WO2022270746A1 - 가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩 - Google Patents

가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
WO2022270746A1
WO2022270746A1 PCT/KR2022/005992 KR2022005992W WO2022270746A1 WO 2022270746 A1 WO2022270746 A1 WO 2022270746A1 KR 2022005992 W KR2022005992 W KR 2022005992W WO 2022270746 A1 WO2022270746 A1 WO 2022270746A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
battery
battery pack
venting
venting port
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/005992
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신주환
이태경
김동현
이형석
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 CN202280006326.8A priority Critical patent/CN116057768A/zh
Priority to JP2023517789A priority patent/JP2023543178A/ja
Priority to US18/025,546 priority patent/US20230327278A1/en
Priority to EP22828595.3A priority patent/EP4207462A4/en
Publication of WO2022270746A1 publication Critical patent/WO2022270746A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M50/367—Internal gas exhaust passages forming part of the battery cover or case; Double cover vent systems
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular 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
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch 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
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • 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
    • H01M50/30—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
    • H01M50/308—Detachable arrangements, e.g. detachable vent plugs or plug systems
    • 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
    • H01M50/375—Vent means sensitive to or responsive to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • 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
    • 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 more particularly, to a battery pack having a gas venting path capable of safely and efficiently discharging venting gas to the outside of a pack case when gas is generated in a battery module.
  • Secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • secondary batteries Accordingly, the application of secondary batteries to various devices is increasing. For example, it is widely used as an energy source for wireless mobile devices or wearable devices, which are multifunctional small products, as well as electric vehicles and hybrid vehicles that are presented as alternatives to conventional gasoline and diesel vehicles. It is also used as an energy source for electric vehicles or as an energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system
  • Lithium secondary batteries which have been widely used recently, have an operating voltage of about 2.5V to 4.5V per battery. Therefore, in the case of an electric vehicle or power storage device requiring large capacity and high output, a battery module in which a plurality of lithium secondary batteries are connected in series and / or parallel, and a battery pack in which the battery modules are connected in series and / or parallel are configured, and this use as an energy source
  • the number of lithium secondary batteries included in one battery module or the number of battery modules included in one battery pack may increase.
  • venting gas when an event such as a short circuit between lithium secondary batteries or an abnormal temperature rise occurs in some battery modules, a large amount of venting gas may be generated from the lithium secondary batteries, and when the deterioration intensifies, the venting gas and the electrode active material and aluminum High-temperature sparks containing particles and the like may be ejected. At this time, the venting gas and the high-temperature spark give thermal damage to adjacent battery modules, and because of this, the possibility of additional events occurring in other battery modules is very high.
  • the present invention has been devised to solve the above technical problem, to provide a battery pack with a gas venting path capable of minimizing the effect on other battery modules when venting gas or sparks are generated inside some battery modules. to have a purpose
  • a plurality of battery modules having battery cells, a module housing accommodating the battery cells, and a gas venting channel provided in communication with the inside of the module housing; and a pack case provided to accommodate the plurality of battery modules and having a venting port on a top plate covering upper portions of the plurality of battery modules, wherein the gas venting channel of each battery module is connected to the venting port.
  • a battery pack provided in communication with may be provided.
  • the venting port may include a rupture film that ruptures at a certain pressure or higher.
  • the gas venting channel is disposed above the module housing and includes a duct part provided in a hollow structure; a gas inlet unit provided on one surface of the duct unit; and a gas outlet part provided on the other surface of the duct part at a position spaced apart from the gas inlet part by a predetermined distance in an extension direction of the duct part.
  • the gas inlet part may be matched with the first opening provided in the module housing, the gas outlet part may be matched with the venting port provided in the top plate, and the venting port may include a rupture film that ruptures at a predetermined pressure or more.
  • the venting port is plural and may be connected to the gas outlet of each battery module in a vertical direction.
  • the top plate has a hollow structure and includes a lower plate facing the upper surface of the gas venting channel, and an upper plate facing the lower plate with an empty space interposed therebetween, wherein the venting port is the lower plate. It may include a first venting port provided in and connected to the gas outlet in a vertical direction; and a second venting port provided in the upper plate part spaced apart from the first venting port by a predetermined distance in a horizontal direction.
  • the rupture film may be provided in one of the first venting port and the second venting port, and the mesh network may be provided in the other one.
  • An outer cover plate provided to cover an upper portion of the top plate may be further included.
  • the duct unit may be configured to include a plurality of diaphragms partitioning the inner space.
  • the duct unit may be configured to have a plurality of narrow passages extending in a longitudinal direction between the plurality of diaphragms.
  • the battery cells may include first group battery cells and second group battery cells disposed to face each other with a firewall separating the inner space of the module housing.
  • the first opening includes a 1_1 opening provided at an upper left side of the module housing with respect to the firewall and a 1_2 opening provided at an upper right side of the module housing, and the gas inlet unit includes the 1_1 opening It may include a first gas inlet portion matching with and a second gas inlet portion matching the 1_2 opening.
  • the gas outlet unit may include a first gas outlet unit provided on a left edge area of the duct unit and a second gas outlet unit provided on a right edge area of the duct unit.
  • the first opening may be configured to be sealed with a stopper made of a heat meltable material.
  • the module housing and the gas venting channel may be integrally formed.
  • a vehicle including the battery pack described above may be provided.
  • a pack may be provided.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a gas venting path of the battery pack of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of main parts of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a lower part of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 7 is an enlarged view of region A of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a bottom view of the gas venting channel of FIG. 5;
  • FIG. 9 is a plan view of the gas venting channel of FIG. 5;
  • FIG. 10 is a view showing a first opening of a module housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a communication structure between a module housing and a gas venting channel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an edge area at one side of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 and 14 are diagrams for explaining a communication structure between a gas venting channel and a top plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 14 and showing a modified example of the top plate.
  • 16 is a view showing an example in which an outer cover plate for preventing exposure of a top plate is added as another embodiment of the present invention.
  • top plate and base plate are used to specify the main constituent parts forming the pack case, but, for example, when the battery pack is upside down, the top plate corresponds to the bottom of the battery pack and the base plate corresponds to the battery pack. It is self-evident that it corresponds to the ceiling of the pack. That is, it should be noted in advance that the top plate, the base plate, etc. may be interpreted differently from their dictionary meanings depending on the arrangement of the battery pack or the position of the observer.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a gas venting path of the battery pack of FIG. 1 .
  • the battery pack 10 includes a plurality of battery modules 100 and a pack case capable of accommodating the plurality of battery modules 100. 200, wherein the gas venting channel 150 of each battery module 100 is provided on the top plate 220 of the pack case 200 for gas venting when gas is generated in each battery module 100 It includes a configuration connected to the venting port 221.
  • the venting port 221 includes a rupture film 223 that can rupture at a certain pressure or higher, so that it is normally blocked and when a venting gas is generated, the rupture film 223 can be torn open by pressure.
  • the battery pack 10 even if gas is generated in any battery module 100, the venting gas can be directly discharged from the corresponding battery module 100 to the outside of the pack case 200, so that the inside of the pack case 200 Heat or high-temperature sparks may not propagate to other battery modules 100 . Therefore, the battery pack 10 of the present invention is effective in preventing thermal runaway propagation to other battery modules 100 even when a high-temperature venting gas is generated in one battery module 100 .
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of main parts of the battery module 100 of FIG. 4
  • FIG. 6 is a bottom view of the battery module 100 of FIG. 7 is an enlarged view of area A of FIG. 5 .
  • the battery module 100 includes a plurality of battery cells 110 , a module housing 120 , a firewall 130 , a heat sink 140 and a gas venting channel 150 .
  • the battery cell 110 As the battery cell 110, a pouch-type battery cell 110 having high energy density and easy stacking may be applied. As shown in FIG. 5 , the pouch-type battery cells 110 may be provided in the form of cell stacks that are erected in a vertical direction (Z-axis direction) and stacked in a horizontal direction (Y-axis direction). Of course, unlike the present embodiment, the battery module 100 may be configured using rectangular battery cells 110 or cylindrical battery cells 110 .
  • the module housing 120 is a component for accommodating a plurality of battery cells 110 and has a sealed structure made of a material with high mechanical strength to protect the plurality of battery cells 110 from external physical and chemical factors. can be formed
  • the module housing 120 may include a lower housing 121 enclosing lower portions of the battery cells 110 and an upper housing 122 enclosing upper portions of the battery cells 110 .
  • the upper housing 122 and the lower housing 121 may be provided in a substantially U-shaped plate shape and mutually coupled by bolting and/or welding.
  • one cell stack is configured to be accommodated in one module housing 120 .
  • the battery module 100 of this embodiment is configured such that several cell stacks are housed in one module housing 120 .
  • the battery module 100 of this embodiment includes first group battery cells G1 forming one cell stack and second group battery cells forming another cell stack. (G2), wherein the first group battery cells (G1) and the second group battery cells (G2) are disposed facing each other with a firewall 130 bisecting the inner space of the module housing 120 therebetween It can be accommodated in the module housing 120 in the form.
  • first group battery cells G1 are disposed in one space of the lower housing 121 partitioned by the firewall 130, and the second group battery cells G2 are disposed in the other space of the lower housing 121 partitioned by the firewall 130.
  • the upper portions of the first group battery cells G1 and the second group battery cells G2 arranged in this way are covered with the upper housing 122 to form an upper housing 122, a lower housing 121, and a firewall 130. It may be configured to be accommodated in two enclosed spaces, respectively.
  • the firewall 130 refers to a plate-shaped structure that divides the internal space of the module housing 120 into two physically blocked spaces.
  • the firewall 130 may be formed of, for example, a fire-resistant material or a rigid material, and sheets of fire-resistant material (ex: mica) may be attached to both sides thereof.
  • the firewall 130 blocks thermal transition between the first group battery cells G1 and the second group battery cells G2, and the upper and lower ends of the firewall 130 cover the upper housing 122 and the lower housing 121, respectively. Since it is connected to the central part, it can act to prevent sagging of the central part of the module housing 120.
  • the upper housing 122 may have an opening in which a central side area is partially opened.
  • the opening portion may be used to install a connection means for electrically connecting the first group battery cells G1 and the second group battery cells G2.
  • a metal bar-shaped bus bar may be used as the connecting means, and the opening portion may be sealed after installing the connecting means.
  • One battery module 100 according to this embodiment has the same capacity as two battery modules 100 having a structure in which one cell stack is accommodated in one module housing 120, but its volume is smaller. can Accordingly, when manufacturing the battery pack 10, the battery modules 100 may advantageously reduce the left and right widths (X-axis direction) of the pack case 200.
  • a heat sink 140 may be provided at the bottom of the module housing 120, that is, at the bottom of the lower housing 121, as shown in FIG.
  • the heat sink 140 refers to a cooling component capable of absorbing heat by indirect contact with the battery cells 110 .
