WO2024048985A1 - 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery pack, a battery module, and a vehicle including the same. More specifically, it relates to a battery pack, a battery module, and a vehicle including the same with excellent safety against thermal events.
- This application is a priority claim application for Korean Patent Application No. 10-2022-0110387 filed on August 31, 2022 and Korean Patent Application No. 10-2023-0029360 filed on March 6, 2023. , all contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated by reference into this application.
- 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.
- 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 battery management system (BMS).
- 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 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 plurality of cells and then storing them inside a pack case.
- thermal runaway, ignition, or explosion occurs in some cells within one battery module, the generated high-temperature gas, flame, or high-temperature internal materials are sprayed and propagated to other adjacent battery modules. ), secondary thermal runaway, secondary fire or explosion may occur, and there is a risk that cells in a plurality of battery modules may sequentially undergo thermal runaway, ignition, or explosion. Therefore, there is a great need for a means to suppress or delay flame transfer between battery modules when a thermal event such as thermal runaway occurs.
- conventional battery packs or battery modules may be vulnerable to thermal events. In particular, if a thermal event occurs inside a battery module or battery pack, thermal runaway may occur, resulting in flames and, in severe cases, explosion.
- the present invention was created to solve the above problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack, a battery module, and a vehicle including the same with excellent energy density, assemblyability, and/or cooling properties. It is done.
- Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack, a battery module, and a vehicle including the same that can ensure excellent safety when a thermal event occurs.
- a battery pack includes a plurality of pouch-type battery cells; a pack case storing the pouch-type battery cells in an internal space; and two unit covers that are at least partially spaced apart, provided to at least partially surround at least some of the pouch-type battery cells among the plurality of pouch-type battery cells in the internal space of the pack case, between the two unit covers. It may include a cell cover configured to allow venting gas to be discharged into the separation space.
- the cell cover may be configured to support the plurality of pouch-type battery cells in an upright state.
- 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 toward the pack case.
- the pouch-type battery cell includes a storage portion in which the electrode assembly is stored and an edge portion around the storage portion, and the cell cover surrounds both sides of the storage portion and a portion of the edge portion of the wrapped pouch-type battery cell. It can be configured.
- the cell cover may be provided to cover both sides and an upper edge of the housing of the wrapped pouch-type battery cell.
- the two unit covers include a first cover configured to cover the left surface and one edge of the wrapped pouch-type battery cell, and a second cover configured to cover the right surface and the other edge of the wrapped pouch-type battery cell. You can.
- the first cover includes a first upper cover portion configured to surround an upper portion of an upper edge portion of the pouch-type battery cell, and extending downward from one end of the first upper cover portion and covering one side of the wrapped pouch-type battery cell. It includes a first side cover portion surrounding the outside of the storage unit, wherein the second cover includes a second upper cover portion configured to surround an upper portion of an upper edge portion of the pouch-type battery cell, and a portion extending from one end of the second upper cover portion. It includes a second side cover portion extending in a downward direction and surrounding the outside of the other side storage portion of the wrapped pouch-type battery cell, wherein the second upper cover portion extends from the first upper cover portion to an upper edge of the pouch-type battery cell. They may be spaced apart in the negative direction.
- first side cover portion and the pouch-type battery cell may be bonded, and the second side cover portion and the pouch-type battery cell may be bonded.
- the vertical length of the second side cover part may be longer than that of the first side cover part.
- venting gas moves between the first upper cover part and the second side cover part to a venting channel defined as a space between the first upper cover part and the second upper cover part, It may be discharged through between the second upper cover part and the first side cover part.
- venting channel may be formed to be curved by including a bending part in the first upper cover part and the second upper cover part.
- the two unit covers may be configured with one end portions bent toward each other.
- the two unit covers may be configured to overlap each other in the vertical direction with the bent ends at least partially spaced apart so that the venting gas can be discharged.
- Each of the two unit covers may be configured as a bent plate.
- the cell cover may have a mesh structure in the space between the two unit covers.
- the cell cover may have a bending portion formed on the two unit covers to increase the movement path of gas discharged into the space spaced between the two unit covers.
- the battery pack according to the present invention may further include a control module stored in the internal space of the pack case and configured to control charging and discharging of the pouch-type battery cells.
- a battery module is a battery module stored in the internal space of a pack case, and includes a plurality of pouch-type battery cells; a module case storing the pouch-type battery cells in an internal space; and two unit covers at least partially spaced apart, provided to at least partially surround at least some of the plurality of pouch-type battery cells in the internal space of the module case, between the two unit covers. It may include a cell cover configured to allow venting gas to be discharged into the separation space.
- a vehicle according to another aspect of the present invention may include a battery pack or battery module according to the present invention.
- the module case, etc. are eliminated, and cooling performance and energy density can be improved.
- a plurality of pouch-type battery cells can be stably stored inside a pack case without the need for a stacking frame such as a plastic cartridge or a separate module case.
- a configuration in which a plurality of pouch-type battery cells are stacked side by side in the horizontal direction while standing vertically can be easily implemented.
- the energy density of a battery pack can be improved.
- the battery cells are directly stored in the pack case without being modularized, it is possible to manufacture a battery pack that does not require a module case for the battery module. Accordingly, by reducing the space occupied by the module case, more battery cells can be placed inside the pack case. Therefore, the energy density of the battery pack is further improved.
- pouch-type battery cells By assembling pouch-type battery cells directly into the pack case of the battery pack, space utilization of the battery pack can be maximized and energy capacity can be significantly improved.
- a pouch-type battery cell having a case made of a flexible material can be easily made into a sturdy form, so that a configuration in which the battery cells are directly stacked inside a pack case or module case can be more easily implemented. Accordingly, assembly and mechanical stability of the battery pack or battery module can be improved.
- the cooling efficiency of the battery pack can be further improved.
- a portion of each pouch-type battery cell is directly exposed to the pack case, so heat from each pouch-type battery cell can be effectively discharged to the outside through the pack case.
- the thermal runaway occurs in a specific battery cell, it is possible to effectively respond to the thermal event.
- the accumulation or discharge of heat corresponding to the ignition source can be blocked or appropriately controlled.
- venting gas emission control, directional venting, and spark blocking can be implemented.
- a battery pack and a battery module with increased safety against thermal runaway, fire, explosion, etc., that is, thermal safety are provided.
- a battery module including a plurality of battery cells and a battery pack including a plurality of battery modules radio waves to surrounding battery cells or battery modules can be stably blocked when some battery cells or battery modules generate heat.
- the safety of the battery pack can be improved.
- gas discharged from each battery cell can be smoothly discharged to the outside.
- the discharge direction of gas or flame discharged from a battery cell can be controlled. Accordingly, thermal runaway propagation between adjacent battery cells can be effectively prevented.
- 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 the configuration of a pouch-type 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 schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
- Figure 4 is a Y-Z cross-sectional view of Figure 3.
- Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell stored in a battery pack and a cell cover according to another embodiment of the present invention.
- Figure 7 is a diagram schematically showing a partial cross-sectional configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- Figure 8 is a diagram schematically showing a partial cross-sectional configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- Figure 9 is a diagram schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
- Figure 10 is a diagram schematically showing the configuration of a vehicle according to an 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 the configuration of a pouch-type 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 schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to an embodiment of the present invention.
