WO2022149965A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

Info

Publication number
WO2022149965A1
WO2022149965A1 PCT/KR2022/000502 KR2022000502W WO2022149965A1 WO 2022149965 A1 WO2022149965 A1 WO 2022149965A1 KR 2022000502 W KR2022000502 W KR 2022000502W WO 2022149965 A1 WO2022149965 A1 WO 2022149965A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pack
battery
battery pack
cell
battery cell
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/000502
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
양진오
오광근
정인혁
최해원
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP22736942.8A priority Critical patent/EP4181298A4/en
Priority to JP2022575253A priority patent/JP2023528515A/ja
Priority to CN202280005510.0A priority patent/CN115803951A/zh
Priority to US18/010,202 priority patent/US20230216126A1/en
Publication of WO2022149965A1 publication Critical patent/WO2022149965A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/358—External gas exhaust passages located on the battery cover or case
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438—Arrangement under the floor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and an automobile including the same.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the unit secondary battery cell that is, the operating voltage of the unit battery cell is about 2.5V ⁇ 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of battery cells may be connected in parallel to form a battery pack according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module. It is common to configure battery packs or battery racks.
  • a conventional battery pack in general, a plurality of battery cells, a pack case accommodating the plurality of battery cells, a pack cover that covers the plurality of battery cells from an upper side of the pack case, and a lower portion of the pack case are mounted on the plurality of batteries and a heat sink for cooling the cell.
  • the conventional pack case is provided as a combination of a plurality of plate members to accommodate a plurality of battery cells.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing energy density while having a more compact structure and a vehicle including the battery pack.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of improving safety performance and a vehicle including the battery pack.
  • the present invention as a battery pack, at least one battery cell having a vent for emitting gas; and a pack case accommodating the at least one battery cell such that the vent part faces downward of the battery pack, and exposing the vent part to the outside of the battery pack.
  • the battery pack may include a pack cover coupled to the pack case and configured to cover the at least one battery cell from the opposite side of the vent part.
  • a cooling passage may be provided in the pack cover to cool the at least one battery cell.
  • the pack cover may include: a bottom heat sink disposed in contact with the at least one battery cell; and a top heat sink coupled to the bottom heat sink to form the cooling passage therein.
  • the at least one battery cell may be fixed to a bottom surface of the bottom heat sink.
  • the pack cover may include a cooling water inlet port communicating with the cooling passage and protruding from one side of the top heat sink; and a cooling water discharge port provided in the top heat sink to be spaced apart from the cooling water inlet port and communicated with the cooling passage.
  • the pack case may include a case body surrounding the at least one battery cell and coupled to the pack cover; and a cell insertion unit provided at the bottom of the case body and into which the at least one battery cell is inserted.
  • At least one opening for exposing the vent part to the outside of the pack case may be formed in the cell insertion part.
  • the cell insertion part may be formed to protrude from a lower side of the pack case to a predetermined height.
  • the cell insertion part may be provided to protrude further than the vent part to the lower side of the pack case.
  • the cell insertion part may cover one bottom side of the at least one battery cell.
  • the inner space of the pack case may be filled with a resin material to surround the at least one battery cell.
  • the battery cells may be provided in plurality, and the resin material may be filled between the plurality of battery cells.
  • the resin material may be a potting resin.
  • the vent part may be provided at one end of the at least one battery cell in a longitudinal direction, and one end of the at least one battery cell may be disposed under the pack case.
  • the pack cover may cover the other end of the at least one battery cell.
  • the present invention provides a vehicle comprising, as a vehicle, at least one battery pack according to the above-described embodiments.
  • a lower surface of the pack case may be spaced apart from the underbody frame of the vehicle by a predetermined height to form a safety space.
  • the battery pack may include a reinforcing plate mounted on an under body frame of the vehicle.
  • a lower surface of the pack case may be spaced apart from the reinforcing plate by a predetermined height to form a safety space.
  • An object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing energy density while having a more compact structure, and a vehicle including the battery pack, according to various embodiments as described above.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack mounted in a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is a diagram for explaining battery cells of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view for explaining a pack case of the battery pack of FIG. 2 .
  • 5 and 6 are diagrams for explaining a pack case according to another embodiment of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a pack cover of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 9 is a view for explaining the discharge of gas from the battery cell through the safety space when the battery pack mounted in the vehicle of FIG. 1 is overheated or a fire situation occurs.
  • FIG. 10 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack mounted in a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle 1 is provided as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and may include at least one battery pack 10 .
  • a boarding space provided with an inner seat for occupants such as a driver may be provided on an upper side of the at least one battery pack 10 , and a lower side of the battery pack 10 may include the vehicle
  • the under body frame 5 of (1) may be provided.
  • the battery pack 10 may be provided to be spaced apart by a predetermined height H near the under body frame 5 provided at the bottom of the vehicle 1 .
  • the arrangement of the battery pack 1 separated by a predetermined height H is to form a safety space S.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 ;
  • the battery pack 10 may include a battery cell 100 and a pack case 200 . Meanwhile, the battery pack 10 may further include a pack cover 300 , a bus bar unit 400 , and various other electronic components constituting the battery pack 10 .
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a cylindrical secondary battery, a pouch-type secondary battery, or a prismatic secondary battery.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to a cylindrical secondary battery.
  • At least one battery cell 100 may be provided in plurality.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to being provided in plurality.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining battery cells of the battery pack of FIG. 2 .
  • a resin material R may be filled between the plurality of battery cells 100 .
  • the resin material R more stably fixes the plurality of battery cells 100 and more evenly distributes the heat generated in the plurality of battery cells 100 so that the plurality of battery cells 100 are formed.
  • the cooling performance can be further improved.
  • the resin material R may be a potting resin.
  • the potting resin may be formed by injecting a dilute resin material into the plurality of battery cells 100 and curing the resin material.
  • the injection of the resin material R may be performed at a room temperature of about 15 to 25 degrees to prevent thermal damage to the plurality of battery cells 100 .
  • the resin material R may be formed of a silicon resin.
  • the present invention is not limited thereto, and the resin material R may be made of other resin materials capable of improving fixing and heat dissipation efficiency of the battery cells 100 in addition to the silicon resin.
  • a positive electrode 110 and a negative electrode 130 for electrical connection of the battery cells 100 may be provided at the lower ends 102 of the plurality of battery cells 100 .