  • the heat sink 140 may be provided in the form of a plate-shaped body of aluminum material having a flow path therein, and may be integrated with the lower housing 121 or detachable from the surface of the lower housing 121 as in the present embodiment. can be configured.
  • the gas venting channel 150 is a component for discharging venting gas generated inside the battery module 100 to the outside of the battery module 100, one side communicating with the inside of the module housing 120 and the other side communicating with the outside air. can be provided.
  • the gas venting channel 150 may be attached to the outside of the module housing 120 or integrally provided with the module housing 120 .
  • the gas venting channel 150 of this embodiment has a size corresponding to the upper surface of the upper housing 122 , is provided in the shape of a hollow flat rectangular box, and may be attached to the upper portion of the module housing 120 .
  • the gas venting channel 150 may be formed of a refractory material so that deformation does not easily occur even when high-temperature gas or high-temperature spark flows into the gas venting channel 150 .
  • the gas venting channel 150 includes a duct part 151 provided in a hollow structure and a gas inlet part corresponding to a hole for introducing gas into the duct part 151. 152 and a gas outlet part 153 corresponding to a hole through which gas is discharged from the duct part 151.
  • the duct unit 151 has an area corresponding to the upper surface of the module housing 120 and has a hollow structure inside to allow gas to flow.
  • a plurality of diaphragms 154 spaced apart from each other in the width direction and elongated in the length direction are provided inside the duct unit 151, so that the internal space can be partitioned.
  • the inside of the duct unit 151 is divided into partition plates 154 so that narrow passages 157 may be formed between the partition plates 154 .
  • High-temperature sparks or flames moving together with the venting gas may be limited in movement or extinguished due to a bottleneck or trap phenomenon while moving through the narrow passage.
  • a metal mesh (not shown) may be additionally applied to the narrow passage or gas inlet 152 as an additional measure for suppressing the movement of high-temperature sparks or flames.
  • the gas inlet part 152 is provided on the bottom surface of the duct part 151 and may be configured to match the first opening 123 provided on the top of the module housing 120 .
  • the gas inlet part 152 is located in the middle region of the bottom surface of the duct part 151 and may be provided in the form of a long hole as wide as the width of the module housing 120 .
  • the gas inlet part 152 includes a first gas inlet part 152a and a second gas inlet part 152b, and the first gas inlet part 152a and the second gas inlet part 152b are module housings. It may be configured symmetrically with respect to the center of (120).
  • the first opening 123 of the module housing 120 is the 1_1 opening 123a provided on the upper left side of the module housing 120 with respect to the firewall 130. ) and the first and second openings provided on the upper right side of the module housing 120.
  • the 1_1 opening may match the first gas inlet 152a in a vertical direction
  • the 1_2 opening may match the second gas inlet 152a. It may be matched with the gas inlet part 152b in a vertical direction.
  • the gas and the high-temperature spark generated from the first group battery cells G1 are introduced into the duct part 151 through the 1_1 opening 123a and the first gas inlet part 152a, and the second group battery cells
  • the gas generated in (G2) and the high-temperature spark may flow into the duct part 151 through the first_2 opening 123b and the second gas inlet part 152b.
  • a blocking wall is formed in the inner space of the duct part 151 between the first gas inlet part 152a and the second gas inlet part 152b to generate electricity in the first group battery cells G1.
  • the gas may be prevented from moving to the second group battery cells G2.
  • the first opening 123 may be sealed with a stopper (not shown) made of a heat-melting material (ex: rubber or plastic).
  • the stopper may serve to block the introduction of foreign substances into the module housing 120 through the first opening 123 in normal times. When a venting gas or a high-temperature spark is generated, the stopper may be dissipated by heat and pressure, and the first opening 123 may be opened.
  • a mesh network may be used as an alternative to the stopper.
  • the gas outlet part 153 is provided on the upper surface of the duct part 151, includes a first gas outlet part 153a and a second gas outlet part 153b, and has a venting port 221 of the top plate 220. It can be configured to be matched in the vertical direction with.
  • the first gas inlet portion 153a is provided at a location spaced apart from the first gas inlet portion 152a by a predetermined distance in the left extension direction (-X axis direction) of the duct portion 151
  • the second gas outlet portion ( 153b) may be provided at a location spaced apart from the second gas inlet portion 152b by a predetermined distance in the right extension direction (+X-axis direction) of the duct portion 151.
  • the first gas inlet portion 153a serves as an outlet for the venting gas flowing into the duct portion 151 through the first gas inlet portion 152a to the outside.
  • the second gas inlet part 153b serves as an outlet for venting gas flowing into the duct part 151 through the second gas inlet part 152b to the outside.
  • the first gas outlet portion 153a and the second gas outlet portion 153b are provided in the form of holes sized to match the venting port 221 vertically, and the upper left edge of the duct portion 151, respectively. area and the right edge area.
  • the pack case 200 is a component for accommodating the battery modules 100, and as shown in FIG. 2, the base plate 210, the top plate 220, the left side frame 230, and the right side frame. 240, a front cover 250 and a rear cover 260 may be included.
  • the top plate 220 is a portion covering the upper portions of the battery modules 100 and includes a plurality of venting ports 221 configured to discharge venting gas.
  • the venting port 221 is the first gas outlet 153a of each battery module 100 when the top plate 220 covers the battery modules 100 .
  • it may be provided at a position vertically corresponding to the second gas inlet portion 153b.
  • the battery module ( 100) are disposed along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the pack case 200.
  • Half of the venting ports 221 are located on the left edge of the top plate 220 so that the gas outlets 153 and the venting ports 221 of all battery modules 100 are matched in the vertical direction and connected one by one.
  • the other half of the venting ports 221 are provided in an edge region on the right side of the top plate 220 .
  • the arrangement structure of the battery modules 100 accommodated in the pack case 200 or the positions of the first gas outlet portion 153a and the second gas outlet portion 153b provided in the battery module 100 are different according to the present embodiment. Otherwise, it can be appropriately changed as needed.
  • the venting ports 221 may be provided on the top plate 220 according to the positions of the first gas outlet 153a and the second gas outlet 153b.
  • the venting port 221 of this embodiment includes a through hole 222 and a rupture film 223.
  • the through hole 222 is formed in a size equal to or larger than that of the gas outlet 153 to prevent leakage of venting gas, and a sealing member (not shown) such as an O-ring may be applied around the through hole 222. there is.
  • the rupture membrane 223 covers the through hole 222 and may be configured to burst when the internal pressure of the pack case 200 exceeds a predetermined pressure. According to this configuration, penetration of moisture or foreign substances into the inside of the pack case 200 can be prevented at normal times, and when a venting gas is generated, the ruptured film 223 is ruptured by the heat and pressure of the venting gas to open the through hole 222. It is opened to allow the venting gas to be discharged to the outside of the pack case 200 . At this time, since the pressure difference between the inside and outside of the pack case 200 is large, the venting gas can be rapidly discharged to the outside through the through hole without leaking to other places.
  • the rupture film 223 may be provided in the form of a thin plate of aluminum or plastic material, but is not limited thereto, and may be any material capable of being ruptured by a predetermined pressure.
  • the rupture film 223 may have at least one notch (not shown) formed by partially cutting the surface from the surface in the thickness direction. This notch is to allow the rupture film 223 to be easily ruptured when a predetermined pressure is applied.
  • a support frame 225 provided in a frame shape to easily mount the rupture film 223 in the through hole 222 may be used.
  • the support frame 225 supports the circumference of the rupture film 223, and the support frame 225 is attached to the top plate 220 using bolts or rivets so that the through hole 222 is the rupture film 223. to be covered by In this case, assembly is easier and airtightness can be improved than when the rupture film 223 is directly mounted on the top plate 220 .
  • the top plate 220 may further include a partition wall that extends across the top plate 220 in the width direction and protrudes downward from the surface to form a wall.
  • a plurality of barrier ribs may be provided at predetermined intervals along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the top plate 220 .
  • the barrier rib prevents deformation of the top plate 220 and is located in the space between the battery modules 100 when the battery modules 100 are covered with the top plate 220, so that in the event of a fire, the adjacent battery modules 100 ) can play a role in blocking heat propagation between them.
  • the venting gas when the venting gas is generated in the battery module 100, the venting gas can be discharged in the following flow.
  • Venting gas is generated in each battery module 100 -> gas flows out of the module housing 120 through the 1_1 opening 123a or 1_2 opening 123b at the top of the module housing 120 -> venting gas channel Gas flows into the gas venting channel 150 through the first gas inlet part 152a or the second gas inlet part 152b -> first gas inlets located at both edges of the battery module 100 along the duct part 151 Venting gas moves to the gas inlet part 153a or the second gas inlet part 153b -> the rupture film 223 of the venting port 221 is ruptured and the venting port 221 is opened -> the open venting port 221 ) Venting gas discharged to the outside of the pack case 200 through.
  • the venting gas is discharged from each battery module 100 to the outside of the pack case 200 without moving inside the pack case 200 as described above. Because of this structure, even if a problem occurs in one battery module 100 and a venting gas is generated, the venting gas does not cause thermal damage to the other battery modules 100 . Therefore, according to the present invention, when one battery module 100 internally ignites, venting gas or a high-temperature spark propagates to the other battery module 100, so that the ignition of the battery pack 10 becomes uncontrollable. It has the effect of preventing congestion.
  • the battery pack 10 of the present invention it is possible to intuitively know which battery module 100 inside is igniting by looking at the location where the venting gas comes out, so that the battery module 100 is intensively supplied with fire extinguishing water. follow-up measures accurately and effectively.
  • the top plate 220A according to the modified example is formed in a hollow structure and has a lower plate portion 226 facing the upper surface of the gas venting channel 150 and an empty space O between them. and an upper plate portion 227 facing the lower plate portion.
  • venting port 221 is provided on the lower plate part 226 and is matched with the gas outlet part 153 of the gas venting channel 150 to be connected in the vertical direction and the first venting port 221A and the first venting port (221A) includes a second venting port (221B) provided on the upper plate portion 227 spaced apart in a horizontal direction by a predetermined interval.
  • the rupture film 223 may be provided in the first venting port 221A, and the mesh network 229 may be provided in the second venting port 221B instead of the rupture film 223 .
  • the mesh network 229 may be provided in the first venting port 221A and the rupture film 223 may be provided in the second venting port 221B.
  • the top plate 220A according to the present modified example has a more complicated venting gas discharge path, and thus may be advantageous in reducing the pressure of the venting gas.
  • this modification prevents the risk of external ignition around the battery pack 10, which is more advantageous than the above-described embodiment.
  • FIG. 16 a battery pack according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the same member numerals as those in the foregoing embodiment denote the same member, and redundant description of the same member will be omitted and will be mainly described based on differences from the foregoing embodiment.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention may further include an outer cover plate 270 provided to cover an upper portion of the top plate 220 as shown in FIG. 16 .
  • the battery pack 10 of the above-described embodiment since the rupture film 223 is directly exposed on the top plate 220, there is a risk of being damaged by an external force. Accordingly, in order to protect the rupture film 223 from external force, the battery pack according to another embodiment of the present invention is configured to cover the rupture film 223 with an outer cover plate 270 .
  • the outer cover plate 270 may be made of, for example, high-strength plastic, aluminum, or an iron plate, and may be provided with a ventilation structure, such as a grating, so that ventilation is possible if necessary.
  • the battery pack according to the present invention may be applied to vehicles such as electric vehicles or hybrid vehicles. That is, the vehicle according to the present invention may include the battery pack according to the present invention.
  • the battery pack may be installed in a body frame or a trunk space under a vehicle seat, and may be disposed in an upside-down state with the top plate of the pack case facing down, if necessary, when installed in a vehicle.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 셀들, 상기 배터리 셀들을 수용하는 모듈 하우징, 상기 모듈 하우징의 내부와 연통하게 마련된 가스 벤팅 채널을 구비한 복수 개의 배터리 모듈들; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 수용하게 마련되되, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상부를 커버하는 탑 플레이트에 벤팅포트를 구비한 팩 케이스;를 포함하고, 각 상기 배터리 모듈의 상기 가스 벤팅 채널이 상기 벤팅포트와 연통하게 마련될 수 있다.

