WO2024019529A1 - 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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WO2024019529A1
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battery cell
cell
pouch
cover
cell cover
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PCT/KR2023/010418
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박정훈
김수열
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell unit, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, it relates to a battery cell unit with improved stability, etc., and a battery pack and a vehicle including the same.
  • nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries were widely used as secondary batteries, but recently, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, allowing for free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density. Batteries are widely used.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the 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 solution.
  • 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.
  • battery packs have been widely used for driving or energy storage in medium to large-sized devices such as electric vehicles or energy storage systems.
  • a conventional battery pack includes one or more battery modules inside a pack case and a control unit that controls charging and discharging of the battery pack.
  • the battery module is configured to include a plurality of battery cells inside a module case.
  • a plurality of battery cells are stored inside a 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 for battery packs to be manufactured by first modularizing a number of cells and then storing them inside a pack case.
  • thermal propagation between battery cells is not properly suppressed, this may lead to thermal events in other battery cells included in the battery pack, causing larger problems such as ignition or explosion of the battery pack.
  • the present invention was created to solve the above-mentioned problem, and when a thermal event occurs in a battery cell, it prevents flames, sparks, venting gas, etc. erupting from the battery cell from spreading to other surrounding battery cells. Furthermore, the purpose of the present invention is to provide a battery cell unit configured to discharge venting gas so that internal pressure is reduced, but venting gas is discharged in a specific direction, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a pouch-type battery cell and a cell cover provided to at least partially surround the pouch-type battery cell, wherein the cell cover is configured to be spaced apart from the pouch-type battery cell, and the cell cover includes a cell cover provided to cover the pouch-type battery cell when a thermal event occurs.
  • a battery cell unit may be provided, characterized in that a particle pocket portion configured to collect particles is formed.
  • the cell cover is configured to surround both sides and the top of the pouch-type battery cell, and the particle pocket portion may be formed on the upper side of the cell cover.
  • the particle pocket portion may be configured such that side portions on both sides along the width direction of the cell cover protrude more toward the top than the center portion on the upper side of the cell cover.
  • a mesh member may be formed inside the particle pocket portion.
  • the mesh member may be formed by overlapping several sheets of porous metal plates.
  • a directional venting part may be formed on the cell cover to guide venting gas and discharge it in a preset direction.
  • it includes a thermal resin coupled to the cell cover, wherein the cell cover has a portion to which the thermal resin is coupled and a portion to which the thermal resin is not bonded, and the directional venting portion includes the a gas exhaust port formed in a portion of the cell cover to which the thermal region is not coupled; And it may include a moving passage formed between the pouch-type battery cell and the cell cover.
  • the gas exhaust port may be formed at the bottom of the cell cover.
  • the cell cover may be configured to support the stacked state of the plurality of pouch-type battery cells.
  • the cell cover may be formed in an n-shape.
  • the cell cover may be made of a metal material.
  • a bus bar connecting a plurality of electrode leads may be further included.
  • the cell cover may be configured to partially surround the pouch-type battery cell so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell is exposed to the outside.
  • a battery pack may be provided including a pack case for storing the battery cell unit in an internal space.
  • the cell cover may be configured so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell is exposed toward the bottom of the battery pack.
  • the cell cover may be directly mounted on the pack case.
  • a vehicle including the above-described battery cell unit can be provided.
  • a thermal event occurs in a battery cell
  • flames, sparks, venting gas, etc. ejected from the battery cell can be prevented from spreading to other surrounding battery cells, and the venting gas is discharged to reduce sudden pressure.
  • the venting gas is discharged to reduce sudden pressure.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIGS. 1 to 3 are diagrams illustrating a process in which a cell cover is coupled to a pouch-type battery cell and two pouch-type battery cells are connected to a bus bar in a battery cell unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a pouch-type battery cell and a cell cover provided in a battery cell unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the pouch-type battery cell of FIG. 4 combined with the cell cover.
  • FIG. 6 is a partial perspective view showing a gas exhaust port in which the pouch-type battery cell of FIG. 4 and the cell cover are combined.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view of the pouch-type battery cell of FIG. 4 combined with the cell cover, showing a directional venting portion that is an exhaust path for gas.
  • Figure 8 is a schematic exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack according to each embodiment of the present invention.
  • Coupled to refers not only to the case where one member and another member are directly coupled or directly connected, but also when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly connected to another member. Also includes cases where it is connected to .