- Figure 4 is a Y-Z cross-sectional view of Figure 3.
- a battery pack 10 includes a plurality of pouch-type battery cells 100, a pack case 300, and a cell cover 200.
- 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 the battery pack 10 .
- these plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in at least one direction.
- a plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked and arranged in a horizontal direction, for example, in a left-right direction (Y-axis direction in the drawing).
- the plurality of pouch-type battery cells 100 may be arranged in the front-back direction (X-axis direction in the figure) as shown in FIG. 1.
- the plurality of pouch-type battery cells 100 may be arranged in a horizontal direction, forming a plurality of rows in the left-right and horizontal directions.
- a plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked with two cell rows 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 pouch-type battery cells 100 known at the time of filing of the present invention, and therefore detailed description of the configuration of such pouch-type battery cells 100 will be omitted. .
- the pack case 300 has an empty space formed therein and can accommodate a plurality of pouch-type battery cells 100.
- the pack case 300 may include an upper case 310 and a lower case 320, as shown in FIG. 1 .
- the lower case 320 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 310 may be configured in the form of a cover that covers the upper opening of the lower case 320. At this time, the upper case 310 may be configured in the form of a box with an open bottom.
- the cell cover 200 along with a plurality of pouch-type battery cells 100 may be accommodated in the internal space of the pack case 300.
- the pack case 300 may be made of plastic or metal.
- the pack case 300 may 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 pouch-type battery cell 100 in the internal space of the pack case 300. That is, the cell cover 200 may be configured to cover at least some of the pouch-type battery cells 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100 included in the battery pack 10. Furthermore, the cell cover 200 may be provided to at least partially cover the pouch-type battery cell 100.
- the cell cover 200 may be configured to surround one or more pouch-type battery cells 100.
- one cell cover 200 is shown surrounding two pouch-type battery cells 100 .
- the cell cover 200 may be configured to surround two or more pouch-type battery cells 100 together.
- Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell and a cell cover stored inside a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- one cell cover 200 is shown surrounding one pouch-type battery cell 100.
- one cell cover 200 may be configured to cover only one pouch-type battery cell 100.
- the cell cover 200 is individually coupled to each pouch-type battery cell 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100.
- 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 pouch-type battery cell 100.
- the member for adhesion may be thermally conductive. Through this adhesion, the cell cover 200 is firmly coupled to the battery cell 100 and can help discharge heat generated in the battery cell 100 to the outside of the battery cell 100.
- One or more cell covers 200 may be included in the battery pack.
- the plurality of cell covers 200 may be spaced apart from each other.
- the plurality of cell covers 200 may be spaced apart in the X-axis direction. Direct heat transfer between the cell covers 200 can be blocked through the spaced apart space.
- separate members required to construct the battery pack 10 can be inserted through the spaced apart space.
- an insulating pad, a flame suppression pad, etc. may be interposed at least partially between the plurality of cell covers 200. Such an insulating pad or flame suppression pad can prevent heat or flame that may occur within one cell cover 200 from being transferred to the other cell cover 200 and affecting other battery cells 100.
- the flame suppression pad may be formed of a heat-resistant resin such as vinyl chloride resin, a material such as silicon or ceramic, a composite of a heat-resistant resin and a ceramic or glass filler, or a metal plate coated with insulation, but this is an example and a flame retardant material. This is enough. It is desirable if the battery cell 100 is made of a material that does not decompose, melt, or ignite at least up to the temperature at which thermal runaway occurs (for example, 150°C to 200°C).
- an adhesive member may be interposed between the cell covers 200.
- an adhesive member may be interposed in a portion where the two cell covers 200 face each other to adhesively fix them.
- the cell cover 200 may be configured to group and unitize a plurality of pouch-type battery cells 100 included in the battery pack.
- one cell cover 200 can be said to constitute one cell unit.
- one cell unit may include one or a plurality of pouch-type battery cells 100.
- FIG. 2 one cell unit is shown, as indicated by 'U1', and in FIG. 1, a plurality of cell units are shown.
- the battery pack 10 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 pouch-type battery cells 100.
- the battery pack may include a smaller number of cell covers 200 than the number of pouch-type battery cells 100.
- each cell group surrounded by the cell cover 200 may be expressed as a cell bank unit in addition to a cell unit.
- the pouch-type battery cells 100 within the cell unit or cell bank may include series and/or parallel electrical connections through a bus bar or the like.
- the cell cover 200 may be configured to support a plurality of pouch-type battery cells 100 in an upright state. As shown in FIG. 2, each pouch-type battery cell 100 has two large 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 pouch-type battery cells 100 in a vertical direction with the narrow surface facing down.
- the cell cover 200 surrounds one or more pouch-type battery cells 100 and supports the erect state, that is, the standing state, of the wrapped pouch-type battery cells 100. It can be configured to do so.
- the cell cover 200 may be configured so that a plurality of pouch-type 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 pouch-type battery cells 100.
- each cell cover 200 includes one or more pouch-type battery cells 100.
- the configuration in which the plurality of pouch-type battery cells 100 are stacked side by side in the horizontal direction when each is erected can be stably maintained by the cell cover 200.
- the cell cover 200 can be configured to stand on its own in the internal space of the pack case 300.
- 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 300 or the pouch-type battery cell 100.
- the cell cover 200 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. That is, the cell cover 200 may be configured to only partially cover the pouch-type battery cell 100, rather than completely covering the entire pouch-type battery cell 100. In particular, the cell cover 200 may be configured so that at least one side of the pouch-type battery cell 100 is exposed toward the pack case 300. In this respect, the cell cover 200 may be referred to by terms such as a cell sleeve.
- the cell cover 200 is configured to surround two pouch-type battery cells 100, and includes the wrapped pouch-type battery cells 100, i.e.
- the lower portion of the battery cell 100 accommodated in the internal space may not be surrounded by the cell cover 200. Accordingly, the lower part of the battery cell 100 is exposed toward the pack case 300 and can directly face the pack case 300.
- the lower portion of the battery cell 100 may be exposed toward the bottom surface of the lower case 320.
- the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 200 can be directly mounted on the pack case 300.
- the lower ends of the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 200 may be seated on the upper bottom of the pack case 300.
- the cell cover 200 may be directly seated on the bottom surface of the lower case 320 in the embodiment of FIG. 1 .
- a part of the cell cover 200 for example, the lower end of the cell cover 200 indicated by 'C1' in FIG. 2 may be seated in direct contact with the bottom surface of the lower case 320.
- 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 stainless steel (SUS), the self-standing state can be maintained more stably. Therefore, in this case, the standing state of the pouch-type battery cell 100 can be more reliably supported.
- SUS stainless steel
- the cell cover 200 may be configured to support the battery cell accommodated therein.
- the cell cover 200 may be configured to stably support the upright state of the battery cell accommodated therein.
- the cell cover 200 may be configured to support the stacked state of the plurality of pouch-type battery cells 100 inside the pack case 300 through a structure that surrounds the battery cells.
- a plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in the horizontal direction (Y-axis direction in the drawing) as shown in FIGS. 1 to 4 .
- the cell cover 200 may be configured to stably maintain the stacked state of the plurality of pouch-type battery cells 100 stacked in the horizontal direction.
- a plurality of pouch-type battery cells 100 can be directly seated and stored inside the pack case 300 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 pouch-type battery cell 100 itself inside the pack case 300 without storing it in the module case.