Description

가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈에서 가스 발생시 벤팅 가스를 안전하고 효율적으로 팩 케이스 외부로 배출시킬 수 있는 가스 벤팅 경로를 구비한 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 06월 21일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0080408호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차전지는 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.
이에, 다양한 디바이스에 대한 이차전지의 적용이 증가하고 있다. 예를 들어, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기 자동차와 하이브리드 전기 자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
최근 많이 사용하고 있는 리튬 이차전지는 하나당 작동 전압이 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 대용량 및 고출력이 요구되는 전기 자동차나 전력저장장치의 경우, 다수의 리튬 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 팩을 구성하고 이를 에너지원으로 사용한다.
전기 자동차에 요구되는 배터리 팩의 출력이나 용량에 따라 하나의 배터리 모듈에 들어가는 리튬 이차전지의 개수가 증가하거나 하나의 배터리 팩에 들어가는 배터리 모듈의 개수가 증가할 수 있다.
그러나 이처럼 많은 개수의 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 화재 및 폭발이 발생하는 경우 그 피해는 더욱 커질 수 밖에 없다.
예컨대, 일부 배터리 모듈에서 리튬 이차전지 간의 쇼트 또는 비이상적 온도 상승 등과 같은 이벤트가 발생할 경우, 상기 리튬 이차전지들에서 다량의 벤팅 가스가 발생할 수 있으며, 열화가 심화되면 벤팅 가스와 더불어 전극 활물질과 알루미늄 입자 등을 포함한 고온의 스파크가 분출될 수 있다. 이때 상기 벤팅 가스 및 고온의 스파크가 인접 배터리 모듈에 열적 데미지를 주게 되고 이 때문에 다른 배터리 모듈들에 추가 이벤트가 일어날 우려가 매우 커진다.
따라서 일부 배터리 모듈에서 벤팅 가스 및 고온의 스파크가 발생시, 다른 배터리 모듈들에 미치는 영향을 최소화하면서 벤팅 가스를 신속하고 안전하게 배터리 팩 외부로 배출시킬 수 있는 가스 벤팅 패스에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 일부 배터리 모듈 내부에서 벤팅 가스 또는 스파크가 발생시, 다른 배터리 모듈들에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있는 가스 벤팅 경로가 적용된 배터리 팩을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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 발명에 따르면, 배터리 셀들, 상기 배터리 셀들을 수용하는 모듈 하우징, 상기 모듈 하우징의 내부와 연통하게 마련된 가스 벤팅 채널을 구비한 복수 개의 배터리 모듈들; 및 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 수용하게 마련되되, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상부를 커버하는 탑 플레이트에 벤팅포트를 구비한 팩 케이스;를 포함하고, 각 상기 배터리 모듈의 상기 가스 벤팅 채널이 상기 벤팅포트와 연통하게 마련된 배터리 팩이 제공될 수 있다.
상기 벤팅포트는 일정 압력 이상에서 파열되는 파열막을 포함할 수 있다.
상기 가스 벤팅 채널은 상기 모듈 하우징의 상부에 배치되며, 중공 구조로 마련된 덕트부; 상기 덕트부의 일면에 구비되는 가스 인렛부; 및 상기 덕트부의 연장 방향으로 상기 가스 인렛부에서 소정 거리 이격된 위치에서 상기 덕트부의 타면에 구비되는 가스 아웃렛부를 포함할 수 있다.
상기 가스 인렛부는 상기 모듈 하우징에 구비되는 제1 개구와 매칭되고 상기 가스 아웃렛부는 상기 탑 플레이트에 구비되는 벤팅포트와 매칭되고, 상기 벤팅포트는 일정 압력 이상에서 파열되는 파열막을 포함할 수 있다.
상기 벤팅포트는 복수 개이며, 각 상기 배터리 모듈의 상기 가스 아웃렛부와 상하 방향으로 연결될 수 있다.
상기 탑 플레이트는 속이 빈 구조로 형성되고 상기 가스 벤팅 채널의 상부면에 대면하는 하판부;와, 빈 공간을 사이에 두고 상기 하판부에 대향하는 상판부;를 포함하며, 상기 벤팅포트는 상기 하판부에 구비되고 상기 가스 아웃렛부와 상하 방향으로 연결되는 제1 벤팅포트;와 상기 제1 벤팅포트 위치에서 수평 방향으로 소정 간격 떨어진 상기 상판부에 구비되는 제2 벤팅포트를 포함할 수 있다.
상기 제1 벤팅 포트 및 제2 벤팅 포트 중 어느 하나에 상기 파열막이 구비되고, 다른 어느 하나에 메쉬망이 구비되도록 구성될 수 있다.
상기 탑 플레이트의 상부를 감싸도록 마련된 외측 커버 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 덕트부는 내부 공간을 구획화하는 복수 개의 격판들을 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 덕트부는 상기 복수 개의 격판들 사이마다 길이 방향으로 연장된 복수 개의 좁은 통로를 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀들은 상기 모듈 하우징의 내부 공간을 구획하는 방화벽을 사이에 두고 마주하게 배치되는 제1 그룹 배터리 셀들과 제2 그룹 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
상기 제1 개구는 상기 방화벽을 기준으로 상기 모듈 하우징의 상단 좌측편에 구비되는 제1_1 개구와, 상기 모듈 하우징의 상단 우측편에 구비되는 제1_2 개구를 포함하고, 상기 가스 인렛부는 상기 제1_1 개구와 매칭되는 제1 가스 인렛부와, 상기 제1_2 개구와 매칭되는 제2 가스 인렛부를 포함할 수 있다.
상기 가스 아웃렛부는 상기 덕트부의 좌측 가장자리 영역에 마련되는 제1 가스 아웃렛부와 상기 덕트부의 우측 가장자리 영역에 마련되는 제2 가스 아웃렛부를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구가 열 용융 가능한 소재로 마련된 마개로 밀봉되게 구성될 수 있다.
상기 모듈 하우징과 상기 가스 벤팅 채널은 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 팩을 포함하여 구성된 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 어떤 배터리 모듈에서 벤팅 가스 또는 스파크가 발생하더라도 다른 배터리 모듈들에 영향이 미치지 않도록 하면서 벤팅 가스를 신속하고 안전하게 팩 케이스 외부로 배출시킬 수 있는 가스 벤팅 경로를 구비한 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 가스 밴팅 경로에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 주요 부분 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 배터리 모듈의 하부를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 A 영역 확대도이다.
도 8은 도 5의 가스 벤팅 채널의 저면도이다.