  • FIG. 1 to 3 are diagrams illustrating a process in which a cell cover is coupled to a pouch-type battery cell and two pouch-type battery cells are connected to a bus bar in a battery cell unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is an exploded perspective view of a pouch-type battery cell and a cell cover provided in a battery cell unit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a combined cross-sectional view of the pouch-type battery cell and cell cover of FIG. 4
  • FIG. 6 is a pouch of FIG. 4.
  • a partial perspective view of the battery cell and cell cover combined shows the gas exhaust port
  • Figure 7 is a side cross-sectional view of the pouch type battery cell of Figure 4 combined with the cell cover, showing the directional venting portion that is the gas exhaust path. .
  • a battery cell unit 15 includes a pouch-type battery cell 100 and a cell cover 300.
  • the pouch-type battery cell 100 is a pouch-type secondary battery and may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch exterior material.
  • a plurality of such pouch-type battery cells 100 may be included in a battery module (not shown) or a battery pack 10 (see FIG. 8). And, these plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in at least one direction.
  • the cell cover 300 may be provided to at least partially cover the pouch-type battery cell 100.
  • the cell cover 300 may be configured to cover both sides and the top of at least a portion of the pouch-type battery cell 100. However, it is not limited to this.
  • the cell cover 300 may be configured to partially surround the pouch-type battery cell 100 so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell 100 is exposed to the outside.
  • the cell cover 300 may be configured to support the pouch-type battery cell 100 in an upright state. It is generally not easy to stack the pouch-type battery cells 100 in an upright direction. However, the cell cover 300 provided in the battery cell unit 15 according to the present invention surrounds one or more pouch-type battery cells 100 and maintains the upright state of the wrapped pouch-type battery cells 100, that is, , may be configured to maintain an upright position.
  • the cell cover 300 may be configured to surround a various number of pouch-type battery cells 100 together.
  • the cell cover 300 may be configured to cover one pouch-type battery cell 100 together.
  • it may be configured to surround two pouch-type battery cells 100 together, or it may be configured to surround three or more pouch-type battery cells 100 together.
  • the cell cover 300 may be configured to support the stacked state of the plurality of pouch-type battery cells 100.
  • the plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in a horizontal direction in an erect state, and the cell cover 300 may be configured to stably support the plurality of pouch-type battery cells 100 in an erect state. .
  • the cell cover 300 may be formed in an approximately n-shape. At this time, the front, rear, and bottom of the cell cover 300 may be open.
  • the shape of the cell cover 300 is not limited to an approximately n-shape.
  • the cell cover 300 may be formed in various shapes.
  • the cell cover 300 may be formed in a ' ⁇ ' shape, an 'U' shape, or an 'O' shape.
  • the cell cover 300 may be made of a metal material.
  • the cell cover 300 may be made of a steel material, for example, stainless steel (SUS).
  • the stainless steel material has excellent mechanical strength and rigidity and has a higher melting point than the aluminum material, so even if a flame occurs in any battery cell 100, the cell cover 300 is melted by the flame, etc. more effectively. It can be prevented.
  • the material of the cell cover 300 is not limited to this.
  • the cell cover 300 may be at least partially adhered to the pouch-type battery cell 100.
  • thermal resin 400 (see FIGS. 5 and 6) may be interposed between the pouch-type battery cell 100 and the pack case 200 and between the cell cover 300 and the pack case 200. .
  • the battery cell unit 15 may include a bus bar 700 (see FIG. 3).
  • the bus bar 700 may be connected to the electrode leads of one or more pouch-type battery cells 100.
  • the bus bar 700 can connect a plurality of electrode leads to enable serial or parallel connection between the plurality of battery cells 100.
  • electrode leads may be located at the front and rear of each pouch-type battery cell 100.
  • the bus bar 700 is located at the front and rear of the battery cell 100 and can connect electrode leads.
  • the bus bar 700 is made of an electrically conductive material such as copper or aluminum and can be in direct contact with the electrode leads.
  • the cell cover 300 is configured to be spaced apart from the pouch-type battery cell 100, and in addition, the cell cover 300 contains particles ejected from the pouch-type battery cell 100 when a thermal event occurs.
  • a particle pocket portion 320 configured to collect may be formed.
  • the particle pocket portion 320 may be formed at various locations on the cell cover 300.
  • the particle pocket portion 320 may be formed on the upper side of the cell cover 300, but is not limited thereto.
  • the particle pocket portion 320 is formed on the upper side of the cell cover 300 so that the side portions 315 and 317 on both sides along the width direction of the cell cover 300 protrude more toward the top than the center portion 316. It can be.