  • the positive electrode 110 may be provided at the center of the lower end 102 of the battery cell 100
  • the negative electrode 130 may be provided at the lower end 102 rim of the battery cell 100 .
  • the positive electrode 110 and the negative electrode 130 may be provided in another arrangement structure that can be insulated from each other.
  • the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100 may be electrically connected to a bus bar unit 400 to be described later under the pack case 200 (refer to FIGS. 1 and 2 ). have.
  • a vent unit 150 for discharging gas (G, see FIG. 7 ) generated inside the battery cell 10 may be provided at the lower end 102 of the plurality of battery cells 100 , respectively.
  • the vent part 150 may be provided at one end 102 along the longitudinal direction of the battery cell 100 .
  • One end 102 of the battery cell 100 may be disposed under the pack case 200 (refer to FIGS. 1 and 2 ).
  • the vent unit 150 is provided at the lower end 102 of the battery cell 100 , and may be disposed under the pack case 200 . More specifically, the vent part 150 may be provided in the positive electrode plate region near the center of the lower end of the battery cell 100 in which the positive electrode 110 is provided.
  • the vent part 150 may be formed to have a thinner thickness in the lower end 102 of the battery cell 100 than in the peripheral area. This is to more easily discharge the gas (G, see FIG. 7 ) out of the battery cell 100 by breaking when an abnormal situation occurs in the battery cell 100 and the internal pressure increases to a certain level or more.
  • the vent part 150 may be provided in the shape of an opening or a notch having a predetermined size.
  • the vent part 150 may be formed in a structure in which a film, etc., which is fractured at a pressure of a certain level or more, is further added to the opening of the predetermined size.
  • vent unit 150 when overheating or fire occurs due to an abnormal condition of the battery cell 100 , internal gas or flame is released from the pack. It may exit to the lower side of the pack case 200 rather than the upper side of the case 200 . Accordingly, when the abnormal situation occurs, the safety of the occupants, such as the driver of the vehicle 1 disposed on the upper side of the pack case 200 , may be maximized to minimize damage to the occupants.
  • the vent unit 150 may be provided near the center of the lower end 102 of the battery cell 100 .
  • the present invention is not limited thereto, and the vent unit 150 may be provided at other positions capable of discharging gas toward the lower side of the battery cell 100 .
  • the upper ends 106 of the plurality of battery cells 100 may be provided in a flat shape, and may be fixed to the bottom surface of the pack cover 300 (refer to FIGS. 1 and 2 ).
  • the upper ends of the plurality of battery cells 100 have an uneven structure. It is provided in a flat shape without a bar, so that the entire upper end of the plurality of battery cells 100 is mounted in contact with the bottom of the pack cover 300 without generating a predetermined gap space on the bottom of the pack cover 300 .
  • the contact mounting of the plurality of battery cells 100 and the pack cover 300 may be performed using a thermally conductive adhesive or the like.
  • the pack cover 300 may be provided as a heat sink for cooling the battery cells 100 , as will be described later.
  • the entire upper end of the battery cells 100 are mounted in contact with the bottom surface of the pack cover 300 without an uneven structure, so that the cooling performance of the battery cells 100 can be significantly improved.
  • the overall height of the battery pack 10 in the vertical direction can be reduced, While implementing a more compact structure of the battery pack 10 , the overall energy density may also be significantly increased. Accordingly, in the present embodiment, the number of battery packs 10 mounted on the vehicle 1 can be secured as much as possible, so that the total battery capacity of the vehicle 1 can also be significantly increased.
  • thermoly conductive sheet is interposed between the upper end 106 of the battery cells 100 and the pack cover 300 to further increase cooling performance.
  • other members such as thermally conductive spacers having a groove structure for more stably fixing the battery cells 100 may be interposed in the upper ends 106 of the battery cells 100 .
  • FIG. 4 is a view for explaining a pack case of the battery pack of FIG. 2 .
  • the pack case 200 may accommodate the at least one or more plurality of battery cells 100 .
  • the pack case 200 accommodates the battery cells 100 such that the vent parts 150 of the battery cells 100 face the lower side of the battery pack 10, and the vent parts ( 150 ) may be exposed to the outside of the battery pack 10 .
  • the lower surface of the pack case 200 may be spaced apart from the under body frame 5 of the vehicle 1 by a predetermined height H to form the safety space S.
  • the safety space S prevents the external shock from being directly transmitted to the battery pack 10 when an external shock occurs in the under body frame 5 of the vehicle 1 to prevent the external shock. It is possible to effectively prevent damage to the battery pack 10 and further, explosion of the battery pack 10 .
  • gas or flame ejected out of the battery cells 100 is not in the direction of the occupant such as the driver. It may serve as a guide for preferentially guiding toward the lower side of the vehicle 1 .
  • the inner space of the pack case 200 may be filled with the resin material R to surround the at least one, in the present embodiment, the plurality of battery cells 100 .
  • the resin material R may be filled in the pack case 200 so that the battery cells 100 are at least partially submerged to surround the plurality of battery cells 100 .
  • the pack case 200 may include a case body 210 and a cell insertion unit 230 .
  • the case body 210 surrounds the at least one battery cell 100 , in the present embodiment, a plurality of battery cells 100 , and may be coupled to a pack cover 300 to be described later.
  • the inside of the case body 210 may be filled with the resin material R.
  • the cell insertion part 230 is provided at the bottom of the case body 210 , and the at least one battery cell 100 , in the present embodiment, one end 102 of the plurality of battery cells 100 . can be inserted. Specifically, a plurality of the cell insertion units 230 are provided, and the lower ends 102 of the plurality of battery cells 100 may be inserted thereinto.
  • Each of the plurality of cell inserting units 230 includes the positive electrodes 110 of the battery cells 100 and exposing the vent units 150 of the battery cells 100 out of the pack case 200 . At least one opening 235 may be formed.
  • the at least one opening 235 may be sealed with a thin film that may be ruptured by the gas ejected from the vent unit 150 . This is to prevent penetration of moisture through the at least one opening 235 .
  • 5 and 6 are diagrams for explaining a pack case according to another embodiment of the battery pack of FIG. 2 .
  • the cell insertion unit 240 may be provided at the bottom of the case body 210 .
  • the cell insertion part 240 may be formed to protrude from the lower side of the pack case 200 to a predetermined height.
  • the cell insertion part 240 may be provided to protrude further than the vent part 150 toward the lower side of the pack case 200 .