- the plurality of pouch-type 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 300. And the stacked state can be maintained stably.
- a CTP (Cell To Pack) type battery pack using the pouch-type battery cell 100 can be implemented more efficiently. That is, in the case of the present invention, rather than storing the pouch-type battery cell 100 inside a separate module case and storing this module case inside the pack case 300, the pouch-type battery cell 100 is directly placed in the pack case. (300)
- the battery pack 10 may be provided to be stored inside. At this time, at least one side of the pouch-type battery cell 100 may be exposed to the outside of the cell cover 200 and may be arranged to directly face the pack case 300.
- the battery pack 10 there is no need to additionally provide the battery pack 10 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.
- the assembling of a battery pack can be improved.
- the process of preparing a battery module by storing pouch-type battery cells in a module case, the process of storing one or more battery modules thus prepared in a pack case, etc. may not be performed. Accordingly, the manufacturing process can be simplified and manufacturing time can be reduced.
- handling of the pouch-type battery cell 100 may become easier.
- the pouch-type battery cells 100 can be held by a jig or the like.
- the jig may hold the cell cover 200 surrounding the pouch-type battery cell 100 without directly holding the pouch-type battery cell 100. Accordingly, damage or breakage of the pouch-type battery cell 100 caused by the jig can be prevented.
- the cell cover 200 is coupled to the pouch-type battery cell 100, so that the pouch-type battery cell 100 can be effectively protected without a module case.
- the cooling performance of the battery pack can be secured more effectively.
- the pouch-type battery cell 100 and the pack case 300 can be in direct contact with each other through the open end of the cell cover 200. That is, one side of the pouch-type battery cell 100 disposed adjacent to the open end of the cell cover 200 may directly face or contact the pack case 300. Accordingly, the heat emitted from each pouch-type battery cell 100 is directly transferred to the pack case 300, and cooling performance can be improved.
- efficient cooling performance can be implemented. In this case, there may not be space between the pouch-type battery cells 100 for a refrigerant such as air to flow in.
- the cell cover 200 is opened, which may be advantageous in reducing the weight of the battery pack.
- the cell cover 200 is made of a material such as steel, if the lower end of the cell cover 200 is formed in an open form, the weight of the cell cover 200 can be reduced by the amount of the lower plate.
- the battery pack 10 may include many cell covers 200, and if all cell covers 200 do not have a lower plate and are formed in an open form, the battery pack 10 (10) The weight can be significantly reduced.
- a long cell having a long length in a specific direction can be more easily prepared.
- the process of inserting the electrode assembly into the square case may not be easy.
- problems such as damage to the electrode assembly may occur during the insertion process of the electrode assembly.
- lengthening the length of the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 200 in one direction is used for molding the pouch exterior material, manufacturing the electrode assembly, and the cell cover 200. It can be easily implemented at the manufacturing stage.
- the process of inserting a long cell manufactured in this way to be long in one direction through the open side (for example, the lower part) of the cell cover 200 can be easily performed. Therefore, according to this aspect of the present invention, even when manufacturing the battery pack 10 using long cells, excellent assembly, processability, productivity, etc. can be secured.
- each pouch-type battery cell 100 may have a storage portion indicated by 'R' and an edge portion indicated by 'E1' to 'E4'.
- the storage portion R may be a portion that accommodates an electrode assembly composed of a positive electrode plate and a negative electrode plate stacked on top of each other with a separator interposed therebetween. Additionally, electrolyte solution can be stored in this storage portion (R). Additionally, the edge portions E1 to E4 may be arranged to surround the storage portion R.
- the edge portion may be a sealing portion in which the pouch exterior material, which is a case of a pouch-type battery cell, is sealed.
- the edge portion may be a sealing portion in which the pouch exterior material, which is a case of a pouch-type battery cell, is sealed.
- the edge portion may be a sealing portion in which the pouch exterior material, which is a case of a pouch-type battery cell, is sealed.
- the edge portion may be a sealing portion in which the pouch exterior material, which is a case of a pouch-type battery cell, is sealed.
- the edge portion may be a sealing portion in which the pouch exterior material, which is a case of a pouch-type battery cell, is sealed.
- the edge portion E1 to E4 may be sealing parts.
- some of the four edge portions E1 to E4 may be configured in a folded form rather than a sealing portion.
- the upper edge portion E1, the front edge portion E3, and the rear edge portion E4 are all sealing portions, but the lower edge portion E2 is a pouch exterior
- the upper edge portion E1 may be a so-called Double Side Folding (DSF) portion as a sealing portion of the pouch-type battery cell 100
- the lower edge portion E2 may be a pouch-type battery cell 100. It may be an unsealed portion of the battery cell 100.
- DSF Double Side Folding
- a battery cell in which all four edge portions (E1 to E4) are sealed can be referred to as a four-side sealing cell
- a battery cell in which three edge portions (E1, E3, and E4) are sealed can be referred to as a three-side sealing cell.
- the cell cover 200 surrounds both sides of the storage portion (R) and a portion of the edge portions (E1 to E4) of the pouch-type battery cell 100, which may be a 4-side sealing cell or a 3-side sealing cell. It can be configured. For example, as shown in FIG. 5, when one cell cover 200 is configured to surround one pouch-type battery cell 100, the cell cover 200 covers the same pouch-type battery cell 100.
- one cell cover 200 may be configured to surround both surfaces of the receiving portion R (for example, the left and right surfaces of the same receiving portion R) and a portion of the edge portion of the corresponding battery cell 100 from the outside.
- one cell cover 200 when one cell cover 200 is configured to surround a plurality of pouch-type battery cells 100, for example, a plurality of battery cells arranged in the left and right directions, the outer surface of the storage portion of the outermost battery cell, It may be configured to surround one edge portion of the entire battery cell.
- one cell cover 200 may be configured to surround two pouch-type battery cells 100 stacked in the left and right directions. At this time, the cell cover 200 may be configured to cover the left surface of the left battery cell, one edge portion of two battery cells, and the right surface of the right battery cell.
- a configuration that supports and protects one or more pouch-type battery cells 100 can be easily implemented as a single cell cover 200. Additionally, according to the above-mentioned configuration, a process of handling one or more pouch-type battery cells 100 through the cell cover 200 can be easily and safely performed. Additionally, according to the above-mentioned configuration, one cell cover 200 can face the surfaces of the two storage portions R with respect to the pouch-type battery cell 100 accommodated therein. Accordingly, cooling performance between the storage portion R and the cell cover 200 can be further improved. In particular, in this case, surface cooling is implemented through the large surface of the storage portion (R), so cooling efficiency can be improved.
- the cell cover 200 may be configured to surround an edge portion not provided with an electrode lead among several edge portions of the pouch-type battery cell 100 accommodated therein.
- the pouch-type 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 on the front edge portion E3 and the rear edge portion E4, respectively.
- the cell cover may be configured to surround one of the remaining two edge parts (E1, E2) excluding the front edge part (E3) and the rear edge part (E4).
- the cell cover 200 may be provided in a form that covers both sides and the upper edge portion E1 of the storage portion R with respect to one or more pouch-type battery cells 100 accommodated and wrapped therein.
- the cell cover 200 includes, for one pouch-type battery cell 100, the left and right surfaces of the storage portion (R), and the upper edge portion ( It can be configured to surround all of E1).