  • a preset space above the pouch-type battery cell 100 may be formed inside the cell cover 300.
  • the particle pocket unit 320 is configured to collect particles ejected from the pouch-type battery cell 100 when a thermal event occurs.
  • the particle pocket portion 320 protrudes both side portions 315 and 317 of the cell cover 300, and a preset space is formed inside the protruding portion, and when a thermal event occurs through that space, the battery cell ( 100) It may be configured to collect high-temperature dust, particles, etc. emitted.
  • particles may refer to active materials or molten aluminum particles detached from electrodes inside the battery cell 100.
  • High-temperature dust, particles, etc. act as ignition sources among the three elements of fire: combustibles, ignition sources, and oxygen. Therefore, when they encounter combustibles and oxygen on the outside of the cell cover 300, ignition occurs and the pack case ( 200) Flames inside can spread rapidly. Accordingly, it is necessary to prevent high-temperature dust, particles, etc. from escaping to the outside of the cell cover 300.
  • the cell cover 300 is provided with a particle pocket portion 320 and can collect high-temperature dust, particles, etc. According to this, even if a thermal event occurs in any pouch-type battery cell 100, it is possible to prevent flames from rapidly spreading to other battery cells 100 or electrical components inside the pack case 200. .
  • the particle pocket portion 320 may be formed on the upper side of the cell cover 300. Due to this shape, the upper side of the cell cover 300 is covered with thermal resin 400. ) may increase the contact area. In this case, heat conductivity to the outside of the cell cover 300 can be increased, thereby improving cooling efficiency.
  • the upper side of the cell cover 300 may be thermally connected to the pack case 200, which has a large heat capacity, through the thermal resin 400.
  • the thermal resin 400 fills the concave central area on the upper side of the cell cover 300, the contact area between the cell cover 300 and the thermal resin 400 can be increased. And, this has the effect of improving heat dissipation performance.
  • a mesh member 321 may be formed inside the particle pocket portion 320.
  • the mesh member 321 may be provided in the form of overlapping several porous metal plates to function like a flame arrester.
  • the movement of flame, high-temperature dust, particles, etc. within the particle pocket portion 320 can be further restricted, thereby preventing the spread of flame to other battery cells 100.
  • a directional venting portion 330 may be formed in the cell cover 300.
  • the directional venting unit 330 is configured to guide the venting gas and discharge it in a preset direction.
  • the cell cover 300 When the thermal resin 400 is coupled to the cell cover 300, as shown in FIG. 6, the cell cover 300 has a portion where the thermal resin 400 is bonded and a portion where the thermal resin 400 is not bonded. exist.
  • a gas exhaust port 331 may be formed in a portion of the cell cover 300 to which the thermal resin 400 is not coupled.
  • the gas exhaust port 331 may be formed in the lower part of the cell cover 300.
  • a moving passage 332 (see FIG. 7) may be formed between the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 300.
  • the directional venting unit 330 includes the above-described gas exhaust port 331 and the moving passage 332. Referring to the arrow in FIG. 7, the gas generated from the pouch-type battery cell 100 flows through the moving passage ( 332) and can be discharged to the outside through the gas exhaust port 331 toward the lower side of the cell cover 300.
  • venting gas when venting gas is generated in the pouch-type battery cell 100, the venting gas may move to the front or rear of the cell cover 300 along the particle pocket portion 320. At this time, particles or flames cannot pass through the mesh member 321 provided in the particle pocket portion 320, and the venting gas passes through the mesh member 321 and includes the movement passage 332 and the gas exhaust port 331. It can be discharged through the directional venting part 330.
  • the directional venting portion 330 when gas is generated from any battery cell 100 included in the battery cell unit 15, the gas is transmitted to other adjacent battery cells. Instead of propagating to 100, it may be discharged toward the bottom of the pack case 200 through the directional venting unit 330.
  • gas or flame, etc. can be induced and discharged to the outside of the pack case 200 through the directional venting unit 330, so that directional venting can be easily implemented.
  • the battery cell unit 15 has the effect of preventing or suppressing thermal runaway propagation of the pouch-type battery cells 100 when a thermal event occurs.
  • Figure 8 is a schematic exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention is provided so that the battery cells 100 can be directly stored in the pack case 200 of the battery pack 10 by removing the battery module (not shown).
  • the module case of the battery module (not shown) may not be included in the configuration.
