WO2023128574A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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박원경
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 내부에서 가스 발생 시, 고온의 가스가 인접한 다른 배터리 모듈에 영향을 미치지 않고 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있도록 구성된 배터리 팩을 개시한다. 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 팩하우징; 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈과 대응되는 위치에서 상기 배터리 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 제1 센터 벤팅 유로, 제1 사이드 벤팅 유로, 제2 센터 벤팅 유로 및 제2 사이드 벤팅 유로를 구비하며, 상기 팩 하우징과 결합하여 상기 배터리 모듈을 커버하도록 구성되는 팩 커버를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 모듈 내부에서 가스 발생 시, 고온의 가스가 인접한 다른 배터리 모듈에 영향을 미치지 않고 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 27일에 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0188984에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있고 이러한 배터리 모듈이 에너지 밀도를 높이기 위해 좁은 공간에 전기적으로 다시 연결되어 배터리 팩을 구성한다.
그런데, 이와 같이 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재나 폭발 등의 사고에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주(thermal runaway) 등과 같은 이벤트가 발생하는 경우, 배터리 모듈로부터 고온의 가스가 배출될 수 있다. 만일, 이러한 가스를 배터리 팩 외부로 적절하게 배출하지 못하면, 배터리 팩 내부에 구비된 다른 배터리 모듈로 전파(propagation)되어 연쇄 반응이 일어날 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 팩 내부의 압력이 커지게 되어, 폭발의 가능성이 있다. 배터리 팩이 폭발하게 되면, 폭발 압력으로 인해 주변의 장치나 사용자에게 큰 피해를 입힐 수 있을뿐 아니라, 피해 범위와 속도가 더욱 증대될 수 있다. 따라서, 일부 배터리 모듈에서 이상이 발생하여 가스가 배출되는 경우, 고온의 가스가 인접한 다른 배터리 모듈에 영향을 미치지 않고 안전하게 배터리 팩 외부로 배출될 수 있도록 하는 구조를 갖는 배터리 팩의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하려 창안된 것으로서, 기존 배터리 팩에 추가적인 벤팅 유로 형성 구조를 부가하여, 원하는 방향으로 벤팅 가스의 흐름을 제어하는 것을 일 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은 일부 배터리 모듈에서 써멀 이벤트(thermal event) 발생 시에 분출되는 고온의 벤팅 가스가 배터리 팩 내부의 다른 배터리 모듈에 영향을 미치지 않고 안전하게 배터리 팩 외부로 배출될 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 제1 수용 공간, 상기 제1 수용 공간과 이격되어 위치하는 제2 수용 공간, 상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간 사이에 형성되는 센터 공간, 상기 센터 공간과 이격되고 제1 수용 공간과 인접하여 위치하는 제1 사이드 공간 및 상기 센터 공간과 이격되고 제2 수용 공간과 인접하여 위치하는 제2 사이드 공간을 구비하는 팩 하우징; 상기 제1 수용 공간 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 제1 배터리 모듈 그룹; 상기 제2 수용 공간 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 제2 배터리 모듈 그룹; 및 상기 제1 배터리 모듈 그룹의 일부 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 상기 센터 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제1 센터 벤팅 유로, 상기 제1 배터리 모듈 그룹의 나머지 배터리 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 상기 제1 사이드 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 배터리 모듈 그룹의 일부 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 상기 센터 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제2 센터 벤팅 유로, 및 상기 제2 배터리 모듈 그룹의 나머지 배터리 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 상기 제2 사이드 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제2 사이드 벤팅 유로를 구비하는 팩 커버; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제1 센터 벤팅 유로는 상기 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제1 사이드 벤팅 유로는 상기 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제3 배터리 모듈 및 제4 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제2 센터 벤팅 유로는 상기 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 사이드 벤팅 유로는 상기 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 상기 제2 배터리 모듈 그룹은 제1 배터리 모듈과 대면하는 제3 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈과 대면하는 제4 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제1 센터 벤팅 유로는 상기 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 제2 사이드 벤팅 유로는 상기 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 사이드 벤팅 유로는 상기 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 센터 벤팅 유로는 상기 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 제1 배터리 모듈 그룹 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 및 상기 제2 배터리 모듈 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 각각에 배치되는 제1 격벽을 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 팩 하우징의 내부 공간에 있어서, 상기 제1 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제1 사이드 공간 사이, 상기 제2 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 그리고 상기 제2 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제2 사이드 공간 사이에 대응되는 위치 각각에 배치되는 제2 격벽을 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 센터 공간 내에서, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 상기 제2 센터 벤팅 유로가 직접 연통되는 것을 방지하도록 구성된 제3격벽을 구비할 수 있다.
상기 제1 격벽은, 상기 제1 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동 및 상기 제2 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 격벽은, 상기 팩 하우징의 내부 공간에 있어서, 상기 제1 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제1 사이드 공간 사이, 상기 제2 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 그리고 상기 제2 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제2 사이드 공간 사이에서 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 격벽과 상기 팩 커버 사이 및 상기 제1격벽과 상기 팩 하우징 사이 중 적어도 어느 한 곳에는 실링부재가 구비될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 팩 하우징의 수용 공간을 커버하는 커버 플레이트; 및 상기 커버 플레이트의 내측 면에 결합되며, 상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제 2사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로를 구비하는 유로 플레이트; 를 포함할 수 있다.
상기 팩 하우징은, 일 측 및 타 측 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는 가스 포집 공간을 구비할 수 있다.
상기 가스 포집 공간은, 상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제 2센터 벤팅 유로와 연통될 수 있다.
상기 팩 하우징은, 상기 가스 포집 공간의 벤팅가스가 상기 팩 하우징 외부로 배출 가능하도록 구성되는 벤팅 디바이스를 구비할 수 있다.
상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 상기 팩 커버의 내측 면 상에 형성된 홈 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 각각 상기 유로 플레이트의 일 면 상에 형성된 홈 형태를 가질 수 있다.
상기 유로 플레이트는 상기 홈이 형성된 면의 반대면이 상기 커버 플레이트의 내측 면 상에 결합될 수 있다.
상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 상기 제1 사이드 공간 및 제2 사이드 공간의 연장 방향을 따라 각각 복수개가 구비될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일반적인 경우 팩 하우징을 커버하는 용도로만 쓰이는 팩 커버에 벤팅 유로를 만들어 벤팅 가스의 흐름을 제어하는 기능을 추가할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각각의 배터리 모듈에서 써멀 이벤트 발생 시 화염 및 벤팅 가스가 배터리 모듈의 상부와 팩 커버의 내측면 사이에 형성된 제1 센터 벤팅 유로, 제1 사이드 벤팅 유로, 제2 센터 벤팅 유로 및 제2 사이드 벤팅 유로를 따라 제1 사이드 공간, 제2 사이드 공간 및 센터 공간으로 이동하게 되며, 이로써 인접한 배터리 모듈 쪽으로 써멀 이벤트가 확산될 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 또한, 벤팅 가스의 이동간 벤팅 가스의 온도가 떨어질 수 있고, 벤팅 가스와 함께 화염이 발생된 경우에도 벤팅 유로를 따라 이동하는 동안에 화염의 세기가 약해질 수 있다. 이에 따라, 고온의 벤팅 가스 및 화염이 외부로 분출되어 발생할 수 있는 피해를 제거하거나 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 같은 배터리 모듈 그룹 내에서 이웃하는 배터리 모듈간 서로 다른 벤팅 유로를 구성하여, 인접하는 배터리 모듈에서 발생하는 고온의 화염 및 벤팅 가스가 다른 배터리 모듈에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 배터리 팩을 구성하는 데 있어서, 배터리 팩의 크기 및 배터리 모듈의 배치 등에 따라 효과적인 벤팅 유로를 구성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 격벽에 의해 제1 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용공간 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스가 이동하지 않고 제1 센터 벤팅 유로, 제1 사이드 벤팅 유로, 제2 센터 벤팅 유로, 제2 사이드 벤팅 유로를 통해서 이동하게 된다. 이렇게 이동된 벤팅 가스는 다시 제1 사이드 공간, 센터 공간, 제2 사이드 공간을 통해 이동하게 된다. 이와 같은 이동 간에 벤팅 가스의 온도가 감소할 수 있고 화염의 세기가 약화될 수 있다. 제1 격벽 및/또는 제2 격벽이 내부 공간이 빈 대략 빔 형태를 갖는 경우, 강성을 그대로 유지하며 무게를 줄일 수 있다. 제1 격벽 및/또는 제2 격벽 내에 형성되는 빈 공간을 배터리 모듈에 필요한 전장품을 수용하는 공간으로 활용활 수 있다. 전장품은 제1 격벽 및/또는 제2 격벽에 의해 물리적인 충격으로부터 보호될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 격벽과 팩 커버 및/또는 팩 하우징 사이의 틈새로 벤팅 가스가 이동하는 것을 방지하는 효과가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 커버 플레이트와 유로 플레이트가 일체화된 형태를 갖지 않고 서로 별개의 부품으로서 마련되어 결합되는 경우, 유로가 형성되지 않은 일반적인 형태의 팩 커버를 그대로 활용할 수 있게 된다. 팩 커버의 제조 시 각각의 플레이트를 따로 제작하여 결합하는 방식으로 생산 효율을 높일 수 있게 된다. 한편, 상술한 바와 같이, 팩 커버의 내측 면에 벤팅 유로를 형성하는 경우, 유로 형성에 따른 팩 하우징의 내부 수용 공간의 감소를 최소화 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 한번에 많은 가스가 발생하여 배터리 팩의 내압이 증가하는 경우, 가스 포집 공간을 통해 빠르게 배터리 팩의 내압을 감소시킬 수 있다. 벤팅 디바이스를 통해 가스가 의도한 방향으로 배출할 수 있으며, 벤팅 디바이스가 처리할 수 있는 용량을 크게 하거나 개수를 많게 하여 순간적으로 많은 벤팅 가스가 발생하더라도 보다 신속하고 원활한 가스 배출이 가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 팩 커버 또는 유로 플레이트 내측면에 벤팅 유로를 형성하기 위한 별도의 부재없이 홈을 형성하면 되므로 에너지 밀도가 중요한 이차전지에서 공간 효율성을 높일 수 있다. 벤팅 유로를 형성하기 위한 별도의 부재를 팩 커버 또는 유로 플레이트에 결합하는 것보다 쉽게 구현될 수 있으므로 생산이 용이하다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해 시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명을 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 배터리 팩을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징의 내부 공간이 나타나도록 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 제1격벽, 제2격벽 및 제3격벽을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 2의 A-A'을 따라 절단한 단면의 예시적 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 플레이트 및 유로 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 포집공간과 벤팅 홀을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 구비된 홈을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세한 설명하기로 한다. 본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 배터리 팩을 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징의 내부 공간이 나타나도록 도시된 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징(100), 제1 배터리 모듈 그룹(210), 제2 배터리 모듈 그룹(220) 및 팩 커버(300)를 포함한다.
팩 하우징(100)은, 제1 수용 공간(110), 제1 수용 공간(110)과 이격되어 위치하는 제2 수용 공간(120), 제1 수용 공간(110)과 제2 수용 공간(120) 사이에 형성되는 센터 공간(130), 센터 공간(130)과 이격되고 제1 수용 공간(110)과 인접하여 위치하는 제1 사이드 공간(140) 및 센터 공간(130)과 이격되고 제2 수용 공간(120)과 인접하여 위치하는 제2 사이드 공간(150)을 구비할 수 있다. 제1 수용 공간(110)은 센터 공간(130)을 사이에 두고 제2 수용 공간(120)과 대향 배치될 수 있다. 제1 사이드 공간(140)은 제1 수용 공간(110)을 사이에 두고 센터 공간(130)과 대향 배치될 수 있다. 제2 사이드 공간(150)은 제2 수용 공간(120)을 사이에 두고 센터 공간(130)과 대향 배치될 수 있다.
제1 배터리 모듈 그룹(210)은 제1 수용 공간(110) 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 제2 배터리 모듈 그룹(220)은 제2 수용 공간(120) 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 배터리 모듈 그룹(210)은 4개의 배터리 모듈(200)을, 제2 배터리 모듈 그룹(220)은 4개의 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 모듈은 배터리 셀(201)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(201)은 복수개 구비될 수 있다. 배터리 셀(201)은 이차전지를 의미할 수 있다. 배터리 셀(201)은 전극 조립체, 전해질, 전극 조립체와 전해질을 수용하는 전지 케이스 및 전극 조립체와 연결되어 전지 케이스의 외측으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드를 포함할 수 있다. 배터리 셀(201)은 예를 들어 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 배터리 셀(201)로서 채용될 수 있다.
배터리 셀(201)이 복수개 구비되는 경우, 복수의 배터리 셀(201)들은 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(200)은 복수의 배터리 셀(201)을 전기적으로 연결하기 위한 버스바 프레임 어셈블리(202)를 더 포함할 수 있다. 버스바 프레임 어셈블리(202)는 예를 들어 한 쌍이 구비될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(202) 각각은 배터리 셀(201)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 모듈은 모듈 케이스를 더 포함할 수 있다. 모듈 케이스(203)는 적어도 하나의 배터리 셀(201)을 수용하도록 구성될 수 있다. 모듈 케이스(203)는 벤팅 홀(203a)을 구비할 수 있다. 벤팅 홀(203a)은 내부 공간에 수납된 배터리 셀(201)로부터 벤팅 가스가 생성된 경우, 생성된 벤팅 가스가 모듈 케이스(203)의 내부로부터 외부로 배출 가능하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 팩 커버(300)는 제1 센터 벤팅 유로(310), 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 센터 벤팅 유로(320) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 포함할 수 있다. 제1 센터 벤팅 유로(310)는 제1 배터리 모듈 그룹(210)의 일부 배터리 모듈(200)에서 발생되는 벤팅 가스를 센터 공간(130)으로 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제1 사이드 벤팅 유로(330)는 제1 배터리 모듈 그룹(210)의 나머지 배터리 모듈(200)에서 발생하는 벤팅 가스를 제1 사이드 공간(140)으로 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제2 센터 벤팅 유로(320)는 제2 배터리 모듈 그룹(220)의 일부 배터리 모듈(200)에서 발생되는 벤팅 가스를 센터 공간(130)으로 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제2 사이드 벤팅 유로(340)는 제2 배터리 모듈 그룹(220)의 나머지 배터리 모듈(200)에서 발생하는 벤팅 가스를 제2 사이드 공간(150)으로 가이드 하도록 구성될 수 있다. 팩 커버(300)는 팩 하우징(100)과 결합하여 배터리 모듈(200) 상부와 팩 커버(300)의 내측면 사이에 벤팅 유로를 형성할 수 있다.
다만, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다양한 실시예 중 일 실시예를 나타낸 것으로 도면에 도시된 바와 같은 벤팅 유로를 갖도록 본 발명을 한정하는 것을 아니다. 팩 커버(300)는 제1 배터리 모듈 그룹(210)에 포함되는 복수의 배터리 모듈(200) 각각에서 발생되는 벤팅 가스를 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제1 사이드 벤팅 유로(330) 중 선택적으로 어느 하나를 통해 배출하도록 구성될 수 있다. 팩 커버(300)는, 이와 유사하게 제2 배터리 모듈 그룹(220)에 포함되는 복수의 배터리 모듈(200) 각각에서 발생되는 벤팅 가스를 제2 센터 벤팅 유로(320) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340) 중 선택적으로 어느 하나를 통해 배출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 일반적인 경우 팩 하우징(100)을 커버하는 용도로만 쓰이는 팩 커버(300)에 벤팅 유로를 만들어 벤팅 가스의 흐름을 제어하는 기능을 추가할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각각의 배터리 모듈에서 써멀 이벤트 발생 시 화염 및 벤팅 가스가 배터리 모듈(200)의 상부와 팩 커버(300) 내측면 사이에 형성된 제1 센터 벤팅 유로(310), 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 센터 벤팅 유로(320) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 따라 제1 사이드 공간(140), 제2 사이드 공간(150) 및 센터 공간(130)으로 이동하게 되며 이로써 인접한 배터리 모듈 쪽으로 써멀 이벤트가 확산될 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 또한, 벤팅 가스의 이동간 벤팅 가스의 온도가 떨어질 수 있고, 벤팅 가스와 함께 화염이 발생된 경우에도 벤팅 유로를 따라 이동하는 동안에 화염의 세기가 약해질 수 있다. 이에 따라, 고온의 벤팅 가스 및 화염이 외부로 분출되어 발생할 수 있는 피해를 제거하거나 감소시킬 수 있다.
제1 배터리 모듈 그룹(210)은 서로 인접한 제1 배터리 모듈(211) 및 제2 배터리 모듈(212)을 포함할 수 있다. 제1 센터 벤팅 유로(310)는 제1 배터리 모듈(211)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제1 사이드 벤팅 유로(330)는 제2 배터리 모듈(212)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 제1 배터리 모듈(211) 및 제2 배터리 모듈(212)은 특정 배터리 모듈을 설명하기 위한 것이 아닌, 제1 배터리 모듈 그룹(210) 내에서 서로 인접한 한 쌍의 배터리 모듈에서 어느 하나의 배터리 모듈(211)은 제1 센터 벤팅 유로(310)를 갖고, 다른 하나의 배터리 모듈(212)은 제1 사이드 벤팅 유로(330)를 갖도록 구성되는 것을 설명하기 위한 것이다.
제2 배터리 모듈 그룹(220)은 서로 인접한 제3 배터리 모듈(221) 및 제4 배터리 모듈(222)을 포함할 수 있다. 제2 센터 벤팅 유로(320)는 제3 배터리 모듈(221)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제2 사이드 벤팅 유로(340)는 제4 배터리 모듈(222)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다. 제3 배터리 모듈(221) 및 제4 배터리 모듈(222)은 특정 배터리 모듈을 설명하기 위한 것이 아닌, 제2 배터리 모듈 그룹(220) 내에서 서로 인접한 한 쌍의 배터리 모듈에서 어느 하나의 배터리 모듈(221)은 제2 센터 벤팅 유로(320)를 갖고, 다른 하나의 배터리 모듈(222)은 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 갖도록 구성되는 것을 설명하기 위한 것이다
제1 배터리 모듈 그룹(210)은 서로 인접한 제1 배터리 모듈(211) 및 제2 배터리 모듈(212)을 포함하고, 제2 배터리 모듈 그룹(220)은 제1 배터리 모듈(211)과 대면하는 제3 배터리 모듈(221) 및 상기 제2 배터리 모듈(212)과 대면하는 제4 배터리 모듈(222)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 제1 센터 벤팅 유로(310)는 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 제2 센터 벤팅 유로(320)는 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되며, 제1 사이드 벤팅 유로(330)는 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 제2 사이드 벤팅 유로(340)는 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 팩 하우징(100)과 팩 커버(300)를 결합하면 제1 배터리 모듈 그룹(210)과 팩 커버(300) 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)과 팩 커버(300) 사이에 벤팅 가스의 흐름을 가이드 할 수 있는 벤팅 유로들이 형성될 수 있다. Y축 양의 방향 끝 및 X축 음의 방향 끝에 위치하는 배터리 모듈을 제1 배터리 모듈(211)이라고 하면, 제1 배터리 모듈(211)에서 발생되는 벤팅 가스는 제1 센터 벤팅 유로(310)를 통해 이동하고, 제1 배터리 모듈(211)과 대면하도록 위치하는 제3 배터리 모듈(221)에서 발생되는 벤팅 가스는 제2 센터 벤팅 유로(320)를 통해 이동할 수 있다. 제1 배터리 모듈(211)과 이웃하도록 위치하는 제2 배터리 모듈(212)에서 발생되는 벤팅 가스는 제1 사이드 벤팅 유로(330)를 통해 이동하고, 제2 배터리 모듈(212)과 대면하도록 위치하는 제4 배터리 모듈(222)에서 발생되는 벤팅 가스는 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 통해 이동할 수 있다.
앞서 설명한 것과 유사하게, 도 8 및 도 9에 도시된 팩 하우징(100)과 팩 커버(300)를 결합하면 제1 배터리 모듈 그룹(210)과 팩 커버(300) 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)과 팩 커버(300) 사이에 벤팅 가스의 흐름을 가이드 할 수 있는 벤팅 유로들이 형성될 수 있다. Y축 양의 방향 끝에서 2번째, X축 음의 방향 끝에 위치하는 배터리 모듈을 제1 배터리 모듈(211)이라고 하면, 앞서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일한 벤팅 가스 배출 분배 구조가 나타날 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 실시예들은, 같은 배터리 모듈 그룹 내에서 서로 이웃하는 배터리 모듈 각각과 대응되는 벤팅 유로는 서로 연통되지 않도록 구성되고, 서로 다른 배터리 모듈 그룹에 속하며 서로 대면하는 배터리 모듈 각각과 대응되는 벤팅 유로는 서로 연통되도록 구성되는 실시예에 대한 것이다. 다만, 본 발명이 이러한 배터리 모듈의 개수에 대하여 한정하는 것은 아니다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다. 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 하우징에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다. 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 있어서 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 벤팅 유로를 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 제1 센터 벤팅 유로(310)는 제1 배터리 모듈(211)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 제2 사이드 벤팅 유로(340)는 제3 배터리 모듈(221)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되며, 제1 사이드 벤팅 유로(330)는 제2 배터리 모듈(212)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 제2 센터 벤팅 유로(320)는 제4 배터리 모듈(222)에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성될 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 팩 하우징(100)과 팩 커버(300)를 결합하면 제1 배터리 모듈 그룹(210)과 팩 커버(300) 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)과 팩 커버(300) 사이에 벤팅 가스의 흐름을 가이드 할 수 있는 벤팅 유로들이 형성될 수 있다. Y축 양의 방향 끝에서 2번째, 및 X축 음의 방향 끝에 위치하는 배터리 모듈을 제1 배터리 모듈(211)이라고 하면, 제1 배터리 모듈(211)에서 발생되는 벤팅 가스는 제1 센터 벤팅 유로(310)를 통해 이동하고, 제1 배터리 모듈(211)과 대면하도록 위치하는 제3 배터리 모듈(221)에서 발생되는 벤팅 가스는 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 통해 이동할 수 있다. 제1 배터리 모듈(211)과 이웃하도록 위치하는 제2 배터리 모듈(212)에서 발생되는 벤팅 가스는 제1 센터 벤팅 유로(310)를 통해 이동하고, 제2 배터리 모듈(212)과 대면하도록 위치하는 제4 배터리 모듈(222)에서 발생되는 벤팅 가스는 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 통해 이동할 수 있다.
앞서 설명한 것과 유사하게, 도 12 및 도 13에 도시된 팩 하우징(100)과 팩 커버(300)를 결합하면 제1 배터리 모듈 그룹(210)과 팩 커버(300) 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)과 팩 커버(300) 사이에 벤팅 가스의 흐름을 가이드 할 수 있는 벤팅 유로들이 형성될 수 있다. Y축 양의 방향 끝, X축 음의 방향 끝에 위치하는 배터리 모듈을 제1 배터리 모듈(211)이라고 하면 앞서 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 바와 동일한 벤팅 가스 배출 분배 구조가 나타날 수 있다.
도 10 내지 도 13에 도시된 실시예들은, 같은 배터리 모듈 그룹 내에서 서로 이웃하는 배터리 모듈 각각과 대응되는 벤팅 유로는 서로 연통되지 않도록 구성되고, 다른 배터리 모듈 그룹에 속하며 서로 대면하는 배터리 모듈 각각과 대응되는 벤팅 유로 역시 서로 연통죄지 않도록 구성되는 실시예에 대한 것이다. 다만, 본 발명이 이러한 배터리 모듈의 개수에 대하여 한정하는 것은 아니다.
팩 커버(300)는 차단막(301)을 구비할 수 있다. 상기 차단막(301)은 제1 사이드 벤팅 유로(330)와 대응되는 위치 및 센터 공간(130) 사이에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 사이드 벤팅 유로(330)와 센터 공간(130) 사이의 연통을 차단할 수 있다. 상기 차단막(301)은 제1 센터 벤팅 유로(310)와 대응되는 위치 및 제1 사이드 공간(140) 사이에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 센터 벤팅 유로(310)와 제1 사이드 공간(140) 사이의 연통이 차단될 수 있다. 상기 차단막(301)은 제2 사이드 벤팅 유로(340)와 대응되는 위치 및 센터 공간(130) 사이에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 사이드 벤팅 유로(340)와 센터 공간(130) 사이의 연통이 차단될 수 있다. 상기 차단막(301)은 제2 센터 벤팅 유로(320)와 대응되는 위치 및 제2 사이드 공간(150) 사이에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 센터 벤팅 유로(320)와 제2 사이드 공간(150) 사이의 연통이 차단될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 같은 배터리 모듈 그룹 내에서 이웃하는 배터리 모듈간 서로 다른 벤팅 유로를 구성하여, 인접하는 배터리 모듈에서 발생하는 고온의 화염 및 벤팅 가스가 다른 배터리 모듈에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 배터리 팩(10)을 구성하는 데 있어서, 배터리 팩(10)의 크기 및 배터리 모듈(200)의 배치 등에 따라 효과적인 벤팅 유로를 구성할 수 있다.
도 14는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 포함되는 제1 격벽, 제2 격벽 및 제3 격벽을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(10)은 제1 격벽(400a)을 구비할 수 있다. 제1 격벽(400a)은, 제1 배터리 모듈 그룹(210) 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 및 제2 배터리 모듈 그룹(220) 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 각각에 배치되도록 구비될 수 있다. 제1 격벽(400a)은 제1 배터리 모듈 그룹(210)에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성될 수 있다. 제1 격벽(400a)은, 팩 커버(300) 및/또는 팩 하우징(100)과 결합될 수 있다. 상기 결합은, 용접이나 볼팅 등에 의해 상호 결합될 수 있다. 제1 격벽(400a)은 내부가 빈 대략 빔 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 배터리 팩(10)은 제2 격벽(400b)을 구비할 수 있다. 제2 격벽(400b)은, 팩 하우징(100)의 내부 공간에 있어서, 제1 사이드 벤팅 유로(330)와 대응되는 공간 및 센터 공간(130) 사이에 구비될 수 있다. 제2 격벽(400b)은 제1 센터 벤팅 유로(310)와 대응되는 공간 및 제1 사이드 공간(140) 사이에 구비될 수 있다. 제2 격벽(400b)은 제2 사이드 벤팅 유로(340)와 대응되는 공간 및 센터 공간(130) 사이에 구비될 수 있다. 제2 격벽(400b)은 제2 센터 벤팅 유로(320)와 대응되는 공간 및 제2 사이드 공간(150) 사이에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
제2 격벽(400b)은 팩하우징의 내부 공간에 있어서, 제1 사이드 벤팅 유로(330)와 대응되는 공간 및 센터 공간(130) 사이, 제1 센터 벤팅 유로(310)와 대응되는 공간 및 제1 사이드 공간(140) 사이, 제2 사이드 벤팅 유로(340)와 대응되는 공간 및 센터 공간(130) 사이, 그리고 제2 센터 벤팅 유로(320)와 대응되는 공간 및 제2 사이드 공간(150) 사이에서 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성될 수 있다. 제2 격벽(400b)은, 팩 커버(300) 및/또는 팩 하우징(100)과 결합될 수 있다. 상기 결합은, 용접이나 볼팅 등에 의해 상호 결합될 수 있다. 제2 격벽(400b)은 내부가 빈 대략 빔 형태를 가질 수 있다.
제1 격벽(400a)과 제2 격벽(400b)은 적어도 부분적으로 상호 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 또는 각각의 부재는 별도로 제조된 후, 용접이나 볼팅 등을 통해 상호 결합될 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 격벽(400a)에 의해 제1 배터리 모듈 그룹(210)에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용공간 사이 및 제2 배터리 모듈 그룹(220)에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동이 차단될 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스는, 제1 센터 벤팅 유로(310), 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 센터 벤팅 유로(320), 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 통해서 이동하게 된다. 이렇게 이동된 벤팅 가스는 다시 제1 사이드 공간(140), 센터 공간(130), 제2 사이드 공간(150)을 통해 이동하게 된다. 이와 같은 이동 간에 벤팅 가스의 온도가 감소할 수 있고 화염의 세기가 약화될 수 있다. 제1 격벽(400a) 및/또는 제2 격벽(400b)이 내부 공간이 빈 대략 빔 형태를 갖는 경우, 강성을 그대로 유지하며 무게를 줄일 수 있다. 제1 격벽(400a) 및/또는 제2 격벽(400b) 내에 형성되는 빈 공간을 배터리 모듈에 필요한 전장품을 수용하는 공간으로 활용활 수 있다. 전장품은 제1 격벽(400a) 및/또는 제2 격벽(400b)에 의해 물리적인 충격으로부터 보호될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩(10)은 제3 격벽(400c)을 포함할 수 있다. 제3 격벽(400c)은, 센터 공간(130) 내에서 제1 센터 벤팅 유로(310)와 제2 센터 벤팅 유로(320)가 직접 연통되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 제3 격벽(400c)은, 팩 커버(300) 및/또는 팩 하우징(100)과 결합될 수 있다. 상기 결합은, 용접이나 볼팅 등에 의해 상호 결합될 수 있다. 제3 격벽(400c)은 내부가 빈 대략 빔 형태를 가질 수 있다. 제3 격벽(400c)은 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 제3 격벽(400c) 내에 형성되는 빈 공간을 배터리 모듈들을 연결하는 배선이 지나가는 통로로서 활용할 수 있다. 배선은 제3 격벽(400c)에 의해 물리적인 충격으로부터 보호될 수 있다.
도 15는 도 2의 A-A'을 따라 절단한 단면의 예시적 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(10)은 실링부재(500)를 포함할 수 있다. 실링부재(500)는 제1 격벽(400a)과 팩 커버(300) 사이 및 제1 격벽(400a)과 팩 하우징(100) 사이 중 적어도 어느 한 곳에 구비될 수 있다. 실링부재(500)는, 제1 격벽(400a)뿐 아니라, 제2 격벽(400b) 및/또는 제3 격벽(400c)과 팩 커버(300) 사이 및 제2 격벽(400b) 및/또는 제3 격벽(400c)과 팩 하우징(100) 사이 중 적어도 어느 한 곳에 구비될 수 있다. 실링부재(500)는 격벽과 팩 커버(300) 및/또는 팩 하우징(100)의 결합부위를 적어도 일부 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 격벽과 팩 커버(300) 및/또는 팩 하우징(100) 사이의 틈새로 벤팅 가스가 이동하는 것을 방지하는 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 플레이트 및 유로 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 16을 참조하면, 팩 커버(300)는, 커버 플레이트(300a) 및 유로 플레이트(300b)를 포함할 수 있다. 커버 플레이트(300a)는 팩 하우징(100)의 수용 공간을 커버할 수 있다. 유로 플레이트(300b)는 커버 플레이트(300a)의 내측면에 결합될 수 있다. 유로 플레이트(300b)는 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 사이드 벤팅 유로(340), 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제2 센터 벤팅 유로(320)를 구비할 수 있다. 유로 플레이트(300b)는 배터리 모듈과 대응되는 위치에서 커버 플레이트(300a)의 내측 면에 결합될 수 있다. 커버 플레이트(300a) 및 유로 플레이트(300b)는 적어도 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있으며, 반드시 각각의 플레이트가 따로 제작되어 결합되는 경우로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한 제1 센터 벤팅 유로(310), 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 센터 벤팅 유로(320) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340)는 각각의 플레이트 상에 각각의 배터리 모듈에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 커버 플레이트(300a)와 유로 플레이트(300b)가 일체화된 형태를 갖지 않고 서로 별개의 부품으로서 마련되어 결합되는 경우, 유로가 형성되지 않은 일반적인 형태의 팩 커버(300)를 그대로 활용할 수 있게 된다. 팩 커버(300)의 제조 시 각각의 플레이트를 따로 제작하여 결합하는 방식으로 생산 효율을 높일 수 있게 된다. 한편, 상술한 바와 같이, 팩 커버(300)의 내측 면에 벤팅 유로를 형성하는 경우, 유로 형성에 따른 팩 하우징(100)의 내부 수용 공간의 감소를 최소화 할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 가스 포집 공간과 벤팅 홀을 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 팩 하우징(100)은, 일 측 및 타 측 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는 가스 포집 공간(600)을 구비할 수 있다. 가스 포집 공간(600)은 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 사이드 벤팅 유로(340), 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제2 센터 벤팅 유로(320)와 연통될 수 있다. 배터리 모듈에서 발생한 벤팅 가스는, 제1 센터 벤팅 유로(310), 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 센터 벤팅 유로(320) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340)를 따라 제1 사이드 공간(140), 센터 공간(130) 및 제2 사이드 공간(150)으로 모일 수 있다. 이렇게 모인 벤팅 가스는, 다시 제1 사이드 공간(140), 센터 공간(130) 및 제2 사이드 공간(150)을 따라 이동하여 가스 포집 공간(600)에 모일 수 있다. 가스 포집 공간(600)은 제1 사이드 공간(140), 센터 공간(130) 및 제2 사이드 공간(150)을 통하여 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 사이드 벤팅 유로(340), 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제2 센터 벤팅 유로(320)와 연통될 수 있다. 예를 들어, 가스 포집 공간(600)은, 팩 하우징(100)의 길이 방향(Y축 양의 방향) 단부에 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 도 17에 도시된 가스 포집 공간(600)의 형태, 위치 및 개수에 한정되는 것은 아니다.
팩 하우징(100)은, 가스 포집 공간(600)의 벤팅가스가 팩 하우징(100) 외부로 배출 가능하도록 벤팅 디바이스(700)를 구비할 수 있다. 벤팅 디바이스(700)는 팩 하우징(100)을 관통하는 형태로써 단순한 홀 형태일 수 있다. 또한, 완전히 개방되어 있는 형태뿐만 아니라, 완전히 개방되지 않고, 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가 압력이나 온도 등의 변화에 따라 개방 가능한 특정 디바이스일 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 한번에 많은 가스가 발생하여 배터리 팩(10)의 내압이 증가하는 경우, 가스 포집 공간(600)을 통해 빠르게 배터리 팩(10)의 내압을 감소시킬 수 있다. 벤팅 디바이스(700)를 통해 가스가 의도한 방향으로 배출되도록 할 수 있으며, 벤팅 디바이스(700)가 처리할 수 있는 용량을 크게 하거나 개수를 많게 하여 순간적으로 많은 벤팅 가스가 발생하더라도 보다 신속하고 원활한 가스 배출이 가능할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 팩 커버에 구비된 홈을 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 사이드 벤팅 유로(340), 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제2 센터 벤팅 유로(320)는, 팩 커버(300)의 내측 면 상에 형성된 홈(G) 형태를 가질 수 있다. 제1 사이드 벤팅 유로(330), 제2 사이드 벤팅 유로(340), 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 제2 센터 벤팅 유로(320)는, 유로 플레이트(300b)의 내측 면 상에 형성된 홈(G) 형태를 가질 수 있다. 이러한 경우, 유로 플레이트(300b)는 홈(G)이 형성된 면과 반대면이 커버 플레이트(300a)의 내측면 상에 결합될 수 있다.
상기 제1 사이드 벤팅 유로(330), 상기 제2 사이드 벤팅 유로(340), 상기 제1 센터 벤팅 유로(310) 및 상기 제2 센터 벤팅 유로(320)는, 상기 제1 사이드 벤팅 유로(330) 및 제2 사이드 벤팅 유로(340)의 연장 방향을 따라 복수개가 구비될 수 있다. 이를 위해, 홈(G)이 복수 개 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 따르면, 팩 커버(300) 또는 유로 플레이트(300b) 내측면에 벤팅 유로를 형성하기 위한 별도의 부재없이 홈(G)을 형성하면 되므로 에너지 밀도가 중요한 이차전지에서 공간 효율성을 높일 수 있다. 벤팅 유로를 형성하기 위한 별도의 부재를 팩 커버(300) 또는 유로 플레이트(300b)에 결합하는 것보다 쉽게 구현될 수 있으므로 생산이 용이하다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차(1)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차(1)는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 또는 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차(1)는, 이러한 배터리 모듈이나 배터리 팩(10) 이외에 자동차(1)에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차(1)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 제1 수용 공간, 상기 제1 수용 공간과 이격되어 위치하는 제2 수용 공간, 상기 제1 수용 공간과 상기 제2 수용 공간 사이에 형성되는 센터 공간, 상기 센터 공간과 이격되고 제1 수용 공간과 인접하여 위치하는 제1 사이드 공간 및 상기 센터 공간과 이격되고 제2 수용 공간과 인접하여 위치하는 제2 사이드 공간을 구비하는 팩 하우징;
    상기 제1 수용 공간 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 제1 배터리 모듈 그룹;
    상기 제2 수용 공간 내에 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 제2 배터리 모듈 그룹; 및
    상기 제1 배터리 모듈 그룹의 일부 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 상기 센터 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제1 센터 벤팅 유로, 상기 제1 배터리 모듈 그룹의 나머지 배터리 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 상기 제1 사이드 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 배터리 모듈 그룹의 일부 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 상기 센터 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제2 센터 벤팅 유로, 및 상기 제2 배터리 모듈 그룹의 나머지 배터리 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 상기 제2 사이드 공간으로 가이드 하도록 구성되는 제2 사이드 벤팅 유로를 구비하는 팩 커버; 를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 제1 센터 벤팅 유로는 상기 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제1 사이드 벤팅 유로는 상기 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제3 배터리 모듈 및 제4 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 제2 센터 벤팅 유로는 상기 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 사이드 벤팅 유로는 상기 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈 그룹은 서로 인접한 제1 배터리 모듈 및 제2 배터리 모듈을 포함하고, 상기 제2 배터리 모듈 그룹은 제1 배터리 모듈과 대면하는 제3 배터리 모듈 및 상기 제2 배터리 모듈과 대면하는 제4 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 센터 벤팅 유로는 상기 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 센터 벤팅 유로는 상기 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되며,
    상기 제1 사이드 벤팅 유로는 상기 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 사이드 벤팅 유로는 상기 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 센터 벤팅 유로는 상기 제1 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 사이드 벤팅 유로는 상기 제3 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되며,
    상기 제1 사이드 벤팅 유로는 상기 제2 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되고, 상기 제2 센터 벤팅 유로는 상기 제4 배터리 모듈에서 발생되는 벤팅 가스를 가이드 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 제1 배터리 모듈 그룹 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 및 상기 제2 배터리 모듈 그룹 내에서 서로 인접하는 한 쌍의 배터리 모듈 사이에 대응되는 위치 각각에 배치되는 제1 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 팩 하우징의 내부 공간에 있어서, 상기 제1 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제1 사이드 공간 사이, 상기 제2 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 그리고 상기 제2 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제2 사이드 공간 사이에 대응되는 위치 각각에 배치되는 제2 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 센터 공간 내에서, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 상기 제2 센터 벤팅 유로가 직접 연통되는 것을 방지하도록 구성된 제3 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 격벽은,
    상기 제1 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동 및 상기 제2 배터리 모듈 그룹에 있어서 서로 인접한 배터리 모듈 각각의 수용 공간 사이에서의 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 격벽은,
    상기 팩 하우징의 내부 공간에 있어서, 상기 제1 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 상기 제1 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제1 사이드 공간 사이, 상기 제2 사이드 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 센터 공간 사이, 그리고 상기 제2 센터 벤팅 유로와 대응되는 공간 및 상기 제2 사이드 공간 사이에서 벤팅 가스의 이동이 차단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 격벽과 상기 팩 커버 사이 및 상기 제1 격벽과 상기 팩 하우징 사이 중 적어도 어느 한 곳에 실링 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 팩 커버는,
    상기 팩 하우징의 수용 공간을 커버하는 커버 플레이트; 및
    상기 커버 플레이트의 내측 면에 결합되며, 상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로를 구비하는 유로 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 팩.
  14. 제1 항에 있어서
    상기 팩 하우징은,
    일 측 및 타 측 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는 가스 포집 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 가스 포집 공간은, 상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 팩 하우징은,
    상기 가스 포집 공간의 벤팅가스가 상기 팩 하우징 외부로 배출 가능하도록 구성되는 벤팅 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 상기 팩 커버의 내측 면 상에 형성된 홈 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 각각 상기 유로 플레이트의 일 면 상에 형성된 홈 형태를 가지며,
    상기 유로 플레이트는 상기 홈이 형성된 면의 반대면이 상기 커버 플레이트의 내측 면 상에 결합되는 것을 특징으로 하는
    배터리 팩.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 사이드 벤팅 유로, 상기 제2 사이드 벤팅 유로, 상기 제1 센터 벤팅 유로 및 상기 제2 센터 벤팅 유로는, 상기 제1 사이드 공간 및 제2 사이드 공간의 연장 방향을 따라 각각 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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