도 9는 도 5의 가스 벤팅 채널의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 하우징의 제1 개구를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 하우징과 가스 벤팅 채널의 연통 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일측 가장자리 영역을 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 벤팅 채널과 탑 플레이트의 연통 구조를 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 도 14에 대응하는 도면으로, 탑 플레이트의 변형예를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예로서, 탑 플레이트의 노출을 막기 위한 외측 커버 플레이트가 추가된 예를 나타낸 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 아니 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 팩 케이스를 형성하는 주요 구성 부분을 특정하기 위해 탑 플레이트, 베이스 플레이트 등의 용어를 사용하였으나, 예컨대 배터리 팩의 상하를 반전시키면, 탑 플레이트가 배터리 팩의 바닥에 해당하고 베이스 플레이트가 배터리 팩의 천정에 해당하게 됨은 자명하다. 즉, 배터리 팩의 배치 상태 또는 관측자의 위치 등에 따라 탑 플레이트, 베이스 플레이트 등은 그 사전적 의미와 다르게 해석될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 팩의 가스 밴팅 경로에 대한 개념도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 복수 개의 배터리 모듈(100)들과, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)들을 수용할 수 있는 팩 케이스(200)를 포함하며, 각 배터리 모듈(100)에서 가스 발생시, 가스 벤팅을 위해 각 배터리 모듈(100)의 가스 벤팅 채널(150)이 상기 팩 케이스(200)의 탑 플레이트(220)에 구비된 벤팅포트(221)에 연결된 구성을 포함한다.
자세히 후술하겠으나 본 발명의 배터리 팩(10)은, 도 3과 같이, 각 배터리 모듈(100)에서 가스가 발생시, 벤팅 가스가 배터리 모듈(100)의 가장자리로 이동한 후 각 배터리 모듈(100)의 상부에 위치한 팩 케이스(200)의 벤팅포트(221)를 통해 팩 케이스(200) 밖으로 배출될 수 있다. 상기 벤팅포트(221)는 일정 압력 이상에서 파열될 수 있는 파열막(223)을 포함하고 있어, 평상시에는 막혀 있고 벤팅 가스가 발생한 때, 파열막(223)이 압력에 의해 찢어져 개방될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 어떤 배터리 모듈(100)에서 가스가 발생하더라도 벤팅 가스가 해당 배터리 모듈(100)에서 바로 팩 케이스(200) 외부로 배출될 수 있어 팩 케이스(200) 내부의 다른 배터리 모듈(100)로 열기 내지 고온의 스파크가 전파되지 않을 수 있다. 따라서 본 발명의 배터리 팩(10)은 어떤 배터리 모듈(100)에 고온의 벤팅 가스가 발생하더라도 다른 배터리 모듈(100)들로의 열폭주 전파를 막는데 효과가 있다.
이하에서 상기와 같은 효과를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)과 팩 케이스(200)에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 사시도, 도 5는 도 4의 배터리 모듈(100)의 주요 부분 분해 사시도, 도 6은 도 4의 배터리 모듈(100)의 하부를 도시한 도면, 도 7은 도 5의 A 영역 확대도이다.
먼저, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)에 대해 설명한다. 상기 배터리 모듈(100)은 복수 개의 배터리 셀(110)들, 모듈 하우징(120), 방화벽(130), 히트싱크(140) 및 가스 벤팅 채널(150)을 포함한다.
상기 배터리 셀(110)로는 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 배터리 셀(110)이 적용될 수 있다. 상기 파우치 타입의 배터리 셀(110)들은 도 5와 같이, 상하방향(Z축 방향)으로 세워져 수평 방향(Y축 방향)으로 적층된 셀 적층체 형태로 제공될 수 있다. 물론, 본 실시예와 달리, 직육면의 각형 배터리 셀(110)들이나 원통형 배터리 셀(110)들을 사용하여 배터리 모듈(100)을 구성할 수도 있다.
모듈 하우징(120)은 복수 개의 배터리 셀(110)들을 수납하기 위한 구성요소로서 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들을 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 소재로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 모듈 하우징(120)은 배터리 셀(110)들의 하부를 감싸는 하부 하우징(121)과 배터리 셀(110)들의 상부를 감싸는 상부 하우징(122)을 포함하여 구성될 수 있다. 상부 하우징(122)과 하부 하우징(121)은 대략 U자형 플레이트 형태로 마련되고 볼팅 및/또는 용접으로 상호 결합될 수 있다.
종래기술에 따른 배터리 모듈(100)은 하나의 셀 적층체가 하나의 모듈 하우징(120)에 수납 가능하게 구성된 것이 일반적이다. 그러나 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 여러 개의 셀 적층체가 하나의 모듈 하우징(120)에 수납되도록 구성된다.
이를테면, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 하나의 셀 적층체를 형성하는 제1 그룹 배터리 셀들(G1)과 다른 하나의 셀 적층체를 형성하는 제2 그룹 배터리 셀들(G2)들을 포함하고, 상기 제1 그룹 배터리 셀들(G1)과 상기 제2 그룹 배터리 셀들(G2)이 모듈 하우징(120)의 내부 공간을 양분하는 방화벽(130)을 사이에 두고 마주하게 배치되는 형태로 모듈 하우징(120)에 수납될 수 있다.
즉, 방화벽(130)에 의해 구획된 하부 하우징(121)의 한 쪽 공간에 제1 그룹 배터리 셀들(G1)이 배치되고 구획된 하부 하우징(121)의 다른 쪽 공간에 제2 그룹 배터리 셀들(G2)이 배치된다. 이렇게 배치된 상기 제1 그룹 배터리 셀들(G1)과 상기 제2 그룹 배터리 셀들(G2)은 그 상부가 상부 하우징(122)으로 덮혀 상부 하우징(122), 하부 하우징(121) 그리고 방화벽(130)으로 둘러싸인 밀폐된 2개의 공간에 각각 수납되게 구성될 수 있다.
여기서 방화벽(130)은 모듈 하우징(120)의 내부 공간을 물리적으로 차단된 2개의 공간으로 구획화시키는 판상의 구조체를 의미한다. 상기 방화벽(130)은 예컨대 내화성 소재로 형성되거나 강성 소재로 형성되되, 그 양면에 내화성 소재(ex : 미카(mica))의 시트가 부착된 것일 수 있다. 이러한 방화벽(130)은 제1 그룹 배터리 셀들(G1)과 제2 그룹 배터리 셀들(G2) 사이의 열 전이를 차단하는 작용과 그 상단과 하단이 각각 상부 하우징(122)과 하부 하우징(121)을 중심부에 연결되어 있어 모듈 하우징(120)의 중심부 처짐을 방지하는 작용을 할 수 있다.
미도시 하였지만, 예컨대 상부 하우징(122)은 중앙 측면 영역이 부분적으로 개방된 개방부를 구비할 수 있다. 상기 개방부는 제1 그룹 배터리 셀들(G1)과 제2 그룹 배터리 셀들(G2)을 전기적으로 연결하기 위한 연결수단을 설치하는데 활용될 수 있다. 상기 연결수단으로는 금속 막대 형상의 버스바가 사용될 수 있으며, 연결수단 설치 후 상기 개방부는 밀봉 처리될 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100) 하나는 예컨대 하나의 모듈 하우징(120)에 하나의 셀 적층체를 수납한 구조의 배터리 모듈(100) 2개와 같은 용량을 갖지만 그 부피는 더 작게 구현될 수 있다. 따라서 상기 배터리 모듈(100)들은 배터리 팩(10)을 제작할 때, 팩 케이스(200)의 좌우 너비(X축 방향)를 줄이는데 유리하게 작용할 수 있다.