  • the cell insertion part 240 may form a rib structure protruding from the bottom of the pack case 200 .
  • interference with the venting part 150 of the battery cells 100 can be more effectively prevented through the cell insertion part 240 having such a protruding rib structure, and the battery cells 100 .
  • the gas When the gas is discharged through the venting unit 150 due to overheating of the ventilator, the gas may be discharged more rapidly without interference of the cell insertion unit 240 .
  • the cell insertion part 240 may cover the at least one bottom side of the plurality of battery cells 150 in the present embodiment. Accordingly, the cell insertion unit 240 may more firmly fix the at least one battery cell 150 , in the case of the present embodiment.
  • an opening 245 similar to the opening 235 of the previous embodiment may be provided in the cell insertion part 240 .
  • at least one fastening hole 247 through which a fastening member for coupling with the pack cover 300 passes through or through which is fastened may be provided in the cell insertion part 240 .
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a pack cover of the battery pack of FIG. 2 .
  • the pack cover 300 is coupled to the pack case 200 and the at least one battery cell ( 100) can be covered. Specifically, the pack cover 300 may cover the other end 106 of the at least one battery cell 100 . More specifically, the pack cover 300 may be coupled to the upper end of the pack case 200 to cover the upper end 106 of the plurality of battery cells 200 .
  • the pack cover 300 may include a cooling passage 310 , a bottom heat sink 330 , a top heat sink 350 , a cooling water inlet port 370 , and a cooling water discharge port 390 .
  • the at least one cooling passage 310 may be provided inside the pack cover 300 for cooling the plurality of battery cells 100 in the present embodiment. Cooling water for cooling the battery cells 100 may circulate in the cooling passage 310 .
  • the bottom heat sink 330 may be disposed in contact with the at least one battery cell 100 .
  • the bottom sink sink 330 may be disposed in contact with the other ends 106 of the plurality of battery cells 100 .
  • the bottom heat sink 330 may be in surface contact with the upper end 106 of the plurality of battery cells 100 .
  • the at least one battery cell 100 may be fixed to a bottom surface of the bottom heat sink 330 .
  • the other ends 106 of the plurality of battery cells 100 may be fixed to the bottom surface of the bottom heat sink 330 .
  • the upper end 106 of the plurality of battery cells 100 may be fixed to the bottom surface of the bottom heat sink 330 through the heat conductive adhesive or the like.
  • the bottom heat sink 330 is fixed in surface contact with the upper end 106 of the battery cells 100, so that the cooling performance of the battery cells 100 is further secured. In addition, it is possible to guide the more stable mounting of the battery cells 100 in the pack case 100 .
  • the top heat sink 350 may be coupled to the bottom heat sink 330 to form the cooling passage 310 therein.
  • the top heat sink 350 may be coupled to the pack case 210 of the pack case 200 .
  • the cooling water inlet port 370 is for guiding the cooling water to the cooling passage 310 , and may protrude from one side of the top heat sink 350 and be connected to a cooling unit in communication.
  • the coolant inlet port 370 may protrude from one side of the top heat sink 350 . Accordingly, in the present embodiment, a more compact structure of the battery pack 10 may be realized by implementing a flat structure in the height direction of the battery pack 10 .
  • the cooling water discharge port 390 is for discharging the cooling water inside the cooling flow path 310 toward the cooling unit, is in communication with the cooling flow path 310 , and is spaced apart from the cooling water inlet port 370 by the top heat It may be provided in the sink 350 .
  • the cooling water discharge port 390 may protrude from one side of the side of the top heat sink 350 to be spaced apart from the cooling water inlet port 370 by a predetermined distance. Accordingly, in the present embodiment, a more compact structure of the battery pack 10 may be realized by implementing a flat structure in the height direction of the battery pack 10 .
  • a heat sink structure for cooling the battery cells 100 is integrally provided inside the top cover 300 .
  • a heat sink provided separately from the top cover 300 . Compared to the structure, the overall size of the battery pack 10 can be reduced and the energy density of the battery pack 10 can be significantly increased.
  • the assembly process efficiency of the battery pack 10 can be increased, and the manufacturing cost of the battery pack 10 can also be lowered.
  • the cost competitiveness of the pack 10 can also be secured.
  • the bus bar unit 400 is for electrical connection of the plurality of battery cells 100 and may be provided under the pack case 200 .
  • the electrical connection may be a parallel and/or series connection.
  • the bus bar unit 400 is electrically connected to the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100, and is electrically connected through an external charge/discharge line and a connection connector. can
  • the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100 are provided on one side of the battery cells 100, specifically, below the battery cells 100, Electrical connection with the bus bar unit 400 may be easier.
  • both the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100 have a structure arranged in the same direction, the structure is higher than the structure arranged in opposite directions.
  • the connection structure with the bus bar unit 400 can be further simplified and the volume occupied can also be reduced.
  • the simplification of the electrical connection structure of the bus bar unit 400 and the battery cells 100, the compactness of the overall structure, and the improvement of energy density can be implemented.
  • FIG. 9 is a view for explaining the discharge of gas from the battery cell through the safety space when the battery pack mounted in the vehicle of FIG. 1 is overheated or a fire situation occurs.
  • gas (G) due to overheating or fire in at least one of the battery cells 100 of the battery pack 10 according to an abnormal situation, etc. or flames may occur.
  • vent parts 150 of the battery cells 100 are disposed to face the lower side of the battery pack 10 , and the battery cells 100 are discharged through the vent parts 150 .
  • the gas (G) and the like may be discharged to the lower side of the pack case (200).
  • the gas (G), etc. generated in the battery cells 100 according to the abnormal situation comes out through the vent part 150 disposed toward the lower side of the pack case 200, and the Through the opening 235 of the cell insertion part 230 , it may be guided toward the safety space S of the lower side of the pack case 200 .
  • the gas (G) or flame is not above the battery pack 10 where the occupant such as the driver is located, but the battery pack 10 ), so that the safety of passengers such as the driver can be secured as much as possible.
  • the battery pack 10 guides the gas (G) discharge on the under body frame 5 of the vehicle 1, and the safety space capable of buffering external shocks, etc.
  • G gas
  • S safety space capable of buffering external shocks
  • FIG. 10 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 20 according to the present embodiment is similar to the battery pack 10 of the previous embodiment, redundant descriptions of components substantially the same or similar to those of the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, with the previous embodiment and The differences are mainly explained.