  • the pouch-type battery cell 100 of each embodiment of the present invention may be accommodated in a module case provided in a battery module (not shown). there is.
  • a battery module (not shown) equipped with a pouch-type battery cell 100 combined with a cell cover 300 in each embodiment of the present invention also falls within the scope of the present invention.
  • the battery cell 100 refers to a pouch-type battery cell 100.
  • the battery pack 10 includes a battery cell unit 15 and a pack case 200.
  • the description of the battery cell unit 15 is replaced with the above description.
  • the pack case 200 has an empty space inside, and battery cell units 15 including the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 300 can be stored in this inner space.
  • the battery cell unit 15 can be directly seated on the pack case 200.
  • the cell cover 300 may be directly seated on the upper surface of the pack case 200.
  • the lower end of the cell cover 300 may be seated in direct contact with the upper surface of the pack case 200.
  • the cell cover 300 and the pouch-type battery cell 100 can be directly seated in the pack case 200 without being stored in a separate module case.
  • the embodiment in which the module is modularized by being seated in a module case is not excluded.
  • the cooling performance of the battery pack 10 can be secured more effectively.
  • the pouch-type battery cells 100 can be in face-to-face contact with the pack case 200, the heat emitted from each pouch-type battery cell 100 is directly transferred to the pack case 200, improving cooling performance. It can be.
  • the cell cover 300 may be configured so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell 100 is exposed toward the bottom surface of the battery pack 10.
  • the cell cover 300 configured to surround at least some of the pouch-type battery cells 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100 may be stored in the internal space of the pack case 200.
  • the battery pack 10 may further include a control module configured to control charging and discharging of the pouch-type battery cells 100.
  • this control module may include a battery management system (BMS) 500 and a battery cutoff unit 600, and together with the battery cell 100 and the cell cover 300, the pack It can be stored inside the case 200.
  • BMS battery management system
  • the battery pack 10 may further include an end plate (not shown) coupled to the open portion of the cell cover 300.
  • the cell cover 300 may have open front and rear sides provided with electrode leads.
  • an end plate (not shown) may be coupled to the open portion of the cell cover 300.
  • holes or cuts for venting may be formed in the end plate (not shown).
  • a separation structure between the battery cells 100 may be further included.
  • venting gas generated from any battery cell unit can be discharged in a preset direction, making it possible to predict the direction of venting gas movement when a thermal event occurs, thereby providing safer venting without causing thermal damage to other battery cell units. It has the effect of discharging gas to the outside.
  • Figure 9 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack according to each embodiment of the present invention.
  • the automobile 20 may include one or more battery packs 10 according to each of the above-described embodiments.
  • the vehicle 20 includes various vehicles 20 that are designed to use electricity, such as electric vehicles or hybrid vehicles.
  • the present invention relates to battery cell units, battery packs containing the same, and automobiles, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛은, 파우치형 배터리 셀; 및 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 셀 커버를 포함하며, 셀 커버는 파우치형 배터리 셀로부터 이격되게 구성되고, 셀 커버에는 열적 이벤트 발생시 파우치형 배터리 셀로부터 분출되는 파티클을 포집하도록 구성된 파티클 포켓부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2022년 07월 20일자로 출원된 한국 특허 출원번호 10-2022-0089572호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 안정성 등이 향상된 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다.
종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 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 배터리 팩이 널리 사용되고 있다.
종래 배터리 팩은 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 모듈과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다.
즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 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 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다.
이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀 중, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트가 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것을 차단할 필요가 있다.
만일, 배터리 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 배터리 팩에 포함된 다른 배터리 셀의 열적 이벤트로 이어져, 배터리 팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다.