한편, 모듈 하우징(120)의 하단, 다시 말하면 하부 하우징(121)의 저면에, 도 6에 도시한 것과 같이, 히트싱크(140)가 구비될 수 있다. 여기서 히트싱크(140)는 배터리 셀(110)들과 간접 접촉하여 열을 흡수할 수 있는 냉각 부품을 의미한다. 상기 히트싱크(140)는 내부에 유로를 구비하는 알루미늄 소재의 판상체 형태로 제공될 수 있으며, 본 실시 예처럼 하부 하우징(121)에 일체화시키거나 또는 하부 하우징(121)의 표면에 탈부착할 수 있게 구성될 수 있다.
가스 벤팅 채널(150)은 배터리 모듈(100) 내부에서 생성된 벤팅 가스를 배터리 모듈(100) 외부로 배출하기 위한 구성으로서, 일측은 모듈 하우징(120)의 내부와 연통하고 타측은 외기와 연통하게 마련될 수 있다. 이러한 가스 벤팅 채널(150)은 모듈 하우징(120)의 외측에 부착되거나 모듈 하우징(120)과 일체형으로 제공될 수 있다.
본 실시예의 가스 벤팅 채널(150)은 대략 상부 하우징(122)의 상면에 대응하는 사이즈를 가지며, 속이 빈 납짝한 사각 박스형으로 마련되고 모듈 하우징(120)의 상부에 부착될 수 있다. 또한, 상기 가스 벤팅 채널(150)은 고온의 가스 또는 고온의 스파크가 유입되어도 변형이 쉽게 일어나지 않도록 내화성 재질로 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 5 및 도 7 내지 도 9 참조하면, 가스 벤팅 채널(150)은 중공 구조로 마련된 덕트부(151)와 상기 덕트부(151)로 가스를 유입시키기 위한 구멍에 해당하는 가스 인렛부(152)와, 상기 덕트부(151)에서 가스를 유출시키기 위한 구멍에 해당하는 가스 아웃렛부(153)를 포함한다.
덕트부(151)는 모듈 하우징(120)의 상면과 대응하는 면적을 갖고 가스가 유동할 수 있게 내부가 중공 구조로 마련된다. 또한, 덕트부(151)의 내부에 너비 방향으로 상호 이격되고 길이 방향으로 길게 연장된 복수 개의 격판(154)들이 구비되어 있어 내부 공간이 구획될 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시한 바와 같이, 덕트부(151)의 내부는 격판(154)들로 구획됨으로써 상기 격판(154)들 사이마다 좁은 통로(157)들이 형성될 수 있다. 벤팅 가스와 함께 이동하게 되는 고온의 스파크 또는 화염은 상기 좁은 통로를 이동하는 과정에서 병목 내지 트랩 현상 때문에 이동이 제한되거나 소화될 수 있다. 고온의 스파크 또는 화염의 이동을 억제하기 위한 추가적인 방편으로 상기 좁은 통로 또는 가스 인렛부(152)에 금속 메쉬망(미도시)을 추가로 적용해도 좋다.
가스 인렛부(152)는 덕트부(151)의 저면에 구비되고, 모듈 하우징(120)의 상단에 구비되는 제1 개구(123)와 매칭되게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 가스 인렛부(152)는 덕트부(151)의 저면 가운데 영역에 위치하며 모듈 하우징(120)의 너비만큼의 장공 형태로 마련될 수 있다. 상기 가스 인렛부(152)는 제1 가스 인렛부(152a)와 제2 가스 인렛부(152b)를 포함하며, 상기 제1 가스 인렛부(152a)와 제2 가스 인렛부(152b)는 모듈 하우징(120)의 중심을 기준으로 상호 대칭되게 구성될 수 있다.
그리고 모듈 하우징(120)의 제1 개구(123)는 도 10과 도 11에 도시한 바와 같이, 방화벽(130)을 기준으로 상기 모듈 하우징(120)의 상단 좌측편에 구비되는 제1_1 개구(123a)와, 상기 모듈 하우징(120)의 상단 우측편에 구비되는 제1_2개구를 포함한다. 모듈 하우징(120)의 상부면에 가스 벤팅 채널(150)을 부착시, 상기 제1_1개구는 상기 제1 가스 인렛부(152a)에 상하 방향으로 매칭될 수 있고, 상기 제1_2개구는 상기 제2 가스 인렛부(152b)에 상하 방향으로 매칭될 수 있다.
그러므로 제1 그룹 배터리 셀들(G1)에서 발생한 가스와 고온의 스파크는, 상기 제1_1 개구(123a)와 상기 제1 가스 인렛부(152a) 통해 덕트부(151)로 유입되고, 제2 그룹 배터리 셀들(G2)에서 발생한 가스와 고온의 스파크는, 상기 제1_2 개구(123b)와 상기 제2 가스 인렛부(152b)를 통해 덕트부(151)로 유입될 수 있다.
그리고 도 11과 같이, 상기 제1 가스 인렛부(152a)와 상기 제2 가스 인렛부(152b) 사이의 덕트부(151) 내부 공간에 차단벽을 구성하여 제1 그룹 배터리 셀들(G1)에 발생한 가스는 제2 그룹 배터리 셀들(G2)로 이동하지 못하도록 할 수 있다.
미도시 하였으나, 열 용융 가능한 소재(ex : 고무 내지 플라스틱)로 제작한 마개(미도시)로 상기 제1 개구(123)를 밀봉시킬 수도 있다. 상기 마개는 평상시 제1 개구(123)를 통해 이물질 등이 모듈 하우징(120)으로 유입을 차단하는 역할을 할 수 있다. 벤팅 가스 또는 고온의 스파크가 발생한 때는 열과 압력에 의해 상기 마개가 소실되어 제1 개구(123)가 개방될 수 있다. 상기 마개의 대안으로는 메쉬망이 사용될 수도 있다.
가스 아웃렛부(153)는 덕트부(151)의 상면에 구비되고, 제1 가스 아렛부(153a)와 제2 가스 아렛부(153b)를 포함하며, 탑 플레이트(220)의 벤팅포트(221)와 상하 방향으로 매칭될 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제1 가스 아렛부(153a)는 덕트부(151)의 좌측 연장 방향(-X축 방향)으로 제1 가스 인렛부(152a)에서 소정 거리 이격된 곳에 구비되고, 상기 제2 가스 아렛부(153b)는 덕트부(151)의 우측 연장 방향(+X축 방향)으로 제2 가스 인렛부(152b)에서 소정 거리 이격된 곳에 구비될 수 있다.
즉, 도 9와 도 12를 참조하면, 상기 제1 가스 아렛부(153a)는 상기 제1 가스 인렛부(152a)를 통해 덕트부(151)로 유입된 벤팅 가스가 외부로 나가는 출구에 역할을 하고, 상기 제2 가스 아렛부(153b)는 상기 제2 가스 인렛부(152b)를 통해 덕트부(151)로 유입된 벤팅 가스가 외부로 나가는 출구에 역할을 한다.
상기 제1 가스 아렛부(153a)와 상기 제2 가스 아렛부(153b)는 벤팅포트(221)와 상하로 매칭될 수 있는 사이즈의 구멍 형태로 마련되고, 각각 덕트부(151)의 상면 좌측 가장자리 영역과 우측 가장자리 영역에 구비될 수 있다.
한편, 팩 케이스(200)는 배터리 모듈(100)들을 수납하기 위한 구성품으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(210), 탑 플레이트(220), 좌측 사이드 프레임(230), 우측 사이드 프레임(240), 프런트 커버(250) 및 리어 커버(260)를 포함할 수 있다.
특히, 상기 탑 플레이트(220)는 배터리 모듈(100)들의 상부를 커버하는 부분으로서 벤팅 가스를 배출시킬 수 있게 구성된 복수 개의 벤팅포트(221)를 포함한다.
상기 벤팅포트(221)는 도 13 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 탑 플레이트(220)로 상기 배터리 모듈(100)들을 덮었을 때 각 배터리 모듈(100)의 제1 가스 아렛부(153a) 또는 제2 가스 아렛부(153b)에 상하로 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 경우, 각 배터리 모듈(100)의 제1 가스 아렛부(153a)와 제2 가스 아렛부(153b)가 팩 케이스(200)의 너비 방향에 따른 양쪽 가장자리에 위치하도록 배터리 모듈(100)들이 팩 케이스(200)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 배치된다. 이러한 모든 배터리 모듈(100)들의 가스 아웃렛부(153)들과 벤팅포트(221)들이 상하 방향으로 매칭되어 하나씩 연결될 수 있도록 절반의 벤팅포트(221)들은 탑 플레이트(220)의 좌측편 가장자리 영역에 구비되고, 나머지 절반의 벤팅포트(221)들은 탑 플레이트(220)의 우측편 가장자리 영역에 구비된다.