  • the vehicle 1 may include the battery pack 20 .
  • the battery pack 20 may include battery cells 100 , a pack case 200 , a pack cover 300 , a bus bar unit 400 , and a reinforcement plate 500 .
  • the battery cells 100 , the pack case 200 , the pack cover 300 , and the bus bar unit 400 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, a redundant description will be omitted below.
  • the reinforcing plate 500 may be mounted on the under body frame 5 of the vehicle 1 .
  • a lower surface of the pack case 200 may be spaced apart from the reinforcing plate 500 by a predetermined height H to form the safety space S.
  • the structural rigidity of the vehicle 1 may be further secured through the reinforcing plate 500 .
  • the reinforcing plate 500 when an external shock occurs outside the underbody frame 5 of the vehicle 1 , the external shock is applied together with the underbody frame 5 . By absorbing and buffering, it is possible to minimize the risk of shock transmission to the pack case 200 side of the battery pack 10 .
  • the reinforcing plate 500 primarily buffers it and the under body frame (5) Damage to the side can be minimized or delayed as much as possible.
  • a battery pack (10, 20) capable of increasing energy density while having a more compact structure and a vehicle (1) including the battery pack (10, 20) it is for
  • the battery packs 10 and 20 capable of improving safety performance and the vehicle 1 including the battery packs 10 and 20 .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 가스를 내보내기 위한 벤트부를 구비하는 적어도 하나의 배터리 셀 및 벤트부가 배터리 팩의 하측을 향하도록 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하며, 벤트부를 배터리 팩의 외부로 노출시키는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 01월 11일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0003547호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀, 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 팩 케이스, 이러한 팩 케이스의 상측에서 복수 개의 배터리 셀을 커버하는 팩 커버 및 팩 케이스의 하부에 장착되며 복수 개의 배터리 셀을 냉각하는 히트 싱크를 포함하여 구성된다. 여기서, 종래 팩 케이스는, 복수 개의 플레이트 부재들의 결합체로 구비되어, 복수 개의 배터리 셀들을 수용하게 된다.
그러나, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스를 구성하는 복수 개의 플레이트 부재들로 인해 전체 배터리 팩의 사이즈 증대가 불가피하여 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다. 또한, 종래 배터리 팩의 경우, 탑 커버 및 히트 싱크와 같은 추가적인 부재들로 인해 전체 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 팩에서는, 배터리 팩의 과열이나 화재 상황 발생 시, 배터리 셀들에서 나온 가스가 배터리 팩의 상측을 향하기에, 일반적으로, 배터리 팩의 상측에 위치하는 운전자와 같은 탑승자의 안전에도 큰 위험을 야기하는 문제가 있다.
그러므로, 보다 더 컴팩트한 구조를 가지면서 에너지 밀도를 높일 수 있음과 아울러, 안전 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 보다 더 컴팩트한 구조를 가지면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 안전 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 가스를 내보내기 위한 벤트부를 구비하는 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 벤트부가 상기 배터리 팩의 하측을 향하도록 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하며, 상기 벤트부를 상기 배터리 팩의 외부로 노출시키는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 배터리 팩은, 상기 팩 케이스와 결합되며, 상기 벤트부의 반대편에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 커버하는 팩 커버;를 포함할 수 있다.
상기 팩 커버에는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 냉각을 위해 내부에 냉각 유로가 구비될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 접촉 배치되는 바텀 히트 싱크; 및 상기 바텀 히트 싱크와 결합되어 내부에 상기 냉각 유로를 형성하는 탑 히트 싱크;를 포함할 수 있다.
상기 바텀 히트 싱크의 저면에는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 고정될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 냉각 유로와 연통되며, 상기 탑 히트 싱크의 일측에 돌출되는 냉각수 유입 포트; 및 상기 냉각수 유입 포트와 이격되게 상기 탑 히트 싱크에 구비되며, 상기 냉각 유로와 연통되는 냉각수 배출 포트;를 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸며, 상기 팩 커버와 결합되는 케이스 본체; 및 상기 케이스 본체의 저부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 삽입되는 셀 삽입부;를 포함할 수 있다.
상기 셀 삽입부에는, 상기 벤트부를 상기 팩 케이스 밖으로 노출시키는 적어도 하나의 개구;가 형성될 수 있다.
상기 셀 삽입부는, 상기 팩 케이스의 하측에서 소정 높이로 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 셀 삽입부는, 상기 팩 케이스의 하측으로 상기 벤트부보다 더 돌출되게 구비될 수 있다.
상기 셀 삽입부는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 저부 일측을 커버할 수 있다.
상기 팩 케이스의 내부 공간에는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러쌀 수 있게 레진 물질이 채워질 수 있다.
상기 배터리 셀은, 복수 개로 구비되며, 상기 레진 물질은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 사이 사이에 채워질 수 있다.
상기 레진 물질은, 포팅 레진으로 구비될 수 있다.
상기 벤트부는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 길이 방향에 따른 일단부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 일단부는, 상기 팩 케이스의 하부에 배치될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 타단부를 커버할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
상기 팩 케이스의 하면은, 상기 자동차의 언더 바디 프레임으로부터 소정 높이 이격 배치되어 안전 스페이스를 형성할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 자동차의 언더 바디 프레임에 장착되는 보강 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스의 하면은, 상기 보강 플레이트로부터 소정 높이 이격 배치되어 안전 스페이스를 형성할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 더 컴팩트한 구조를 가지면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 안전 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차에 장착되는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 배터리 팩의 다른 실시예에 따른 팩 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 2의 배터리 팩의 팩 커버를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 자동차에 장착되는 배터리 팩의 과열이나 화재 상황 발생 시 안전 스페이스를 통한 배터리 셀의 가스 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차에 장착되는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 자동차(1)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비되며, 적어도 하나의 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 상기 자동차(1)에서, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(10)의 상측에는 운전자 등의 탑승자를 위한 내부 시트 등이 구비된 탑승 공간이 구비될 수 있으며, 상기 배터리 팩(10)의 하측에는 상기 자동차(1)의 언더 바디 프레임(5)이 구비될 수 있다.
