WO2022035295A1 - 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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bem
battery
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이태경
우성훈
윤영일
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same, and more particularly, to a battery pack having a structure in which a BME assembly can be fastened using a module bulkhead and a rear frame disposed in the inner space of a tray, and such a battery It relates to a car comprising the pack.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free, The self-discharge rate is very low and the energy density is high, attracting attention.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which a positive electrode active material and a negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and an exterior material for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • the lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet.
  • Such a large-capacity battery pack has a structure in which a plurality of battery modules are accommodated in a narrow internal space in order to improve energy density, and thus there is a problem in that it is difficult to secure a space for fixing a battery energy management system (BEM).
  • BEM battery energy management system
  • the present invention was created in consideration of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a structure for installing a BEM without significant modification to the conventional battery pack structure.
  • a battery pack for solving the above problems, a plurality of battery modules; a tray including a mounting plate on which the battery module is mounted, a front frame provided on one side in the longitudinal direction of the base plate, and a rear frame provided on the other side in the longitudinal direction of the mounting plate; a pair of side covers covering both sides of the tray in the width direction; at least one module partition wall which is parallel to the front frame and the rear frame and is interposed between adjacent battery modules; and a BEM bracket having one end coupled to the module bulkhead, the other end coupled to the rear frame, and a BEM mounted on the BEM bracket; includes
  • the plurality of battery modules may be respectively accommodated in a plurality of accommodating spaces partitioned by the front frame, the rear frame, a pair of side covers, and the module partition wall.
  • the BME bracket may be positioned above the battery module disposed in an accommodating space formed between the rear frame and the module partition wall adjacent thereto.
  • the rear frame may include a supporting rib extending from an inner wall toward the inside of the tray, and the other end of the BEM bracket may be fastened to the supporting rib.
  • a plurality of partition grooves may be formed on an upper surface of the module partition wall, and one end of the BEM bracket may be fastened to a bottom surface of the partition wall groove.
  • the BEM bracket may include a pair of first brackets spaced apart from each other along a width direction of the battery pack; and a second bracket including a pair of sub brackets disposed between the pair of first brackets and a plurality of connection brackets connecting the pair of sub brackets; may include
  • the BEM may be coupled to the pair of first brackets at both end portions in the longitudinal direction.
  • the BEM may be seated on a seating surface formed by the pair of sub-brackets and the plurality of connection brackets.
  • Each of the plurality of battery modules may include a fixing part formed on at least one side.
  • Each of the plurality of battery modules may be fixed to at least one of the pair of side covers through the fixing part.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes at least one or more of the battery pack.
  • the present invention it is possible to provide a structure for installing the BEM without significant modification to the conventional battery pack structure.
  • FIG. 1 is a combined perspective view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a cell stack formed by stacking a plurality of secondary batteries applied to a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating the battery pack of FIG. 1 taken along line C-C.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a state of a gas discharge path of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a bottom view illustrating a battery module applied to a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged bottom view showing the discharge port shown in FIG.
  • FIG 8 to 10 are views showing the coupling structure of the BEM bracket and the pack housing of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a module bulkhead of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing the rear frame of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing a coupling structure of the BEM assembly and the pack housing of the present invention.
  • a battery pack 300 includes a plurality of battery modules 200 , a tray 320 , a pair of side covers 330 , 330a , 330b and At least one module partition wall 340 is included.
  • the battery pack 300 may further include an upper cover 310 .
  • the tray 320 and the pair of side covers 330 may constitute one pack housing.
  • the tray 320, a pair of side covers 330 and the upper cover 310 may constitute one pack housing.
  • the battery module 200 may include a plurality of secondary batteries 100 .
  • the secondary battery 100 may be a pouch-type secondary battery including an electrode assembly (not shown), an electrolyte (not shown), and a pouch case 116 accommodating them therein.
  • 21 pouch-type secondary batteries 100 are included in one battery module 200 in the battery pack 300 .
  • the number of such secondary batteries 100 is exemplary, and the number of applied secondary batteries 100 may vary depending on required capacity and voltage.
  • the positive lead 112 and the negative lead 111 may be drawn out in opposite directions along the width direction (parallel to the Y axis) of the battery pack 300 . . That is, the positive lead 112 may be provided at one end with respect to the center of the secondary battery 100 . In addition, the negative lead 111 may be provided at the other end with respect to the center of the secondary battery 100 .
  • the secondary battery 100 may be provided in a form in which a body is vertically upright with respect to a horizontal plane (X-Y plane).
  • the secondary battery 100 may have a body in which the body is elongated along the width direction (parallel to the Y-axis) of the battery pack 300 .
  • the plurality of secondary batteries 100 may be configured to discharge gas in one and/or the other direction along the width direction of the battery pack 300 when an abnormal behavior such as fire or thermal runaway occurs.
  • a portion B1 of the sealing portion on one side or the other side in the longitudinal direction of the pouch case 116 may have a weak sealing force.
  • a portion of the sealing portion on one side or the other side in the longitudinal direction of the pouch may have a narrower sealing area than the other portion.
  • the gas when an abnormal behavior occurs in the plurality of secondary batteries 100, the gas can be discharged in one and/or the other direction in the longitudinal direction, and accordingly, the gas discharge direction in the battery module 200 is direction toward the discharge port below). Accordingly, the gas inside the battery module 200 can be smoothly discharged to the outside without being stagnant, thereby effectively preventing a secondary explosion from occurring inside the battery module 200 or a larger fire.
  • the battery pack 300 not only the aforementioned pouch type battery cell 100 is applied, but various types of battery cells known at the time of filing of the present invention may be employed.
  • the battery pack 300 may include at least one bus bar (not shown) configured to electrically interconnect the plurality of secondary batteries 100 .
  • the bus bar may include a conductive metal, for example, copper, aluminum, nickel, or the like.
  • the battery pack 300 may include a wire-type bus bar (not shown) electrically connecting the plurality of battery modules 200 to each other.
  • each of the plurality of battery modules 200 may include a discharge port 215 .
  • the discharge port 215 may be provided with an opening to discharge the gas generated inside the battery module 200 to the outside.
  • the discharge port 215 is preferably formed on only one side of the battery module 200 .
  • the discharge port 215 is formed only in a direction toward the outside of the battery pack 300 among both ends of the battery module 200 in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis). This is to prevent a phenomenon of accelerating the temperature increase by discharging gas in a direction toward each other in a pair of battery modules 200 facing each other.
  • a pair of battery modules 200 are disposed to face each other along the width direction (parallel to the Y-axis) of the battery pack 300 on the tray 320 , , along the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the battery pack 300 has a form in which at least two or more battery modules 200 are continuously arranged.
  • the battery modules 200 facing each other have a structure for discharging high-temperature gas toward each other, this becomes a factor to increase the temperature inside the battery pack 300 . Accordingly, the installation position of the discharge port 215 is limited to discharge the high-temperature gas toward the outside of the battery pack 300 .
  • the discharge port 215 may have a tube shape protruding toward the side cover 330 .
  • the discharge port 215 may be configured to be connected to the inlet E1 so that the end of the tube shape communicates with the inside of the side cover 330 .
  • the plurality of battery modules 200 are mounted on the tray 320 .
  • the tray 320 may extend in a horizontal direction (a direction parallel to the X-Y plane) and include a mounting plate 323 on which the battery module 200 is mounted.