한편, 팩 케이스(200)에 수납되는 배터리 모듈(100)들의 배치 구조 또는 배터리 모듈(100)에 구비되는 제1 가스 아렛부(153a)와 제2 가스 아렛부(153b)의 위치는 본 실시예와 다르게 필요에 따라 얼마든지 적절히 변경될 수 있다. 이 경우, 벤팅포트(221)들은 달라진 제1 가스 아렛부(153a)와 제2 가스 아렛부(153b)의 위치에 맞게 탑 플레이트(220)에 구비될 수 있다.
본 실시예의 벤팅포트(221)는 통공(222)과 파열막(223)을 포함한다.
상기 통공(222)은 벤팅 가스의 누출이 생기지 않도록 가스 아웃렛부(153)와 동일하거나 그보다 큰 사이즈로 형성되고, 그 주변 둘레에 오링(O-ring)과 같은 밀봉부재(미도시)가 적용될 수도 있다.
상기 파열막(223)은 상기 통공(222)을 커버하며 팩 케이스(200)의 내부 압력이 일정 압력을 초과하면 파열되게 구성될 수 있다. 이 같은 구성에 의하면, 평상시 팩 케이스(200) 내부로 수분이나 이물질이 침투하는 것을 막을 수 있고 벤팅 가스가 발생하면 상기 벤팅 가스의 열과 압력에 의해 파열막(223)이 파열되어 통공(222)이 개방되어 벤팅 가스를 팩 케이스(200) 외부로 배출시킬 수 있다. 이때 팩 케이스(200) 내외부 압력 차이가 크기 때문에 벤팅 가스가 다른 곳으로 새지 않고 상기 통공을 통해 외부로 빠르게 배출될 수 있다.
상기 파열막(223)은 알루미늄 소재 또는 플라스틱 소재의 박판 형태로 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 소정의 압력에 의해 파열될 수 있는 소재라면 어떠한 것이라도 무방할 수 있다. 또한, 상기 파열막(223)은 그 표면으로부터 두께 방향으로 부분 절개되어 형성된 적어도 하나의 노치(미도시)를 구비할 수 있다. 이러한 노치는 소정의 압력이 가해졌을 때, 파열막(223)의 쉽게 파열될 수 있게 하기 위함이다.
본 실시예의 경우, 상기 파열막(223)을 통공(222)에 용이하게 장착할 수 있게 틀 형상으로 제공되는 지지 프레임(225)이 사용될 수 있다.
상기 지지 프레임(225)으로 상기 파열막(223)의 둘레를 지지하고, 볼트 또는 리벳을 사용하여 상기 지지 프레임(225)을 탑 플레이트(220)에 장착하여 통공(222)이 파열막(223)으로 커버될 수 있도록 한다. 이 경우, 파열막(223)을 직접 탑 플레이트(220)에 장착하는 것보다 조립이 수월하고 기밀성이 좋아질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 탑 플레이트(220)는 너비 방향으로 상기 탑 플레이트(220)를 가로지도록 연장 형성되고, 표면으로부터 하부 방향으로 돌출되어 벽체를 형성하는 격벽을 더 포함할 수 있다. 상기 격벽은 탑 플레이트(220)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 간격 마다 복수 개가 구비될 수 있다. 이러한 격벽은 탑 플레이트(220)의 변형 방지 및 탑 플레이트(220)로 배터리 모듈(100)들을 덮었을 때 배터리 모듈(100)과 배터리 모듈(100) 사이 공간에 위치하여 화재 발생시 인접한 배터리 모듈(100)들 간의 열 전파를 차단하는 역할을 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)에서 벤팅 가스가 발생시 다음과 같은 흐름으로 벤팅 가스의 배출이 가능하다.
각 배터리 모듈(100)에서 벤팅 가스 발생 -> 모듈 하우징(120) 상단의 제1_1 개구(123a) 또는 제1_2 개구(123b)를 통해 모듈 하우징(120)의 외부로 가스 유출 -> 벤팅 가스 채널의 제1 가스 인렛부(152a) 또는 제2 가스 인렛부(152b)를 통해 가스 벤팅 채널(150) 내부로 가스 유입 -> 덕트부(151)를 따라 배터리 모듈(100)의 양쪽 가장자리에 위치한 제1 가스 아렛부(153a) 또는 제2 가스 아렛부(153b)로 벤팅 가스 이동 -> 벤팅포트(221)의 파열막(223)이 파열되어 벤팅포트(221) 개방됨 -> 개방된 벤팅포트(221)를 통해 팩 케이스(200) 외부로 벤팅 가스 배출.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 상기와 같이, 벤팅 가스가 팩 케이스(200)의 내부를 이동하지 않고 각 배터리 모듈(100)에서 팩 케이스(200)의 외부 바로 배출되는 구조로 이루어져 있기 때문에, 하나의 배터리 모듈(100)에 어떤 문제가 생겨 벤팅 가스가 발생하더라도 상기 벤팅 가스가 다른 배터리 모듈(100)들에 열적 데미지를 주지 않는다. 그러므로 본 발명은 하나의 배터리 모듈(100)의 내부 발화시, 벤팅 가스 또는 고온의 스파크 등이 다른 배터리 모듈(100)로 전파됨에 따라 배터리 팩(10)의 발화가 걷잡을 수 없을 정도에 이르게 되는 열폭주 현상을 방지하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 배터리 팩(10)은 벤팅 가스가 나오는 위치를 보면 내부의 어떤 배터리 모듈(100)이 발화하고 있는지 직관적으로 알 수 있어, 해당 배터리 모듈(100)에 집중적으로 소화용수를 공급하는 등의 사후 조치를 정확하고 효과적으로 할 수 있다.
이어서, 도 15와 도 16을 참조하여 상술한 본 탑 플레이트(220)의 변형예와 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 도 15를 참조하면, 변형예에 따른 탑 플레이트(220A)는 속이 빈 구조로 형성되고 가스 벤팅 채널(150)의 상부면에 대면하는 하판부(226)와, 빈 공간(O)을 사이에 두고 상기 하판부에 대향하는 상판부(227)를 포함한다.
그리고 벤팅포트(221)는 상기 하판부(226)에 구비되고 가스 벤팅 채널(150)의 가스 아웃렛부(153)와 상하 방향으로 연결되게 매칭되는 제1 벤팅포트(221A)와 상기 제1 벤팅포트(221A) 위치에서 수평 방향으로 소정 간격 떨어진 상기 상판부(227)에 구비되는 제2 벤팅포트(221B)를 포함한다. 파열막(223)은 제1 벤팅포트(221A)에 구비되고, 제2 벤팅포트(221B)에는 파열막(223) 대신 메쉬망(229)이 구비되도록 구성될 수 있다. 반대로 메쉬망(229)이 제1 벤팅포트(221A)에 구비되도록 하고 파열막(223)은 제2 벤팅포트(221B)에 구비되도록 구성할 수도 있다.
이러한 본 변형예에 따른 탑 플레이트(220A)는, 전술한 탑 플레이트(220)와 비교할 때, 벤팅 가스의 배출 경로가 더 복잡하여 벤팅 가스 압력을 감압시키는데 유리하게 작용할 수 있다. 또한, 복잡한 배출 경로와 제1 벤팅포트(221A)와 제2 벤팅포트(221B)의 구성 때문에 벤팅 가스 배출시 고온의 스파크나 화염은 팩 케이스(200) 외부로 같이 배출되기 더 어렵다. 그러므로 본 변형예는 배터리 팩(10) 주변의 외부 발화 위험을 방지하는데, 전술한 실시예보다 더 유리하다 할 수 있다.
이어서 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 전술한 실시예와 비교할 때, 도 16과 같이, 탑 플레이트(220)의 상부를 감싸도록 마련된 외측 커버 플레이트(270)를 더 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 배터리 팩(10)은 탑 플레이트(220) 상에 파열막(223)이 직접 노출되어 있어 외력에 의해 파손될 우려가 없지 않다. 이에 상기 파열막(223)을 외력으로부터 보호하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 외측 커버 플레이트(270)로 상기 파열막(223)을 가릴 수 있게 구성된다. 이러한 상기 외측 커버 플레이트(270)는 예컨대 고강도 플라스틱, 알루미늄 또는 철판으로 이루어질 수 있으며, 필요에 따라서는 퉁풍이 가능하도록 예컨대 그레이팅(grating)과 같은 통풍성 구조를 갖도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 차량 좌석 하부의 차체 프레임 또는 트렁크 공간에 설치될 수 있으며, 차량에 설치시 필요에 따라 팩 케이스의 탑 플레이트가 아래로 오게 상하를 꺼꾸로 뒤집은 상태로 배치될 수도 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 (16)