상기 배터리 팩(10)은, 상기 자동차(1)의 저부에 마련되는 상기 언더 바디 프레임(5) 가까이에 소정 높이(H) 이격되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 배터리 팩(1)의 소정 높이(H) 이격 배치는 안전 스페이스(S)를 형성하기 위한 것으로서, 이하, 이와 관련된 상기 배터리 팩(10)의 배치 구조 및 구체적인 구성 등에 대해서는 하기 관련 도면들을 참조하여 보다 더 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 배터리 셀(100) 및 팩 케이스(200)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 배터리 팩(10)은, 팩 커버(300), 버스바 유닛(400) 및 기타 상기 배터리 팩(10)을 구성하는 각종 전장 부품 등을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 원통형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)은 원통형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
이하, 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 배터리 셀들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 사이 사이에는 레진 물질(R)이 채워질 수 있다. 상기 레진 물질(R)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 고정함과 아울러 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)에서 발생한 열을 보다 고르게 분산하여 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있다.
상기 레진 물질(R)은, 포팅 레진으로 구비될 수 있다. 상기 포팅 레진은, 묽은 상태의 레진 물질을 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 측으로 주입하여 경화됨으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 레진 물질(R)의 주입은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 열 손상을 방지하기 위한 대략 15도 내지 25도 정도의 상온 상태에서 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 레진 물질(R)은, 실리콘 레진으로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 레진 물질(R)은, 상기 실리콘 레진 이외에도 상기 배터리 셀들(100)의 고정 및 열분산 효율을 향상시킬 수 있는 기타 다른 레진 물질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하단부(102)에는 상기 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위한 양극(110) 및 음극(130)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 양극(110)은, 상기 배터리 셀(100)의 하단부(102) 중앙에 구비될 수 있으며, 상기 음극(130)은, 상기 배터리 셀(100)의 하단부(102) 테두리에 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 상기 배터리 셀(102)에서, 상기 양극(110) 및 상기 음극(130)이 상호 절연될 수 있는 기타 다른 배치 구조로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극(110) 및 음극(130)은, 상기 팩 케이스(200, 도 1 및 도 2 참조)의 하측에서 후술하는 버스바 유닛(400)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하단부(102)에는, 각각, 상기 배터리 셀(10) 내부에서 발생하는 가스(G, 도 7 참조)를 내보내기 위한 벤트부(150)가 구비될 수 있다.
상기 벤트부(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 길이 방향에 따른 일단부(102)에 구비될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)의 일단부(102)는, 상기 팩 케이스(200, 도 1 및 도 2 참조)의 하부에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 벤트부(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 하단부(102)에 구비되며, 상기 팩 케이스(200)의 하부에 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 벤트부(150)는, 상기 양극(110)이 구비되는 상기 배터리 셀(100)의 하단부 중앙 부근의 양극판 영역에 구비될 수 있다.
상기 벤트부(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 하단부(102)에서 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이는 상기 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하면 파단되어 상기 배터리 셀(100) 밖으로 상기 가스(G, 도 7 참조)를 보다 용이하게 배출하기 위함이다.
상기 벤트부(150)는, 소정 크기의 개구 또는 노치 형상으로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 아울러, 상기 벤트부(150)는, 상기 소정 크기의 개구에 일정 수준 이상의 압력에서 파단되는 필름 등을 더 부가하는 구조로 형성되는 것도 가능할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 벤트부(150)가 상기 팩 케이스(200)의 하부에 배치됨에 따라, 상기 배터리 셀(100)의 이상 상황에 따른 과열이나 화재 발생 시, 내부 가스나 화염 등이 상기 팩 케이스(200)의 상측이 아닌 상기 팩 케이스(200)의 하측으로 빠져 나갈 수 있다. 이에 따라, 상기 이상 상황 발생 시, 상기 팩 케이스(200)의 상측에 배치되는 상기 자동차(1)의 운전자 등의 탑승자의 안전을 최대한 확보하여 상기 탑승자의 피해를 최소화할 수 있다.
이러한 상기 벤트부(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 하단부(102) 중앙 부근에 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 벤트부(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 하측을 향해 가스를 내보낼 수 있는 기타 다른 위치에 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상단부(106)는, 평평한 형상으로 구비될 수 있으며, 팩 커버(300, 도 1 및 도 2 참조)의 저면에 고정될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하단부(102)에 상기 양극(110) 및 상기 음극(130)이 구비됨에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상단부가 요철 등의 구조가 없는 평평한 형상으로 마련되는 바, 상기 팩 커버(300)의 저면에 소정 갭 공간 등의 발생 없이 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상단부 전체가 상기 팩 커버(300)의 저면에 접촉되게 장착될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)과 상기 팩 커버(300)의 접촉 장착은 열 전도성 접착제 등을 통해 수행할 수 있다. 한편, 상기 팩 커버(300)는, 후술하는 바와 같이, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 히트 싱크로서 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀들(100)의 상단부 전체가 요철 구조 없이 상기 팩 커버(300)의 저면에 접촉 배치되어 장착되는 바, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 현저히 높일 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 이러한 상기 배터리 셀들(100)의 상단부(106)의 상기 팩 커버(300)와의 접촉 배치 구조를 통해, 상기 배터리 팩(10)의 상하 방향에서 전체 높이를 줄일 수 있어, 상기 배터리 팩(10)의 보다 더 컴팩트한 구조를 구현하면서 전체 에너지 밀도 또한 현저히 높일 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 자동차(1)에 장착되는 배터리 팩(10)의 개수도 최대한 확보할 수 있어, 상기 자동차(1)의 전체 배터리 용량 또한 현저히 높일 수 있다.
한편, 상기 배터리 셀들(100)의 상단부(106)와 상기 팩 커버(300) 사이에는 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있게 열전도성 시트 등과 같은 다른 부재가 개재되는 것도 가능할 수 있다. 아울러, 상기 배터리 셀들(100)의 상단부(106)에는, 상기 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 고정하기 위한 홈 구조를 가진 열전도성 스페이서 등과 같은 다른 부재가 개재되는 것도 가능할 수 있다.
도 4는 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4, 앞선 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 팩 케이스(200)는, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 구체적으로, 상기 팩 케이스(200)는, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 벤트부(150)가 상기 배터리 팩(10)의 하측을 향하도록 상기 배터리 셀들(100)을 수용하며, 상기 벤트부(150)를 상기 배터리 팩(10)의 외부로 노출시킬 수 있다.
아울러, 상기 팩 케이스(200)의 하면은, 상기 자동차(1)의 상기 언더 바디 프레임(5)으로부터 소정 높이(H) 이격 배치되어 상기 안전 스페이스(S)를 형성할 수 있다.
상기 안전 스페이스(S)는, 상기 자동차(1)의 상기 언더 바디 프레임(5)에서 외부 충격 등의 발생 시, 이러한 외부 충격이 상기 배터리 팩(10) 측으로 직접적으로 전달되는 것을 방지하여 상기 외부 충격에 따른 상기 배터리 팩(10)의 파손, 나아가, 상기 배터리 팩(10)의 폭발 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 상기 안전 스페이스(S)는, 상기 배터리 팩(10)의 이상 상황에 따른 과열이나 화재 상황 발생 시, 상기 배터리 셀들(100) 밖으로 분출되는 가스나 화염 등이 상기 운전자 등의 탑승자 방향이 아닌 상기 자동차(1)의 하측을 향해 우선적으로 안내하는 가이드 역할을 할 수 있다.
상기 팩 케이스(200)의 내부 공간에는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 둘러쌀 수 있게 상기 레진 물질(R)이 채워질 수 있다. 구체적으로, 상기 레진 물질(R)은, 상기 팩 케이스(200) 내에서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 둘러쌀 수 있게 상기 배터리 셀들(100)이 적어도 부분적으로 잠길 수 있게 채워질 수 있다.
이러한 상기 상기 팩 케이스(200)는, 케이스 본체(210) 및 셀 삽입부(230)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(210)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100), 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(100)을 둘러싸며, 후술하는 팩 커버(300)와 결합될 수 있다. 이러한 상기 케이스 본체(210) 내부에는 상기 레진 물질(R)이 채워질 수 있다.
상기 셀 삽입부(230)는, 상기 케이스 본체(210)의 저부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100), 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(100)의 일단부(102)가 삽입될 수 있다. 구체적으로, 상기 셀 삽입부(230)는, 복수 개가 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하단부(102)가 삽입될 수 있다.
상기 복수 개의 셀 삽입부(230)에는, 각각, 상기 배터리 셀들(100)의 양극(110)을 수용하면서 상기 배터리 셀들(100)의 상기 벤트부(150)를 상기 팩 케이스(200) 밖으로 노출시키는 적어도 하나의 개구(235)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 적어도 하나의 개구(235)는, 상기 벤트부(150)에서 분출되는 가스에 의해 파열될 수 있는 얇은 필름으로 실링될 수 있다. 이는 상기 적어도 하나의 개구(235)를 통한 수분 침투 등을 방지하기 위함이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 배터리 팩의 다른 실시예에 따른 팩 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 셀 삽입부(240)는, 상기 케이스 본체(210)의 저부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 셀 삽입부(240)는, 상기 팩 케이스(200)의 하측에서 소정 높이로 돌출되게 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 셀 삽입부(240)는, 상기 팩 케이스(200)의 하측으로 상기 벤트부(150)보다 더 돌출되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 셀 삽입부(240)는, 상기 팩 케이스(200)의 저부에서 돌출된 리브 구조를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 이러한 돌출된 리브 구조의 상기 셀 삽입부(240)를 통해, 상기 배터리 셀들(100)의 벤팅부(150)와의 간섭을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있어, 상기 배터리 셀들(100)의 과열 등에 따른 벤팅부(150)를 통한 가스 배출 시, 상기 셀 삽입부(240)의 간섭 없이 보다 더 신속하게 가스 배출이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 셀 삽입부(240)는 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀(150)의 저부 일측을 커버할 수 있다. 이에 따라, 상기 셀 삽입부(240)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀(150)의 고정을 보다 더 견고히 할 수 있다.
또한, 상기 셀 삽입부(240)에는 앞선 실시예의 개구(235)와 같은 개구(245)가 구비될 수 있다. 아울러, 상기 셀 삽입부(240)에는, 상기 팩 커버(300)와의 결합을 위한 체결 부재 등이 관통되거나 또는 관통 체결되는 적어도 하나의 체결홀(247)이 마련될 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 2의 배터리 팩의 팩 커버를 설명하기 위한 도면이다.
도 7, 도 8과 앞선 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 팩 커버(300)는, 상기 팩 케이스(200)와 결합되며, 상기 벤트부(150)의 반대편에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 팩 커버(300)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 타단부(106)를 커버할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 팩 커버(300)는, 상기 팩 케이스(200)의 상단부와 결합되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(200)의 상단부(106)를 커버할 수 있다.
이러한 상기 팩 커버(300)는, 냉각 유로(310), 바텀 히트 싱크(330), 탑 히트 싱크(350), 냉각수 유입 포트(370) 및 냉각수 배출 포트(390)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유로(310)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 냉각을 위해 상기 팩 커버(300) 내부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유로(310)에는 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 냉각수가 순환할 수 있다.
상기 바텀 히트 싱크(330)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)과 접촉 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 바텀 싱크 싱크(330)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 타단부(106)와 접촉 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 바텀 히트 싱크(330)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상단부(106)와 면 접촉될 수 있다.
아울러, 상기 바텀 히트 싱크(330)의 저면에는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 고정될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 바텀 히트 싱크(330)의 저면에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 타단부(106)가 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 바텀 히트 싱크(330)의 저면에는, 상기 열 전도 접착제 등을 통해 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상단부(106)가 고정될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 경우, 상기 바텀 히트 싱크(330)가 상기 배터리 셀들(100)의 상단부(106)와 면 접촉되어 고정되는 바, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각 성능을 보다 더 확보함과 아울러 상기 배터리 셀들(100)의 상기 팩 케이스(100) 내에서의 보다 더 안정적인 장착을 가이드 할 수 있다.
상기 탑 히트 싱크(350)는, 상기 바텀 히트 싱크(330)와 결합되어 내부에 상기 냉각 유로(310)를 형성할 수 있다. 이러한 상기 탑 히트 싱크(350)는 상기 팩 케이스(200)의 상기 팩 케이스(210)와 결합될 수 있다.
상기 냉각수 유입 포트(370)는, 상기 냉각수를 상기 냉각 유로(310)로 안내하기 위한 것으로서, 상기 탑 히트 싱크(350)의 일측에 돌출되며, 냉각 유닛과 연통되게 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 유입 포트(370)는, 상기 탑 히트 싱크(350)의 측면 일측에 돌출될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10)의 높이 방향에서 평평한 구조를 구현하여 상기 배터리 팩(10)의 보다 더 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
상기 냉각수 배출 포트(390)는, 상기 냉각 유로(310) 내부의 냉각수를 상기 냉각 유닛 측으로 내보내기 위한 것으로서, 상기 냉각 유로(310)와 연통되며, 상기 냉각수 유입 포트(370)와 이격되게 상기 탑 히트 싱크(350)에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 배출 포트(390)는, 상기 냉각수 유입 포트(370)와 소정 거리 이격되게 상기 탑 히트 싱크(350)의 측면 일측에 돌출될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10)의 높이 방향에서 평평한 구조를 구현하여 상기 배터리 팩(10)의 보다 더 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
이처럼, 본 실시예의 경우, 상기 탑 커버(300) 내부에 상기 배터리 셀들(100)을 냉각하기 위한 히트 싱크 구조가 통합적으로 마련되는 바, 종래와 같이, 탑 커버(300)와 별도로 마련되는 히트 싱크 구조에 비해 상기 배터리 팩(10)의 전체 사이즈를 줄일 수 있음과 아울러 상기 배터리 팩(10)의 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 이와 같은 통합적인 탑 커버(300) 구조를 통해, 상기 배터리 팩(10)의 조립 공정 효율을 높이며, 상기 배터리 팩(10)의 제조 비용, 또한, 낮출 수 있어 상기 배터리 팩(10)의 원가 경쟁력도 확보할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 버스바 유닛(400)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위한 것으로서, 상기 팩 케이스(200)의 하측에 구비될 수 있다. 상기 전기적 연결은 병렬 및/또는 직렬 연결일 수 있다. 이러한 상기 버스바 유닛(400)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상기 양극(110) 및 상기 음극(130)과 전기적으로 연결되며, 외부 충/방전 라인 등과 연결 커넥터 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극(110) 및 상기 음극(130)이 상기 배터리 셀들(100)의 일측, 구체적으로, 상기 배터리 셀들(100)의 하측에 모두 구비되므로, 상기 버스바 유닛(400)과의 전기적 연결이 보다 더 용이할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극(110) 및 상기 음극(130)이 모두 동일 방향에 배치되는 구조를 가지므로, 서로 반대 방향인 양 방향에 배치되는 구조보다 상기 버스바 유닛(400)과의 연결 구조를 보다 더 단순화하며 차지하는 부피 또한 줄일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 버스바 유닛(400)과 배터리 셀들(100)의 전기적 연결 구조의 단순화, 전체 구조의 컴팩트화 및 에너지 밀도 향상을 구현할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)의 과열이나 화재 상황 발생 시 안전 스페이스(S)를 통한 배터리 셀의 가스 배출이나 안전 확보를 위한 구체적인 매커니즘에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 9는 도 1의 자동차에 장착되는 배터리 팩의 과열이나 화재 상황 발생 시 안전 스페이스를 통한 배터리 셀의 가스 배출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 자동차(1)의 상기 배터리 팩(10)에서, 이상 상황 등에 따라, 상기 배터리 팩(10)의 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나에서 과열이나 화재에 따른 가스(G)나 화염 등이 발생할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 벤트부(150)가 상기 배터리 팩(10)의 하측을 향하도록 배치되는 바, 상기 배터리 셀들(100)에서 상기 벤트부(150)를 통해 배출되는 가스(G) 등이 상기 팩 케이스(200)의 하측으로 배출될 수 있다.
구체적으로, 이상 상황에 따른 상기 배터리 셀들(100)에서 발생한 가스(G) 등은, 상기 팩 케이스(200)의 하측을 향해 배치되는 벤트부(150)를 통해 나와 상기 팩 케이스(200)의 상기 셀 삽입부(230)의 상기 개구(235)를 통해 상기 팩 케이스(200)의 하측의 안전 스페이스(S) 측으로 유도될 수 있다.
즉, 본 실시예에서는, 상기 과열이나 화재 상황 등과 같은 위험 상황 시, 상기 가스(G)나 화염 등이 상기 운전자 등과 같은 탑승자가 위치하는 상기 배터리 팩(10)의 상측이 아닌 상기 배터리 팩(10)의 하측으로 우선적으로 안내되기에, 상기 운전자 등과 같은 탑승자의 안전을 최대한 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10)이 상기 자동차(1)의 언더 바디 프레임(5) 상에서 상기 가스(G) 배출 등을 가이드하며, 외부 충격 등을 완충시킬 수 있는 상기 안전 스페이스(S)를 형성하기에, 상기 위험 상황 등의 발생 시 상기 자동차(1)에 탑승한 운전자 등과 같은 탑승자의 안전을 최대한 확보할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10)의 상기 자동차(1) 등에 장착 시, 보다 더 높은 안전 성능을 갖는 배터리 팩(10)을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(20)은 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 상기 자동차(1)는, 상기 배터리 팩(20)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩(20)은, 배터리 셀들(100), 팩 케이스(200), 팩 커버(300), 버스바 유닛(400) 및 보강 플레이트(500)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀들(100), 상기 팩 케이스(200), 상기 팩 커버(300) 및 상기 버스바 유닛(400)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 보강 플레이트(500)는, 상기 자동차(1)의 상기 언더 바디 프레임(5)에 장착될 수 있다. 상기 팩 케이스(200)의 하면은, 상기 보강 플레이트(500)로부터 소정 높이(H) 이격되어 상기 안전 스페이스(S)를 형성할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 보강 플레이트(500)를 통해, 상기 자동차(1)의 구조적 강성을 보다 더 확보할 수 있다. 아울러, 본 실시예에서는, 상기 보강 플레이트(500)를 통해, 상기 자동차(1)의 상기 언더 바디 프레임(5) 밖에서의 외부 충격 발생 시, 상기 외부 충격 등을 상기 언더 바디 프레임(5)과 함께 흡수 및 완충하여, 상기 배터리 팩(10)의 팩 케이스(200) 측으로의 충격 전달 등의 위험을 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 팩 케이스(200) 하측으로 상기 배터리 셀(100)의 이상 상황에 따른 화염 등이 분출되는 경우에도, 상기 보강 플레이트(500)가 일차적으로 이를 완충시켜 상기 언더 바디 프레임(5) 측의 파손 등을 최소화하거나 또는 최대한 지연시킬 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 더 컴팩트한 구조를 가지면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩(10, 20) 및 이러한 배터리 팩(10, 20)을 포함하는 자동차(1)를 제공하기 위한 것이다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 안전 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(10, 20) 및 이러한 배터리 팩(10, 20)을 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    가스를 내보내기 위한 벤트부를 구비하는 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 벤트부가 상기 배터리 팩의 하측을 향하도록 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하며, 상기 벤트부를 상기 배터리 팩의 외부로 노출시키는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스와 결합되며, 상기 벤트부의 반대편에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 커버하는 팩 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팩 커버에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 냉각을 위해 내부에 냉각 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팩 커버는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀과 접촉 배치되는 바텀 히트 싱크; 및
    상기 바텀 히트 싱크와 결합되어 내부에 상기 냉각 유로를 형성하는 탑 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바텀 히트 싱크의 저면에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀이 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 팩 커버는,
    상기 냉각 유로와 연통되며, 상기 탑 히트 싱크의 일측에 돌출되는 냉각수 유입 포트; 및
    상기 냉각수 유입 포트와 이격되게 상기 탑 히트 싱크에 구비되며, 상기 냉각 유로와 연통되는 냉각수 배출 포트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 팩 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러싸며, 상기 팩 커버와 결합되는 케이스 본체; 및
    상기 케이스 본체의 저부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 삽입되는 셀 삽입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 셀 삽입부에는,
    상기 벤트부를 상기 팩 케이스 밖으로 노출시키는 적어도 하나의 개구;가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 셀 삽입부는,
    상기 팩 케이스의 하측에서 소정 높이로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셀 삽입부는,
    상기 팩 케이스의 하측으로 상기 벤트부보다 더 돌출되게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 셀 삽입부는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 저부 일측을 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스의 내부 공간에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 둘러쌀 수 있게 레진 물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 레진 물질은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 사이 사이에 채워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레진 물질은,
    포팅 레진으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 벤트부는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 길이 방향에 따른 일단부에 구비되며,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 일단부는,
    상기 팩 케이스의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 팩 커버는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀의 타단부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 팩 케이스의 하면은,
    상기 자동차의 언더 바디 프레임으로부터 소정 높이 이격 배치되어 안전 스페이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 자동차의 언더 바디 프레임에 장착되는 보강 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 팩 케이스의 하면은,
    상기 보강 플레이트로부터 소정 높이 이격 배치되어 안전 스페이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차.
PCT/KR2022/000502 2021-01-11 2022-01-11 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 WO2022149965A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22736942.8A EP4181298A4 (en) 2021-01-11 2022-01-11 BATTERY PACK AND VEHICLE INCLUDING IT
JP2022575253A JP2023528515A (ja) 2021-01-11 2022-01-11 バッテリーパック及びこれを含む自動車
CN202280005510.0A CN115803951A (zh) 2021-01-11 2022-01-11 电池组和包括该电池组的车辆
US18/010,202 US20230216126A1 (en) 2021-01-11 2022-01-11 Battery pack and vehicle including same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210003547 2021-01-11
KR10-2021-0003547 2021-01-11

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/010,202 A-371-Of-International US20230216126A1 (en) 2021-01-11 2022-01-11 Battery pack and vehicle including same
US18/441,738 Continuation US20240186636A1 (en) 2021-01-11 2024-02-14 Battery pack and vehicle including same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022149965A1 true WO2022149965A1 (ko) 2022-07-14

Family

ID=82357337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/000502 WO2022149965A1 (ko) 2021-01-11 2022-01-11 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230216126A1 (ko)
EP (1) EP4181298A4 (ko)
JP (1) JP2023528515A (ko)
KR (1) KR20220101580A (ko)
CN (1) CN115803951A (ko)
WO (1) WO2022149965A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180006150A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물
US20180316071A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 NextEv USA, Inc. Using a spacer to block path of thermally conductive structural adhesive in lithium ion cells
KR20190047513A (ko) * 2017-10-27 2019-05-08 주식회사 엘지화학 냉각 및 조립 구조를 단순화시킨 배터리 모듈 및 그 제조방법
KR20190089121A (ko) * 2018-01-19 2019-07-30 한온시스템 주식회사 일체형 공기 통풍구들을 가진 배터리 냉각판
CN211907633U (zh) * 2020-05-26 2020-11-10 无锡龙创汽车技术有限公司 一种新能源电池包结构
KR20210003547A (ko) 2019-07-02 2021-01-12 고진우 Gan을 이용한 웹사이트 자동생성 방법, 장치 및 프로그램

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180006150A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물
US20180316071A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 NextEv USA, Inc. Using a spacer to block path of thermally conductive structural adhesive in lithium ion cells
KR20190047513A (ko) * 2017-10-27 2019-05-08 주식회사 엘지화학 냉각 및 조립 구조를 단순화시킨 배터리 모듈 및 그 제조방법
KR20190089121A (ko) * 2018-01-19 2019-07-30 한온시스템 주식회사 일체형 공기 통풍구들을 가진 배터리 냉각판
KR20210003547A (ko) 2019-07-02 2021-01-12 고진우 Gan을 이용한 웹사이트 자동생성 방법, 장치 및 프로그램
CN211907633U (zh) * 2020-05-26 2020-11-10 无锡龙创汽车技术有限公司 一种新能源电池包结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN115803951A (zh) 2023-03-14
US20230216126A1 (en) 2023-07-06
EP4181298A4 (en) 2024-06-05
EP4181298A1 (en) 2023-05-17
KR20220101580A (ko) 2022-07-19
JP2023528515A (ja) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019177275A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2020054998A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2021071071A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2017095003A1 (ko) 그립핑부가 구비되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈
WO2021025525A1 (ko) 자동차용 언더 바디
WO2011065675A2 (ko) 배터리
WO2020022844A1 (ko) 배터리 모듈 및 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩
WO2016068551A1 (ko) 단위 전지 팩
WO2022019624A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2019117449A1 (ko) 배터리 팩
WO2021201408A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021206383A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021206514A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022080754A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2020111665A1 (ko) 파우치형 배터리 카트리지 및 이를 포함하는 파우치형 배터리 팩
WO2020054997A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2021210805A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021075733A1 (ko) 배터리 셀, 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩
WO2022173231A1 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177395A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022149965A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022149967A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2022169310A2 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022154431A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022158792A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22736942

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022575253

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022736942

Country of ref document: EP

Effective date: 20230208

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE