WO2024019414A1 - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2024019414A1
WO2024019414A1 PCT/KR2023/009963 KR2023009963W WO2024019414A1 WO 2024019414 A1 WO2024019414 A1 WO 2024019414A1 KR 2023009963 W KR2023009963 W KR 2023009963W WO 2024019414 A1 WO2024019414 A1 WO 2024019414A1
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cell
battery
cover
battery cells
battery pack
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PCT/KR2023/009963
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박진용
권우용
김승준
김인수
신송주
이명우
정세윤
지호준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • 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 a device including the same, and more specifically, to a battery pack with improved energy density and cooling performance and enhanced safety and a device including the same.
  • secondary batteries that can be charged and discharged are a way to solve air pollution from existing gasoline vehicles that use fossil fuels, and are used in electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and plug-in hybrid electric vehicles ( As it is used as a power source for batteries such as P-HEV), the need for development of secondary batteries is increasing.
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries have the advantages of being able to charge and discharge freely, have a low self-discharge rate, and have high energy density. It's in the spotlight.
  • This lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode plate each coated with a positive and negative electrode active material are disposed with a separator in between, and an exterior material, that is, a battery case, that seals and stores the electrode assembly together with an electrolyte.
  • secondary batteries can be classified into can-type batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • a conventional battery pack includes one or more battery modules inside the pack case and a control unit that controls charging and discharging of the battery pack, such as a BMS (Battery Management System).
  • the battery module is configured to include a plurality of battery cells inside a module case. That is, in the case of a conventional battery pack, a plurality of battery cells (secondary batteries) are stored inside the module case to form each battery module, and one or more of these battery modules are stored inside the pack case to form a battery pack.
  • pouch-type batteries have advantages in many aspects, such as being light in weight and requiring less dead space when stacked, but they are vulnerable to external shocks and have somewhat poor assembly properties. Therefore, it is common to manufacture a battery pack by first modularizing a number of cells and then storing them inside a pack case.
  • a battery pack a plurality of battery cells are first stored inside a module case to form a battery module, and then one or more of these battery modules are stored inside the pack case.
  • conventional battery modules often stack multiple battery cells using various components such as a plastic stacking frame, also called a cartridge, plates at both ends of the cell stacking direction, and fastening members such as bolts.
  • the laminate formed in this way is again stored inside a module case and modularized.
  • conventional battery packs may be disadvantageous in terms of assembly.
  • a plurality of battery cells are modularized to form a battery module, and then the battery module is stored in a pack case. Therefore, there is a problem in that the battery pack manufacturing process becomes complicated.
  • the process and structure of forming a cell stack using stacking frames, bolts, plates, etc. can be very complex.
  • capacity and output are improved by connecting multiple battery cells included in a conventional battery pack in series or parallel to each other to form a battery cell stack, but the heat generated from multiple battery cells in a narrow space within the battery module is added up. There is a problem that the overall temperature can rise more rapidly as a result.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide devices including battery packs and automobiles with excellent energy density, assemblyability, and/or cooling properties.
  • the aim is to provide a battery pack with improved durability and safety by preventing continuous thermal runaway, and a device containing the same.
  • a battery pack includes a plurality of battery cells in which battery cells each including a sealing portion are stacked in one direction; a cell cover covering at least a portion of the plurality of battery cells; a venting passage formed between the sealing portion and the cell cover of the plurality of battery cells; and an adhesive layer disposed on the inner surface of the venting passage.
  • the sealing portion may be a portion formed by sealing a side of the battery cell that faces the cell cover.
  • the cell cover includes a first side cover part and a second side cover part that cover the side surfaces of the plurality of battery cells, and an upper cover part that covers the upper part of the plurality of battery cells, and the sealing part covers the plurality of batteries. It can be placed at the top of the cell.
  • the upper cover part may be spaced apart from the sealing part.
  • the adhesive layer may be disposed on the inner surface of the upper cover part.
  • the adhesive layer may be further disposed on at least a portion of an inner surface of the first side cover portion and an inner surface of at least a portion of the second side cover portion.
  • the cell cover may cover the top and both sides of the plurality of battery cells and expose the bottom surface of the plurality of battery cells.
  • the sealing portion may be bent one or more times.
  • the cell cover may have any shape.
  • the cell cover may include stainless steel (SUS).
  • Each of the plurality of battery cells may be a pouch-type battery cell.
  • It may further include a pack case storing the plurality of battery cells and the cell cover in the internal space.
  • a device includes the at least one battery pack.
  • continuous thermal runaway phenomenon can be prevented by preventing high-temperature particles emitted from each battery cell from scattering to the outside when gas or flame is generated.
  • Figure 1 is a schematic perspective view showing some components of a battery pack separated according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a cell unit including a battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing the components of Figure 2 combined.
  • Figure 4 is a perspective view taken along section A of Figure 3;
  • Figure 5 is a front view of Figure 4.
  • Figure 6 is a diagram showing a cell unit in which an ignition phenomenon has occurred according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram showing venting gas being discharged in the y-axis direction of FIG. 3.
  • Figure 8 is a diagram showing a cell unit according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a schematic perspective view showing some components of a battery pack separated according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a cell unit including a battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing the components of Figure 2 combined.
  • a battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention includes a battery cell 100, a cell cover 200, and a pack case 600.
  • the battery cell 100 may be a pouch-type battery cell. That is, the battery cell 100 is a pouch-type secondary battery and may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch exterior material.
  • the pouch-type battery cell 100 can be manufactured through a process of injecting an electrolyte solution while storing the electrode assembly in a cell case and sealing the cell case.
  • the cell case can be sealed by adhering both ends of the battery cell 100 and one side connecting them.
  • a plurality of such battery cells 100 may be included in a battery pack. And, these plurality of battery cells 100 may be stacked in at least one direction. For example, referring to what is shown in FIG. 1, a plurality of battery cells 100 may be stacked and arranged in a horizontal direction, for example, in a left-right direction (x-axis direction in the drawing). Additionally, the plurality of battery cells 100 may be arranged in the front-back direction (y-axis direction in the figure) as shown in FIG. 1 .
  • the plurality of battery cells 100 may be arranged in a horizontal direction and in a plurality of rows in the left-right and horizontal directions.
  • a plurality of battery cells 100 may be stacked in a form in which two cell rows are arranged in the left and right directions in the front-back direction.
  • the battery pack according to the present invention can employ various types of battery cells 100 known at the time of filing of the present invention, and therefore detailed description of the configuration of the battery cells 100 will be omitted.
  • the pack case 600 has an empty space formed therein and can accommodate a plurality of battery cells 100.
  • the pack case 600 may include an upper case 610 and a lower case 620, as shown in FIG. 1 .
  • the lower case 620 is configured in the form of a box with an open top and can accommodate a plurality of battery cells in the internal space.
  • the upper case 610 may be configured in the form of a cover that covers the upper opening of the lower case 620. At this time, the upper case 610 may be configured in the form of a box with an open bottom.
  • the cell cover 200 along with a plurality of battery cells 100 may be accommodated in the internal space of the pack case 600.
  • the pack case 600 may be made of plastic or metal.
  • the pack case 600 can adopt exterior materials of various battery packs known at the time of filing the present invention.
  • the cell cover 200 may be configured to surround the battery cell 100 in the internal space of the pack case. That is, the cell cover 200 may be configured to cover at least some of the battery cells 100 included in the battery pack. Furthermore, the cell cover may be provided to at least partially cover the battery cell 100.
  • the cell cover 200 may be configured to support the stacked state of the plurality of battery cells 100 inside the pack case 600 through a structure that surrounds the battery cells.
  • a plurality of battery cells 100 may be stacked in the horizontal direction (x-axis direction of the figure) as shown in FIG. 1 .
  • the cell cover 200 may be configured to stably maintain the stacked state of the plurality of battery cells 100 stacked in the horizontal direction.
  • a plurality of battery cells 100 can be directly seated and stored inside the pack case 600 without a module case.
  • the exterior material is made of a soft material, so it is vulnerable to external shock and has low hardness. Therefore, it is not easy to store the battery cell 100 itself inside the pack case 600 without storing it in the module case.
  • the plurality of battery cells 100 are combined with the cell cover 200 in a state in which at least a portion is surrounded by the cell cover 200, and are directly stored inside the pack case 600, The stacked state can be maintained stably.
  • the battery pack 1000 there is no need to additionally provide the battery pack 1000 with a module case, a stacking frame, or fastening members such as bolts for maintaining the stacked state of the cells. Accordingly, the space occupied by other components, such as a module case or a stacking frame, or the resulting space for securing tolerances can be eliminated. Therefore, since the battery cells can occupy more space as the space removed, the energy density of the battery pack can be further improved.
  • the volume and weight of the battery pack can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
  • handling of the battery cell 100 may become easier.
  • the battery cells 100 can be held by a jig or the like.
  • the jig may not directly hold the battery cell 100, but may hold the cell cover 200 surrounding the battery cell 100. Accordingly, damage or breakage of the battery cell 100 caused by the jig can be prevented.
  • the cell cover 200 is coupled to the battery cell 100, so that the battery cell 100 can be effectively protected without a module case.
  • the cell cover 200 may be made of various materials to ensure rigidity.
  • the cell cover 200 may be made of a metal material. In the case of this metal material, the stacked state of the battery cells can be maintained more stably and the battery cells can be more safely protected from external shock.
  • the cell cover 200 may be made of steel, or even stainless steel (SUS).
  • the cell cover 200 may be entirely made of SUS material.
  • the cell cover 200 when the cell cover 200 is made of a steel material, it has excellent mechanical strength and rigidity, so the stacked state of the battery cells 100 can be more stably supported. Additionally, in this case, it is possible to more effectively prevent damage or breakage of the battery cell 100 from external impacts, such as acicular bodies. Additionally, in this case, handling of the battery cell may become easier.
  • the cell cover 200 when the cell cover 200 is made of a steel material, due to its high melting point, when a flame occurs from the battery cell 100, the overall structure can be stably maintained.
  • the melting point is higher than that of aluminum material, so it does not melt even with flame emitted from the battery cell 100 and its shape can be stably maintained. Accordingly, excellent flame propagation prevention and delay effects, venting control effects, etc. between the battery cells 100 can be secured.
  • the cell cover 200 may be configured to surround one or more battery cells 100.
  • one cell cover 200 may be configured to cover one battery cell 100 or a plurality of battery cells 100.
  • the cell cover 200 is individually coupled to each battery cell 100 among the plurality of battery cells 100, or the cell cover 200 is connected to two or more battery cells 100 together. It can be configured to surround.
  • the cell cover 200 may be at least partially adhered to the outer surface of the battery cell 100.
  • the cell cover 200 may have its inner surface adhered to the receiving portion of the battery cell 100.
  • One or more cell covers 200 may be included in the battery pack.
  • the cell cover 200 may be configured to group and unitize a plurality of battery cells 100 included in the battery pack.
  • one cell cover 200 can be said to constitute one cell unit 10.
  • one cell unit 10 may include one or more battery cells 100.
  • a battery pack may include a plurality of cell units, and in this case, it can be said that a plurality of cell covers 200 are included in the battery pack.
  • the battery pack may include the same number of cell covers 200 as the number of battery cells 100.
  • the battery pack may include a smaller number of cell covers 200 than the number of battery cells 100.
  • the cell cover 200 may be configured to support a plurality of battery cells 100 in an upright state. As shown in FIG. 2, each battery cell 100 has two wide surfaces, and the corners of the large surfaces may have sealing portions or folded portions of the pouch exterior material. Therefore, it is generally difficult to stack the battery cells 100 in an upright direction. However, in the battery pack according to the present invention, the cell cover 200 may be configured to surround one or more battery cells 100 and support the upright state, that is, the standing state, of the wrapped battery cells 100. there is.
  • the cell cover 200 may be configured so that a plurality of battery cells 100 can be stacked horizontally while standing vertically.
  • a plurality of cell covers 200 are stacked on each other in the horizontal direction, and each cell cover 200 includes one or more battery cells 100. It may be configured in an enveloping form.
  • the cell cover 200 can stably maintain a configuration in which the plurality of battery cells 100 are stacked side by side in the horizontal direction when each is erected.
  • the cell cover 200 can be configured to stand on its own in the internal space of the pack case 600.
  • the cell cover 200 can be configured to maintain an upright position on its own without the help of other components included in the battery pack, such as the pack case 600 or the battery cell 100.
  • the cell cover 200 may be directly seated on the bottom surface of the lower case 620 in the embodiment of FIG. 1 .
  • a portion of the cell cover 200 and the lower end of the cell cover 200 may be seated in direct contact with the bottom surface of the lower case 620.
  • a thermal resin layer 626 may be formed on the bottom surface of the lower case 620.
  • the thermal resin layer 626 may transfer heat to the heat sink so that the heat generated in the battery cell 100 is dissipated through the heat sink (not shown).
  • a heat sink may be formed under the thermal resin layer 626.
  • a heat sink may be formed on the bottom of the lower case 620, and a thermal resin layer 626 may be applied to the upper surface of the heat sink.
  • the thermal resin layer 626 has adhesive properties, so that the cell cover 200 and/or the battery cell 100 can be coupled to the bottom surface of the lower case 620 or a heat sink.
  • the thermal resin layer 626 can maintain the upright state of the battery cell 100 and the cell cover 200 more stably.
  • the cell cover 200 may be configured to maintain the seated state stably.
  • the cell cover 200 is made of a metal material with excellent rigidity such as steel, especially a SUS material, the self-standing state can be maintained more stably. Therefore, in this case, the upright state of the battery cell 100 can be more reliably supported.
  • the cell cover 200 may be configured to partially surround the battery cell so that at least one side of the wrapped battery cell is exposed to the outside. That is, the cell cover 200 may be configured to only partially cover the battery cell 100, rather than completely covering the entire battery cell 100. In particular, the cell cover 200 may be configured so that at least one side of the battery cell is exposed toward the pack case.
  • the cell cover 200 is configured to surround one battery cell 100, and includes the wrapped battery cell 100, that is, accommodated in the internal space.
  • the lower portion of the battery cell 100 may not be surrounded by the cell cover 200. Accordingly, the lower part of the battery cell 100 is exposed toward the pack case 600 and can directly face the pack case 600.
  • the lower part of the battery cell 100 may be exposed toward the bottom surface of the lower case 620.
  • the cooling performance of the battery pack can be secured more effectively.
  • the battery cell 100 and the pack case 600 may be in direct contact with each other. Accordingly, the heat emitted from each battery cell 100 is directly transferred to the pack case 600, and cooling performance can be improved. Additionally, in this case, since a separate cooling structure does not need to be provided between the battery cell 100 and the pack case 600, efficient cooling performance can be implemented. In this case, space may not be provided between the battery cells 100 for a refrigerant such as air to flow in.
  • TIM Thermal Interface Material
  • TIM may be interposed to increase heat transfer performance between different components.
  • TIM may be filled between the battery cell 100 and the cell cover 200, between the cell cover 200 and the pack case 600, and/or between the battery cell 100 and the pack case 600. You can.
  • the cooling performance of the battery pack such as dual cooling performance, can be further improved.
  • the cell cover 200 may be configured to surround an edge portion that is not provided with an electrode lead among several edge portions of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the battery cell 100 may be provided with two electrode leads 110, that is, a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the two electrode leads may be located at the front edge and the rear edge, respectively.
  • the cell cover may be configured to surround one of the remaining two edge parts excluding the front edge part and the rear edge part.
  • the battery cell 100 may be said to be formed in an approximately hexahedron.
  • electrode leads 110 that is, a negative electrode lead and a positive electrode lead, may be formed on two of the six surfaces.
  • the cell cover 200 is provided to cover at least a portion of three of the four sides of the six-sided battery cell 100 except for the two sides on which the electrode leads 110 are formed.
  • the discharge direction of flame, etc. can be directed to the exposed side of the cell cover 200.
  • the front and rear sides of the cell cover 200 where the electrode lead 110 is located are open, so flames, etc. can be discharged in these open directions.
  • side directional venting can be easily implemented.
  • a structure that supports and protects one or more battery cells can be easily implemented as a single cell cover 200.
  • the lower edge portion may be in direct contact with the pack case 600 without being surrounded by the cell cover 200. Accordingly, heat from the battery cell 100 wrapped by the cell cover 200 can be quickly and smoothly discharged toward the pack case 600 below. Accordingly, the cooling performance of the battery pack can be secured more effectively.
  • this configuration can be implemented more effectively when cooling is mainly performed at the bottom of the pack case 600.
  • cooling may occur mainly at the bottom of the pack case 600 because it is mounted on the lower part of the vehicle body.
  • heat is quickly transferred from each battery cell 100 to the pack case, and cooling performance is further improved. You can.
  • the cell cover 200 can be said to be formed in a shape roughly similar to the letter n.
  • the cell cover 200 through this shape, can be said to be configured to cover the front and rear sides where the electrode leads protrude, and other parts of the battery cell 100 accommodated therein, except for the lower side. You can. That is, the cell cover 200 may be provided to cover the outer and upper sides of the storage portion of the battery cells accommodated therein.
  • the cell cover 200 may include an upper cover part 210, a first side cover part 220, and a second side cover part 230, as shown in FIG. 2.
  • the upper cover part 210 may be configured to surround the upper part of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the upper cover portion 210 may be configured to be in contact with or spaced apart from the upper edge portion of the battery cell 100.
  • the upper cover portion 210 may be configured in a planar shape. In this case, the upper cover portion 210 is formed in a straight horizontal cross-section and can surround the upper edge portion of the battery cell 100 in a straight line from the outside.
  • the first side cover part 220 may be configured to extend downward from one end of the upper cover part 210.
  • the first side cover part 220 may be configured to extend long from the left end of the upper cover part 210 in the downward direction (-Z axis direction in the drawing).
  • the first side cover portion 220 may be formed in a planar shape. At this time, the first side cover part 220 may be configured in a bent form from the upper cover part 210.
  • the first side cover portion 220 may be configured to surround the outside of one side of the storage portion of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the first side cover portion 220 may be configured to surround the left surface of the housing portion of the accommodated battery cell 100 from the left. You can.
  • the first side cover portion 220 may be in direct contact with the outer surface of the storage portion.
  • the second side cover part 230 may be positioned to be spaced apart from the first side cover part 220 in the horizontal direction. And, the second side cover part 230 may be configured to extend downward from the other end of the upper cover part 210. For example, the second side cover part 230 may be configured to extend downward from the right end of the upper cover part 210. Moreover, the second side cover part 230 may also be configured in a planar shape like the first side cover part 220. At this time, the second side cover portion 230 and the first side cover portion 220 may be said to be arranged parallel to each other while being spaced apart in the horizontal direction.
  • the second side cover portion 230 may be configured to surround the outside of the other side storage portion of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the second side cover portion 230 may be configured to surround the right surface of the housing portion of the accommodated battery cell 100 from the right side. You can.
  • the second side cover portion 230 may be in direct contact with the outer surface of the storage portion.
  • the internal space may be limited by the upper cover part 210, the first side cover part 220, and the second side cover part 230. Additionally, the cell cover 200 can accommodate one or more battery cells in this limited internal space.
  • lower ends of the first side cover portion 220 and the second side cover portion 230 may contact the bottom surface of the pack case 600.
  • the contact configuration between the lower ends of the first side cover portion 220 and the second side cover portion 230 and the pack case 600 has a shape that extends long in the front-back direction (y-axis direction in the drawing). It can be formed as According to this embodiment, the self-supporting configuration of the cell cover 200, which can maintain the battery cell 100 accommodated therein in an upright state, can be implemented more stably.
  • first side cover part 220 and the second side cover part 230 may have the same height. That is, the first side cover part 220 and the second side cover part 230 may have the same length extending downward from the upper cover part 210. In this case, the self-standing configuration of the cell cover 200 can be more easily achieved.
  • the upper cover portion 210 may face the upper edge portion of the battery cell 100, and the first It can cover the upper edge portion together with the side cover portion 220 and the second side cover portion 230.
  • the cross-sectional area of the first side cover part 220 and the second side cover part 230 is larger than the cross-sectional area of the battery cell 100 where the first side cover part 220 and the second side cover part 230 face each other. It is provided in a large size to prevent the storage part from being exposed to the outside, ensuring maximum safety.
  • the battery cell 100 may include a sealing portion 240 (see FIG. 4).
  • the sealing portion 240 may be a portion of the battery cell 100 formed by sealing one side of the battery cell 100 that faces the cell cover 200.
  • the sealing portion 240 may be sealed by a method such as heat fusion, and may be bent one or more times to improve sealing performance.
  • the sealing portion 240 may be a double side folded portion.
  • the upper edge portion may be a double side folded portion as the sealing portion 240 (see FIG. 4) of the battery cell 100.
  • the lower edge portion may be an unsealed portion of the battery cell 100.
  • the cell cover 200 may be configured to surround the battery cell 100, covering at least a portion of the sealed portion, and exposing at least a portion of the unsealed portion to the outside without enclosing it.
  • the cell cover 200 may be configured to cover the upper edge portion, which is part of the sealing portion of the battery cell 100.
  • the battery cell 100 accommodated inside the cell cover 200 can be said to be configured so that the upper edge portion, which is a sealing portion, faces the upper cover portion 210.
  • the cell cover 200 may cover the battery cell 100 so that the lower edge portion, which is an unsealed portion of the battery cell 100, is exposed to the outside. In this case, it can be said that the lower edge portion of the battery cell 100, which is an unsealed portion, is disposed on the open surface of the cell cover 200.
  • the upper edge portion which is a sealed portion
  • the lower edge portion which is an unsealed portion
  • the upper edge portion which is the sealing portion
  • the upper edge portion is disposed to face the upper cover portion 210, which may be more advantageous for directional venting.
  • the lower edge portion which is an unsealed portion, has a relatively larger cross-sectional area than the upper edge portion, which is a sealed portion, and is provided in a flat shape so that it can be placed on the open surface of the cell cover 200, as shown in FIG. 1 Cooling efficiency can be increased by direct contact with the thermal resin layer 626.
  • the first side cover part 220 and the second side cover part 230 may extend from the upper cover part 210 toward one side of the car body,
  • the upper edge portion may be disposed farther from one side of the vehicle body than the lower edge portion. That is, when the lower case 620 is seated on one side of the vehicle body, the cell cover 200 may be configured so that the side disposed relatively close to the one side of the vehicle body is open.
  • the first side cover portion 220 and the second side cover portion 230 may extend away from the upper cover portion 210 and one side of the vehicle body.
  • the upper edge portion may be disposed closer to one side of the vehicle body than the lower edge portion. That is, when the upper case 610 is seated on one side of the vehicle body, the cell cover 200 may be configured so that the side located relatively far from the one side of the vehicle body is open.
  • the arrangement of the cell cover 200 and the battery cell 100 can be set in various ways depending on the relationship with the vehicle body, pack case 600, and components other than the pack case 600 arranged on the vehicle body.
  • the cell cover 200 is shown and described focusing on an n-shaped configuration, but the cell cover 200 may be configured in various other shapes.
  • the cell cover 200 may be formed in various other shapes such as I-shape, U-shape, L-shape, etc.
  • Figure 4 is an exploded perspective view schematically showing a partial configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to the present invention may further include a busbar assembly 300.
  • the bus bar assembly 300 may be configured to electrically connect a plurality of battery cells 100 to each other.
  • the bus bar assembly 300 is coupled to the electrode lead 110 of the plurality of battery cells 100, and electrically connects the plurality of battery cells 100 in series and /Or it can be connected in parallel.
  • the busbar assembly 300 includes a busbar terminal made of an electrically conductive material such as copper or aluminum and in direct contact with the electrode lead 110, and a busbar housing made of an electrically insulating material such as plastic and supporting the busbar terminal. can be provided.
  • the bus bar assembly 300 may also be included on both sides where the electrode leads 110 are provided.
  • the bus bar assembly 300 when the electrode lead 110 protrudes both on the front side (y-axis direction of the drawing) and the rear side (-y-axis direction of the drawing), the bus bar assembly 300 Additionally, it can be located both anteriorly and posteriorly.
  • the bus bar assembly 300 may be combined with one or more cell covers 200. At this time, the bus bar assembly 300 may be coupled to the end of one cell cover 200. At this time, one cell cover 200 may accommodate one or multiple battery cells 100.
  • the busbar assembly 300 may be coupled to the cell cover 200 in various ways.
  • the bus bar assembly 300 may be coupled and fixed to the cell cover 200 through various fastening methods such as adhesive, welding, fitting, hook, bolting, and riveting.
  • the battery pack 1000 may further include an insulating cover part 350 and an end plate 400.
  • the insulating cover portion 350 is made of an electrically insulating material, prevents the bus bar assembly 300 from being exposed to the outside by the end plate 400, and secures and maintains electrical insulation.
  • the end plate 400 covers the front and rear surfaces of the plurality of battery cells 100 and may be combined with the cell cover 200.
  • the end plate 400 includes a first end plate 410 disposed on the front side of the battery cell 100 (y-axis direction in the drawing) and a first end plate 410 disposed on the rear side of the battery cell 100 (-y-axis direction in the drawing). It may include a second end plate 410.
  • the end plate 400 may be sealed and coupled to the cell cover 200 through welding.
  • the end plate 400 can secure the bus bar assembly 300 and the insulating cover portion 350 to secure the structural stability of the cell unit 10. Meanwhile, a hole through which the insulating cover portion 350 is exposed may be formed in the end plate 400, and directional venting may be induced in some cases through the hole.
  • venting passage and adhesive layer included in the battery pack 1000 will be described in more detail.
  • Figure 4 is a perspective view taken along section A of Figure 3;
  • Figure 5 is a front view of Figure 4.
  • an air gap may exist between the top of the cell cover 200 and the battery cell 100.
  • a venting passage (VP, see FIG. 7) is formed through this air gap, through which gas generated in the battery cell 100 can move.
  • the sealing portion 240 is formed on the upper edge portion of the battery cell 100, high-temperature gas or flame can be discharged relatively more easily than the lower edge portion, which is an unsealed portion. If gas or flame is generated, it may be discharged as high-temperature gas and sparks through the venting passage (VP, see FIG. 7), and ignition may occur when the sparks come into contact with external oxygen, etc.
  • the battery pack of this embodiment may include an adhesive layer 250 that prevents sparks, that is, high-temperature particles, from scattering to the outside.
  • the adhesive layer 250 may be disposed on the inner surface of the space between the cell cover 200 and the battery cell 100. Specifically, the adhesive layer 250 may be disposed on the inner surface of the upper cover portion 210. Additionally, the adhesive layer 250 may be further disposed on at least a portion of the inner surface of the first side cover portion 220 and at least a portion of the inner surface of the second side cover portion 230.
  • the adhesive layer 250 is the inner surface of the upper cover part 210, the inner surface of a portion of the first side cover part 220 extending downward from one end of the upper cover part 210, and the upper cover part 210. ) may be disposed on the inner surface of a portion of the second side cover portion 230 extending downward from the other end.
  • the adhesive layer 250 is the inner surface of the upper cover part 210, the inner surface of a portion of the first side cover part 220 extending downward from one end of the upper cover part 210, and the upper cover part 210.
  • the adhesive layer 250 is the inner surface of the upper cover part 210, the inner surface of a portion of the first side cover part 220 extending downward from one end of the upper cover part 210, and the upper cover part 210.
  • the adhesive layer 250 When the adhesive layer 250 is formed on the cell unit 10, particles moving along the air gap, which is a venting passage, when the battery cell 100 is ignited, can be attached to the adhesive layer 250, and through this, the particles can be attached to the cell unit ( 10) Scattering to the outside can be prevented.
  • the emission of high-temperature particles, that is, sparks is limited by the adhesive layer 250, the possibility of sparks coming into contact with external oxygen is reduced, and thus additional thermal runaway phenomenon can be prevented.
  • the adhesive layer 250 may be attached to the inside of the venting passage in the form of a layer, or may be applied in liquid form and then formed as a layer.
  • the adhesive layer 250 may include an adhesive material.
  • the adhesive material that can be used in the adhesive layer 250 can be of any type as long as it has adhesiveness that allows particles to attach.
  • Examples of adhesive materials include those containing atrylate or silicone, and the above-mentioned adhesive materials include ester rubber, phenol resin, or other substances used as auxiliaries, or low molecular substances such as castor oil or polyisobutylene. Can be further mixed.
  • the adhesive layer 250 may be provided in the venting passage.
  • the venting flow path may extend along the y-axis direction shown in Figures 2 and 3, and when directional venting is induced through the hole in the end plate 400, gas and flame are discharged along the venting flow path, and at this time, the adhesive layer ( If the emission of high-temperature particles, that is, sparks, is limited by 250), the possibility of sparks coming into contact with external oxygen is reduced, and thus additional thermal runaway phenomenon can be prevented.
  • Figure 6 is a diagram showing a cell unit in which an ignition phenomenon has occurred according to a comparative example.
  • Figure 7 is a diagram showing venting gas being discharged in the y-axis direction of Figure 3.
  • the cell unit may include a venting passage formed between the cell cover 21 and the battery cell 1.
  • the battery cell (1) can generate a large amount of heat during the charging and discharging process, and if its temperature rises higher than the appropriate temperature for reasons such as overcharging, its performance may deteriorate, and if the temperature rise is excessive, it may explode or ignite. .
  • the internal materials of the cell may be ejected along with high-temperature flammable gas to the outside. These internal materials are mainly materials such as C, Cu, Al, Ni, Co, Mg, and Li. It is ejected in the form of particles, that is, sparks.
  • these sparks generate an ignition phenomenon when they come in contact with flammable gases or external oxygen discharged together, so they can cause continuous thermal runaway inside and outside the battery pack including the battery cell 1.
  • the cell unit 10 may include a venting passage VP formed between the battery cell 100 and the upper cover portion 210.
  • the venting passage VP may be used to discharge gas generated from the battery cell 100 to the outside of the cell cover 200.
  • the venting passage VP may be formed in the space between the cell cover 200 and the battery cell 100.
  • a venting portion discharging internal gas of the battery cell 100 for example, a hole of the end plate 400 described in FIGS. 2 and 3 may be located at one end of the venting passage VP. Flames, gases, etc. discharged from each battery cell 100 into the venting flow path (VP) may move along the venting flow path (VP) and be discharged to the outside through an outlet (not shown) provided in the cell unit 10. .
  • Figure 8 is a diagram showing a cell unit according to another embodiment of the present invention.
  • the embodiment of FIG. 8 is a modified version of the embodiment of FIG. 5 , and the cell unit 20 according to this embodiment may further include a heat transfer member 260 covering the top of the battery cell 100.
  • the heat transfer member 260 may be formed by applying a silicon-based material or may be formed of a thermally conductive pad.
  • the adhesive layer 250 may be formed between the heat transfer member 260 and the upper cover portion 210.
  • the adhesive layer 250 is formed on the inner surface of the upper cover part 210, the inner surface of a portion of the first side cover part 220 extending downward from one end of the upper cover part 210 to the heat transfer member 260, and the upper cover part.
  • An adhesive layer 250 may be formed on the inner surface of a portion of the second side cover portion 230 extending downward from the other end of 210 to the heat transfer member 260 .
  • the formation position of the adhesive layer 250 is not limited to this, and may be formed by being directly applied or attached to the upper surface of the heat transfer member 260.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention adds a battery management system (BMS) and/or a cooling device that manages the temperature or voltage of the battery, etc. It can be included as .
  • BMS battery management system
  • a cooling device that manages the temperature or voltage of the battery, etc. It can be included as .
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention can be applied to various devices.
  • a device to which a battery pack is applied may be a means of transportation such as an electric bicycle, electric car, or hybrid car.
  • the above-described devices are not limited thereto, and the battery pack according to this embodiment can be used in various devices other than the above-described examples, which also fall within the scope of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 각각이 실링부를 포함하는 전지 셀들이 일 방향으로 적층된 복수의 전지 셀, 복수의 전지 셀의 적어도 일부를 커버하는 셀 커버, 복수의 전지 셀의 실링부 및 셀 커버 사이에 형성된 벤팅 유로, 및 벤팅 유로의 내면에 배치된 접착층을 포함한다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 07월 20일자 한국 특허 출원 제10-2022-0089844호 및 2023년 06월 14일자 한국 특허 출원 제10-2023-0076240호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 에너지 밀도와 냉각 성능이 향상되고 안전성이 강화된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는, 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 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 전지 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 전지 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 전지 모듈과 전지 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 전지 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 전지 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 전지 팩의 경우, 다수의 전지 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 전지 모듈을 구성하고, 이러한 전지 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 전지 팩을 구성한다
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 전지 팩이 제조되는 것이 일반적이다. 대표적인 예로서, 종래 전지 팩의 경우, 다수의 전지 셀을 먼저 모듈 케이스 내부에 수납하여 전지 모듈을 구성한 후, 이러한 전지 모듈을 하나 이상 팩 케이스의 내부에 수납하는 형태로 구성된다. 더욱이, 종래 전지 모듈은 카트리지라고도 불리는 플라스틱 재질의 적층용 프레임, 셀 적층 방향 양단의 플레이트, 및 볼트와 같은 체결 부재 등 여러 구성요소를 이용하여 다수의 전지 셀을 적층시키는 경우가 많다. 그리고, 이와 같이 형성된 적층체는, 다시 모듈 케이스 내부에 수납되어 모듈화되는 경우도 많다.
하지만, 이와 같은 종래 전지 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 전지 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 전지 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 전지 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 전지 셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 전지 팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는데 한계가 생길 수 있다.
또한, 종래 전지 팩의 경우, 조립성 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 전지 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 전지 셀을 모듈화시켜 전지 모듈을 구성한 후, 전지 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 전지 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 상기 선행문헌에 개시된 바와 같이, 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.
또한, 종래 전지 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 모듈 케이스가 수납되고, 모듈 케이스 내부에 전지 셀이 수납되므로, 우수한 냉각성을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. 특히, 모듈 케이스 내부에 수납된 전지 셀들의 열을 모듈 케이스를 거쳐 팩 케이스 외부로 배출시키는 경우, 냉각 효율이 떨어지고, 냉각 구조도 복잡해질 수 있다.
또한, 종래 전지 팩에 포함되는 다수의 전지 셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상되나, 전지 모듈 내 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 발생하는 열이 합산됨으로써 전체 온도가 더욱 빠르게 상승될 수 있는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에너지 밀도, 조립성 및/또는 냉각성 등이 우수한 전지 팩 및 자동차 등을 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
또한, 연속적인 열폭주 현상을 방지함으로써 내구성 및 안전성이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고, 기재되지 않은 다른 과제들은 본 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있는 범위에서 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 각각이 실링부를 포함하는 전지 셀들이 일 방향으로 적층된 복수의 전지 셀; 상기 복수의 전지 셀의 적어도 일부를 커버하는 셀 커버; 상기 복수의 전지 셀의 상기 실링부 및 상기 셀 커버 사이에 형성된 벤팅 유로; 및 상기 벤팅 유로의 내면에 배치된 접착층을 포함한다.
상기 실링부는 상기 전지 셀 중 상기 셀 커버와 대면하는 일 측부가 밀봉되어 형성된 부분일 수 있다.
상기 셀 커버는 상기 복수의 전지 셀의 측면을 커버하는 제1 측면 커버부와 제2 측면 커버부, 및 상기 복수의 전지 셀의 상부를 커버하는 상측 커버부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 복수의 전지 셀의 상부에 배치될 수 있다.
상기 상측 커버부는 상기 실링부와 이격될 수 있다.
상기 접착층은 상기 상측 커버부의 내면에 배치될 수 있다.
상기 접착층은 상기 제1 측면 커버부의 적어도 일부의 내면 및 상기 제2 측면 커버부의 적어도 일부의 내면에 더 배치될 수 있다.
상기 셀 커버는 상기 복수의 전지 셀의 상면 및 양 측면을 커버하고, 상기 복수의 전지 셀의 하면을 노출시킬 수 있다.
상기 실링부는 1회 이상 절곡될 수 있다.
상기 셀 커버는 일체의 형상을 가질 수 있다.
상기 셀 커버는 스테인리스 스틸(SUS)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지 셀 각각은 파우치형 전지 셀일 수 있다.
내부 공간에 상기 복수의 전지 셀 및 상기 셀 커버를 수납하는 팩 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 상기 적어도 하나의 전지 팩을 포함한다.
본 발명에 따르면, 가스나 화염 발생 시 각 전지 셀로부터 배출된 고온의 파티클이 외부로 비산되는 것을 방지하여, 연속적인 열폭주 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 내부에 수납되는 전지 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 절단면 A에 따라 도시되는 사시도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 6은 비교예에 따른 발화 현상이 발생된 셀 유닛의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 y축 방향으로 벤팅 가스가 배출되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 셀 유닛을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 내부에 수납되는 전지 셀과 셀 커버의 구성을 포함하는 셀 유닛을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 구성요소를 결합한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 전지 셀(100), 셀 커버(200), 및 팩 케이스(600)를 포함한다.
전지 셀(100)은, 파우치형 전지 셀일 수 있다. 즉, 전지 셀(100)은 파우치형 이차 전지로서, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다.
일반적으로, 파우치형인 전지 셀(100)은 전극 조립체를 셀 케이스에 수납한 상태에서 전해액을 주입하고, 셀 케이스를 실링(Sealing)하는 과정을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스는 전지 셀(100)의 양 단부와 이들을 연결하는 일측부를 접착함으로써 실링될 수 있다.
이러한 전지 셀(100)은, 전지 팩에 복수로 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 전지 셀(100)은, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 전지 셀(100)은, 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(도면의 x축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 복수의 전지 셀(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전후 방향(도면의 y축 방향)으로 배치될 수도 있다.
더욱이, 복수의 전지 셀(100)은, 수평 방향으로 배치되면서, 좌우 방향 및 수평 방향으로 다수의 열을 이루는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 전지 셀(100)은, 좌우 방향으로 배치된 셀 열이 전후 방향으로 2개 구비된 형태로 적층될 수 있다.
본 발명에 따른 전지 팩은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 전지 셀(100)을 채용할 수 있으며, 따라서 이러한 전지 셀(100)의 구성 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
팩 케이스(600)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 복수의 전지 셀(100)을 수납할 수 있다. 예를 들어, 팩 케이스(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(610)와 하부 케이스(620)를 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하부 케이스(620)는 상단이 개방된 박스 형태로 구성되어 내부 공간에 다수의 전지 셀을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(610)는 하부 케이스(620)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(610)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 팩 케이스(600)의 내부 공간에는, 복수의 전지 셀(100)과 함께 셀 커버(200)도 수납될 수 있다. 팩 케이스(600)는, 플라스틱 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 그 밖에도, 팩 케이스(600)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전지 팩의 외장재 재질을 채용할 수 있다.
셀 커버(200)는, 팩 케이스의 내부 공간에서, 전지 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 전지 팩에 포함된 복수의 전지 셀(100)들 중, 적어도 일부 전지 셀을 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 셀 커버는, 전지 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다.
그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 전지 셀을 감싸는 구조를 통해, 팩 케이스(600) 내부에서 복수의 전지 셀(100)들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(100)들은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 방향(도면의 x축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 이와 같이 수평 방향으로 적층된 복수의 전지 셀(100)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스 없이, 복수의 전지 셀(100)들이 팩 케이스(600) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 특히, 전지 셀(100)들의 경우, 외장재가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 또한 경도가 낮다고 할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 전지 셀(100) 자체만으로 팩 케이스(600) 내부에 수납하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 경우, 복수의 전지 셀(100)들은, 셀 커버(200)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태로 셀 커버(200)와 결합되어, 팩 케이스(600) 내부에 직접 수납되며, 그 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전지 팩(1000)에 모듈 케이스나 적층용 프레임, 셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다. 따라서, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등 다른 구성요소가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 제거될 수 있다. 그러므로, 제거된 공간만큼 전지 셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 전지 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스나 적층용 프레임, 볼트 등이 구비되지 않으므로, 전지 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전지 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(100)을 팩 케이스 내부에 수납하는 경우, 지그 등에 의해 전지 셀(100)을 파지할 수 있다. 이때, 지그는 전지 셀(100)을 직접 파지하지 않고, 전지 셀(100)을 감싸고 있는 셀 커버(200)를 파지할 수 있다. 따라서, 지그에 의한 전지 셀(100)의 손상이나 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전지 셀(100)에 셀 커버(200)가 결합되어, 모듈 케이스 없이도 전지 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
셀 커버(200)는, 강성 확보를 위해, 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 전지 셀들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 전지 셀들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 스틸 재질, 더욱이 스테인리스 스틸(SUS) 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 전체적으로 SUS 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 기계적 강도 내지 강성이 우수하므로, 전지 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부의 충격, 이를테면 침상체 등으로부터 전지 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 전지 셀의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다.
또한, 상기 실시예와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해, 전지 셀(100)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 전지 셀(100)로부터 분출된 화염에도 용융되지 않고, 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 전지 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 전지 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 전지 셀(100) 또는 복수의 전지 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 복수의 전지 셀(100)들 중 각각의 전지 셀(100)마다 셀 커버(200)가 개별적으로 결합되거나 또는, 셀 커버(200)는, 둘 또는 그 이상의 전지 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다.
셀 커버(200)는, 전지 셀(100)의 외측 표면에 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)의 수납부에 내측 표면이 접착될 수 있다.
셀 커버(200)는, 전지 팩에 하나 또는 다수 포함될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 전지 팩에 포함된 복수의 전지 셀(100)들을 그룹핑하여 유닛화하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 셀 유닛(10)을 구성한다고 할 수 있다. 그리고, 하나의 셀 유닛(10)에는, 하나 또는 다수의 전지 셀(100)이 포함될 수 있다. 전지 팩에는 다수의 셀 유닛이 포함될 수 있으며, 이 경우 셀 커버(200)는 전지 팩에 다수 포함된다고 할 수 있다. 일례로, 셀 커버(200)가 하나의 전지 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 전지 팩에는 전지 셀(100)의 개수와 동일한 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)가 둘 이상의 전지 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 전지 팩에는 전지 셀(100)의 개수보다 작은 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다.
셀 커버(200)는, 복수의 전지 셀(100)들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 각각의 전지 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 넓은 표면을 가지며, 넓은 표면의 모서리 부분은 파우치 외장재의 실링부나 접혀진 부분이 존재할 수 있다. 따라서, 전지 셀(100)은 일반적으로 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 어렵다. 하지만, 본 발명에 따른 전지 팩에서, 셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 전지 셀(100)을 감싸면서, 감싸진 전지 셀(100)의 세워진 상태, 즉 기립 상태를 지지하도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 다수의 전지 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 같이, 다수의 셀 커버(200)는 수평 방향으로 상호 적층되고, 각각의 셀 커버(200)는 하나 또는 그 이상의 전지 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)에 의해, 다수의 전지 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(600)의 내부 공간에서, 자립 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(600)나 전지 셀(100) 등, 전지 팩에 구비되는 다른 구성요소의 도움 없이도, 스스로 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 셀 커버(200)는, 도 1의 실시예에서, 하부 케이스(620)의 바닥면에 직접 안착될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)의 일부, 셀 커버(200)의 하단부가 하부 케이스(620)의 바닥면에 직접 접촉하여 안착될 수 있다. 이때, 하부 케이스(620) 바닥면에는 써멀 레진층(626)이 형성되어 있을 수 있다. 써멀 레진층(626)은 전지 셀(100)에서 발생된 열이 히트 싱크(미도시)를 통해 방열되도록 히트 싱크로 열을 전달할 수 있다. 도시하지 않았으나, 써멀 레진층(626) 아래 히트 싱크가 형성될 수 있다. 일례로, 히트 싱크는 하부 케이스(620) 바닥면 상에 형성되고, 히트 싱크 상부면에 써멀 레진층(626)이 도포될 수 있다. 써멀 레진층(626)은 접착성을 가짐으로써, 셀 커버(200) 및/또는 전지 셀(100)을 하부 케이스(620)의 바닥면 또는 히트 싱크에 결합시킬 수 있다. 써멀 레진층(626)은 전지 셀(100)과 셀 커버(200)의 기립 상태가 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 하단부가 안착된 경우, 안착 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 스틸과 같이 강성이 우수한 금속 재질, 특히 SUS 재질로 구성되는 경우, 자립 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 전지 셀(100)의 기립 상태가 보다 확실하게 지지될 수 있다.
셀 커버(200)는, 감싸진 전지 셀의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 전지 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)을 전체적으로 완전히 감싸지 않고, 일부 분만 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 전지 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3의 실시예를 참조하면, 셀 커버(200)는, 하나의 전지 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되되, 감싸진 전지 셀(100), 즉 내부 공간에 수용된 전지 셀(100)의 하부는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않을 수 있다. 따라서, 전지 셀(100)의 하부는 팩 케이스(600)를 향해 노출되어, 팩 케이스(600)에 직접 대면할 수 있다. 특히, 도 1의 실시예를 참조하면, 전지 셀(100)의 하부는, 하부 케이스(620)의 바닥면을 향해 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 전지 팩의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 전지 셀(100)과 팩 케이스(600)가 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 각각의 전지 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(600)로 직접 전달되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 전지 셀(100)과 팩 케이스(600) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 되므로, 효율적인 냉각 성능이 구현될 수 있다. 그리고, 이 경우, 전지 셀(100) 사이에 공기 등의 냉매가 유입되기 위한 공간이 마련되지 않을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 팩에서, 서로 다른 구성요소 사이에 열 전달 성능을 높이기 위해, TIM(Thermal Interface Material)이 개재될 수 있다. 예를 들어, 전지 셀(100)과 셀 커버(200) 사이, 셀 커버(200)와 팩 케이스(600) 사이, 및/또는 전지 셀(100)과 팩 케이스(600) 사이에 TIM이 충진될 수 있다. 이 경우, 전지 팩의 냉각 성능, 이를테면 듀얼 쿨링 성능 등이 더욱 향상될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 전지 셀(100)의 여러 에지부 중, 전극 리드가 구비되지 않은 에지부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시예를 참조하면, 전지 셀(100)은 2개의 전극 리드(110), 즉 양극 리드와 음극 리드를 구비할 수 있다. 이때, 2개의 전극 리드는, 전방측 에지부와 후방측 에지부에 각각 위치할 수 있다. 이때, 셀 커버는, 이러한 전방측 에지부와 후방측 에지부를 제외한 나머지 2개의 에지부 중 하나를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지 셀(100)은 대략 6면체로 형성된 다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는 6면의 전지 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 셀 커버(200)의 노출된 측면으로 화염 등의 배출 방향을 유도할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 의하면, 전극 리드(110)가 위치하는 셀 커버(200)의 전방 측 및 후방 측이 개방되어 있으므로, 이러한 개방된 방향으로 화염 등이 배출되도록 할 수 있다. 특히, 상기와 같이 전방 및 후방이 개방된 형태로 셀 커버(200)가 구성된 경우, 사이드 디렉셔널 벤팅(side directional venting)이 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 또는 그 이상의 전지 셀들을 지지하고 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 하부측 에지부는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않고 팩 케이스(600)와 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200)에 의해 감싸진 전지 셀(100)의 열이 하부의 팩 케이스(600) 측으로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 전지 팩의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
특히, 이와 같은 구성은, 팩 케이스(600)의 하부에서 냉각이 주로 이루어지는 경우, 보다 효과적으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 장착되는 전지 팩의 경우, 차체의 하부에 장착되므로, 팩 케이스(600)의 하부에서 주로 냉각이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 실시예와 같이, 각 전지 셀(100)의 하부측 에지부가 팩 케이스에 대면 접촉되는 경우, 각 전지 셀(100)로부터 팩 케이스 측으로 열이 신속하게 전달되어, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시예에 의하면, 열폭주 등의 상황에서 전지 셀(100)로부터 고온의 가스나 화염 등이 배출되는 경우, 배출된 가스나 화염이 상부 측으로 향하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 전기 자동차 등과 같이, 전지 팩의 상부 측에 탑승자가 위치하는 경우, 상기 실시예에 의하면, 가스나 화염 등이 탑승자 측으로 향하는 것을 억제하거나 지연시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀 커버(200)는 대략 n 자와 유사한 형상으로 형성된다고 할 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같은 형상을 통해, 내부에 수용된 전지 셀(100)에 대하여, 전극 리드가 돌출된 전방측과 후방측, 그리고 하부측을 제외한 다른 부분을 덮도록 구성된다고 할 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 전지 셀의 수납부의 외측 및 상부측을 덮도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 셀 커버(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상측 커버부(210), 제1 측면 커버부(220), 및 제2 측면 커버부(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 상측 커버부(210)는 내부에 수용된 전지 셀(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 상측 커버부(210)는, 전지 셀(100)의 상부측 에지부에 접촉되거나 이격되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상측 커버부(210)는, 평면 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상측 커버부(210)는, 단면이 수평 방향의 직선 형상으로 형성되어, 전지 셀(100)의 상부측 에지부를 외측에서 직선 형태로 감쌀 수 있다.
제1 측면 커버부(220)는, 상측 커버부(210)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 측면 커버부(220)는, 상측 커버부(210)의 좌측 단부에서 하부 방향(도면의 -Z축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 측면 커버부(220)는, 평면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 측면 커버부(220)는, 상측 커버부(210)에서 벤딩된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 측면 커버부(220)는, 내부에 수용된 전지 셀(100)의 일측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 전지 셀(100)이 수용된 경우, 제1 측면 커버부(220)는, 수용된 전지 셀(100)의 수납부의 좌측 표면을 좌측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 측면 커버부(220)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
제2 측면 커버부(230)는, 제1 측면 커버부(220)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 측면 커버부(230)는, 상측 커버부(210)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 측면 커버부(230)는, 상측 커버부(210)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제2 측면 커버부(230)도 제1 측면 커버부(220)와 마찬가지로 평면 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제2 측면 커버부(230)와 제1 측면 커버부(220)는 수평 방향으로 이격된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 있다.
그리고 제2 측면 커버부(230)는, 내부에 수용된 전지 셀(100)의 타측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 전지 셀(100)이 수용된 경우, 제2 측면 커버부(230)는, 수용된 전지 셀(100)의 수납부의 우측 표면을 우측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 측면 커버부(230)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 실시예에서, 상측 커버부(210), 제1 측면 커버부(220) 및 제2 측면 커버부(230)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 한정된 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 전지 셀을 수용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서, 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)의 하측 단부는, 팩 케이스(600)의 바닥면에 접촉할 수 있다. 특히, 이와 같은 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)의 하측 단부와 팩 케이스(600) 사이의 접촉 구성은, 전후 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 실시예에 의하면, 내부에 수용된 전지 셀(100)을 세워진 상태로 유지시킬 수 있는 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 안정적으로 구현될 수 있다.
더욱이, 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)는, 서로 동일한 높이를 가질 수 있다. 즉, 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)는, 상측 커버부(210)로부터 하부 방향으로 연장된 길이가 동일할 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)의 자립 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 커버(200)와 전지 셀(100)을 다시 설명하자면, 상측 커버부(210)는 전지 셀(100)의 상부측 에지부를 마주할 수 있고, 제1 측면 커버부(220) 및 제2 측면 커버부(230)와 함께 상부측 에지부를 감쌀 수 있다.
또한, 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)의 단면적은 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)가 마주하는 전지 셀(100)의 단면적보다 크게 구비되어 수납부가 외부로 노출되는 것을 방지하여 안전성을 최대한 확보할 수 있다.
한편, 전지 셀(100)은, 실링부(240, 도 4 참조)를 포함할 수 있다. 실링부(240, 도 4 참조)는 전지 셀(100) 중 셀 커버(200)와 대면하는 일 측부가 밀봉되어 형성된 부분일 수 있다. 실링부(240, 도 4 참조)는 열 융착 등의 방법으로 밀봉될 수 있으며, 밀봉 성능을 향상시키기 위해서 1회 이상 절곡될 수 있다. 예를 들어, 실링부(240, 도 4 참조)는 이중 접힘(Double Side Folding)된 부분일 수 있다.
도 2의 실시예에서, 상부측 에지부는 전지 셀(100)의 실링부(240, 도 4 참조)로서 이중 접힘(Double Side Folding)된 부분일 수 있다. 하부측 에지부는 전지 셀(100)의 미실링부일 수 있다.
여기서, 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)을 감싸되, 실링부의 적어도 일부는 감싸면서, 미실링부의 적어도 일부는 감싸지 않고 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예를 참조하면, 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)의 실링부의 일부인 상부측 에지부를 덮는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 전지 셀(100)은, 실링부인 상부측 에지부가 상측 커버부(210)와 마주하도록 구성된다고 할 수 있다. 또한, 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)의 미실링부인 하부측 에지부에 대해서는, 외부로 노출되도록 전지 셀(100)을 감쌀 수 있다. 이 경우, 전지 셀(100)에서 미실링부인 하부측 에지부는, 셀 커버(200)의 개방면에 배치된다고 할 수 있다.
전지 셀(100)에서 실링부로서 상부측 에지부는 미실링부인 하부측 에지부보다 상대적으로 고온의 가스나 화염의 배출에 더 취약할 수 있다. 그런데, 상기 실시예에 의하면, 실링부인 상부측 에지부가 상측 커버부(210)를 마주하도록 배치되어 Directional Venting에 보다 유리할 수 있다.
또한, 전지 셀(100)에서 미실링부로서 하부측 에지부는 실링부인 상부측 에지부보다 상대적으로 단면적이 넓고 평평한 형상으로 구비되어 셀 커버(200)의 개방면에 배치될 수 있고, 도 1의 써멀 레진층(626)에 직접 접촉되어 냉각효율이 증대될 수 있다.
나아가, 하부 케이스(620)가 차체의 일면에 안착되는 경우 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)는 상측 커버부(210)에서 차체의 일면을 향하여 연장될 수 있고, 상부측 에지부는 하부측 에지부보다 차체의 일면에서 더 멀리 배치될 수 있다. 즉, 하부 케이스(620)가 차체의 일면에 안착되는 경우 셀 커버(200)는 차체의 일면과 상대적으로 가깝게 배치된 면이 개방되는 형태로 구성될 수 있다.
반대로, 상부 케이스(610)가 차체의 일면에 안착되는 경우 제1 측면 커버부(220)와 제2 측면 커버부(230)는 상측 커버부(210)에서 차체의 일면에서 멀어지도록 연장될 수 있고, 상부측 에지부는 하부측 에지부보다 차체의 일면보다 더 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 상부 케이스(610)가 차체의 일면에 안착되는 경우 셀 커버(200)는 차체의 일면과 상대적으로 멀게 배치된 면이 개방되는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 셀 커버(200)와 전지 셀(100)의 배치는 차체, 팩 케이스(600), 팩 케이스(600) 이외 차체에 배치되는 구성들과의 관계에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 셀 커버(200)가 n자 형태로 형성된 구성을 중심으로 도시 내지 설명되어 있으나, 셀 커버(200)는, 다른 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, I자, U자, L자 등 다른 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지 팩은, 버스바 어셈블리(300)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 버스바 어셈블리(300)는, 다수의 전지 셀(100)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바 어셈블리(300)는, 복수의 전지 셀(100)의 전극 리드(110)에 결합되어, 복수의 전지 셀(100) 사이를 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 버스바 어셈블리(300)는, 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어 전극 리드(110)에 직접 접촉되는 버스바 단자 및 플라스틱과 같은 전기 절연성 재질로 구성되며 버스바 단자를 지지하는 버스바 하우징을 구비할 수 있다.
더욱이, 전지 셀(100)에서 전극 리드(110)가 양측에 구비된 경우, 버스바 어셈블리(300)도 전극 리드(110)가 구비된 양 측에 모두 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 리드(110)가 전방측(도면의 y축 방향)과 후방측(도면의 -y축 방향)으로 모두 돌출된 경우, 버스바 어셈블리(300) 또한 전방측과 후방측에 모두 위치할 수 있다.
버스바 어셈블리(300)는, 하나 또는 다수의 셀 커버(200)와 결합될 수 있다. 이때, 버스바 어셈블리(300)는, 1개의 셀 커버(200)의 단부에 결합될 수 있다. 이때, 1개의 셀 커버(200)에는, 1개 또는 다수의 전지 셀(100)이 수용될 수 있다.
버스바 어셈블리(300)는, 셀 커버(200)와 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스바 어셈블리(300)는, 접착, 용접, 끼움 결합, 후크 결합, 볼팅 결합, 리벳 결합 등 다양한 체결 방식을 통해 셀 커버(200)와 결합 고정될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 팩(1000)은, 절연 커버부(350) 및 엔드 플레이트(400)를 더 포함할 수 있다. 절연 커버부(350)는 전기 절연성 재질로 구성되며, 버스바 어셈블리(300)가 엔드 플레이트(400)에 의해 외부로 노출되는 것을 방지하고, 전기 절연성을 확보 및 유지할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 다수의 전지 셀(100)의 전후면을 덮고, 셀 커버(200)와 결합될 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 전지 셀(100)의 전방측(도면의 y축 방향)에 배치된 제1 엔드 플레이트(410)와 전지 셀(100)의 후방측(도면의 -y축 방향)에 배치된 제2 엔드 플레이트(410)를 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 용접을 통해 셀 커버(200)와 밀봉되도록 결합될 수 있다.
이때, 엔드 플레이트(400)는 버스바 어셈블리(300)와 절연 커버부(350)를 고정하여 셀 유닛(10)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 한편, 엔드 플레이트(400)에는 절연 커버부(350)가 노출되는 홀이 형성될 수 있으며, 상기 홀을 통해 경우에 따라서 디렉셔널 벤팅(directional venting)이 유도될 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 포함되는 벤팅 유로 및 접착층에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 3의 절단면 A에 따라 도시되는 사시도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 셀 커버(200)의 상부와 전지 셀(100) 사이에 에어 갭(Air Gap)이 존재할 수 있다. 이러한 에어 갭을 통해 벤팅 유로(VP, 도 7 참조)가 형성되어 전지 셀(100)에서 발생한 가스가 이동할 수 있다. 특히, 전지 셀(100) 상부측 에지부는 실링부(240)가 형성됨으로써, 미실링부인 하부측 에지부보다 상대적으로 고온의 가스나 화염의 배출이 잘 일어날 수 있다. 가스나 화염이 발생하면, 벤팅 유로(VP, 도 7 참조)를 통해 고온의 가스 및 스파크로 방출될 수 있고, 스파크가 외부의 산소 등과 접촉함으로써 발화가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 전지 팩은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 스파크, 즉 고온의 파티클이 외부로 비산되는 것을 방지하는 접착층(250)을 포함할 수 있다. 접착층(250)은 셀 커버(200)와 전지 셀(100) 사이의 공간의 내면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 접착층(250)은 상측 커버부(210)의 내면에 배치될 수 있다. 또한, 접착층(250)은 제1 측면 커버부(220)의 적어도 일부의 내면 및 제2 측면 커버부(230)의 적어도 일부의 내면에 더 배치될 수 있다. 에를 들어, 접착층(250)은 상측 커버부(210)의 내면, 상측 커버부(210)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되어 있는 제1 측면 커버부(220) 일부의 내면, 및 상측 커버부(210)의 다른 일단으로부터 하부 방향으로 연장되어 있는 제2 측면 커버부(230) 일부의 내면에 배치될 수 있다. 특히, 실링부(240)와 상측 커버부(210) 사이에 접착층이 상대적으로 많이 형성됨으로써, 스파크를 더 많이 잡도록 할 수 있다.
셀 유닛(10)에 접착층(250)이 형성되면, 전지 셀(100)의 발화 시 벤팅 유로인 에어 갭을 따라 이동하는 파티클이 접착층(250)에 부착될 수 있고, 이를 통해 파티클이 셀 유닛(10) 외부로 비산되는 것이 방지될 수 있다. 접착층(250)에 의해 고온의 파티클, 즉 스파크의 방출이 제한되면, 스파크가 외부 산소와 접촉할 가능성이 낮아지고, 이에 따라 추가적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
접착층(250)은 벤팅 유로의 내부에 층의 형태로 부착되거나, 액체 형태로 도포된 후 층으로 형성될 수 있다.
접착층(250)은 점착 물질을 포함할 수 있다. 접착층(250)에 사용될 수 있는 점착 물질은 파티클이 부착 가능한 점착성을 보유하는 것이라면 종류에 상관없이 가능하다. 점착 물질의 예로는 아트릴레이트 또는 실리콘을 포함하는 것을 들 수 있으며, 상술한 점착 물질에는 에스테르 고무, 페놀 수지 또는 그 밖의 물질이 보조제로 사용되거나, 피마지유 또는 폴리이소부틸렌과 같은 저분자 물질이 추가로 혼합될 수 있다.
접착층(250)은 벤팅 유로에 제공될 수 있다. 벤팅 유로는 도 2,3에 도시한 y축 방향을 따라 뻗을 수 있고, 엔드 플레이트(400)의 홀을 통해 디렉셔널 벤팅이 유도될 때, 가스 및 화염은 벤팅 유로를 따라 배출되는데, 이때 접착층(250)에 의해 고온의 파티클, 즉 스파크의 방출이 제한되면, 스파크가 외부 산소와 접촉할 가능성이 낮아지고, 이에 따라 추가적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
도 6은 비교예에 따른 발화 현상이 발생된 셀 유닛의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 y축 방향으로 벤팅 가스가 배출되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 셀 유닛은 셀 커버(21)와 전지 셀(1) 사이에 형성된 벤팅 유로를 포함할 수 있다. 전지 셀(1)은 충, 방전 과정에서 다량의 열을 발생시킬 수 있으며, 과충전 등의 이유로 그 온도가 적정 온도보다 높아지는 경우 성능이 저하될 수 있고, 온도 상승이 과도한 경우 폭발 또는 발화될 수 있다. 전지 셀(1)의 발화시 외부로 고온의 인화성 가스와 함께 셀의 내부 물질이 분출될 수 있는데, 이러한 내부 물질은 주로 C, Cu, Al, Ni, Co, Mg, Li와 같은 물질로 고온의 파티클, 즉 스파크의 형태로 분출된다.
한편 이러한 스파크는 함께 배출된 인화 가스 또는 외부의 산소와 접촉하면 발화 현상을 발생시키므로 전지 셀(1)을 포함하는 전지 팩 내 외부에서 연속적인 열폭주 현상을 발생시킬 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 셀 유닛(10)은 전지 셀(100)과 상측 커버부(210) 사이에 형성된 벤팅 유로(VP)를 포함할 수 있다. 벤팅 유로(VP)는 전지 셀(100)로부터 발생한 가스 등을 셀 커버(200)의 외부로 배출하기 위한 것일 수 있다. 벤팅 유로(VP)는 셀 커버(200)와 전지 셀(100) 사이의 이격 공간에 형성될 수 있다. 벤팅 유로(VP)의 일단부에는 전지 셀(100)의 내부 가스를 배출하는 벤팅부, 예를 들어 도 2 및 도 3에서 설명한 엔드 플레이트(400)의 홀이 위치할 수 있다. 각 전지 셀(100)로부터 벤팅 유로(VP)로 배출된 화염, 가스등은 벤팅 유로(VP)를 따라 이동하여 셀 유닛(10)에 구비된 배출구(도시되지 않음)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 전지 셀(100)의 발화 시 벤팅 유로(VP)를 따라 이동하는 파티클이 접착층(250)에 부착될 수 있고, 이를 통해 파티클이 셀 유닛(10) 외부로 비산되는 것이 방지될 수 있다. 접착층(250)에 의해 고온의 파티클, 즉 스파크의 방출이 제한되면, 스파크가 외부 산소와 접촉할 가능성이 낮아지고, 이에 따라 추가적인 열폭주 현상이 방지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 셀 유닛을 나타내는 도면이다.
도 8의 실시예는 도 5의 실시예를 변형한 것으로, 본 실시예에 따른 셀 유닛(20)은 전지 셀(100) 상부를 덮는 열전달 부재(260)를 더 포함할 수 있다. 열전달 부재(260)는 실리콘 계열의 재질로 도포 형성하거나 열전도성 패드로 형성할 수 있다. 접착층(250)은 열전달 부재(260)와 상측 커버부(210) 사이에 형성될 수 있다. 접착층(250)은 상측 커버부(210) 내면, 상측 커버부(210)의 일단으로부터 하부 방향으로 열전달 부재(260)까지 연장되어 있는 제1 측면 커버부(220) 일부의 내면, 및 상측 커버부(210)의 다른 일단으로부터 하부 방향으로 열전달 부재(260)까지 연장되어 있는 제2 측면 커버부(230) 일부의 내면에 접착층(250)이 형성될 수 있다. 다만, 접착층(250)의 형성 위치는 이에 한정되지 않고, 열전달 부재(260) 상부면에 직접 도포되거나 부착되어 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 5에서 설명한 내용은 모두 본 실시예에 적용 가능하다.
한편, 이상에서 구체적으로 언급되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및/또는 냉각 장치 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전지 팩이 적용되는 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단일 수 있다. 그러나, 상술한 디바이스가 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 예시 외에 다양한 디바이스에 본 실시예에 따른 전지 팩이 사용될 수 있고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
10, 20: 셀 유닛
VP: 벤팅 유로
100: 전지 셀
200: 셀 커버
210: 상측 커버부
220: 제1 측면 커버부
230: 제2 측면 커버부
240: 실링부
250: 접착층
260: 써멀 레진층
300: 버스바 어셈블리
350: 절연 커버부
400: 엔드 플레이트
600: 팩 케이스
610: 상부 케이스
620: 하부 케이스
1000: 전지 팩

Claims (13)

  1. 각각이 실링부를 포함하는 전지 셀들이 일 방향으로 적층된 복수의 전지 셀;
    상기 복수의 전지 셀의 적어도 일부를 커버하는 셀 커버;
    상기 복수의 전지 셀의 상기 실링부 및 상기 셀 커버 사이에 형성된 벤팅 유로; 및
    상기 벤팅 유로의 내면에 배치된 접착층을 포함하는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 실링부는 상기 전지 셀 중 상기 셀 커버와 대면하는 일 측부가 밀봉되어 형성된 부분인 전지 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 상기 복수의 전지 셀의 측면을 커버하는 제1 측면 커버부와 제2 측면 커버부, 및 상기 복수의 전지 셀의 상부를 커버하는 상측 커버부를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 복수의 전지 셀의 상부에 배치된 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 상측 커버부는 상기 실링부와 이격된 전지 팩.
  5. 제3항에서,
    상기 접착층은 상기 상측 커버부의 내면에 배치된 전지 팩.
  6. 제5항에서,
    상기 접착층은 상기 제1 측면 커버부의 적어도 일부의 내면 및 상기 제2 측면 커버부의 적어도 일부의 내면에 더 배치된 전지 팩.
  7. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 상기 복수의 전지 셀의 상면 및 양 측면을 커버하고, 상기 복수의 전지 셀의 하면을 노출시키는 전지 팩.
  8. 제1항에서,
    상기 실링부는 1회 이상 절곡된 것인 전지 팩.
  9. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 일체의 형상을 갖는 전지 팩.
  10. 제1항에서,
    상기 셀 커버는 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 전지 팩.
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 셀 각각은 파우치형 전지 셀인 전지 팩.
  12. 제1항에서,
    내부 공간에 상기 복수의 전지 셀 및 상기 셀 커버를 수납하는 팩 케이스를 더 포함하는 전지 팩.
  13. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 장치.
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