더욱이, 배터리 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 배터리 팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 어느 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 해당 배터리 셀에서 분출하는 화염, 스파크, 벤팅 가스 등이 주변의 다른 배터리 셀로 전파되는 것을 막으며, 나아가 내압이 감소될 수 있도록 벤팅 가스를 배출하되 특정 방향으로 벤팅 가스가 배출될 수 있도록 구성한 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파우치형 배터리 셀; 및 상기 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 셀 커버를 포함하며, 상기 셀 커버는 상기 파우치형 배터리 셀로부터 이격되게 구성되고, 상기 셀 커버에는 열적 이벤트 발생시 상기 파우치형 배터리 셀로부터 분출되는 파티클을 포집하도록 구성된 파티클 포켓부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 상기 파우치형 배터리 셀의 양 측면과 상측을 감싸도록 구성되고, 상기 파티클 포켓부는 상기 셀 커버의 상측에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파티클 포켓부는 상기 셀 커버의 상측에서 상기 셀 커버의 폭 방향에 따른 양측 사이드부가 중심부보다 상부 방향으로 더 돌출된 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파티클 포켓부 내측에 메쉬부재가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메쉬부재는 여러 장의 다공성 금속판을 중첩한 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버에는 벤팅 가스를 유도하여 미리 설정되 방향으로 배출시키는 디렉셔널 벤팅부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버에 결합되는 써멀 레진을 포함하며, 상기 셀 커버에는 상기 써멀 레진이 결합된 부분과, 상기 써멀 레진이 결합되지 않은 부분이 존재하고, 상기 디렉셔널 벤팅부는, 상기 셀 커버에서 상기 써멀 레전이 결합되지 않은 부분에 형성된 가스 배기구; 및 상기 파우치형 배터리 셀과 상기 셀 커버 사이에 형성된 이동통로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 배기구는 상기 셀 커버의 하부에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 n자 형상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 금속 재질로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 다수의 전극 리드를 연결하는 버스바를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 셀 유닛; 및 내부 공간에 상기 배터리 셀 유닛을 수납하는 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 배터리 팩의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버는 상기 팩 케이스에 직접 안착될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 셀 유닛을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 어느 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 해당 배터리 셀에서 분출하는 화염, 스파크, 벤팅 가스 등이 주변의 다른 배터리 셀로 전파되는 것을 막을 수 있고 벤팅 가스를 배출하여 급격한 압력 상승을 억제함으로써 셀 어셈블리의 구조적 붕괴를 방지할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛에서 파우치형 배터리 셀에 셀 커버가 결합되고 2개의 파우치형 배터리 셀이 버스바에 연결되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛에 구비된 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 분리 사시도이다.
도 5은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 단면도이다.
도 6은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버가 결합된 부분 사시도로 가스 배기구를 도시하고 있다.
도 7은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합된 측단면도로 가스의 배기 경로인 디렉셔널 벤팅부를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛에서 파우치형 배터리 셀에 셀 커버가 결합되고 2개의 파우치형 배터리 셀이 버스바에 연결되는 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛에 구비된 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 분리 사시도이며, 도 5은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 단면도이고, 도 6은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버가 결합된 부분 사시도로 가스 배기구를 도시하고 있으며, 도 7은 도 4의 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합된 측단면도로 가스의 배기 경로인 디렉셔널 벤팅부를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛(15)은, 파우치형 배터리 셀(100)과, 셀 커버(300)를 포함한다.
파우치형 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로서, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 이러한 파우치형 배터리 셀(100)은 배터리 모듈(미도시) 내지 배터리 팩(10, 도 8 참조)에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 셀 커버(300)는 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(300)는 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)의 양 측면과 상측을 감싸도록 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 셀 커버(300)는 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
셀 커버(300)는 파우치형 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 파우치형 배터리 셀(100)은 일반적으로 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 셀 유닛(15)에 구비된 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉, 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
셀 커버(300)는 다양한 개수의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(300)는 1개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 또는, 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있고, 또는, 3개 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있다.
셀 커버(300)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다. 특히, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은 세워진 상태로 수평 방향으로 적층될 수 있는데, 셀 커버(300)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 세워진 상태로 안정적으로 지지하도록 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 셀 커버(300)는 대략 n자 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 셀 커버(300)의 전방, 후방 및 하방은 개방되어 있을 수 있다.
다만, 셀 커버(300)의 형상이 대략 n자 형상에 한정되는 것은 아니다. 셀 커버(300)는 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 셀 커버(300)는, 'ㅁ'자 형상, 'U'자 형상 또는 'O'자 형상 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)는 금속 재질로 제작될 수 있다. 특히, 셀 커버(300)는 스틸 재질, 예를 들어, 스테인레스 스틸(Stainless Steel, SUS) 재질로 제작될 수 있다.
이 경우, 스테인레스 스틸 재질은 기계적 강도 내지 강성이 우수하고, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 임의의 배터리 셀(100)에서 화염이 발생하더라도 화염 등에 의해 셀 커버(300)가 용융되는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
즉, 파우치형 배터리 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 파우치형 배터리 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 다만, 셀 커버(300)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
셀 커버(300)는 파우치형 배터리 셀(100)과 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 또한, 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(200) 사이 및 셀 커버(300)와 팩 케이스(200) 사이 중 적어도 하나에는 써멀 레진(400, 도 5 및 도 6 참조)이 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛(15)은, 버스바(700, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 버스바(700)는 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)의 전극 리드와 연결될 수 있다.
특히, 버스바(700)는 다수의 전극 리드를 연결하여, 다수의 배터리 셀(100) 간 직렬 또는 병렬 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 각각의 파우치형 배터리 셀(100)의 전방 및 후방에는 전극 리드가 위치할 수 있다. 이때, 버스바(700)는 이러한 배터리 셀(100)의 전방 및 후방에 위치하여, 전극 리드 사이를 연결할 수 있다.
버스바(700)는 구리나 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어 전극 리드에 직접 접촉될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 셀 커버(300)는 파우치형 배터리 셀(100)로부터 이격되게 구성되고, 또한, 셀 커버(300)에는 열적 이벤트 발생시 파우치형 배터리 셀(100)로부터 분출되는 파티클을 포집하도록 구성된 파티클 포켓부(320)가 형성될 수 있다.
파티클 포켓부(320)는 셀 커버(300)의 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 파티클 포켓부(320)는 셀 커버(300)의 상측에 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
파티클 포켓부(320)는 예를 들어, 셀 커버(300)의 상측에서 셀 커버(300)의 폭 방향에 따른 양측 사이드부(315, 317)가 중심부(316)보다 상부 방향으로 더 돌출되게 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 셀 커버(300)의 내부에는 파우치형 배터리 셀(100)의 상측으로 미리 설정된 공간이 형성될 수 있다.
그리고, 파티클 포켓부(320)는 열적 이벤트 발생시 파우치형 배터리 셀(100)로부터 분출되는 파티클을 포집하도록 구성된다.
즉, 파티클 포켓부(320)는 셀 커버(300)의 양측 사이드부(315, 317)가 돌출되고, 돌출된 부분의 내부에 미리 설정된 공간이 형성되며, 그 공간을 통해 열적 이벤트 발생시 배터리 셀(100)에 분출되는 고온의 분진, 파티클 등을 포집하도록 구성될 수 있다. 여기서, 파티클은 배터리 셀(100) 내부의 전극에서 탈리된 활물질이나 용융된 알루미늄 입자 등을 의미할 수 있다.
고온의 분진, 파티클 등은 화재의 3가지 요소인 가연물질, 점화원 및 산소 중 점화원으로 작용하기 때문에, 이것들이 셀 커버(300)의 외부에서 가연물질과 산소를 만나게 되면 착화가 발생되어 팩 케이스(200) 내부에 화염이 급속하게 번질 수 있다. 이에 따라, 고온의 분진, 파티클 등이 셀 커버(300)의 외부로 빠져 나가지 않도록 할 필요가 있다.
본 실시예에 따른 셀 커버(300)는 파티클 포켓부(320)를 구비하여 고온의 분진, 파티클 등을 포집할 수 있다. 이에 의하면, 임의의 파우치형 배터리 셀(100)에서 열적 이벤트가 발생하더도, 팩 케이스(200) 내부의 다른 배터리 셀(100)이나 전장 부품들로 급속하게 화염 등이 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 4 및 도 4를 함께 참조하면, 예를 들어, 파티클 포켓부(320)는 셀 커버(300)의 상측에 형성될 수 있는데, 이러한 형상에 의해 셀 커버(300)의 상측은 써멀 레진(400)과의 접촉 면적이 증가할 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300) 외부로의 열전도율이 증대될 수 있어 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 셀 커버(300)의 상측은 써멀 레진(400)을 통해 열용량이 큰 팩 케이스(200)와 열적으로 연결될 수 있다. 이때, 써멀 레진(400)이 셀 커버(300) 상측의 오목한 중앙 영역에 채워지므로 셀 커버(300)와 써멀 레진(400)의 상호 간 접촉 면적이 증대될 수 있다. 그리고, 이에 의해 방열 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 7을 참조하면, 파티클 포켓부(320)의 내측에는 메쉬부재(321)가 형성될 수 있다. 메쉬부재(321)는 여러 장의 다공성 금속판을 중첩한 형태로 마련되어 플레임 어레스터(flame arrester)와 같은 기능을 하도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 파티클 포켓부(320) 내에서 화염, 고온의 분진, 파티클 등의 이동이 더욱 제한될 수 있어 다른 배터리 셀(100)로의 화염 전파가 방지될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛(15)에서 셀 커버(300)에는 디렉셔널 벤팅부(330)가 형성될 수 있다. 디렉셔널 벤팅부(330)는 벤팅 가스를 유도하여 미리 설정되 방향으로 배출시키도록 구성된다.
셀 커버(300)에 써멀 레진(400)이 결합되는 경우, 도 6에서와 같이, 셀 커버(300)에는 써멀 레진(400)이 결합된 부분과, 써멀 레진(400)이 결합되지 않은 부분이 존재한다.
그리고, 셀 커버(300)에서 써멀 레진(400)이 결합되지 않은 부분에 가스 배기구(331)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 배기구(331)는 셀 커버(300)의 하부에 형성될 수 있다. 또한, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 사이에 이동통로(332, 도 7 참조)가 형성될 수 있다.
이 경우, 디렉셔널 벤팅부(330)는 전술한 가스 배기구(331)와 이동통로(332)를 포함하며, 도 7의 화살표를 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)에서 발생한 가스는 이동통로(332)를 통해 이동하여 셀 커버(300)의 하측 방향의 가스 배기구(331)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 7을 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)에서 벤팅 가스가 발생한 경우, 벤팅 가스는 파티클 포켓부(320)를 따라 셀 커버(300)의 전방 또는 후방으로 이동될 수 있다. 이때, 파티클이나 화염은 파티클 포켓부(320)에 구비된 메쉬부재(321)를 통과하지 못하게 되고, 벤팅 가스는 메쉬부재(321)를 통과하여 이동통로(332)와 가스 배기구(331)를 포함하는 디렉셔널 벤팅부(330)를 통해 배출될 수 있다.
이와 같이, 셀 커버(300)에 디렉셔널 벤팅부(330)가 형성되면, 배터리 셀 유닛(15)에 포함된 임의의 배터리 셀(100)에서 가스가 발생하는 경우, 상기 가스는 인접한 다른 배터리 셀(100)로 전파되지 않고 디렉셔널 벤팅부(330)를 통해 팩 케이스(200)의 하부 방향으로 배출될 수 있다.
즉, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면 가스 내지 화염 등을 유도하여 디렉셔널 벤팅부(330)를 통해 팩 케이스(200) 외부로 배출할 수 있으므로 디렉셔널 벤팅이 용이하게 구현되는 효과 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 유닛(15)은 열적 이벤트 발생 상황에서 파우치형 배터리 셀(100)들의 열 폭주 전파가 방지 내지 억제되는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 분리 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(미도시)을 제거하여 배터리 셀(100)을 배터리 팩(10)의 팩 케이스(200)에 직접 수납할 수 있도록 마련된다.
이에 의하면, 배터리 팩(10) 내에서 배터리 모듈(미도시)의 모듈 케이스 등이 차지하던 공간에 배터리 셀(100)을 더 수납할 수 있으므로 공간 효율성이 증대되고 배터리 용량이 향상되는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 배터리 모듈(미도시)의 모듈 케이스는 구성에 포함되지 않을 수 있다
다만, 모듈 케이스를 사용하는 실시예를 배제하는 것은 아니며, 필요에 따라, 배터리 모듈(미도시)에 구비된 모듈 케이스에 본 발명의 각 실시예의 파우치형 배터리 셀(100)이 수납되도록 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명의 각 실시예에서의 셀 커버(300)가 결합된 파우치형 배터리 셀(100)이 구비된 배터리 모듈(미도시) 역시 본 발명의 권리범위 내에 속한다.
그리고, 본 명세서에서 간단하게 배터리 셀(100)이라고 기재된 경우에도 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 배터리 셀(100)을 의미한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 셀 유닛(15)과, 팩 케이스(200)를 포함한다. 배터리 셀 유닛(15)에 관한 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
그리고, 팩 케이스(200)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(300)를 포함하는 배터리 셀 유닛(15)들을 수납할 수 있다. 특히, 본 발명에서 배터리 셀 유닛(15)은 팩 케이스(200)에 직접적으로 안착될 수 있다.
도 8을 참조하면, 셀 커버(300)는 팩 케이스(200)의 상부 표면에 직접 안착될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(300)의 하단부는 팩 케이스(200)의 상부 표면에 직접 접촉하여 안착될 수 있다.
특히, 셀 커버(300)와 파우치형 배터리 셀(100)은 별도의 모듈 케이스에 수납되지 않고 팩 케이스(200)에 바로 안착될 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 모듈 케이스에 안착되어 모듈화되는 실시예를 제외하는 것은 아니다.
이에 의하면, 배터리 팩(10)의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다. 특히, 파우치형 배터리 셀(100)가 팩 케이스(200)에 대면 접촉될 수 있으므로, 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(200)로 직접 전달되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)는 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 배터리 팩(10)의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성될 수 있다.
그리고, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성된 셀 커버(300)는 팩 케이스(200)의 내부 공간에 수납될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 파우치형 배터리 셀(100)들의 충방전을 제어하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 이러한 제어 모듈은 배터리 관리 시스템(500, Battery Management System, BMS)과 배터리 차단 유닛(600)을 포함할 수 있으며, 배터리 셀(100) 및 셀 커버(300)와 함께, 팩 케이스(200)의 내부에 수납될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 셀 커버(300)의 개방 부분에 결합되는 엔드 플레이트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(300)는 전극 리드가 구비된 전방 및 후방 측이 개방될 수 있다. 그리고, 이러한 셀 커버(300)의 개방 부분에 엔드 플레이트(미도시)가 결합될 수 있다. 더욱이, 엔드 플레이트(미도시)에는 벤팅을 위한 홀이나 절개부 등이 형성될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)에 복수의 배터리 셀(100)이 수용되는 경우, 배터리 셀(100) 간 분리 구조가 더 포함될 수 있다.
한편, 임의의 배터리 셀 유닛에서 발생하는 벤팅 가스는 미리 설정된 방향으로 배출될 수 있으므로 열적 이벤트 발생시 벤팅 가스 이동의 방향성 예측이 가능하며, 이에 따라 다른 배터리 셀 유닛에 열적 손상을 입히지 않으면서 보다 안전하게 벤팅 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 효과가 있다.
도 9는 본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(20)는 전술한 각 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동차(20)는 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 각종 자동차(20)를 포함한다.
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.
본 발명은 배터리 셀 유닛, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 특히, 이차 전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 파우치형 배터리 셀; 및
    상기 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 셀 커버를 포함하며,
    상기 셀 커버는 상기 파우치형 배터리 셀로부터 이격되게 구성되고, 상기 셀 커버에는 열적 이벤트 발생시 상기 파우치형 배터리 셀로부터 분출되는 파티클을 포집하도록 구성된 파티클 포켓부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 파우치형 배터리 셀의 양 측면과 상측을 감싸도록 구성되고, 상기 파티클 포켓부는 상기 셀 커버의 상측에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파티클 포켓부는 상기 셀 커버의 상측에서 상기 셀 커버의 폭 방향에 따른 양측 사이드부가 중심부보다 상부 방향으로 더 돌출된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파티클 포켓부 내측에 메쉬부재가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메쉬부재는 여러 장의 다공성 금속판을 중첩한 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버에는 벤팅 가스를 유도하여 미리 설정되 방향으로 배출시키는 디렉셔널 벤팅부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀 커버에 결합되는 써멀 레진을 포함하며,
    상기 셀 커버에는 상기 써멀 레진이 결합된 부분과, 상기 써멀 레진이 결합되지 않은 부분이 존재하고,
    상기 디렉셔널 벤팅부는,
    상기 셀 커버에서 상기 써멀 레전이 결합되지 않은 부분에 형성된 가스 배기구; 및
    상기 파우치형 배터리 셀과 상기 셀 커버 사이에 형성된 이동통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 배기구는 상기 셀 커버의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들의 적층 상태를 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 n자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 금속 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  12. 제1항에 있어서,
    다수의 전극 리드를 연결하는 버스바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버는 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀 유닛; 및
    내부 공간에 상기 배터리 셀 유닛을 수납하는 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 셀 커버는 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 배터리 팩의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 셀 커버는 상기 팩 케이스에 직접 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀 유닛을 포함하는 자동차.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170069003A (ko) * 2015-12-10 2017-06-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR20180091301A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20200107213A (ko) * 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210063939A (ko) * 2019-11-25 2021-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈
KR20220075711A (ko) * 2020-11-30 2022-06-08 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20220089572A (ko) 2020-12-21 2022-06-28 임청연 자동 반려동물 멀티 미용기기

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170069003A (ko) * 2015-12-10 2017-06-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR20180091301A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20200107213A (ko) * 2019-03-06 2020-09-16 주식회사 엘지화학 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210063939A (ko) * 2019-11-25 2021-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈
KR20220075711A (ko) * 2020-11-30 2022-06-08 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20220089572A (ko) 2020-12-21 2022-06-28 임청연 자동 반려동물 멀티 미용기기

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