  1. 배터리 셀들, 상기 배터리 셀들을 수용하는 모듈 하우징, 상기 모듈 하우징의 내부와 연통하게 마련된 가스 벤팅 채널을 구비한 복수 개의 배터리 모듈들; 및
    상기 복수 개의 배터리 모듈들을 수용하게 마련되되, 상기 복수 개의 배터리 모듈들의 상부를 커버하는 탑 플레이트에 벤팅포트를 구비한 팩 케이스;를 포함하고,
    각 상기 배터리 모듈의 상기 가스 벤팅 채널이 상기 벤팅포트와 연통하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅포트는 일정 압력 이상에서 파열되는 파열막을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 벤팅 채널은 상기 모듈 하우징의 상부에 배치되며,
    중공 구조로 마련된 덕트부;
    상기 덕트부의 일면에 구비되는 가스 인렛부; 및
    상기 덕트부의 연장 방향으로 상기 가스 인렛부에서 소정 거리 이격된 위치에서 상기 덕트부의 타면에 구비되는 가스 아웃렛부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 인렛부는 상기 모듈 하우징에 구비되는 제1 개구와 매칭되고 상기 가스 아웃렛부는 상기 탑 플레이트에 구비되는 벤팅포트와 매칭되고,
    상기 벤팅포트는 일정 압력 이상에서 파열되는 파열막을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅포트는 복수 개이며, 각 상기 배터리 모듈의 상기 가스 아웃렛부와 상하 방향으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는 속이 빈 구조로 형성되고 상기 가스 벤팅 채널의 상부면에 대면하는 하판부;와, 빈 공간을 사이에 두고 상기 하판부에 대향하는 상판부;를 포함하며,
    상기 벤팅포트는 상기 하판부에 구비되고 상기 가스 아웃렛부와 상하 방향으로 연결되는 제1 벤팅포트;와 상기 제1 벤팅포트의 위치에서 수평 방향으로 소정 간격 떨어진 상기 상판부에 구비되는 제2 벤팅포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 벤팅포트 및 제2 벤팅포트 중 어느 하나에 상기 파열막이 구비되고, 다른 어느 하나에 메쉬망이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 탑 플레이트의 상부를 감싸도록 마련된 외측 커버 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 덕트부는 내부 공간을 구획화하는 복수 개의 격판들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 덕트부는 상기 복수 개의 격판들 사이마다 길이 방향으로 연장된 복수 개의 좁은 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 상기 모듈 하우징의 내부 공간을 구획하는 방화벽을 사이에 두고 마주하게 배치되는 제1 그룹 배터리 셀들과 제2 그룹 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 방화벽을 기준으로 상기 모듈 하우징의 상단 좌측편에 구비되는 제1_1 개구와, 상기 모듈 하우징의 상단 우측편에 구비되는 제1_2 개구를 포함하고,
    상기 가스 인렛부는 상기 제1_1 개구와 매칭되는 제1 가스 인렛부와, 상기 제1_2 개구와 매칭되는 제2 가스 인렛부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가스 아웃렛부는 상기 덕트부의 좌측 가장자리 영역에 마련되는 제1 가스 아웃렛부와 상기 덕트부의 우측 가장자리 영역에 마련되는 제2 가스 아웃렛부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 개구가 열 용융 가능한 소재로 마련된 마개로 밀봉된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 하우징과 상기 가스 벤팅 채널은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
PCT/KR2022/005992 2021-06-21 2022-04-27 가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩 WO2022270746A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280006326.8A CN116057768A (zh) 2021-06-21 2022-04-27 具有改善的排气路径的电池组
JP2023517789A JP2023543178A (ja) 2021-06-21 2022-04-27 ガス抜き経路を改善したバッテリーパック
US18/025,546 US20230327278A1 (en) 2021-06-21 2022-04-27 Battery pack with improved gas venting path
EP22828595.3A EP4207462A4 (en) 2021-06-21 2022-04-27 BATTERY PACK WITH IMPROVED GAS DISCHARGE PATH

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210080408A KR20220169831A (ko) 2021-06-21 2021-06-21 가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩
KR10-2021-0080408 2021-06-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022270746A1 true WO2022270746A1 (ko) 2022-12-29

Family

ID=84538383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/005992 WO2022270746A1 (ko) 2021-06-21 2022-04-27 가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230327278A1 (ko)
EP (1) EP4207462A4 (ko)
JP (1) JP2023543178A (ko)
KR (1) KR20220169831A (ko)
CN (1) CN116057768A (ko)
WO (1) WO2022270746A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240072372A1 (en) * 2022-08-30 2024-02-29 Sk On Co., Ltd. Battery module including the center wall

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170238A1 (en) * 2004-02-04 2005-08-04 Abu-Isa Ismat A. Fire shielding battery case
JP2014107178A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Mitsubishi Motors Corp 車両用電池パック
JP5939307B2 (ja) * 2012-10-25 2016-06-22 日産自動車株式会社 電池モジュールのガス排出構造
KR20180006150A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물
CN112086605A (zh) * 2020-10-19 2020-12-15 江苏时代新能源科技有限公司 电池、用电装置、制备电池的方法和设备
WO2021091058A1 (ko) * 2019-11-07 2021-05-14 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 및 배터리 랙, 및 전력 저장 장치
KR20210080408A (ko) 2018-10-15 2021-06-30 에테하 취리히 단백질-단백질 상호작용을 전달하기 위한 신규 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5507173B2 (ja) * 2009-09-25 2014-05-28 パナソニック株式会社 電池モジュールとそれを用いた電池パック
DE102013200440A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Vermeidung von Funkenbildung an Batterien
CN108140780B (zh) * 2015-10-05 2020-05-15 日产自动车株式会社 蓄电池组的压力释放机构
DE102018202947A1 (de) * 2018-02-27 2019-08-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeugbatteriegehäuse, Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug
KR20210046339A (ko) * 2019-10-18 2021-04-28 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 이을 포함하는 전지 팩
KR20220155879A (ko) * 2021-05-17 2022-11-24 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 벤팅 패스를 구비한 배터리 팩

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170238A1 (en) * 2004-02-04 2005-08-04 Abu-Isa Ismat A. Fire shielding battery case
JP5939307B2 (ja) * 2012-10-25 2016-06-22 日産自動車株式会社 電池モジュールのガス排出構造
JP2014107178A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Mitsubishi Motors Corp 車両用電池パック
KR20180006150A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 셀 모듈 어셈블리 및 이를 위한 팩 구조물
KR20210080408A (ko) 2018-10-15 2021-06-30 에테하 취리히 단백질-단백질 상호작용을 전달하기 위한 신규 방법
WO2021091058A1 (ko) * 2019-11-07 2021-05-14 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 및 배터리 랙, 및 전력 저장 장치
CN112086605A (zh) * 2020-10-19 2020-12-15 江苏时代新能源科技有限公司 电池、用电装置、制备电池的方法和设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4207462A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240072372A1 (en) * 2022-08-30 2024-02-29 Sk On Co., Ltd. Battery module including the center wall

Also Published As

Publication number Publication date
EP4207462A4 (en) 2024-04-10
KR20220169831A (ko) 2022-12-28
CN116057768A (zh) 2023-05-02
JP2023543178A (ja) 2023-10-13
US20230327278A1 (en) 2023-10-12
EP4207462A1 (en) 2023-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022244994A1 (ko) 가스 벤팅 패스를 구비한 배터리 팩
WO2017069397A1 (ko) 이차 전지용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
WO2021125469A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021071138A1 (ko) 단열부재를 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021221342A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2021201421A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021201408A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2022270746A1 (ko) 가스 배출 경로를 개선한 배터리 팩
WO2021201409A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2021210805A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022260425A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2022265360A1 (ko) 배터리 모듈, 그것을 포함하는 배터리 팩, 및 자동차
WO2023033458A1 (ko) 열폭주 시 산소 유입 차단을 위한 구조가 적용된 배터리 모듈
WO2022158792A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022270780A1 (ko) 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022158791A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2022149961A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2022097935A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021221415A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2023158248A1 (ko) 화염 전파 차단 구조를 구비한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2024053838A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2024106670A1 (ko) 배터리 팩
WO2024053839A1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
WO2021221351A1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
WO2022154443A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 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: 22828595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023517789

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022828595

Country of ref document: EP

Effective date: 20230327

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE