WO2023128576A1 - 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ess 및 자동차 - Google Patents

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WO2023128576A1
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battery pack
cover frame
battery
venting gas
cover
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김승현
오영후
옥승민
조상현
조영범
홍성곤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, an energy storage system (ESS) including the battery pack, and a vehicle.
  • ESS energy storage system
  • a battery pack applied to devices such as an energy storage system (ESS) and an electric vehicle may be manufactured in a form including a plurality of battery modules to which lithium secondary batteries capable of realizing high output and high capacity are applied.
  • the number of lithium secondary batteries included in one battery module can be increased to satisfy the output characteristics of battery packs applied to devices that require high output and large capacity, such as energy storage systems and electric vehicles, and to realize high capacity. and the number of battery modules included in one battery pack may be increased.
  • a fire occurring in a battery pack starts from an abnormal temperature increase and internal gas generation of a lithium secondary battery disposed inside the battery module.
  • the temperature of the lithium secondary battery rises abnormally and the internal pressure of the lithium secondary battery rises above a certain level due to the generation of internal gas, venting occurs in the lithium secondary battery, and this causes the outside of the lithium secondary battery to A high-temperature gas is ejected, and a high-temperature spark containing an electrode active material and aluminum particles is ejected.
  • these hot gases and sparks come into contact with oxygen, a fire may occur.
  • the situation in which the high-temperature venting gas and high-temperature spark generated by the occurrence of a thermal event come into contact with a large amount of oxygen occurs when the venting gas generated inside the battery pack quickly escapes to the outside at high pressure. easy. That is, when the pressure inside the battery pack is momentarily very high due to the venting of the secondary battery due to the thermal event, and then the venting gas is quickly discharged to the outside, the internal pressure is greatly reduced within a short time, and rather, a large amount of oxygen is released from the outside to the inside. can flow into At this time, a fire may occur as the high-temperature venting gas remaining inside the battery pack, a spark material, and a large amount of oxygen meet.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and in discharging the venting gas generated during a thermal event, the venting gas is discharged at an appropriate speed despite a high venting pressure, thereby minimizing or preventing the inflow of oxygen from the outside. to do for the purpose of
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above object is a module assembly including a plurality of battery modules disposed along a first direction; a vent channel disposed on one surface of the module assembly and configured to communicate with each of the plurality of battery modules; and a discharge delay member provided in the vent channel and configured to delay discharge of venting gas generated from at least some of the plurality of battery modules and introduced into the vent channel.
  • a plurality of discharge delay members may be provided, and the plurality of discharge delay members may be disposed along the first direction.
  • the discharge delay member may be configured to be melted by the venting gas.
  • Each of the plurality of battery modules may include an outlet through which venting gas therein may be discharged, and the vent channel may include a plurality of inlets formed at positions corresponding to the respective outlets.
  • the battery pack may include a flow path stopper configured to cover at least one of the outlet and the inlet and be melted by the venting gas.
  • the space inside the vent channel may include a plurality of partitioned spaces configured to be isolated from each other by the discharge delay member, and each of the plurality of partitioned spaces may communicate with at least one battery module.
  • Each of the plurality of battery modules includes a cell assembly including a plurality of battery cells having electrode leads; a module housing configured to accommodate the cell assembly and having at least one side open; and a cover frame having a lead slit configured to pass the electrode lead and configured to cover one open side of the module housing; can include
  • the cover frame may be melted by the venting gas to close the lead slit.
  • the cover frame may include a first cover frame configured to have a first melting point; and a second cover frame configured to have a second melting point higher than the first melting point.
  • the first melting point may be a temperature lower than the temperature of the venting gas
  • the second melting point may be a temperature higher than the temperature of the venting gas
  • the cover frame may be configured such that the first cover frame and the second cover frame contact each other or overlap each other in a spaced apart state, or the first cover frame may cover the second cover frame. .
  • the battery pack may include a pack cover configured to face the cover frame and cover one side of the module assembly.
  • the battery pack may include a pack opening formed at at least one end of both ends of a space formed between the module assembly and the cover frame in the first direction.
  • An ESS according to an embodiment of the present invention may include the battery pack of the present invention as described above.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention may include the battery pack of the present invention as described above.
  • the venting gas in discharging the venting gas generated during a thermal event, can be discharged at an appropriate speed despite a high venting pressure, thereby minimizing or preventing the inflow of external oxygen. there is.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the internal structure of the vent channel of the present invention.
  • 3 is a view for explaining the opening of the venting passage according to the melting of the discharge delay member by the high-temperature venting gas.
  • FIG 4 and 5 are views showing a communication structure between a battery module and a vent channel according to the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams showing various corresponding relationships between a compartment space formed in a venting channel and a battery module according to the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an exemplary form of the battery module of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a form in which the pack cover is removed in the battery pack of the present invention.
  • FIG 10 and 11 are views showing various types of cover frames applied to the battery module of the present invention.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams illustrating an embodiment in which a pack opening is formed in the battery pack according to the present invention.
  • ESS 14 is a diagram illustrating an energy storage system (ESS) according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1 may include a module assembly M, a vent channel 20 and an exhaust unit 30.
  • the module assembly M may include a plurality of battery modules 10 disposed along a first direction (a direction parallel to the X-axis).
  • the vent channel 20 may be disposed on one surface (parallel to the X-Y plane) of the module assembly M.
  • the vent channel 20 may be configured to communicate with each of the plurality of battery modules 10 .
  • the discharge delay member 30 may be provided in the vent channel 20 .
  • the discharge delay member 30 may be configured to delay the discharge of venting gas generated from at least some of the plurality of battery modules 10 and introduced into the vent channel 20 .
  • the battery pack 1 of the present invention when the venting gas is discharged due to the occurrence of a thermal event, the venting gas is rapidly discharged, rather reversely, in the direction from the outside to the inside. It is possible to minimize or prevent the inflow of oxygen due to possible negative pressure.
  • the battery pack 1 of the present invention is configured to discharge the venting gas generated from each of the plurality of battery modules 10 rather than forming a discharge part for direct venting in a part of the battery module 10. The possibility of inflow of external oxygen can be greatly reduced by providing the channel.
  • venting occurs inside the battery pack 1
  • the venting gas may be discharged very quickly at a high pressure in the initial stage of venting.
  • the venting pressure decreases toward the latter half of the venting, and as the venting gas is rapidly discharged, the venting pressure may rapidly decrease in the latter half of the venting.
  • a large amount of negative pressure may be generated from the outside toward the inside, and due to this, a large amount of oxygen may flow in and cause a fire by contacting high-temperature combustible materials remaining inside.
  • the venting channel 20 and the discharge delay member 30 provided therein it is possible to minimize or prevent the inflow of oxygen due to the negative pressure, and thereby the battery pack ( 1)
  • the stability in use can be greatly improved.
  • the discharge delay member 30 may be, for example, a porous plate configured to allow venting gas to pass therethrough.
  • the venting gas may pass through the discharge delay member 30 .
  • the emission speed of the venting gas may be slowed down.
  • the discharge delay member 30 may be provided in plurality.
  • a plurality of the discharge delay members 30 may be disposed along the first direction (direction parallel to the X axis). In this case, even if gas venting occurs in any battery module 10 among the plurality of battery modules 10 , the flow of venting gas introduced from the corresponding battery module 10 into the vent channel 20 may be delayed.
  • the venting channel 20 may have a channel closing portion formed at one end in the extending direction and a channel opening portion 20a formed at the other end.
  • the venting gas introduced into the venting channel 20 at a position close to the closed portion of the venting channel 20 is directed toward the channel opening portion. It passes through a plurality of venting delay members 30 until it is discharged through (20a), and due to this, the discharge pressure can be sufficiently reduced.
  • the discharge delay member 30 may be configured to be melted by a venting gas. That is, the emission delay member 30 may be configured to have a melting point lower than the temperature of the venting gas generated in the battery module 10 of the present invention.
  • the temperature of the venting gas may vary depending on the specific configuration and number of battery cells applied to the battery module 10, and the emission delay member 30 of the present invention may be configured to have an appropriate melting point in consideration of this.
  • the discharge delay member 30 may include a resin and/or rubber material.
  • the discharge delay member 30 may have a porous plate structure as described above.
  • the venting gas can pass through, so that the venting gas can be discharged even if the porous plate structure is not applied.
  • the porous plate structure can prevent excessive delay in the discharge of the venting gas.
  • the battery module 10 may include an outlet OL formed on one surface thereof (a surface parallel to the X-Y plane).
  • the outlet OL may be provided in each of the plurality of battery modules 10 .
  • the outlet OL may be configured to allow venting gas inside the battery module 10 to be discharged.
  • the vent channel 20 may include an inlet IL formed on one surface thereof (a surface parallel to the X-Y plane).
  • a plurality of inlets IL may be provided. Each of the plurality of inlets IL may be provided at a position corresponding to each of the plurality of outlets OL.
  • the inlet IL and the outlet OL may communicate with each other. Accordingly, the venting gas generated in the battery module 10 may flow into the inner space of the venting channel 20 through the outlet OL and the inlet IL.
  • the battery pack 1 of the present invention may include a flow path stopper 40 configured to cover at least one of the outlet OL and the inlet IL.
  • the flow path stopper 40 may be configured to be melted by a venting gas. When the flow path plug 40 is melted by contact with the high-temperature venting gas generated inside the battery module 10, the venting gas flows into the venting channel 20 through the outlet OL and the inlet IL. can be introduced into
  • the passage stop 40 may be configured to have a melting point lower than the temperature of the venting gas generated in the battery module 10 of the present invention.
  • the temperature of the venting gas may vary depending on the specific configuration and number of battery cells applied to the battery module 10, and the passage stopper 40 of the present invention may be configured to have an appropriate melting point in consideration of this.
  • the flow path stopper 40 may include a resin and/or rubber material.
  • the space inside the vent channel 20 may include a plurality of compartment spaces configured to be isolated from each other by the discharge delay member 30 .
  • each of the plurality of partitioned spaces may be configured to communicate with at least one battery module 10 .
  • one partitioned space may be configured to communicate with one battery module 10 .
  • one partitioned space may be configured to communicate with a plurality of battery modules 10 .
  • FIG. 7 shows only a case in which one compartment space communicates with two battery modules 10, the present invention is not limited thereto, and may be configured to communicate with three or more battery modules 10.
  • the compartment space inside the venting channel 20 is configured to communicate with the battery module 10, as shown in FIG. 4, the outlets formed in the battery module 10 and the venting channel 20, respectively.
  • the battery module 10 of the present invention accommodates a cell assembly CS including a plurality of battery cells 100 (see FIGS. 4 and 5 ) and a cell assembly CS. It may include a module housing 200 configured and a cover frame 300 configured to cover one open side of the module housing 200 .
  • the battery cell 100 may include an electrode lead 110 connected to an electrode assembly (not shown) accommodated therein and drawn out of the cell case.
  • the module housing 200 may have a shape in which at least one side is open.
  • the electrode lead 110 may extend toward the open area of the module housing 200 .
  • the cover frame 300 may have a lead slit through which the electrode lead 110 passes.
  • a bus bar may be positioned on the cover frame 300, and a plurality of electrode leads 110 may pass through lead slits and be coupled to the bus bar.
  • a module opening portion P1 which is a gap through which venting gas generated inside the battery module 10 can be discharged.
  • This module opening (P1) can function as a passage through which cooling fluid (eg, air) can flow in the normal use state of the battery pack (1), and when a thermal event (thermal event) occurs, the venting gas It can function as a passage for discharge.
  • the plurality of battery modules 10 may be arranged so that module openings P1 formed in each face the same direction.
  • this module opening (P1) is located on one surface (parallel to the X-Y plane) and the other surface (parallel to the X-Z plane) on which the venting channel 20 of the present invention is located. can be formed on
  • the cover frame 300 may be melted by a venting gas to close the lead slit.
  • the cover frame 300 may be configured to have a melting point lower than the temperature of the venting gas.
  • the temperature of the venting gas may vary depending on the specific configuration and number of applied battery cells 100 applied to the battery module 10, and the cover frame 300 of the present invention may be configured to have an appropriate melting point in consideration of this.
  • the cover frame 300 may include a resin material.
  • the melting of the cover frame 300 occurs at the beginning of generation of the venting gas, so that the lead slit can be closed, and accordingly, the inflow of oxygen through the opening part P1 of the battery module 10 is blocked.
  • the battery pack 1 of the present invention may induce a flow of venting gas toward the venting channel 20 .
  • the flow of the venting gas guided toward the venting channel 20 may be delayed through the discharge delay member 30 (see FIGS. 2 and 3) described above, whereby oxygen through the venting channel 20 according to the generation of negative pressure. Inflows can also be minimized.
  • the cover frame 300 is compared with the previously described discharge delay member 30 (see FIGS. 2 and 3) and/or the flow stop 40 (see FIG. 5). It can be configured to have a lower melting point.
  • the cover frame 300 is configured in this way, it is possible to quickly block the discharge of the venting gas and the discharge of the spark material through the module opening part P1 of the battery module 10, thereby entering the battery module 10. can maximize the effect of preventing oxygen inflow.
  • the cover frame 300 may include a first frame 310 and a second frame 320 .
  • the first frame 310 may be configured to have a first melting point.
  • the second frame 320 may be configured to have a second melting point higher than the first melting point.
  • the first melting point may be lower than the temperature of the venting gas.
  • the second melting point may be higher than the temperature of the venting gas.
  • the first cover frame 310 may include, for example, a resin material.
  • the second cover frame 320 may include, for example, a resin material and/or a mica material having a higher melting point than the first cover frame 310 .
  • the first cover frame 310 may be configured to cover the module opening portion P1 of the battery module 10 by melting more quickly than the second cover frame 320 in a high-temperature environment according to the occurrence of a thermal event.
  • the second cover frame 320 may be configured to support the electrode lead 110 without melting for a longer time compared to the first cover frame 310 in a high-temperature environment according to the occurrence of a thermal event.
  • the second cover frame 320 may support the electrode lead 110 . Therefore, it is possible to prevent hard shorts from occurring due to unnecessary electrical contact between electrode leads 110 adjacent to each other. Furthermore, a phenomenon in which a large amount of oxygen is introduced due to the complete structural collapse of the cover frame 300 causing a fire or an increase in the scale of the fire can be prevented.
  • the first cover frame 310 and the second cover frame 320 may have shapes corresponding to each other.
  • the first cover frame 310 and the second cover frame 320 may each have lead slits at positions corresponding to each other.
  • the cover frame 300 may be configured such that the first cover frame 310 and the second cover frame 320 are in contact with each other or overlapped in a spaced state (see FIG. 10 ).
  • the first cover frame 310 may be disposed further inside than the second cover frame 320 . In this case, the first cover frame 310 having a relatively low melting point is melted by first being exposed to the high-temperature venting gas, thereby quickly closing the module opening part P1.
  • the cover frame 300 may be configured such that the first cover frame 310 covers the second cover frame 320 (see FIG. 11 ).
  • the cover frame 300 may be manufactured by, for example, insert injection molding.
  • the module opening portion P1 may be quickly closed by melting of the first cover frame 310 exposed to a high-temperature environment from the outside.
  • the battery pack 1 may include a pack cover 50 .
  • the pack cover 50 may be configured to face the cover frame 300 and cover one side of the module assembly M. When the pack cover 50 is provided, high-temperature venting gas and spark material that may be discharged through the module opening P1 according to the occurrence of a thermal event may be blocked.
  • the battery pack 1 may include a pack opening part P2.
  • the pack opening part P2 may be formed at at least one end of both ends in the first direction (direction parallel to the X axis) of the space S formed between the module assembly M and the pack cover 50. there is.
  • the cooling fluid can be efficiently circulated through the space formed between the pack cover 50 and the module assembly M.
  • module openings P1 may be formed on both sides of the battery module 10, respectively.
  • the pack cover 50 may be provided on both sides of the module assembly M, respectively.
  • the pack opening part P2 is formed between one side of the module assembly M and the pack cover 50 in an extension direction (direction parallel to the X-axis) of the space S formed between one end and the module assembly M.
  • Each may be provided at the end of the other side in the extending direction (direction parallel to the X axis) of the space S formed between the other side and the pack cover 50 .
  • the cooling fluid introduced through one of the pair of pack openings P2 passes through the inside of each battery module 10 and is located on the opposite side. Efficient cooling is possible by being discharged through the pack opening (P2) to be.
  • the battery pack 1 of the present invention can be configured to block the inflow of battery oxygen along such a cooling circulation path, thereby greatly improving the safety of using the battery pack 1.
  • an energy storage system (ESS) 3 includes a battery pack 1 according to the present invention.
  • the ESS 3 may include, for example, a battery system including a plurality of battery packs 1 and a rack housing 2 configured to allow the plurality of battery packs 1 to be stacked therein.
  • the ESS 3 may include one or a plurality of such battery systems.
  • a vehicle 5 includes a battery pack 1 according to the present invention.
  • the vehicle 5 may be configured to be powered by one or a plurality of battery packs 1 and driven.
  • the vehicle 5 may be, for example, an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV).
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid electric vehicle

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 집합체; 상기 모듈 집합체의 일 면 상에 배치되며, 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 연통되도록 구성되는 벤트 채널; 및 상기 벤트 채널 내에 구비되며, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 발생되어 상기 벤트 채널 내로 유입된 벤팅 가스의 배출을 지연시키도록 구성되는 배출 지연 부재; 를 포함한다.

Description

배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ESS 및 자동차
본 발명은 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ESS(energy storage system) 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2021년 12월 27일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0188648호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
ESS(energy storage system), 전기자동차 등과 같은 디바이스에 적용되는 배터리 팩은, 고출력 및 고용량의 실현이 가능한 리튬 이차전지가 적용된 배터리 모듈을 복수개 포함하는 형태로 제조될 수 있다. 에너지 저장 시스템, 전기자동차 등과 같이 높은 출력 및 큰 용량을 요구하는 디바이스에 적용되는 배터리 팩의 출력 특성을 만족하고, 고용량을 실현하기 위해서 하나의 배터리 모듈에 포함되는 리튬 이차전지의 개수를 증가시킬 수 있고, 하나의 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 증가시킬 수 있다.
그러나, 이처럼 많은 개수의 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 화재 및 폭발이 발생되는 경우 그 피해는 더욱 커질 수 밖에 없다.
배터리 팩에서 발생되는 화재는, 배터리 모듈의 내부에 배치된 리튬 이차전지의 비정상적인 온도 상승과 내부 가스 발생으로부터 시작된다. 리튬 이차전지의 온도가 비정상적으로 상승하고 내부 가스의 발생에 따라 리튬 이차전지의 내압이 일정 수준 이상으로 상승하게 되면, 리튬 이차전지에 벤팅(venting)이 발생되고, 이로 인해 리튬 이차전지의 외부로 고온의 가스가 분출되며, 또한 전극 활물질과 알루미늄 입자 등을 포함하는 고온의 스파크가 분출된다. 이러한 고온의 가스 및 스파크가 산소와 만나게 되면 화재가 발생할 수 있다.
특히, 써멀 이벤트의 발생에 따라 생성되는 고온의 벤팅 가스와 고온의 스파크가 많은 양의 산소와 접촉하게 되는 상황은 배터리 팩 내부에 생성된 벤팅 가스가 높은 압력으로 빠르게 외부로 빠져나가는 경우에 발생되기 쉽다. 즉, 써멀 이벤트에 따른 이차전지의 벤팅으로 인해 순간적으로 배터리 팩 내부의 압력이 매우 높아졌다가 벤팅 가스가 빠르게 외부로 배출되는 경우 내부의 압력이 짧은 시간 내에 크게 감소함으로써 오히려 외부에서 내부로 산소가 다량으로 유입될 수 있다. 이 때, 배터리 팩 내부에 남아 있던 고온의 벤팅 가스와 스파크 물질, 그리고 다량의 산소가 만나면서 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 써멀 이벤트 시에 발생되는 벤팅 가스를 배출함에 있어서 높은 벤팅 압력에도 불구하고 적절한 속도로 벤팅 가스를 배출할 수 있는 배터리 팩 구조의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 써멀 이벤트 시에 발생되는 벤팅 가스를 배출함에 있어서, 높은 벤팅 압력에도 불구하고 적절한 속도로 벤팅 가스를 배출하도록 함으로써 외부의 산소 유입을 최소화 또는 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 집합체; 상기 모듈 집합체의 일 면 상에 배치되며, 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 연통되도록 구성되는 벤트 채널; 및 상기 벤트 채널 내에 구비되며, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 발생되어 상기 벤트 채널 내로 유입된 벤팅 가스의 배출을 지연시키도록 구성되는 배출 지연 부재; 를 포함한다.
배출 지연 부재는 복수개가 구비되며, 복수의 상기 배출 지연 부재는 상기 제1 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 배출 지연 부재는, 상기 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈 각각은 내부의 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성되는 아웃렛을 구비할 수 있고, 상기 벤트 채널은 각각의 상기 아웃렛과 대응되는 위치에 형성되는 복수의 인렛를 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 아웃렛 및 상기 인렛 중 적어도 어느 하나를 커버하며 상기 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성되는 유로 마개를 포함할 수 있다.
상기 벤트 채널 내부의 공간은 상기 배출 지연 부재에 의해 상호 격리되도록 구성되는 복수의 구획 공간을 포함할 수 있으며, 복수의 구획 공간 각각은 적어도 하나의 배터리 모듈과 연통될 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈 각각은, 전극 리드를 구비하는 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 집합체; 상기 셀 집합체를 수용하도록 구성되며 적어도 일 측이 개방된 형태를 갖는 모듈 하우징; 및 상기 전극 리드가 통과되도록 구성되는 리드 슬릿을 구비하며 상기 모듈 하우징의 개방된 일 측을 커버하도록 구성되는 커버 프레임; 을 포함할 수 있다.
상기 커버 프레임은, 상기 벤팅 가스에 의해 용융되어 상기 리드 슬릿이 폐쇄되도록 구성될 수 있다.
상기 커버 프레임은, 제1 융점을 갖도록 구성되는 제1 커버 프레임; 및 상기 제1 융점보다 높은 제2 융점을 갖도록 구성되는 제2 커버 프레임; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 융점은 상기 벤팅 가스의 온도보다 낮은 온도이고, 상기 제2 융점은 상기 벤팅 가스의 온도보다 높은 온도일 수 있다.
상기 커버 프레임은, 상기 제1 커버 프레임과 상기 제2 커버 프레임이 서로 접촉하거나 또는 서로 이격된 상태로 중첩되도록 구성되거나, 또는 상기 제1 커버 프레임이 상기 제2 커버 프레임을 커버하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 커버 프레임과 대면하여 상기 모듈 집합체의 일 측을 커버하도록 구성되는 팩 커버를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩은, 모듈 집합체와 상기 커버 프레임 사이에 형성되는 공간의 상기 제1 방향 양 단부 중 적어도 어느 일 단부에 형성되는 팩 개방부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 상술한 바와 같은 본 발명의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 써멀 이벤트 시에 발생되는 벤팅 가스를 배출함에 있어서, 높은 벤팅 압력에도 불구하고 적절한 속도로 벤팅 가스를 배출하도록 할 수 있으며, 이로써 외부의 산소 유입을 최소화 또는 방지할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 도출되는 유리한 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 유리한 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 벤트 채널의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 고온의 벤팅 가스에 의한 배출 지연 부재의 용융에 따른 벤팅 유로의 오픈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 배터리 모듈과 벤트 채널의 연통 구조를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 벤팅 채널에 형성되는 구획 공간과 배터리 모듈의 다양한 대응 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 배터리 팩에 있어서, 팩 커버가 제거된 형태를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 배터리 모듈에 적용되는 커버 프레임의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 배터리 팩에 있어서, 팩 개방부가 형성된 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 모듈 집합체(M), 벤트 채널(20) 및 배출 ㅏㄴ편ㅅ30)를 포함할 수 있다. 상기 모듈 집합체(M)는 제1 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 배치되는 복수의 배터리 모듈(10)을 포함할 수 있다. 상기 벤트 채널(20)은 모듈 집합체(M)의 일 면(X-Y 평면과 나란한 면) 상에 배치될 수 있다. 상기 벤트 채널(20)은 복수의 배터리 모듈(10) 각각과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 배출 지연 부재(30)는 벤트 채널(20) 내에 구비될 수 있다. 상기 배출 지연 부재(30)는 복수의 배터리 모듈(10) 중 적어도 일부에서 발생되어 벤트 채널(20) 내로 유입된 벤팅 가스의 배출을 지연시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩(1)은 상술한 바와 같이 구성됨에 따라 써멀 이벤트(thermal event)의 발생에 따른 벤팅 가스 배출 시에 벤팅 가스의 급격한 배출로 인해 오히려 역으로 외부로부터 내부를 향하는 방향으로 발생될 수 있는 음압에 의한 산소의 유입을 최소화 또는 방지할 수 있다. 다른 측면에서, 본 발명의 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10)의 일부에 직접 벤팅을 위한 배출부를 형성하기 보다는 복수의 배터리 모듈(10) 각각에서 발생되는 벤팅 가스를 배출할 수 있도록 구성된 별도의 채널을 구비함으로써 외부의 산소 유입 가능성을 크게 낮출 수 있다.
이차전지 사용 과정에서 이상 발생으로 인해 가스 벤팅이 발생되는 경우 벤팅 가스의 적절한 배출을 통한 압력 감소와 더불어 산소의 유입을 방지하는 것은 매우 중요하다. 즉, 써멀 이벤트에 따른 벤팅이 발생되는 경우, 고온의 벤팅 가스 및 고온의 스파크 물질(예를 들어 전극 활물질, 전극을 구성하는 금속 입자 등)이 생성될 수 있다. 이러한 고온의 벤팅 가스 및 고온의 스파크 물질이 산소와 만나는 경우 발화될 수 있으며, 이는 배터리 팩(1)의 폭발 등 더 큰 사고를 유발할 수 있다.
배터리 팩(1) 내부에서 벤팅이 발생되는 경우에 있어서, 벤팅 초기에는 벤팅 가스는 높은 압력으로 매우 빠르게 배출될 수 있다. 그러나, 벤팅의 후반으로 갈수록 벤팅 압력은 감소하게 되는데, 벤팅 가스의 배출이 급격히 이루어질수록 벤팅 후반부에서 벤팅 압력은 급격하게 감소할 수 있다. 이 경우 외부에서 내부를 향해 음압이 크게 발생될 수 있으며, 이로 인해 다량의 산소가 유입되어 내부에 잔류하는 고온의 가연성 물질들과 접촉함으로써 화재가 발생될 수 있는 것이다. 본 발명의 배터리 팩(1)은, 벤팅 채널(20) 및 그 내부에 구비되는 배출 지연 부재(30)를 구비함으로써 이러한 음압 발생에 따른 산소의 유입을 최소화 또는 방지할 수 있으며, 이로써 배터리 팩(1) 사용 상의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 배출 지연 부재(30)는 예를 들어 벤팅 가스가 통과될 수 있도록 구성된 다공성의 판막일 수 있다. 이 경우, 벤팅 가스가 배출 지연 부재(30)를 통과할 수 있다. 다만, 상기 배출 지연 부재(30)가 없는 경우와 비교하여 벤팅 가스의 배출 속도는 늦춰질 수 있다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배출 지연 부재(30)는 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 상기 배출 지연 부재(30)는 상기 제1 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 모듈(10) 중 어떤 배터리 모듈(10)에서 가스 벤팅이 발생되더라도, 해당 배터리 모듈(10)로부터 벤트 채널(20) 내로 유입된 벤팅 가스의 흐름을 지연시킬 수 있다. 한편, 상기 벤팅 채널(20)은 연장 방향 일 측 단부에는 채널 폐쇄부가 형성되고 타 측 단부에는 채널 개방부(20a)가 형성될 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 복수의 벤팅 지연 부재(30)가 제1 방향을 따라 배치되는 경우, 벤팅 채널(20)의 폐쇄부와 가까운 위치에서 벤팅 채널(20) 내로 유입된 벤팅 가스는 채널 개방부(20a)를 통해 배출되기까지 복수의 벤팅 지연 부재(30)를 거치게 되며 이로 인해 배출 압력이 충분히 감소할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 배출 지연 부재(30)는 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 배출 지연 부재(30)는 본 발명의 배터리 모듈(10)에서 발생되는 벤팅 가스의 온도보다 낮은 융점을 갖도록 구성될 수 있다.
벤팅 가스의 온도는 배터리 모듈(10)에 적용되는 배터리 셀의 구체적인 구성 및 적용 개수 등에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 배출 지연 부재(30)는 이를 고려하여 적절한 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배출 지연 부재(30)는 수지 및/또는 고무 재질을 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 배출 지연 부재(30)가 저융점을 갖도록 구성되는 경우에도, 배출 지연 부재(30)는 앞서 설명한 바와 같은 다공성 판막 구조를 가질 수 있다. 상기 배출 지연 부재(30)의 용융 시에 벤팅 가스의 통과가 가능하므로 다공성 판막 구조가 적용되지 않더라도 벤팅 가스의 배출이 가능하다. 다만, 예를 들어 배출 지연 부재(30)의 융점이 벤팅 가스의 온도와 크게 차이가 나지 않아 용융에 걸리는 시간이 일정 수준 이상인 경우에는, 다공성 판막 구조가 벤팅 가스의 배출이 지나치게 지연되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 3과 함께 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(10)은 그 일 면(X-Y 평면에 나란한 면) 상에 형성되는 아웃렛(OL)을 구비할 수 있다. 상기 아웃렛(OL)은 복수의 배터리 모듈(10) 각각에 구비될 수 있다. 상기 아웃렛(OL)은 배터리 모듈(10) 내부의 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 벤트 채널(20)은 그 일 면(X-Y 평면에 나란한 면) 상에 형성되는 인렛(IL)을 구비할 수 있다. 상기 인렛(IL)은 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 상기 인렛(IL) 각각은 복수의 아웃렛(OL) 각각과 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
상기 인렛(IL) 및 아웃렛(OL)은 서로 연통되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(10) 내에서 발생된 벤팅 가스는 아웃렛(OL) 및 인렛(IL)을 통해 벤팅 채널(20)의 내부 공간으로 유입될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(1)은, 아웃렛(OL) 및 인렛(IL) 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 구성되는 유로 마개(40)를 포함할 수 있다. 상기 유로 마개(40)는 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 모듈(10)의 내부에서 발생된 고온의 벤팅 가스와의 접촉에 의해 유로 마개(40)가 용융되면, 벤팅 가스는 아웃렛(OL) 및 인렛(IL)을 통해 벤팅 채널(20)의 내부로 유입될 수 있다.
상기 유로 마개(40)는 본 발명의 배터리 모듈(10)에서 발생되는 벤팅 가스의 온도보다 낮은 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 벤팅 가스의 온도는 배터리 모듈(10)에 적용되는 배터리 셀의 구체적인 구성 및 적용 개수 등에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 유로 마개(40)는 이를 고려하여 적절한 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유로 마개(40)는 수지 및/또는 고무 재질을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 벤트 채널(20) 내부의 공간은 배출 지연 부재(30)에 의해 상호 격리되도록 구성되는 복수의 구획 공간을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 구획 공간 각각은 적어도 하나의 배터리 모듈(10)과 연통되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 구획 공간은 하나의 배터리 모듈(10)과 연통되도록 구성될 수 있다. 이와는 달리, 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 구획 공간은 복수의 배터리 모듈(10)과 연통되도록 구성될 수 있다. 도 7에서는 하나의 구획 공간이 두 개의 배터리 모듈(10)과 연통되는 경우만을 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 3개 이상의 배터리 모듈(10)과 연통되도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 있어서 벤팅 채널(20) 내부의 구획 공간이 배터리 모듈(10)과 연통되도록 구성된다는 것은, 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(10)과 벤팅 채널(20)에 각각 형성된 아웃렛(OL) 및 인렛(IL)이 개방되어 있는 경우뿐만 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이 유로 마개(40)가 적용된 경우도 포함하는 것이다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이 벤팅 가스의 발생 시에 유로 마개(40)는 결국 용융되어 유로가 오픈되는 것이기 때문이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀(100)을 포함하는 셀 집합체(CS)(도 4 및 도 5 참조), 셀 집합체(CS)를 수용하도록 구성되는 모듈 하우징(200) 및 모듈 하우징(200)의 개방된 일 측을 커버하도록 구성되는 커버 프레임(300)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(100)은 그 내부에 수용되는 전극 조립체(미도시)와 연결되어 셀 케이스의 외측으로 인출되는 전극 리드(110)를 구비할 수 있다. 상기 모듈 하우징(200)은 적어도 일 측이 개방된 형태를 가질 수 있다. 상기 전극 리드(110)는 모듈 하우징(200)의 개방된 영역을 향해 연장될 수 있다. 상기 커버 프레임(300)은 전극 리드(110)가 통과되도록 구성되는 리드 슬릿을 구비할 수 있다. 상기 커버 프레임(300) 상에는 버스바가 위치할 수 있으며, 복수의 전극 리드(110)는 각각 리드 슬릿을 통과하여 버스바에 결합될 수 있다.
본 발명의 배터리 셀(100)이 이와 같은 구조를 갖는 경우, 리드 슬릿과 전극 리드(110) 사이에는 배터리 모듈(10) 내부에서 발생된 벤팅 가스가 배출될 수 있는 틈새인 모듈 개방부(P1)가 형성될 수 있다. 이러한 모듈 개방부(P1)는 배터리 팩(1)의 정상적인 사용 상태에서는 냉각 유체(예: 공기)가 유입될 수 있는 통로로서 기능할 수 있으며, 써멀 이벤트(thermal event)의 발생 시에는 벤팅 가스의 배출을 위한 통로로서 기능할 수 있다.
복수의 상기 배터리 모듈(10)들은 각각에 형성되는 모듈 개방부(P1)가 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 모듈 집합체(M)에 있어서, 이러한 모듈 개방부(P1)는 본 발명의 벤팅 채널(20)이 위치하는 일 면(X-Y 평면과 나란한 면)과 대략 수직한 다른 면(X-Z 평면에 나란한 면) 상에 형성될 수 있다.
한편, 상기 커버 프레임(300)은 벤팅 가스에 의해 용융되어 리드 슬릿이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 프레임(300)은 벤팅 가스의 온도보다 더 낮은 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 벤팅 가스의 온도는 배터리 모듈(10)에 적용되는 배터리 셀(100)의 구체적인 구성 및 적용 개수 등에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 커버 프레임(300)은 이를 고려하여 적절한 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 프레임(300)은 수지 재질을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 벤팅 가스의 발생 초기에 커버 프레임(300)의 용융이 발생하여 리드 슬릿이 폐쇄될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(10)의 개방부(P1)를 통한 산소 유입이 차단될 수 있다. 대신, 본 발명의 배터리 팩(1)은, 벤팅 가스의 흐름을 벤팅 채널(20)쪽으로 유도할 수 있다. 이처럼 벤팅 채널(20)쪽으로 유도된 벤팅 가스의 흐름은 앞서 설명한 배출 지연 부재(30)(도 2 및 도 3 참조)를 통해 지연될 수 있으며, 이로써 음압 발생에 따른 벤팅 채널(20)을 통한 산소 유입 역시 최소화할 수 있다.
상기 커버 프레임(300)의 이러한 기능을 감안하여, 커버 프레임(300)은 앞서 설명한 배출 지연 부재(30)(도 2 및 도 3 참조) 및/또는 유로 마개(40)(도 5 참조)와 비교하여 더 낮은 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 커버 프레임(300)이 이와 같이 구성되는 경우, 배터리 모듈(10)의 모듈 개방부(P1)을 통한 벤팅 가스의 배출 및 스파크 물질의 배출을 신속히 차단할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈(10) 내부로의 산소 유입 방지 효과를 극대화 할 수 있다.
도 8 및 도 9와 함께 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 커버 프레임(300)은 제1 프레임(310) 및 제2 프레임(320)을 포함할 수 있다. 상기 제1 프레임(310)은 제1 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 제2 프레임(320)은 제1 융점보다 높은 제2 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 제1 융점은 벤팅 가스의 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 상기 제2 융점은 벤팅 가스의 온도보다 높은 온도일 수 있다. 상기 제1 커버 프레임(310)은, 예를 들어 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 제2 커버 프레임(320)은, 예를 들어 제1 커버 프레임(310)보다 더 높은 융점을 갖는 수지 재질 및/또는 마이카(mica) 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 커버 프레임(310)은 써멀 이벤트 발생에 따른 고온 환경에서 제2 커버 프레임(320) 대비 좀 더 신속히 용융되어 배터리 모듈(10)의 모듈 개방부(P1)를 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 커버 프레임(320)은 써멀 이벤트 발생에 따른 고온 환경에서 제1 커버 프레임(310) 대비 더 긴 시간 동안 용융되지 않고 전극 리드(110)를 지지하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 제1 커버 프레임(310)의 용융의 정도가 심화되어 제1 커버 프레임(310)이 더 이상 전극 리드(110)를 구조적으로 지지할 수 없는 경우에 있어서, 제2 커버 프레임(320)이 전극 리드(110)를 지지할 수 있다. 따라서, 서로 인접한 전극 리드(110)끼리 불필요한 전기적 접촉을 일으킴에 따른 하드 쇼트(hard short) 발생을 방지할 수 있다. 나아가, 커버 프레임(300)의 완전한 구조적 붕괴로 인해 많은 양의 산소가 유입되어 화재가 발생하거나 화재의 규모가 커지는 현상을 방지할 수 있다.
상기 제1 커버 프레임(310) 및 제2 커버 프레임(320)은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 커버 프레임(310) 및 제2 커버 프레임(320)은 서로 대응되는 위치에 각각 리드 슬릿을 구비할 수 있다.
상기 커버 프레임(300)은, 제1 커버 프레임(310) 및 제2 커버 프레임(320)이 서로 접촉 또는 이격된 상태로 중첩되도록 구성될 수 있다(도 10 참조). 상기 제1 커버 프레임(310)은 제2 커버 프레임(320)보다 더 내측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상대적으로 저융점을 갖는 제1 커버 프레임(310)이 고온의 벤팅 가스에 먼저 노출됨으로써 용융되어 모듈 개방부(P1)를 신속하게 폐쇄할 수 있다.
이와는 달리, 상기 커버 프레임(300)은, 제1 커버 프레임(310)이 제2 커버 프레임(320)을 커버하도록 구성될 수 있다(도 11 참조). 상기 커버 프레임(300)은, 예를 들어 인서트 사출에 의해 제조될 수 있다. 이 경우, 외측에서 먼저 고온의 환경에 노출되는 제1 커버 프레임(310)의 용융에 의해 모듈 개방부(P1)가 신속하게 폐쇄될 수 있다.
도 8 및 도 9와 함께 도 12를 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은 팩 커버(50)를 포함할 수 있다. 상기 팩 커버(50)는, 커버 프레임(300)과 대면하여 모듈 집합체(M)의 일 측을 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 팩 커버(50)가 구비되는 경우, 써멀 이벤트 발생에 따라 모듈 개방부(P1)를 통해 배출될 수 있는 고온의 벤팅 가스와 스파크 물질을 블로킹 해줄 수 있다.
도 12 및 도 13을 함께 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은 팩 개방부(P2)를 포함할 수 있다. 상기 팩 개방부(P2)는, 모듈 집합체(M)와 팩 커버(50) 사이에 형성되는 공간(S)의 제1 방향(X축에 나란한 방향) 양 단부 중 적어도 어느 일 단부에 형성될 수 있다. 상기 팩 개방부(P2)가 구비되는 경우, 팩 커버(50)와 모듈 집합체(M) 사이에 형성되는 공간을 통해 효율적으로 냉각 유체를 순환시킬 수 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(10)의 양 측에 각각 모듈 개방부(P1)가 형성될 수 있다. 상기 팩 커버(50)는, 모듈 집합체(M)의 양 측에 각각 구비될 수 있다. 상기 팩 개방부(P2)는 모듈 집합체(M)의 일 측과 팩 커버(50) 사이에 형성되는 공간(S)의 연장 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 단부 및 모듈 집합체(M)의 타 측과 팩 커버(50) 사이에 형성되는 공간(S)의 연장 방향(X축에 나란한 방향) 타 측 단부에 각각 구비될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 배터리 팩(1)의 정상적인 사용 상태에서는 한 쌍의 팩 개방부(P2) 중 어느 하나를 통해 유입된 냉각 유체가 각각의 배터리 모듈(10)의 내부를 통과하여 반대편에 위치하는 팩 개방부(P2)를 통해 배출됨으로써 효율적인 냉각이 가능하다. 그러나, 써멀 이벤트가 발생한 경우에 있어서, 발명의 배터리 팩(1)은 이러한 냉각 순환 경로를 따른 배터리 산소의 유입을 차단할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이로써 배터리 팩(1) 사용 상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)(3)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 포함한다. 상기 ESS(3)는, 예를 들어 복수의 배터리 팩(1) 및 내부에 복수의 배터리 팩(1)이 적층 될 수 있도록 구성된 랙 하우징(2)을 포함하는 배터리 시스템을 포함할 수 있다. 상기 ESS(3)는 이러한 배터리 시스템을 하나 또는 복수개 포함할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 포함한다. 상기 자동차(5)는, 하나 또는 복수의 배터리 팩(1)에 의해 전력을 공급 받아 구동되도록 구성될 수 있다. 상기 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 전기 자동차(HEV)일 수 있다.
이상에서 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.
[부호의 설명]
1: 배터리 팩
2: 랙 하우징
3: ESS(Energy storage system)
5: 자동차
10: 배터리 모듈
P1: 모듈 개방부
OL: 아웃렛
M: 모듈 집합체
100: 배터리 셀
CS: 셀 집합체
110: 전극 리드
200: 모듈 하우징
300: 커버 프레임
310: 제1 프레임
320: 제2 프레임
20: 벤트 채널
IL: 인렛
20a: 채널 개방부
30: 배출 지연 부재
40: 유로 마개
50: 팩 커버
S: 공간
P2: 팩 개방부

Claims (15)

  1. 제1 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 집합체;
    상기 모듈 집합체의 일 면 상에 배치되며, 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 연통되도록 구성되는 벤트 채널; 및
    상기 벤트 채널 내에 구비되며, 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 발생되어 상기 벤트 채널 내로 유입된 벤팅 가스의 배출을 지연시키도록 구성되는 배출 지연 부재;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    배출 지연 부재는 복수개가 구비되며,
    복수의 상기 배출 지연 부재는 상기 제1 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배출 지연 부재는,
    상기 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은 내부의 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성되는 아웃렛을 구비하고,
    상기 벤트 채널은 각각의 상기 아웃렛과 대응되는 위치에 형성되는 복수의 인렛를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 아웃렛 및 상기 인렛 중 적어도 어느 하나를 커버하며 상기 벤팅 가스에 의해 용융되도록 구성되는 유로 마개를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 채널 내부의 공간은 상기 배출 지연 부재에 의해 상호 격리되도록 구성되는 복수의 구획 공간을 포함하며,
    복수의 구획 공간 각각은 적어도 하나의 배터리 모듈과 연통되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은,
    전극 리드를 구비하는 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 집합체;
    상기 셀 집합체를 수용하도록 구성되며 적어도 일 측이 개방된 형태를 갖는 모듈 하우징; 및
    상기 전극 리드가 통과되도록 구성되는 리드 슬릿을 구비하며 상기 모듈 하우징의 개방된 일 측을 커버하도록 구성되는 커버 프레임;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버 프레임은,
    상기 벤팅 가스에 의해 용융되어 상기 리드 슬릿이 폐쇄되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 커버 프레임은,
    제1 융점을 갖도록 구성되는 제1 커버 프레임; 및
    상기 제1 융점보다 높은 제2 융점을 갖도록 구성되는 제2 커버 프레임;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 융점은 상기 벤팅 가스의 온도보다 낮은 온도이고, 상기 제2 융점은 상기 벤팅 가스의 온도보다 높은 온도인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 커버 프레임은,
    상기 제1 커버 프레임과 상기 제2 커버 프레임이 서로 접촉하거나 또는 서로 이격된 상태로 중첩되도록 구성되거나, 또는 상기 제1 커버 프레임이 상기 제2 커버 프레임을 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 커버 프레임과 대면하여 상기 모듈 집합체의 일 측을 커버하도록 구성되는 팩 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    모듈 집합체와 상기 커버 프레임 사이에 형성되는 공간의 상기 제1 방향 양 단부 중 적어도 어느 일 단부에 형성되는 팩 개방부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 ESS
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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