  • the tray 320 may include a base plate 324 coupled to a lower portion of the mounting plate 323 .
  • the tray 320 may include a front frame 325 in the form of a plate and a rear frame 326 upright in the vertical direction (parallel to the Z-axis).
  • the front frame 325 may be provided at one end of the mounting plate 323 in the longitudinal direction (parallel to the X-axis).
  • the rear frame 326 may be provided at the other end in the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the mounting plate 323 .
  • the tray 320 may have an outlet E2 for discharging gas to the outside.
  • the outlet E2 may be formed at both ends of the front frame 325 in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis).
  • the outlet E2 may have an open shape so that the inside and the outside of the battery pack 300 communicate with each other.
  • the upper cover 310 may be coupled to the upper portion of the tray 320 .
  • the upper cover 310 has a size capable of covering all of the plurality of battery modules 200 mounted on the tray 320 .
  • the side cover 330 may have a shape that is elongated in one direction (Y-axis direction).
  • the side cover 330 may be formed by extrusion molding.
  • One end of the side cover 330 in the longitudinal direction (in a direction parallel to the X-axis) may be coupled to the front frame 325 .
  • the other end of the side cover 330 in the longitudinal direction may be coupled to the rear frame 326 .
  • the side cover 330 may be positioned at one end and the other end in the width direction (parallel to the Y-axis) of the mounting plate 323 of the tray 320 , respectively.
  • the two side covers 330 include body parts 333 positioned at one end and the other end in the width direction of the mounting plate 323 , respectively. can do.
  • the body parts 333 may serve as a left wall and a right wall of the battery pack 300 .
  • the body parts 333 may have a shape extending in the front-rear direction (in a direction parallel to the X-axis).
  • the body portion 333 may be extrusion-molded to have a plate shape extending in the front-rear direction.
  • the body parts 333 may have an upright shape along the vertical direction (parallel to the Z-axis).
  • the body parts 333 may have a hollow structure with an empty interior.
  • the side cover 330 may have an inlet E1 formed by opening a portion thereof.
  • the inlet E1 may be formed by opening a portion of the gas discharge unit 335 to be described later.
  • the outside and the inside of the side cover 330 communicate with each other through the inlet E1.
  • Each of the plurality of inlets E1 may be connected to the discharge port 215 . That is, the inlet E1 faces the opening of the discharge port 215 , whereby the gas flow path formed in the gas discharge unit 335 and the discharge port 215 communicate with each other.
  • the gas outlet 335 may have a shape extending in one direction to transfer the gas introduced from the inlet E1 to the outlet E2 .
  • the gas discharge part 335 may be formed on one side of the body part 333 .
  • the gas discharge part 335 may have a shape extending from one side of the body part 333 toward the battery module 200 .
  • the gas discharge unit 335 may have a tube shape extending in the front-rear direction through an extrusion method and having an empty interior.
  • each of the two side covers 330 may include a gas discharge unit 335 , and the gas discharge unit 335 may have a shape extending in the front-rear direction.
  • the front end of the gas outlet 335 that is, one end in the longitudinal direction (in a direction parallel to the X axis) may be connected to the outlet E2 provided in the front frame 325 .
  • the gas discharge unit 335 may be located above the pipe receiving unit 339 to be described later. Accordingly, the gas discharge unit 335 may be installed by utilizing the empty space in the vertical direction (Z-axis direction) inside the battery pack 300 , and thus the energy density of the battery pack 300 may be increased. .
  • the main body parts 333 extending long in one direction and located on one side and the other side, respectively, of the tray 320, a part is formed with an opening, and each of the discharge A pair of side covers (330a) having a plurality of inlets (E1) connected to the port (215), and a gas outlet (335) configured to transfer the gas introduced from the inlet (E1) to the outlet (E2); 330b). Therefore, in the battery pack 300 according to the present invention, the high-temperature gas generated by abnormal behavior such as fire or thermal runaway in any one of the plurality of battery modules 200 does not raise the temperature of the adjacent battery module 200 . , may be discharged to the outside through the gas discharge unit 335 , thereby increasing safety in use of the battery pack 300 .
  • the module partition wall 340 is parallel to the front frame 325 and the rear frame 326 and is interposed between the battery modules 200 adjacent to each other.
  • the module partition wall 340 divides an internal accommodating space of the tray 320 together with the front frame 325 , the rear frame 326 and a pair of side covers 330 .
  • the plurality of battery modules 100 are accommodated in a plurality of accommodating spaces partitioned by a front frame 325 , a rear frame 326 , and a pair of side covers 330 , respectively.
  • the module partition wall 340 not only blocks thermal movement between the battery modules 200 adjacent to each other along the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the battery pack 300 , but also blocks the longitudinal direction of the battery pack 300 . Accordingly, the battery module 200 is prevented from flowing.
  • the high-temperature gas generated from the battery module 200 can be transferred to the side cover 330 located on the opposite side to the adjacent battery module 200, so It is possible to minimize the temperature rise phenomenon of the battery module 200 . Accordingly, when a fire or thermal runaway occurs in one battery module 200 , it is possible to effectively prevent the thermal runaway or fire from continuously propagating to other adjacent battery modules 200 .
  • the side cover 330 is positioned on one side and the other side in the width direction of the tray 320 , thereby protecting the plurality of battery modules 200 from impacts in the front-rear direction and the left-right direction. Accordingly, the stability of the battery pack 300 may be improved.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a state of a gas discharge unit of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the gas discharge unit 335A applied to the present invention has a larger cross-sectional area of the inner tube as it goes from a position farther away from the outlet E2 of the tray 320 to a position closer to the position. It can be configured to That is, in the gas outlet 335A, the inner diameter D1 of the pipe located far from the outlet E2 of the tray 320 may be smaller than the inner diameter D2 close to the outlet E2.
  • the internal pressure of a portion close to the outlet E2 may be lower than that of a portion located far from the outlet E2. Accordingly, the gas introduced into the gas discharge unit 335A may be induced to move in a direction in which the discharge port E2 of the gas discharge unit 335A where a relatively low pressure is formed.
  • gas can be smoothly discharged, so that the safety in use of the battery pack 300 can be improved.
  • the main body 333 of the side cover 330 may have an inner space surrounded by an outer wall.
  • a reinforcing rib R1 extending from one inner surface to the other inner space may be provided in the inner space.
  • an inner space surrounded by an outer wall may be formed inside the main body 333 of the side cover 330 .
  • At least one reinforcing rib R1 may be provided in the inner space in a form extending from one inner surface to the other inner space.
  • the reinforcing rib R1 may have a shape extending from one end to the other end in the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the main body 333 .
  • the reinforcing rib R1 may be provided not only in the body part 333 of the side cover 330 , but also in the gas discharge part 335 , the mounting part 337 to be described later, and the pipe receiving part 339 . That is, the gas discharge part 335 , the mounting part 337 , and the pipe receiving part 339 are components of the side cover 330 , and when an external impact of the battery pack 300 occurs, the reinforcing rib R1 is By securing additional rigidity, it is possible to protect the internal battery module 200 and other components.
  • the battery pack 300 can safely protect the plurality of battery modules 200 and other components from external impacts in the left-right direction and the front-rear direction.
  • FIG. 6 is a bottom view schematically illustrating a battery module of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 200 of the present invention may include a module housing 210 .
  • the module housing 210 may have an internal space accommodating the plurality of secondary batteries 100 .
  • the module housing 210 may include a fixing part 217 configured to be coupled to the side cover 330 .
  • the fixing part 217 may be provided, for example, on one side and the other side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the module housing 210 .
  • Each of the plurality of battery modules 200 may be fixed to at least one of the pair of side covers 330 through the fixing unit 217 .
  • a coupling hole may be formed in the fixing part 217 .
  • a fastening hole formed at a position corresponding to the coupling hole may be provided on the side cover 330 .
  • the fastening hole may be formed on the gas outlet 335 constituting the side cover 330 . That is, a plurality of fastening holes and the inlet E1 may be provided on the upper surface of the gas discharge unit 335 in a longitudinal direction (parallel to the X axis) of the gas discharge unit 335 to be spaced apart from each other.
  • a pair of outer fixing parts 217 provided in each of the pair of battery modules 200 facing each other are on the gas discharge part 335 by a fastening hole and a fastening bolt (not shown) inserted into the coupling hole. can be combined.
  • the fastening between the battery module 200 and the tray 320 is not a method in which the bottom surface of the tray 320, that is, the mounting plate 323 and the battery module 200 are directly fastened, A method in which the battery module 200 is indirectly fastened using a separate structure installed on the mounting plate 323 is applied. Accordingly, it is possible to prevent a phenomenon in which stress is concentrated on the bottom surface of the tray 320 due to the fastening of the battery module 200 and the tray 320 , and thus the bottom surface of the tray 320 due to an external impact can be prevented. It is possible to prevent the refrigerant flowing through the formed cooling passage from being lost, thereby impairing cooling performance. In addition, when the refrigerant flowing through the cooling passage is the cooling water, the risk of a short circuit due to leakage of the cooling water can also be eliminated.
  • the battery pack 300 may include a refrigerant hole 323b formed in the mounting plate 323 forming the bottom surface of the tray 320 , and the bottom surface of the battery module 200 is such a It is connected to the refrigerant hole 323b to receive and discharge the refrigerant. That is, the refrigerant hole 323b communicates with a refrigerant passage (not shown) formed on the mounting plate 232 forming the bottom surface of the tray 320 , and the refrigerant passage communicates with a cooling pipe 350 to be described later.
  • the battery pack 300 may further include a cooling pipe 350 configured to allow a refrigerant to flow therein.
  • a refrigerant for example, cooling water may be used.
  • the side cover 330 includes a pipe receiving portion 339 for accommodating the cooling pipe 350 therein.
  • the pipe receiving part 339 may have an outer wall shape formed to surround the cooling pipe 350 .
  • the pipe receiving portion 339, the outer wall of the horizontal plate (339a) extending inwardly from the inner wall of the body portion 333, and the horizontal plate (339a) It may include a vertical plate 339b extending downwardly from the end.
  • the horizontal plate 339a and the vertical plate 339b may be separately provided and joined by welding or the like, or may be integrally formed.
  • the side cover 330 since the side cover 330 includes the pipe receiving part 339 for accommodating the cooling pipe 350 therein, it is possible to prevent the cooling pipe 350 from being damaged by an external impact. there is.
  • the tray 320 may include a temporary storage unit S.
  • the temporary storage unit S may be configured so that the leaked refrigerant flows in.
  • the temporary storage unit S may be formed in a space between the mounting plate 323 and the base plate 324 .
  • one end 323a in the longitudinal direction of the mounting plate 323 is spaced apart from the main body 333 of the side cover 330 to provide a passage through which the leaked coolant can flow into the temporary storage unit S. do. That is, when the refrigerant leaks out of the cooling pipe 350 , the leaked refrigerant flows into the temporary storage unit S through the spaced gap between the end 323a of the mounting plate 323 and the side cover 330 . can flow in
  • the tray 320 includes a temporary storage unit S configured to allow the leaked refrigerant to flow when the refrigerant leaks out of the cooling pipe 350 , so that the leaked refrigerant flows into the battery module 200 .
  • a temporary storage unit S configured to allow the leaked refrigerant to flow when the refrigerant leaks out of the cooling pipe 350 , so that the leaked refrigerant flows into the battery module 200 .
  • the side cover 330 may further include a mounting part 337 .
  • the mounting part 337 may be provided outside the body part 333 to be coupled to an external device.
  • the mounting part 337 may have a fastening structure to be coupled to an external device.
  • the mounting part 337 may be coupled to a vehicle body.
  • a bolting hole for inserting a bolt may be formed in the mounting part 337 .
  • the battery pack 300 can be stably fixed to an external device such as a vehicle body.
  • the mounting part 337 may be configured to protect the plurality of battery modules 200 located therein from external impact.
  • the mounting part 337 may have a shape protruding outward of the body part 333 .
  • the mounting part 337 may have a hollow structure with an empty interior. That is, when an impact is applied from the side in the direction of the battery pack 300 , the mounting part 337 may have a shape protruding outward to absorb or protect it.
  • a plug 360 may be provided at the discharge port 215 .
  • the stopper 360 may seal the outlet of the discharge port 215 below a predetermined temperature.
  • the stopper 360 may be configured to be melted and lost above a predetermined temperature.
  • the stopper 360 may include a material having a melting point of 200 degrees Celsius or more.
  • the stopper 360 may include a paraffin material. The stopper 360 may be melted and lost at 200 degrees Celsius, for example, to open the discharge port 215 .
  • the battery module 200B of the present invention seals the discharge port 215 below a predetermined temperature and melts and loses above a predetermined temperature by providing a stopper 360 configured to open the discharge port 215.
  • the high-temperature gas of the battery module 200B in which a fire or thermal runaway has occurred melts and is lost by melting the stopper 360, thereby opening the exhaust port 215 so that the high-temperature gas can be discharged to the outside.
  • the discharge port 215 may be sealed to prevent an external material (especially a conductive material) from flowing into the battery module 200B.
  • the battery module 200B of the present invention applies the stopper 360 to move to the gas discharge unit 335 when high-temperature gas is discharged from the battery module 200B in which a fire or thermal runaway has occurred. It is possible to prevent gas from flowing into the battery module 200B through the discharge port 215 of another adjacent battery module 200B.
  • the BEM assembly 400 includes a BEM bracket 410 and a BEM 420 .
  • the BEM bracket 410 for example, one end thereof may be fastened to the module partition wall 340, and the other end may be fastened to the rear frame 326.
  • a plurality of partition grooves 341 may be formed on the upper surface of the module partition wall 340 , and one end of the BEM bracket 410 may be fastened to the bottom surface of the partition wall groove 341 .
  • the rear frame 326 may include a supporting rib 327 extending inwardly from the inner wall thereof, and the other end of the BEM bracket 410 may be fastened to the supporting rib 327 .
  • the BEM bracket 410 may include a pair of first brackets 411 and a second bracket 412 disposed between the pair of first brackets 411 .
  • the pair of first brackets 411 are disposed to be spaced apart from each other along the width direction (parallel to the Y-axis) of the battery pack 300 .
  • the second bracket 412 includes a pair of sub brackets 412a disposed between the pair of first brackets 411 and a plurality of connection brackets connecting between the pair of sub brackets 412a ( 412b).
  • each of the first bracket 411 and the sub bracket 412a in the longitudinal direction is a module partition wall 420 using a partition wall hole 421a formed in the bottom surface of the partition groove 421 .
  • the other end of each of the first bracket 411 and the sub bracket 412a in the longitudinal direction has a supporting rib 327 using a rib hole 327a formed in the supporting rib 327 . It can be bolted to the
  • the BEM bracket 410 is located above the battery module 100 disposed in the receiving space formed between the rear frame 326 and the module partition wall 340 adjacent thereto.
  • the BEM bracket 410 may be formed, for example, in a substantially arcuate shape having a shape curved upward.
  • first bracket 411 and the sub bracket 412a may be formed, for example, in a substantially arcuate shape having a shape curved upward.
  • the first bracket 411 and the sub bracket 412a are disposed above the battery module 200 , and thus the BEM 420 may also be disposed to be spaced apart upward from the battery module 200 .
  • the BEM 420 may be electrically connected to the plurality of battery modules 200 and may also be electrically connected to a sensor (not shown) disposed inside the tray 320 .
  • the BEM 420 controls the charging and discharging of the battery pack 300 with reference to the driving condition of the vehicle to which the battery pack 300 is applied, the charging state of the battery module 200 , the internal temperature of the battery pack, and the like. do.
  • each of both ends of the BEM 420 in the longitudinal direction may be coupled to a pair of first brackets 411 .
  • the BEM 420 may be seated on a seating surface formed by a pair of sub-brackets 412a and a plurality of connection brackets 412b. That is, the second bracket 412 forms a seating surface for seating the BEM 420 , and the first bracket 411 is fastened to both ends of the BEM 420 in the longitudinal direction on which the BEM 420 is seated. It can play a role in firmly fixing the The second bracket 412 is not coupled to the BEM 420 and may function only as a support for supporting the BEM 420 .
  • the battery pack 300 according to the present invention has a structure in which the BEM 420 can be fastened using the module partition wall 340 and the rear frame 326 installed in the inner space of the pack housing. That is, the battery pack 300 according to the present invention does not cause a loss of energy density due to the introduction of a separate structure for installing the BEM 420 .
  • the BEM bracket 410 of the present invention is installed on the upper portion of the battery module 100 using a structure provided in the tray 320, whereby the accommodating space provided inside the tray 320 is completely covered by the battery module ( 100) can be used as a space for storage. Accordingly, the battery pack 300 according to the present invention can maximize the energy density improvement effect.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention may be an electric vehicle or a hybrid vehicle, and includes at least one battery pack 300 according to the present invention as described above. That is, in the vehicle according to the embodiment of the present invention, the battery pack 300 according to the embodiment of the present invention described above may be mounted therein. In this case, the side cover 330 may be configured to be coupled to the vehicle body.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈이 안착되는 탑재 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측에 구비되는 전방 프레임 및 상기 탑재 플레이트의 길이 방향 타 측에 구비되는 후방 프레임을 포함하는 트레이; 상기 트레이의 폭 방향 양 측부를 커버하는 한 쌍의 사이드 커버; 상기 전방 프레임 및 후방 프레임과 나란하며, 서로 인접한 배터리 모듈 사이에 개재되는 적어도 하나의 모듈 격벽; 및 일 측 단부가 상기 모듈 격벽에 체결되고, 타 측 단부는 상기 후방 프레임에 체결되는 BEM 브라켓 및 상기 BEM 브라켓 상에 마운팅 되는 BEM을 포함하는 BEM 어셈블리; 를 포함한다.

Description

배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트레이의 내부 공간에 배치되는 모듈 격벽 및 후방 프레임을 활용하여 BME 어셈블리를 체결할 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩, 그리고 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 08월 14일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0102645호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 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 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 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, 이러한 리튬 이차전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
특히, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 팩은 에너지 밀도의 향상을 위해 다수의 배터리 모듈이 좁은 내부 공간 내에 수용된 구조를 가지며, 이로 인해 BEM(battery energy management system)의 고정을 위한 공간이 확보되기 어려운 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 종래의 배터리 팩 구조에 큰 변형을 없이 BEM 설치를 위한 구조를 제공하는 것을 일 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.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈이 안착되는 탑재 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측에 구비되는 전방 프레임 및 상기 탑재 플레이트의 길이 방향 타 측에 구비되는 후방 프레임을 포함하는 트레이; 상기 트레이의 폭 방향 양 측부를 커버하는 한 쌍의 사이드 커버; 상기 전방 프레임 및 후방 프레임과 나란하며, 서로 인접한 배터리 모듈 사이에 개재되는 적어도 하나의 모듈 격벽; 및 일 측 단부가 상기 모듈 격벽에 체결되고, 타 측 단부는 상기 후방 프레임에 체결되는 BEM 브라켓 및 상기 BEM 브라켓 상에 마운팅 되는 BEM을 포함하는 BEM 어셈블리; 를 포함한다.
상기 복수의 배터리 모듈은, 상기 전방 프레임, 후방 프레임, 한 쌍의 사이드 커버 및 모듈 격벽에 의해 구획되는 복수의 수용 공간 내에 각각 수용될 수 있다.
상기 BME 브라켓은, 상기 후방 프레임과 그에 인접한 상기 모듈 격벽 사이에 형성되는 수용 공간 내에 배치되는 상기 배터리 모듈의 상부에 위치할 수 있다.
상기 후방 프레임은, 내측 벽으로부터 상기 트레이의 내측을 향해 연장된 서포팅 리브를 구비할 수 있으며, 상기 BEM 브라켓의 타 측 단부는 상기 서포팅 리브에 체결될 수 있다.
상기 모듈 격벽의 상면에는 복수의 격벽 홈이 형성될 수 있으며, 상기 BEM 브라켓의 일 측 단부는 상기 격벽 홈의 바닥 면에 체결될 수 있다.
상기 BEM 브라켓은, 상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 제1 브라켓; 및 상기 한 쌍의 제1 브라켓 사이에 배치되는 한 쌍의 서브 브라켓 및 상기 한 쌍의 서브 브라켓 사이를 연결하는 복수의 연결 브라켓을 포함하는 제2 브라켓; 을 포함할 수 있다.
상기 BEM은, 길이 방향 양 측 단부 각각이 상기 한 쌍의 제1 브라켓과 체결될 수 있다.
상기 BEM은, 상기 한 쌍의 서브 브라켓 및 복수의 연결 브라켓에 의해 형성되는 안착면 상에 안착될 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈 각각은, 적어도 일 측에 형성되는 고정부를 구비할 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈 각각은, 상기 고정부를 통해 상기 한 쌍의 사이드 커버 중 적어도 어느 하나에 고정될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명에 따르면, 종래의 배터리 팩 구조에 큰 변형을 없이 BEM 설치를 위한 구조를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 이러한 BEM 설치를 위해 요구되는 공간의 사이즈를 최소화 함으로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
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 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 복수의 이차전지가 적층되어 형성된 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 C-C 선을 따라 절단된 모습을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 배출로의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈을 나타내는 저면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 배출 포트를 나타내는 저면 확대도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 BEM 브라켓과 팩 하우징의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 모듈 격벽을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 후방 프레임을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 BEM 어셈블리와 팩 하우징의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
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 안 되며, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(300)은, 복수의 배터리 모듈(200), 트레이(320), 한 쌍의 사이드 커버(330, 330a, 330b) 및 적어도 하나의 모듈 격벽(340)을 포함한다. 상기 배터리 팩(300)은, 상부 커버(310)를 더 포함할 수도 있다. 상기 트레이(320) 및 한 쌍의 사이드 커버(330)는 하나의 팩 하우징을 구성할 수 있다. 또한, 상기 트레이(320), 한 쌍의 사이드 커버(330) 및 상부 커버(310)가 하나의 팩 하우징을 구성할 수도 있다.
구체적으로, 상기 배터리 모듈(200)은 복수의 이차전지(100)를 구비할 수 있다. 상기 이차전지(100)는 전극조립체(미도시), 전해액(미도시), 및 이들을 내부에 수용하는 파우치 케이스(116)를 포함하는 파우치형 이차전지일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, F 방향(도 1 참조)을 따라 바라보았을 때, 하나의 배터리 모듈(200)의 내부에는 21개의 파우치형 이차전지(100)가 배터리 팩(300)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 적층된 상태로 모듈 하우징(210) 내에 수용될 수 있다. 다만, 이러한 이차전지(100)의 개수는 예시적인 것이며, 요구되는 용량 및 전압 등에 따라 적용되는 이차전지(100)의 개수는 달라질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양극 리드(112)와 상기 음극 리드(111)는, 배터리 팩(300)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출될 수 있다. 즉, 상기 양극 리드(112)는 상기 이차전지(100)의 중심을 기준으로 일 단부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 음극 리드(111)는 이차전지(100)의 중심을 기준으로 타 단부에 구비될 수 있다.
상기 이차전지(100)는 몸체가 수평면(X-Y 평면)에 대해 수직하게 직립한 형태로 구비될 수 있다. 상기 이차전지(100)는 몸체가 배터리 팩(300)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향)을 따라 길게 연장된 형태일 수 있다. 또한, 상기 복수의 이차전지(100)는 화재나 열폭주 등의 이상 거동 발생시, 배터리 팩(300)의 폭 방향을 따라 일측 및/또는 타측 방향으로 가스를 배출하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 이차전지(100)가 파우치 타입의 배터리 셀일 경우, 파우치 케이스(116)의 길이 방향 일측 또는 타측의 실링부의 일부분(B1)은 실링력을 약하게 형성시킬 수 있다. 또는, 상기 파우치의 길이 방향 일측 또는 타측의 실링부의 일부분은 실링 면적의 폭이 나머지 부분보다 좁게 형성될 수 있다.
따라서, 상기 복수의 이차전지(100)는 이상 거동 발생시, 길이 방향 일측 및/또는 타측 방향으로 가스를 배출할 수 있게 되며, 이에 따라 배터리 모듈(200)에 있어서 가스의 배출 방향을 의도한 방향(하기의 배출 포트를 향하는 방향)으로 유도할 수 있게 된다. 이에 따라, 배터리 모듈(200) 내부에서 가스가 정체되지 않고 원활하게 외부로 배출되도록 할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈(200) 내부에서 2차 폭발이 발생되거나, 화재의 규모가 더 커지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)에는, 앞서 설명한 파우치 타입 배터리 셀(100)만이 적용되는 것이 아니고 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 타입의 배터리 셀이 채용될 수 있다.
상기 배터리 팩(300)은 상기 복수의 이차전지(100)를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나 이상의 버스바(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바는 전도성 금속을 구비할 수 있고, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 배터리 팩(300)은, 상기 복수의 배터리 모듈(200)을 서로 전기적으로 연결하는 와이어 타입의 버스바(도시하지 않음)를 구비할 수도 있다.
한편, 상기 복수의 배터리 모듈(200) 각각은 배출 포트(215)를 구비할 수 있다. 상기 배출 포트(215)는 배터리 모듈(200) 내부에서 발생된 가스를 외부로 배출하도록 개구가 구비될 수 있다. 상기 배출 포트(215)는 배터리 모듈(200)의 일측에만 형성되는 것이 바람직하다. 상기 배출 포트(215)는 배터리 모듈(200)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측 단부 중 배터리 팩(300)의 외곽을 향하는 방향에만 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 서로 마주 보는 한 쌍의 배터리 모듈(200)이 서로를 향하는 방향으로 가스를 배출함으로써 온도 상승을 가속화시키는 현상이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 트레이(320) 상에 배터리 팩(300)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 한 쌍의 배터리 모듈(200)이 서로 마주보도록 배치되며, 배터리 팩(300)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라서는 적어도 2 이상의 배터리 모듈(200)이 연속적으로 배치된 형태를 갖는다. 이러한 배터리 팩(300)에 있어서, 서로 마주보는 배터리 모듈(200) 상호 간에 있어서 고온의 가스를 서로를 향해 배출하는 구조를 갖게 된다면 이는 배터리 팩(300) 내부의 온도를 상승시키는 요인이 된다. 따라서, 고온의 가스를 배출함에 있어서 배터리 팩(300)의 외측을 향해 배출할 수 있도록 배출 포트(215)의 설치 위치를 제한하는 것이다.
한편, 상기 배출 포트(215)는 상기 사이드 커버(330)를 향해 돌출된 관 형태를 가질 수 있다. 상기 배출 포트(215)는 관 형태의 단부가 상기 사이드 커버(330)의 내부와 연통되도록 입구(E1)와 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 트레이(320) 상에는 상기 복수의 배터리 모듈(200)이 탑재 된다. 상기 트레이(320)는 수평 방향(X-Y 평면과 나란한 방향)으로 연장되며 상기 배터리 모듈(200)이 안착되는 탑재 플레이트(323)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 트레이(320)는 상기 탑재 플레이트(323)의 하부와 결합되는 베이스 플레이트(324)를 구비할 수 있다. 상기 트레이(320)는 상하 방향(Z축과 나란한 방향)으로 직립된 플레이트 형태의 전방 프레임(325), 및 후방 프레임(326)을 구비할 수 있다. 상기 전방 프레임(325)은, 상기 탑재 플레이트(323)의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 일 측 단부에 구비될 수 있다. 상기 후방 프레임(326)은 상기 탑재 플레이트(323)의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 타 측 단부에 구비될 수 있다.
상기 트레이(320)는 가스를 외부로 배출하는 배출구(E2)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배출구(E2)는 상기 전방 프레임(325)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측 단부에 각각 형성될 수 있다. 상기 배출구(E2)는 배터리 팩(300)의 내부와 외부가 연통되도록 개구된 형태일 수 있다.
상기 상부 커버(310)는 상기 트레이(320)의 상부에 결합될 수 있다. 상기 상부 커버(310)는 상기 트레이(320)에 탑재된 복수의 배터리 모듈(200)을 모두 커버할 수 있는 크기를 갖는다.
도 2와 함께 도 4를 참조하면, 상기 사이드 커버(330)는, 일 방향(Y축 방향)으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 사이드 커버(330)는 그 형태가 압출 성형되어 형성될 수 있다. 상기 사이드 커버(330)의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 일 측 단부는 상기 전방 프레임(325)과 결합될 수 있다. 상기 사이드 커버(330)의 길이 방향 타 측 단부는 상기 후방 프레임(326)과 결합될 수 있다.
나아가, 상기 사이드 커버(330)는, 상기 트레이(320)의 탑재 플레이트(323)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측 단부 및 타 측 단부 각각에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 사이드 커버(330)는 상기 탑재 플레이트(323)의 폭 방향 일 측 단부 및 타 측 단부 각각에 위치된 본체부(333)들을 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 본체부(333)들은 배터리 팩(300)의 좌측벽, 및 우측벽 역할을 수행할 수 있다. 상기 본체부(333)들은 전후 방향(X축과 나란한 방향)으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 본체부(333)는 압출 성형되어 전후 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 본체부(333)들은 상하 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 직립된 형태를 가질 수 있다. 상기 본체부(333)들은 내부가 비어 있는 중공 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 사이드 커버(330)는 일부분이 개구되어 형성된 입구(E1)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 입구(E1)는 후술하는 가스 배출부(335)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 상기 입구(E1)를 통해 사이드 커버(330)의 외부와 내부가 연통된다. 상기 복수의 입구(E1)는 각각이 상기 배출 포트(215)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 입구(E1)는 상기 배출 포트(215)의 개구와 대면하며, 이로써 가스 배출부(335)의 내부에 형성된 가스 유로와 배출 포트(215)가 서로 연통된다.
더욱이, 상기 가스 배출부(335)는 상기 입구(E1)로부터 유입된 가스를 상기 배출구(E2)까지 이송하도록 일방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 가스 배출부(335)는 상기 본체부(333)의 일 측에 형성될 수 있다. 상기 가스 배출부(335)는 본체부(333)의 일 측으로부터 배터리 모듈(200)을 향하는 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 가스 배출부(335)는 압출 공법을 통해 전후 방향으로 연장되고 내부가 비어 있는 관 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 사이드 커버(330) 각각은 가스 배출부(335)를 구비하며, 가스 배출부(335)는 전후 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 가스 배출부(335)의 전단부, 즉 길이 방향(X축과 나란한 방향) 일 측 단부는 상기 전방 프레임(325)에 구비된 배출구(E2)와 연결될 수 있다.
그리고, 상기 가스 배출부(335)는 후술하는 파이프 수용부(339)의 상부에 위치될 수 있다. 이에 따라, 가스 배출부(335)는 배터리 팩(300)의 내부의 상하 방향(Z축 방향)의 빈 공간을 활용하여 설치될 수 있으며, 이에 따라 배터리 팩(300)의 에너지 밀도를 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 일 방향으로 길게 연장되고 상기 트레이(320)의 일측 및 타측 각각에 위치된 본체부(333)들, 일부분이 개구되어 형성되고 각각이 상기 배출 포트(215)와 연결된 복수의 입구(E1), 및 상기 입구(E1)로부터 유입된 가스를 상기 배출구(E2)까지 이송하도록 구성된 가스 배출부(335)를 구비하는 한 쌍의 사이드 커버(330a, 330b)를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 복수의 배터리 모듈(200) 중 어느 하나에서 화재 또는 열폭주 등의 이상 거동에 의해 발생된 고온의 가스가 인접한 배터리 모듈(200)을 승온시키지 않고, 가스 배출부(335)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 이로써 배터리 팩(300) 사용상의 안전성을 높일 수 있다.
한편, 상기 모듈 격벽(340)은, 전방 프레임(325) 및 후방 프레임(326)과 나란하며, 서로 인접한 배터리 모듈(200) 사이에 개재된다. 상기 모듈 격벽(340)은, 전방 프레임(325), 후방 프레임(326) 및 한 쌍의 사이드 커버(330)와 함께 상기 트레이(320)의 내부 수용 공간을 구획한다. 상기 복수의 배터리 모듈(100)은, 전방 프레임(325), 후방 프레임(326) 및 한 쌍의 사이드 커버(330)에 의해 구획되는 복수의 수용 공간 내에 각각 수용된다. 상기 모듈 격벽(340)은, 배터리 팩(300)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 서로 인접한 배터리 모듈(200) 상호 간의 열 이동을 차단할 뿐만 아니라, 배터리 팩(300)의 길이 방향을 따라 배터리 모듈(200)이 유동되는 것을 방지한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 배터리 모듈(200)로부터 발생된 고온의 가스를 인접한 배터리 모듈(200)과 반대 편에 위치하는 사이드 커버(330)로 이송 시킬 수 있어, 고온의 가스에 따른 인접한 배터리 모듈(200)의 승온 현상을 최소화 시킬 수 있다. 이에 따라, 하나의 배터리 모듈(200)에 화재나 열폭주가 발생될 경우, 인접한 다른 배터리 모듈(200)로 연쇄적으로 열폭주나 화재가 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 사이드 커버(330)는, 상기 트레이(320)의 폭 방향 일 측 및 타 측에 위치됨으로써, 전후 방향과 좌우 방향의 충격으로부터 복수의 배터리 모듈(200)을 보호할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(300)의 안정성을 높일 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 배출부의 모습을 개략적으로 나타내는 일부 단면도이다.
도 2 및 도 4와 함께 도 5를 참조하면, 본 발명에 적용되는 가스 배출부(335A)는 트레이(320)의 배출구(E2)로부터 먼 위치에서 가까운 위치를 향할수록 내부의 관의 단면적이 넓어지도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출부(335A)는 상기 트레이(320)의 배출구(E2)에 먼 곳에 위치한 내부의 관의 내경(D1)이 배출구(E2)에 가까운 내경(D2) 보다 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 가스 배출부(335A)의 내부 압력에 있어서, 배출구(E2)와 먼 곳에 위치한 부분과 비교하여 배출구(E2)와 가까운 부분의 내부 압력이 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 배출부(335A)에 유입된 가스가 비교적 낮은 압력이 형성되는 가스 배출부(335A)의 배출구(E2)가 위치한 방향으로 이동되도록 유도할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가스 배출이 원활하게 이루어질 수 있어 배터리 팩(300) 사용상의 안전성을 높일 수 있다.
한편, 다시 도 2와 함께 도 4를 참조하면, 상기 사이드 커버(330)의 본체부(333)는 외벽으로 둘러싸인 내부 공간이 형성될 수 있다. 상기 내부 공간에는 일측 내면으로부터 타측 내면까지 연장된 보강 리브(R1)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 사이드 커버(330)의 본체부(333)의 내부에는 외벽으로 둘러싸인 내부 공간이 형성될 수 있다. 상기 내부 공간에는 적어도 하나 이상의 보강 리브(R1)가 일측 내면으로부터 타측 내면까지 연장된 형태로 구비될 수 있다.
상기 보강 리브(R1)는 상기 본체부(333)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 보강 리브(R1)는 사이드 커버(330)의 본체부(333)뿐만 아니라 가스 배출부(335), 후술하는 마운팅부(337), 및 파이프 수용부(339)에도 구비될 수 있다. 즉, 가스 배출부(335), 마운팅부(337), 및 파이프 수용부(339)는 사이드 커버(330)의 구성요소들로써, 배터리 팩(300)의 외부 충격 발생시, 보강 리브(R1)를 통한 추가적인 강성을 확보함으로써 내부의 배터리 모듈(200) 및 그 밖의 구성요소들을 보호할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 상기 사이드 커버(330)의 내부 공간에 보강 리브(R1)를 형성시킴으로써, 상기 사이드 커버(330)의 기계적 강성을 효과적으로 높일 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(300)은 좌우 방향 및 전후 방향의 외부 충격으로부터 복수의 배터리 모듈(200) 및 그 밖의 구성요소들을 안전하게 보호할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
다시 도 2 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 모듈 하우징(210)을 구비할 수 있다. 상기 모듈 하우징(210)은 상기 복수의 이차전지(100)를 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 모듈 하우징(210)은 상기 사이드 커버(330)와 결합되도록 구성된 고정부(217)를 구비할 수 있다. 상기 고정부(217)는, 예를 들어 상기 모듈 하우징(210)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에 각각 구비될 수 있다. 상기 복수의 배터리 모듈(200) 각각은, 고정부(217)를 통해 한 쌍의 사이드 커버(330) 중 적어도 어느 하나 고정될 수 있다.
상기 고정부(217)에는 결합 홀이 형성될 수 있다. 상기 사이드 커버(330) 상에는 결합 홀과 대응되는 위치에 형성되는 체결 홀이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 체결 홀은, 사이드 커버(330)를 구성하는 가스 배출부(335) 상에 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출부(335)의 상면에는 가스 배출부(335)의 길이 방향(X축과 나란한 방향)을 따라 복수의 체결 홀 및 입구(E1)가 상호 이격된 상태로 구비될 수 있다.
서로 마주보는 한 쌍의 배터리 모듈(200) 각각에 구비된 한 쌍의 외측 고정부(217)는 체결 홀 및 결합 홀에 삽입되는 체결 볼트(도시하지 않음)에 의해 가스 배출부(335) 상에 결합될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 있어서, 배터리 모듈(200)과 트레이(320) 간의 체결은, 트레이(320)의 바닥면, 즉 탑재 플레이트(323)와 배터리 모듈(200)이 직접적으로 체결되는 방식이 아니라, 탑재 플레이트(323) 상에 설치된 별도의 구조물을 이용하여 배터리 모듈(200)이 간접적으로 체결되는 방식이 적용된다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)과 트레이(320)의 체결로 인해 트레이(320)의 바닥면에 응력이 집중되는 현상을 방지할 수 있으며, 이로써 외부의 충격으로 인해 트레이(320)의 바닥면에 형성된 냉각 유로를 통해 흐르는 냉매가 유실되어 냉각 성능에 지장을 초래하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 냉각 유로를 통해 흐르는 냉매가 냉각수인 경우, 냉각수의 누수로 인한 단락의 위험성 또한 제거할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 트레이(320)의 바닥면을 이루는 탑재 플레이트(323)에 형성된 냉매 홀(323b)을 구비할 수 있으며, 배터리 모듈(200)의 바닥면이 이러한 냉매 홀(323b)과 연결되어 냉매를 공급 받고 배출할 수 있다. 즉, 상기 냉매 홀(323b)은, 트레이(320)의 바닥면을 이루는 탑재 플레이트(232)에 형성된 냉매 유로(미도시)와 연통되며 이러한 냉매 유로는 후술할 냉각 파이프(350)와 연통된다.
한편, 다시 도 1 및 도 2와 도 4를 참조하면, 상기 배터리 팩(300)은 내부에 냉매가 흐르도록 구성된 냉각 파이프(350)를 더 포함할 수 있다. 상기 냉매로는 예를 들어 냉각수가 이용될 수 있다.
또한, 상기 사이드 커버(330)는, 냉각 파이프(350)를 내부에 수용하는 파이프 수용부(339)를 포함한다. 상기 파이프 수용부(339)는 냉각 파이프(350)를 감싸도록 형성된 외벽 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 파이프 수용부(339)는, 외벽이 본체부(333)의 내측벽으로부터 내측 방향으로 연장된 수평 플레이트(339a)와, 수평 플레이트(339a)의 단부로부터 하방으로 연장된 수직 플레이트(339b)를 포함할 수 있다. 상기 수평 플레이트(339a)와 수직 플레이트(339b)는 개별적으로 구비되어 용접 등에 의해 접합될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은, 상기 사이드 커버(330)가 냉각 파이프(350)를 내부에 수용하는 파이프 수용부(339)를 구비함으로써, 외부 충격에 의해 냉각 파이프(350)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 4를 참조하면, 상기 트레이(320)는 임시 보관부(S)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 임시 보관부(S)는 냉각 파이프(350)로부터 냉매가 새어 나올 경우, 새어 나온 냉매가 흘러 들어가도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임시 보관부(S)는 탑재 플레이트(323)와 베이스 플레이트(324) 사이의 공간에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 탑재 플레이트(323)의 길이 방향 일 측 단부(323a)는 사이드 커버(330)의 본체부(333)와 이격됨으로써 누수된 냉각수가 임시 보관부(S)로 흘러 들어갈 수 있는 통로를 제공한다. 즉, 상기 냉각 파이프(350)로부터 냉매가 새어 나올 경우, 유출된 냉매가 이러한 탑재 플레이트(323)의 단부(323a)와 사이드 커버(330) 간의 이격된 틈을 통해 임시 보관부(S) 내부로 흘러 들어갈 수 있다.
이와 같이, 상기 트레이(320)는, 상기 냉각 파이프(350)로부터 냉매가 새어 나올 경우, 새어 나온 냉매가 흘러 들어가도록 구성된 임시 보관부(S)를 구비함으로써, 유출된 냉매가 배터리 모듈(200)의 수용 공간 내에 고이거나, 배터리 모듈(200) 내부로 유입되는 것을 방지하여, 냉매에 의한 배터리 모듈(200)의 단락 발생을 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 사이드 커버(330)는 마운팅부(337)를 더 구비할 수 있다. 상기 마운팅부(337)는 외부 기기와 결합되도록 상기 본체부(333)의 외측에 구비될 수 있다. 상기 마운팅부(337)는 외부 기기에 결합되도록 체결 구조가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 마운팅부(337)는 자동차의 차체와 결합될 수 있다. 상기 마운팅부(337)에는 볼트의 삽입을 위한 볼팅구가 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 상기 마운팅부(337)를 더 포함함으로써, 예를 들어 차체와 같은 외부 기기에 배터리 팩(300)을 안정적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 마운팅부(337)는 외부 충격으로부터 내부에 위치한 복수의 배터리 모듈(200)을 보호하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 마운팅부(337)는 상기 본체부(333)의 외측 방향으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 상기 마운팅부(337)는 내부가 비어 있는 중공 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 마운팅부(337)는 배터리 팩(300)의 방향의 측부로부터 충격이 가해질 경우, 이를 흡수하거나 또는 방어할 수 있도록 외측으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.
도 4 및 도 6과 함께 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈(200B)은, 배출 포트(215)에 마개(360)가 구비될 수 있다. 상기 마개(360)는 소정 온도 이하에서 상기 배출 포트(215)의 출구를 밀폐할 수 있다. 상기 마개(360)는 소정 온도 이상에서는 녹아 유실되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 마개(360)는 녹는점이 섭씨 200도 이상인 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 마개(360)는 파라핀 소재를 포함할 수 있다. 상기 마개(360)는 예를 들면, 섭씨 200도에서 녹아 유실되어 상기 배출 포트(215)를 개방할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(200B)은, 소정 온도 이하에서 상기 배출 포트(215)를 밀폐하고 소정 온도 이상에서는 녹아 유실되어 상기 배출 포트(215)를 개방하도록 구성된 마개(360)를 구비함으로써, 화재나 열폭주가 발생된 배터리 모듈(200B)의 고온의 가스가 상기 마개(360)를 녹아 유실되도록 하고, 이로 인해, 배출 포트(215)를 개방시켜 고온의 가스가 외부로 배출 시킬 수 있다. 소정 온도 이상의 내부 온도를 유지하는 정상적인 사용 상태에서는 배출 포트(215)를 밀폐하여, 외부 물질(특히 전도성 물질)이 배터리 모듈(200B)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 배터리 모듈(200B)은, 마개(360)를 적용하여, 화재나 열폭주가 발생된 배터리 모듈(200B)로부터 고온의 가스가 배출될 경우, 가스 배출부(335)로 이동하는 가스가 인접한 다른 배터리 모듈(200B)의 배출 포트(215)를 통해 배터리 모듈(200B) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 2와 함께 도 8 내지 도 13을 참조하면, 상기 BEM 어셈블리(400)는, BEM 브라켓(410) 및 BEM(420)을 포함한다.
상기 BEM 브라켓(410)은, 예를 들어, 그 일 측 단부가 모듈 격벽(340)에 체결될 수 있고, 타 측 단부는 후방 프레임(326)에 체결될 수 있다. 구체적으로, 상기 모듈 격벽(340)의 상면에는 복수의 격벽 홈(341)이 형성될 수 있고, BEM 브라켓(410)의 일 측 단부는 격벽 홈(341)의 바닥 면에 체결될 수 있다. 또한, 상기 후방 프레임(326)은, 그 내측 벽으로부터 내측을 향해 연장된 서포팅 리브(327)를 구비할 수 있으며, BEM 브라켓(410)의 타 측 단부는 서포팅 리브(327)에 체결될 수 있다.
상기 BEM 브라켓(410)은, 한 쌍의 제1 브라켓(411) 및 한 쌍의 제1 브라켓(411)사이에 배치되는 제2 브라켓(412)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 제1 브라켓(411)은, 배터리 팩(300)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 서로 이격되어 배치된다. 또한, 상기 제2 브라켓(412)은, 한 쌍의 제1 브라켓(411) 사이에 배치되는 한 쌍의 서브 브라켓(412a) 및 한 쌍의 서브 브라켓(412a) 사이를 연결하는 복수의 연결 브라켓(412b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 브라켓(411) 및 서브 브라켓(412a) 각각의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 일 측 단부는 격벽 홈(421)의 바닥 면에 형성된 격벽 홀(421a)을 이용하여 모듈 격벽(420)에 볼팅 체결될 수 있다. 또한, 상기 제1 브라켓(411) 및 서브 브라켓(412a) 각각의 길이 방향(X축과 나란한 방향) 타 측 단부는 서포팅 리브(327)에 형성된 리브 홀(327a)을 이용하여 서포팅 리브(327)에 볼팅 체결될 수 있다.
상기 BEM 브라켓(410)은, 후방 프레임(326)과 그에 인접한 모듈 격벽(340) 사이에 형성되는 수용 공간 내에 배치되는 상기 배터리 모듈(100)의 상부에 위치한다. 상기 BEM 브라켓(410)은, 예를 들어, 상방을 향해 휘어진 형태를 갖는 대략 아치형으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 브라켓(411) 및 서브 브라켓(412a)은, 예를 들어, 상방을 향해 휘어진 형태를 갖는 대략 아치형으로 형성될 수 있다. 상기 제1 브라켓(411) 및 서브 브라켓(412a)은, 배터리 모듈(200)의 상부에 배치되며, 이로써 BEM(420) 역시 배터리 모듈(200)로부터 상방으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 BEM(420)은, 복수의 배터리 모듈(200)과 전기적으로 연결되며, 또한 트레이(320)의 내부에 배치되는 센서(미도시)와도 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 BEM(420)은, 배터리 팩(300)이 적용되는 자동차의 운행 상황, 배터리 모듈(200)의 충전 상태, 배터리 팩의 내부의 온도 등을 참조하여 배터리 팩(300)에 대한 충방전을 제어한다.
도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 BEM(420)은, 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측 단부 각각이 한 쌍의 제1 브라켓(411)과 체결될 수 있다. 또한, 상기 BEM(420)은, 한 쌍의 서브 브라켓(412a) 및 복수의 연결 브라켓(412b)에 의해 형성되는 안착면 상에 안착될 수 있다. 즉, 상기 제2 브라켓(412)은 BEM(420)의 안착을 위한 안착면을 형성하고, 제1 브라켓(411)은 안착된 BEM(420)의 길이 방향 양 측 단부와 체결되어 BEM(420)을 단단히 고정시키는 역할을 할 수 있다. 상기 제2 브라켓(412)은, BEM(420)과 결합되지는 않고 BEM(420)을 지지하는 지지부로서만 기능할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 팩 하우징 내부 공간에 설치된 모듈 격벽(340) 및 후방 프레임(326)을 이용하여 BEM(420)을 체결할 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, BEM(420)의 설치를 위한 별도의 구조물을 도입함에 따른 에너지 밀도의 손실을 발생시키지 않는다.
특히, 본 발명의 BEM 브라켓(410)은, 트레이(320)에 구비된 구조물을 이용하여 배터리 모듈(100)의 상부에 설치되며, 이로써 트레이(320) 내부에 구비되는 수용 공간은 온전히 배터리 모듈(100)의 수납을 위한 공간으로 활용할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩(300)은, 에너지 밀도 향상 효과를 극대활 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차일 수 있으며, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 팩(300)을 적어도 하나 이상 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 차체 내에 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(300)을 내부에 탑재할 수 있다. 이때, 상기 사이드 커버(330)는 상기 자동차의 차체와 결합되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈이 안착되는 탑재 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측에 구비되는 전방 프레임 및 상기 탑재 플레이트의 길이 방향 타 측에 구비되는 후방 프레임을 포함하는 트레이;
    상기 트레이의 폭 방향 양 측부를 커버하는 한 쌍의 사이드 커버;
    상기 전방 프레임 및 후방 프레임과 나란하며, 서로 인접한 배터리 모듈 사이에 개재되는 적어도 하나의 모듈 격벽; 및
    일 측 단부가 상기 모듈 격벽에 체결되고, 타 측 단부는 상기 후방 프레임에 체결되는 BEM 브라켓 및 상기 BEM 브라켓 상에 마운팅 되는 BEM을 포함하는 BEM 어셈블리;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈은,
    상기 전방 프레임, 후방 프레임, 한 쌍의 사이드 커버 및 모듈 격벽에 의해 구획되는 복수의 수용 공간 내에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BME 브라켓은,
    상기 후방 프레임과 그에 인접한 상기 모듈 격벽 사이에 형성되는 수용 공간 내에 배치되는 상기 배터리 모듈의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후방 프레임은, 내측 벽으로부터 상기 트레이의 내측을 향해 연장된 서포팅 리브를 구비하며,
    상기 BEM 브라켓의 타 측 단부는 상기 서포팅 리브에 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 격벽의 상면에는 복수의 격벽 홈이 형성되며,
    상기 BEM 브라켓의 일 측 단부는 상기 격벽 홈의 바닥 면에 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 BEM 브라켓은,
    상기 배터리 팩의 폭 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 제1 브라켓; 및
    상기 한 쌍의 제1 브라켓 사이에 배치되는 한 쌍의 서브 브라켓 및 상기 한 쌍의 서브 브라켓 사이를 연결하는 복수의 연결 브라켓을 포함하는 제2 브라켓;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BEM은, 길이 방향 양 측 단부 각각이 상기 한 쌍의 제1 브라켓과 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 BEM은, 상기 한 쌍의 서브 브라켓 및 복수의 연결 브라켓에 의해 형성되는 안착면 상에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은,
    적어도 일 측에 형성되는 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은,
    상기 고정부를 통해 상기 한 쌍의 사이드 커버 중 적어도 어느 하나에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 자동차.
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