2 회수 채널들(112CH, 113CH)을 따라 유동하는 동안, 복수의 배터리 어셈블리들(120)을 냉각할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 어셈블리들(120) 각각의 냉각되는 면의 수가 증가하므로, 배터리 팩(100)의 냉각 성능이 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 주입 포트들(310) 및 배출 포트들(350)은 하우징(110')의 동일한 사이드에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 주입 포트들(310) 및 배출 포트들(350)은 제3 측벽(114)이 배치된 하우징(110')의 사이드에 배치될 수 있다. 주입 포트들(310) 및 배출 포트들(350)이 하우징(110')의 동일한 사이드(즉, 제1 사이드)에 배치되는 바, 배터리 팩(100')에 냉각 유체를 공급하기 위한 냉각 시스템의 유로 설계가 단순화될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100, 100' 배터리 팩, 110, 110': 하우징
120: 배터리 어셈블리, 131: 센터 빔, 133: 크로스 빔
140: 냉각 장치
210: 주입 포트, 220: 공급 배관 어셈블리
230: 회수 배관 어셈블리, 240: 회수 포트, 250: 배출 포트
310: 주입 포트, 320: 공급 배관 어셈블리
330: 회수 배관 어셈블리, 340: 회수 포트, 350: 배출 포트

Claims (14)

  1. 플레이트 부 및 상기 플레이트 부에 연결된 제1 및 제2 측벽들을 포함하는 하우징;
    상기 하우징 상에 배치된 복수의 배터리 어셈블리들; 및
    상기 하우징의 제1 사이드에 배치되는 하부 공급 배관 어셈블리;를 포함하되,
    상기 플레이트 부는 제1 방향으로 연장되는 복수의 하부 냉각 채널들을 포함하고,
    상기 제1 측벽은 제1 하부 회수 채널을 포함하며,
    상기 제2 측벽은 제2 하부 회수 채널을 포함하고, 및
    상기 하부 공급 배관 어셈블리는 상기 복수의 하부 냉각 채널들과 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 하부 공급 배관 어셈블리와 연결된 하부 공급 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 제1 및 제2 하부 회수 채널들과 연결된 하부 배출 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측벽들 각각은 상기 배터리 어셈블리들로부터 배출된 가스를 배기하도록 구성된 배기 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제1 사이드에 반대인 제2 사이드에 배치되고, 및 상기 복수의 하부 냉각 채널들을 상기 제1 및 제2 하부 회수 채널들에 연결하는 하부 회수 배관 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 공급 배관 어셈블리 및 상기 하부 회수 배관 어셈블리는 상기 복수의 하부 냉각 채널들을 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측벽은 상기 제1 하부 회수 채널 위에 배치된 제1 상부 회수 채널을 더 포함하고, 및
    상기 제2 측벽은 상기 제2 하부 회수 채널 위에 배치된 제2 상부 회수 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 어셈블리들 상에 배치되고, 및 복수의 상부 냉각 채널들을 포함하는 상부 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 복수의 상부 냉각 채널들과 연결된 상부 공급 배관 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 공급 배관 어셈블리는 상기 복수의 상부 냉각 채널들을 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 상부 공급 배관 어셈블리와 연결된 상부 공급 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 사이드에 배치되고, 및 상기 복수의 제1 및 제2 상부 회수 채널들과 연결된 상부 배출 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 상부 냉각 채널들을 상기 제1 및 제2 상부 회수 채널들에 연결하는 상부 회수 배관 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상부 회수 배관 어셈블리는 상기 하우징의 상기 제2 사이드에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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