- the cell cover 200 when the cell cover 200 is configured to surround two pouch-type battery cells 100 stacked in the left and right directions as shown in FIGS. 2 to 4, the cell cover 200 has the number of left battery cells It may be configured to surround the left surface of the payment, the upper edge portions E1 of the two battery cells, and the right surface of the storage portion of the right battery cell.
- 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 E2 is located adjacent to the open end of the cell cover 200 and faces the pack case 300 without being surrounded by the cell cover 200, It may be in direct contact with the pack case 300. Accordingly, heat from the pouch-type battery cell 100 wrapped by the cell cover 200 can be quickly and smoothly discharged toward the pack case 300 below. Accordingly, the cooling performance of the battery pack 10 can be secured more effectively.
- this configuration can be implemented more effectively when cooling is mainly performed at the bottom of the pack case 300.
- cooling may occur mainly in the lower part of the pack case 300 because it is mounted on the lower part of the vehicle body.
- the lower edge portion E2 of each pouch-type battery cell 100 is in face-to-face contact with the pack case 300, heat is generated from each battery cell 100 toward the pack case 300. As this is delivered quickly, cooling performance can be further improved.
- the upper edge portion E1 which serves as a sealed portion, may be relatively more vulnerable to the discharge of high-temperature gas or flame than the lower edge portion E2, which is an unsealed portion.
- the upper edge portion E1, which is a sealing portion is disposed to face the cell cover 200, which may be more advantageous for directional venting.
- 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 pouch-type battery cells 100 can be maintained more stably and the pouch-type battery cells 100 can be more safely protected from external shock.
- the cell cover 200 may be made of steel or SUS.
- the cell cover 200 may be entirely made of SUS material.
- the cell cover 200 made of SUS may have a thickness of approximately 2 mm.
- the cell cover 200 when the cell cover 200 is made of a steel material, it has excellent mechanical strength and rigidity, and thus can more stably support the stacked state of the pouch-type battery cells 100. Additionally, in this case, it is possible to more effectively prevent damage or breakage of the pouch-type battery cell 100 from external impacts, such as needles. Additionally, in this case, handling of the pouch-type 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 materials, so they do not melt even with flame emitted from the battery cell 100 and their shape can be stably maintained. Accordingly, excellent flame propagation prevention and delay effects between battery cells 100, venting control effects, etc. can be secured.
- the cell cover 200 may include a first cover 210 and a second cover 220, as shown in FIGS. 2 to 5. Additionally, the cell cover 200 may be configured to allow venting gas to be discharged into the space S between the two unit covers 210 and 220. For example, referring to FIGS. 4 and 5, the cell cover 200 allows venting gas to be discharged as indicated by an arrow through the space S formed between the two unit covers 210 and 220. can do.
- the pouch-type battery cell 100 is light, has a low possibility of electrolyte leakage, and has flexibility in shape, so it has the advantage of being able to implement a secondary battery of the same capacity with a smaller volume and mass. Because there is a risk of explosion, ensuring safety is one of the important tasks. Overheating of the pouch-type battery cell 100 occurs for various reasons, one of which is when an overcharge exceeding the limit flows through the pouch-type battery cell 100. When overcurrent flows, the pouch-type battery cell 100 generates heat by Joule heat, so the internal temperature of the battery cell 100 rapidly increases. A rapid rise in temperature may cause a decomposition reaction of the electrolyte and generate gas.
- the cell cover 200 included in the battery pack 10 is configured to allow venting gas to be discharged into the space S between the two unit covers 210 and 220, thereby eliminating secondary This ensures the safety of the battery.
- the first cover 210 may be configured to cover the left surface and one edge of the wrapped pouch-type battery cell 100.
- the second cover 220 may be configured to cover the right surface and the other edge of the wrapped pouch-type battery cell 100.
- the first cover 210 and the second cover 220 are each configured in an L shape, and the cell cover 200 according to this embodiment of the present invention includes two L-shaped unit covers ((210, 220) ) can be said to be formed by combining them with each other.
- first cover 210 and the second cover 220 may be configured to surround the upper edge of the pouch-type battery cell 100.
- first cover 210 and the second cover 220 are shown only as spaced apart from each other, but in this space S, two unit covers A support portion may be provided to support the space S between (210, 220). Additionally, these two unit covers 210 and 220 may be fastened to each other by various fastening methods such as welding, adhesion, fitting, and hooking.
- the two unit covers 210 and 220 may be configured with one end portions bent toward each other.
- the upper end of the first cover 210 may be bent in the right direction
- the upper end of the second cover 220 may be bent in the left direction.
- the upper end of the first cover 210 and the upper end of the second cover 220 may be overlapped in the vertical direction while being at least partially spaced apart.
- Each of the two unit covers 210 and 220 may be configured as a bent plate.
- each of the two unit covers 210 and 220 may be configured to cover one or more pouch-type battery cells 100 by bending one end of a plate at about 90 degrees.
- the cell cover 200 may be configured to cover both sides and upper edges of at least some of the pouch-type battery cells 100.
- the cell cover 200 consisting of two unit covers 210 and 220, As shown in Figures 2 to 5, it can be said to be provided with two side cover parts that cover both left and right sides of the pouch-type battery cell 100 accommodated therein, and an upper cover part that covers the upper edge. At this time, it can be said that the upper cover part is at least partially formed in a double manner.
- the cross-sectional configuration of the cell cover 200 viewed from the front side can be said to be roughly similar to an 'n' shape. Therefore, in this case, the cell cover 200 may be referred to as 'n-fin'.
- the cross-sectional configuration of the first cover 210 and the second cover 220 viewed from the front can be said to be roughly similar to an 'L' shape. Accordingly, in this case, the first cover 210 and the second cover 220 may be referred to as 'L-fin'. Additionally, the cell cover 200 can be said to be an n-fin formed of two L-fins.
- the first cover 210 includes a first upper cover portion 212 and a first upper cover portion 212 configured to surround the upper portion of the upper edge portion E1 of the pouch-type battery cell 100. It includes a first side cover portion 214 extending downward from one end of the and surrounding the outside of one side storage portion of the wrapped pouch-type battery cell 100.
- the second cover 220 is configured to cover the upper part of the upper edge portion E1 of the pouch-type battery cell 100, and from one end of the second upper cover portion 222. It includes a second side cover portion 224 extending downward and surrounding the outside of the other side storage portion of the wrapped pouch-type battery cell 100.
- the first upper cover part 212 and the second upper cover part 222 are spaced apart in the vertical direction. In this embodiment, the second upper cover part 222 is spaced apart from the first upper cover part 212 in the direction of the upper edge part E1 of the pouch-type battery cell 100.
- the first upper cover part 212 and the second upper cover part 222 may be configured to surround the upper part of the upper edge part E1 of the pouch-type battery cell 100 accommodated therein.
- the portion of the cell cover 200 located between the two side cover portions 214 and 224 and the side of the pouch-type battery cell 100 facing the portion may be spaced apart from each other by a predetermined distance. And, this separation space may be configured in an empty form. According to this embodiment of the present invention, a path through which venting gas, etc. moves can be provided due to the empty space formed between the side (edge portion) of the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 200.
- venting gas when venting gas is generated from the battery cell 100 accommodated inside the cell cover 200 due to thermal runaway, etc., the generated venting gas is generated at the upper edge adjacent to the first upper cover portion 212. It can move in the front-back direction (X-axis direction) through the empty space between the part E1 and the first upper cover part 212 and the first side cover part 214. Therefore, even if a configuration for discharging venting gas to the outside of the cell cover 200, such as a through hole or cutout as described later, is located in any part of the cell cover 200 or other components, the venting gas is discharged. Venting gas can be moved smoothly and quickly to the area where the configuration is located. Therefore, the internal pressure of the cell cover 200 can be prevented from increasing, and efficient venting control, such as guiding the discharge direction of the venting gas, can be achieved.
- the first upper cover portion 212 may be configured to contact the upper edge portion E1 of the pouch-type battery cell 100.
- first upper cover portion 212 may be configured in a planar shape.
- first upper cover portion 212 has a straight cross-section in the horizontal direction and can wrap the upper edge portion E1 of the pouch-type battery cell 100 in a straight line from the outside.
- the first side cover part 214 may be configured to extend downward from one end of the first upper cover part 212.
- the first side cover part 214 may be configured to extend long from the left end of the first upper cover part 212 in a downward direction (-Z axis direction in the drawing).
- the first side cover portion 214 may be formed in a flat shape. At this time, the first side cover part 214 may be configured in a bent form from the first upper cover part 212.
- the first side cover portion 214 may be configured to surround the outside of one side of the storage portion of the pouch-type battery cell 100 accommodated therein. For example, when one pouch-type battery cell 100 is accommodated in the cell cover 200, the first side cover portion 214 moves the left surface of the housing portion of the accommodated pouch-type battery cell 100 from the left. It can be configured to surround. Here, the first side cover portion 214 may be in direct contact with the outer surface of the receiving portion.
- the second side cover portion 224 may be positioned to be spaced apart from the first side cover portion 214 in the horizontal direction. And, the second side cover part 224 may be configured to extend downward from one end of the second upper cover part 222. For example, the second side cover part 224 may be configured to extend downward from the right end of the second upper cover part 222. Moreover, the second side cover part 224 may also be configured in a flat shape like the first side cover part 214. At this time, the second side cover part 224 and the first side cover part 214 can be said to be arranged parallel to each other while being spaced apart in the horizontal direction. And, the second side cover part 224 may be configured in a bent form from the second upper cover part 222.
- the first side cover part 214 and the first upper cover part 212 may be made of one plate.
- the second side cover part 224 and the second upper cover part 222 may also be made of one plate.
- each of the two unit covers 210 and 220 can be said to be made of several components integrated into one piece.
- each component can be distinguished through a bent part.
- one bent portion may be formed in one plate.
- the first side cover part 214 and the first upper cover part 212 are divided, and the second side cover part 224 and the second upper cover part 222 are divided. It can be.
- forming a bent portion in one plate to form the cell cover 200 can be implemented in various ways, such as pressing or roll forming.
- manufacturing of the cell cover 200 can be made simpler. Accordingly, the manufacturing cost or time of the battery pack can be reduced.
- the mechanical strength and rigidity of the cell cover 200 can be secured at a higher level.
- heat conduction performance through the cell cover 200 is further improved, and cooling performance can be further improved.
- the second side cover portion 224 may be configured to surround the outside of the other side storage portion of the pouch-type battery cell 100 accommodated therein. For example, when one pouch-type battery cell 100 is accommodated in the cell cover 200, the second side cover portion 224 moves the right surface of the housing portion of the accommodated pouch-type battery cell 100 from the right side. It can be configured to surround. Here, the second side cover portion 224 may be in direct contact with the outer surface of the receiving portion.
- the internal space may be limited by the first and second upper cover parts 212 and 222 and the first and second side cover parts 214 and 224. Additionally, the cell cover 200 can accommodate one or more battery cells in this limited internal space.
- the two unit covers 210 and 220 may be configured such that bent ends are at least partially spaced apart from each other to allow venting gas to be discharged.
- the upper bent portions of the two unit covers 210 and 220 may be spaced apart from each other in the vertical direction to form a space S. And, venting gas may be discharged through this separation space (S).
- the vertical length of the second side cover part 224 may be longer than that of the first side cover part 214.
- the length of the first side cover part 214 is indicated as L1 and the length of the second side cover part 224 is indicated as L2. In this case, L2>L1.
- the lower ends C1 of the first side cover part 214 and the second side cover part 224 may contact the bottom surface of the pack case 300. If the heights of the lower ends (C1) of the first side cover part 214 and the second side cover part 224 are the same, the length L2 of the second side cover part 224 is equal to the length of the first side cover part 214. Just by making it longer than (L1), the distance between the first upper cover part 212 connected to the first side cover part 214 and the second upper cover part 222 connected to the second side cover part 224 configuration can be achieved.
- Venting gas passes between the first upper cover part 212 and the second side cover part 224, and is defined as a space S between the first upper cover part 212 and the second upper cover part 222. It moves to the venting channel and can be discharged through between the second upper cover part 222 and the first side cover part 214. In other words, it corresponds to forming an n-fin with two L-fins, but forming a venting channel between the upper gaps between the L-fins. Venting gas can be discharged through these venting channels.
- the discharge direction of flame, etc. can be directed to the space S between the two unit covers 210 and 220.
- flames, etc. can be discharged from the top of the cell cover 200 in the Y-axis direction.
- Directional venting in the desired direction (Y-axis direction) can be achieved by effectively preventing discharged gas or flame from heading toward the upper side (Z-axis direction).
- venting gas can be discharged in one direction through two unit covers (210, 220).
- the discharged gas or flame may not be directed to the upper side.
- a passenger is located on the upper side of the battery pack 10, such as in an electric vehicle, according to the above-mentioned configuration, it is possible to suppress or delay gas or flame from heading toward the passenger.
- flame or gas can be guided and discharged in a preset direction.
- flame or gas generated from the battery cell 100 can be discharged only in a preset direction through the cell cover 200. If the preset direction is not toward the other cell cover 200, flame or gas may not spread to other battery cells 100 disposed adjacent to the battery cell 100 in which thermal runaway occurred. That is, even if thermal runaway occurs in one battery cell 100, the effect of the thermal runaway on the other battery cells 100 can be minimized.
- the first side cover portion 214 and the pouch-type battery cell 100 may be bonded, and the second side cover portion 224 and the pouch-type battery cell 100 may be bonded.
- direct adhesion may be performed between the first side cover portion 214 and the pouch-type battery cell 100 and between the second side cover portion 224 and the pouch-type battery cell 100, as shown in FIG. 6 As shown, it is preferable if indirect adhesion is performed while further including the insulating member 270.
- Figure 6 is a cross-sectional view schematically showing the combined configuration of a pouch-type battery cell stored in a battery pack and a cell cover according to another embodiment of the present invention.
- the cell cover 200 may further include an insulating member 270.
- the insulating member 270 may be made of an electrically insulating material and may be provided on the inner surface of the cell cover 200 where the pouch-type battery cell 100 is accommodated.
- the insulating member 270 may have an adhesive layer on at least one side and be adhered to the inner surface of the cell cover 200.
- the insulating member 270 has adhesive layers on both sides, so that it can be adhered not only to the inner surface of the cell cover 200 but also to the pouch-type battery cell 100.
- the insulating member 270 may be made of a heat-resistant material.
- the insulating member 270 may be formed in the form of a heat-resistant tape in which an adhesive is applied to the surface of a heat-resistant ceramic sheet.
- the insulating member 270 may be a film made of polyimide (PI).
- the thickness of the insulating member 270 may be approximately 0.5 mm.
- the insulating member 270 may be located on both the inner and outer surfaces of the cell cover 200.
- TIM Thermal Interface Material
- TIM may be interposed to increase heat transfer performance between different components.
- TIM may be charged between the battery cell 100 and the cell cover 200, between the cell cover 200 and the pack case 300, and/or between the battery cell 100 and the pack case 300. You can.
- the cooling performance of the battery pack can be further improved.
- TIM is intended to reduce contact thermal resistance between members.
- TIMs can be diverse, including thermally conductive grease, thermal sheets, thermal pads, thermally conductive adhesives, and PCMs (phase change materials).
- the TIM may be any one of a thermally conductive silicone-based bond, a thermally conductive silicone pad, and a thermally conductive acrylic bond.
- Heat-dissipating silicone-based adhesives and heat-dissipating acrylic adhesives are commercially available in one-component or two-component types and can be applied between different components by coating or injection.
- the heat dissipating silicone pad includes a base film such as double-sided tape and release paper on the top and bottom of the pad, and can be applied between different components using an adhesive method after removing the release paper.
- Heat-dissipating silicone-based adhesives, heat-dissipating silicone pads, and heat-dissipating acrylic adhesives have higher thermal conductivity than general adhesives, so they can further increase the amount and speed of heat transfer between different components. Therefore, according to this embodiment of the present invention, the heat dissipation performance of the pouch-type battery cell 100 can be further improved, and the cooling performance of the battery pack 10 can be further improved.
- a plurality of cell units including the pouch-type battery cell 100 and the cell cover 200 may be stored inside the pack case 300 in a stacked form.
- a unit in which a plurality of cell units are stacked is herein referred to as a cell unit block.
- a plurality of cell units may be arranged to be stacked side by side in the horizontal direction in the inner space of the lower case 320, as shown in FIG. 1 .
- a plurality of cell units may be stacked so that each surface of the cell cover 200 faces each other.
- each cell cover 200 may be stacked in the left and right directions with the first side cover portion 214 and the second side cover portion 224 facing each other.
- each cell unit can be stacked in the front-to-back direction.
- a plurality of cell units may be stacked so that the electrode leads 110 protruding in the front-back direction from each cell unit face each other.
- space efficiency can be further improved by eliminating the module case of the battery module.
- one cell unit block arranged in the left and right directions is also stacked in a form of two in the front-back direction, so that the plurality of cells
- the venting gas discharge direction by one cell unit block may be different from the venting gas discharge direction by another cell unit block.
- the venting gas discharge direction by one cell unit block can be configured to be directed toward the pack case 300 and not toward other cell unit blocks.
- the venting gas discharge direction of the left front and left rear cell unit blocks (CUB1 and CUB2) is in the Y-axis direction as shown in FIGS. 1 and 3.
- the arrangement configuration as in FIGS. 1 and 3 can be reversed so that the venting gas discharge direction of the right front and right rear cell unit blocks (CUB3, CUB4) is in the -Y axis direction.
- the present invention when thermal runaway occurs in a specific battery cell, it is possible to effectively respond to thermal events.
- the accumulation or discharge of heat corresponding to the ignition source can be blocked or appropriately controlled.
- venting gas discharge control and directional venting through the cell cover 200 can be implemented. Additionally, according to one aspect of the present invention, even when a thermal event occurs, internal short circuit or structural collapse can be prevented.
- the battery pack according to the present invention may further include a control module 400 stored in the internal space of the pack case 300.
- This control module 400 may include a BMS.
- the control module 400 is mounted in the internal space of the pack case 300 and may be configured to generally control charging and discharging operations and data transmission and reception operations of the pouch-type battery cell 100.
- the control module 400 may be provided in pack units rather than module units. More specifically, the control module 400 may be provided to control the charge/discharge state, power state, and performance state of the pouch-type battery cell 100 through pack voltage and pack current.
- the control module 400 estimates the state of the battery cells 100 in the battery pack 10 and manages the battery pack 10 using the estimated state information.
- state information of the battery pack 10 such as state of charge (SOC), state of health (SOH), maximum input/output power allowance, and output voltage, is estimated and managed. And, using this state information, the charging or discharging of the battery pack 10 can be controlled, and it is also possible to estimate the replacement time of the battery pack 10.
- the battery pack 10 may further include a battery cut-off unit, as shown in FIG. 1.
- the battery disconnect unit (500, BDU) may be configured to control the electrical connection of battery cells to manage the power capacity and function of the battery pack 10.
- the battery disconnection unit 500 may include a power relay, a current sensor, a fuse, etc.
- the battery cut-off unit 500 is also provided in pack units rather than module units, and various cut-off units known at the time of filing of the present invention may be employed.
- the battery pack 10 according to the present invention may further include various battery pack components known at the time of filing the present invention.
- the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention may further include a manual service disconnector (MSD) that allows an operator to cut off power by manually disconnecting the service plug.
- MSD manual service disconnector
- it may further include flexible bus bars or cables for interconnecting a plurality of cell unit blocks.
- Figure 7 is a diagram schematically showing a partial cross-sectional configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- the cell cover 200 may have a mesh structure (M) in the space (S) between the two unit covers (210, 220).
- a mesh structure as indicated by M may be located.
- the cell cover 200 may be formed to pass through this mesh structure (M).
- the mesh structure (M) may be composed of a structure that can collect sparks or active material particles contained in the venting gas, such as a hole size that allows such collection, and a material that can withstand temperatures above a certain level. .
- the mesh structure (M) maintains the gas and flame ejection function generated when the battery cell 100 ignites, and prevents the high-temperature active material from moving to the adjacent battery cell 100 even if it is ejected from the exploded battery cell 100. You can. Accordingly, venting gas is discharged, but emission of ignition sources such as sparks is suppressed. Therefore, the present invention can prevent chain ignition such as thermal runaway, fire, or explosion propagating to other battery cells 100, thereby greatly improving safety.
- the mesh structure (M) may be one in which a number of holes are installed on a metal mesh or metal plate. Holes can be formed by removing part of the metal plate by punching or etching. A metal mesh is formed by weaving multiple metal wires together to form a so-called wire mesh.
- the mesh structure (M) is composed of one or more layers, preferably several layers, of two or more mesh metal meshes.
- Mesh is a method of grading based on the size of the mesh, expressed as the number of meshes per inch of length. In other words, mesh refers to a unit that represents the size of the holes or particles of a sieve, and can be said to be the number of meshes in a 1-inch square.
- N mesh N/25.4mm, and for example, if a metal mesh of 2 mesh or more is used, the size of one hole is 12.7x12.7mm 2 or less. Considering only anti-flammability, the smaller the mesh gap, the better, but if the gap is too narrow, it is often blocked by foreign substances such as dust, so be sure to use it appropriately.
- the mesh structure (M) is characterized by being a non-combustible material. These materials can be any material that is difficult to burn. Specifically, any one of copper, aluminum, cast iron, Monel (Ni+Cu), SUS, and steel can be used, but it is not limited thereto.
- the mesh structure (M) is preferably selected from a material that has not only anti-flammability ability to suppress flames, but also mechanical properties to withstand explosion pressure.
- the mesh structure (M) can be used purely by itself or laminated with a polymer resin layer, but is not limited thereto.
- the polymer resin layer includes polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, and polyvinylacetate.
- polyethylene-vinyl acetate copolymer polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butylate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan.
- carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide, and mixtures thereof can be used, but is not limited thereto.
- This mesh structure (M) not only splits the flame into small pieces as it passes through, but also causes an endothermic reaction that absorbs the energy of the flame, resulting in a temperature drop and an anti-flame effect. More specifically, the mesh structure (M) has small holes, so gases such as gas or steam can pass through, but it is difficult for flames to pass through. Additionally, when the mixture of combustible gas and air inside the secondary battery is ignited, the mesh structure (M) absorbs and dissipates the heat generated from the combustible gas mixture, thereby lowering the combustion temperature to prevent the gas on the other side from reaching the spontaneous ignition temperature. give.
- the mesh structure (M) is made of a metal material containing numerous holes, making it a heat absorbing plate with a very large cross-sectional area.
- the mesh structure (M) is in the form of a thin plate, it can be appropriately placed in the space (S) within the cell cover 200 and can suppress an increase in the size of the cell unit. Additionally, since the mesh structure (M) has a large number of holes, an increase in weight can also be suppressed. In this way, according to the present invention, an increase in the size and weight of the battery pack 10 is suppressed, and even in the event of a flame erupting from the secondary battery, ejection of flame to the outside is prevented and safety is improved. According to this implementation configuration of the present invention, external discharge of sparks, flames, and high-temperature active material particles contained in the venting gas can be suppressed. Therefore, fire suppression performance can be further improved.
- spark blocking, etc. can be implemented.
- the pack case 300 is made of aluminum to reduce weight, if sparks fly directly into the pack case 300, the pack case 300 may melt and structural collapse may occur.
- sparks can be prevented from flying directly toward the pack case 300, and thus such structural collapse can be prevented.
- Figure 8 is a diagram schematically showing a partial cross-sectional configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
- the cell cover 200 may be configured to bend the gas discharged into the space S between the two unit covers 210 and 220.
- the cell cover 200 includes two unit covers (210, 220) to increase the movement path of the gas discharged into the separation space (S) between the two unit covers (210, 220).
- 210, 220) may be formed with a bending portion (B).
- the bending portion B is formed in the first upper cover portion 212 and the second upper cover portion 222, so that the aforementioned venting channel can be formed to be curved.
- the bending portion B may be configured to form irregularities, wave patterns, or curved portions.
- the venting gas discharged into the space S between each unit cover 210 and 220 may have a shape that is bent two or more times during the discharge process.
- the irregularities formed on the two unit covers 210 and 220 are configured to bend the venting gas to move in the vertical direction in order to increase the gas path in the vertical direction, but the irregularities, etc. are in the horizontal direction.
- the venting gas may be configured to move in a bending manner.
- the unevenness and the like formed on the two unit covers 210 and 220 are shaped to be conformal to each other, and the unevenness is only on one of the two unit covers 210 and 220. It is also possible for it to be formed.
- one or more battery modules may be stored in the battery pack.
- the configurations described in the various embodiments described above, particularly the contents of the battery cell and cell cover, may be applied to the battery module.
- Figure 9 is a diagram schematically showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
- the battery module 20 may be one or more battery modules stored in the inner space of the pack case 300 as shown in FIG. 1.
- the battery module 20 may include a plurality of pouch-type battery cells 100 as described above.
- the battery module 20 may include a module case for storing pouch-type battery cells 100 in an internal space.
- the module case may include a main body frame (MC1) and an end plate (MC2).
- the main body frame MC1 may be configured with the upper, lower, left, and right sides closed and the front and rear sides open. At this time, the upper, lower, left, and right sides may each be configured in the form of a plate, and these four plates may be manufactured in the form of a tube integrated with each other. And, this type of main body frame MC1 may be referred to as a mono frame.
- the end plate MC2 may be configured to be coupled to the opening of the main body frame MC1.
- a module case may include a U-frame, a top plate, and an end plate.
- the left plate and right plate can be integrated with the base plate to form the U-frame.
- the top plate may be coupled to the upper part of the U-frame, and the end plate may be coupled to openings at the front and rear ends of the U-frame, respectively.
- the battery module 20 is provided with two unit covers 210 and 220 that are at least partially spaced apart, so that at least some of the plurality of pouch-type battery cells 100 are pouch-type in the internal space of the module case. It is provided to at least partially surround the battery cell 100 and may include a cell cover 200 configured to allow venting gas to be discharged into the space S between the two unit covers 210 and 220.
- the battery module 20 may include bus bars for electrically connecting the plurality of pouch-type battery cells 100, and a sensing wire for sensing the voltage and temperature of the plurality of pouch-type battery cells 100. You can.
- the battery pack 10 or battery module 20 according to an embodiment of the present invention can be applied to various devices. These devices are typically transportation means such as electric bicycles, electric cars, and hybrid cars, but the present invention is not limited thereto.
- the battery pack 10 is suitable for use as a battery pack for an electric vehicle. Additionally, it can be used as an energy source for ESS.
- Figure 10 is a diagram schematically showing the configuration of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
- a vehicle V may include the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention described above.
- the vehicle V may include, for example, a vehicle that uses electricity as a driving source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
- the vehicle V may further include various other components included in the vehicle, such as a vehicle body or a motor, in addition to the battery pack 10 according to the present invention.
- the battery pack 10 may be disposed at a predetermined location within the vehicle V.
- the battery pack 10 can be used as an electrical energy source to drive the vehicle V by providing driving force to the motor of the electric vehicle.
- the battery pack 10 has a high nominal voltage of 100V or more.
- the battery pack 10 may be charged or discharged by an inverter depending on the driving of the motor and/or internal combustion engine.
- the battery pack 10 can be charged by a regenerative charging device combined with a brake.
- the battery pack 10 may be electrically connected to the motor of the vehicle V through an inverter.
- Battery pack 20 Battery module
- Pouch-type battery cell 200 Cell cover
- first cover 212 first upper cover part
- first side cover part 220 second cover
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Abstract
본 발명은 열적 이벤트 발생 시 우수한 안전성을 확보할 수 있는 배터리 팩 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버를 구비하여, 상기 팩 케이스의 내부 공간에서 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은, 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열적 이벤트에 대한 안전성 등이 우수한 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 8월 31일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0110387호 및 2023년 3월 6일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2023-0029360호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(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 ESS와 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 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈은, 모듈 케이스의 내부에 복수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 복수의 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, 복수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다.
하지만, 종래 배터리 팩의 경우, 모듈화 등으로 인해 에너지 밀도와 조립성, 냉각성 등의 측면에서 불리할 수 있다. 구체적으로, 복수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임(frame) 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 복수의 배터리 셀을 모듈화시켜 배터리 모듈을 먼저 구성한 후, 배터리 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 팩 케이스 내부에 모듈 케이스가 수납되고, 모듈 케이스 내부에 배터리 셀이 수납되므로, 모듈 케이스 내부에 수납된 배터리 셀들의 열을 모듈 케이스를 거쳐 팩 케이스 외부로 배출시키는 경우, 냉각 효율이 떨어지고, 냉각 구조도 복잡해질 수 있다.
최근 전기 자동차 등에 적용되는 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다. 이러한 배터리 팩은 복수의 셀을 구비하고 있어 안전성이 더욱 엄격하게 관리되어야 한다. 어느 하나의 배터리 모듈 내에서 일부 셀에 열폭주(thermal runaway)나, 발화, 폭발 등이 발생할 경우, 생성된 고열의 가스, 화염, 또는 고온의 내부 물질이 분사되어 인접한 다른 배터리 모듈로 전파(propagation)됨에 따라 2차 열폭주, 2차 화재나 폭발 등이 일어나는 경우가 있어, 복수의 배터리 모듈 내의 셀들이 연쇄적으로 열폭주, 발화, 또는 폭발이 유발될 우려가 있다. 따라서, 열폭주와 같은 열적 이벤트(thermal event) 발생시 배터리 모듈간 화염 전이를 억제하거나 지연시킬 수 있는 수단이 매우 필요한 실정이다. 그런데 종래 배터리 팩이나 배터리 모듈의 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 특히, 배터리 모듈이나 배터리 팩 내부에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 열폭주가 일어나게 되어 화염이 발생되고 심한 경우 폭발이 발생할 수도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 에너지 밀도, 조립성 및/또는 냉각성 등이 우수한 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 열적 이벤트 발생 시 우수한 안전성을 확보할 수 있는 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버를 구비하여, 상기 팩 케이스의 내부 공간에서 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 벤팅 가스(venting gas)가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 셀 커버는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 상기 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 파우치형 배터리 셀은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부 주위에 에지부를 구비하고, 상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양측과 에지부의 일부를 감싸도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양 측면과 상부측 에지부를 덮도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 2개의 단위 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 좌측 표면과 일측 모서리를 감싸도록 구성된 제1 커버, 및 감싸진 파우치형 배터리 셀의 우측 표면과 타측 모서리를 감싸도록 구성된 제2 커버일 수 있다.
상기 제1 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 제1 상측커버부, 및 상기 제1 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 일측 수납부의 외측을 감싸는 제1 측면커버부를 포함하고, 상기 제2 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 제2 상측커버부, 및 상기 제2 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 타측 수납부의 외측을 감싸는 제2 측면커버부를 포함하며, 상기 제1 상측커버부로부터 상기 제2 상측커버부가 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부 방향으로 이격되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 측면커버부와 상기 파우치형 배터리 셀의 사이, 상기 제2 측면커버부와 상기 파우치형 배터리 셀의 사이가 접착되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 측면커버부에 비하여 상기 제2 측면커버부의 상하 방향 길이가 더 길 수 있다.
또한, 상기 제1 상측커버부와 상기 제2 측면커버부 사이를 통해 벤팅 가스가 상기 제1 상측커버부와 상기 제2 상측커버부 사이의 이격 공간으로 정의되는 벤팅 채널(venting channel)로 이동하고 상기 제2 상측커버부와 상기 제1 측면커버부 사이를 통해 배출될 수 있다.
또한, 상기 제1 상측커버부와 상기 제2 상측 커버부에 벤딩부(bending part)를 포함하여 상기 벤팅 채널이 굴곡지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 2개의 단위 커버는, 일단부가 서로를 향하여 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 2개의 단위 커버는, 절곡된 단부가 적어도 부분적으로 이격된 상태에서 서로 상하 방향으로 포개져서 상기 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 2개의 단위 커버 각각은, 하나의 플레이트(plate)가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간에 메쉬(mesh) 구조를 구비할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버는, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 배출되는 가스의 이동 경로가 증가되도록 상기 2개의 단위 커버에 벤딩부를 형성한 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 팩 케이스의 내부 공간에 수납되고 상기 파우치형 배터리 셀들의 충방전을 제어하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 모듈은, 팩 케이스의 내부 공간에 하나 이상 수납되는 배터리 모듈로서, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 모듈 케이스; 및 적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버를 구비하여, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 또는 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, CTP(Cell To Pack) 컨셉으로서, 모듈 케이스 등이 제거되어, 냉각 성능과 에너지 밀도 등이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 플라스틱 카트리지와 같은 적층용 프레임이나 별도의 모듈 케이스 등의 구성이 없이도, 복수의 파우치형 배터리 셀을 팩 케이스 내부에 안정적으로 수납할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 복수의 파우치형 배터리 셀을 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층시키는 구성이 용이하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀을 모듈화하지 않고 팩 케이스에 직접 수납하므로, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등이 불필요한 배터리 팩을 제조할 수 있다. 따라서, 이러한 모듈 케이스가 차지하는 공간을 줄여, 팩 케이스 내부에 더욱 더 많은 배터리 셀이 배치될 수 있다. 그러므로 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상되는 효과가 있다. 파우치형 배터리 셀들을 배터리 팩의 팩 케이스에 직접 조립함으로써 배터리 팩의 공간 활용률을 극대화하고 에너지 용량을 현저히 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 연성 재질 케이스를 갖는 파우치형 배터리 셀을 쉽게 견고한 형태로 만들어, 팩 케이스나 모듈 케이스 내부에서 직접 적층되는 구성이 보다 용이하게 구현될 수 있다. 따라서, 배터리 팩이나 배터리 모듈의 조립성과 기계적 안정성 등이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성의 경우, 각 파우치형 배터리 셀의 일부가 팩 케이스에 직접 노출되므로, 각 파우치형 배터리 셀의 열이 팩 케이스를 통해 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
더욱이 본 발명의 일 측면에 의하면, 특정 배터리 셀에서 열폭주 발생 시, 열적 이벤트에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 화염이 발생되는 3요소(연료, 산소, 발화원) 중, 발화원에 해당하는 열의 축적이나 배출을 차단 내지 적절하게 제어하도록 할 수 있다. 나아가, 본 발명의 경우, 열 축적 차단 및 화염 배출을 방지하기 위하여, 벤팅 가스의 배출 제어와 디렉셔널 벤팅(directional venting), 그리고 스파크(spark) 차단 등을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 열적 이벤트 발생 시에도, 내부 단락이나 구조적 붕괴를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열폭주, 화재, 폭발 등에 대한 안전성, 즉 열적 안전성을 높인 배터리 팩과 배터리 모듈이 제공된다. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 그리고 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에서 일부 배터리 셀이나 배터리 모듈의 발열시 주변 배터리 셀이나 배터리 모듈로 전파를 안정적으로 차단시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 안전성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각 배터리 셀로부터 배출된 가스 등이 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀로부터 배출된 가스나 화염 등의 배출 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 인접한 배터리 셀 간 열폭주 전파가 효과적으로 방지될 수 있다.
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 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 Y-Z 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구성을 개략적으로 나타내는 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.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 분리하여 나타낸 개략적인 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는, 도 3의 Y-Z 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들, 팩 케이스(300) 및 셀 커버(200)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 팩(10)에 복수 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 바를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 수평 방향, 이를테면 좌우 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전후 방향(도면의 X축 방향)으로 배치될 수도 있다. 더욱이, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 수평 방향으로 배치되되, 좌우 방향 및 수평 방향으로 복수의 열을 이루는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)은, 좌우 방향으로 배치된 셀 열이 전후 방향으로 2개 구비된 형태로 적층될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 파우치형 배터리 셀(100)을 채용할 수 있으며, 따라서 이러한 파우치형 배터리 셀(100)의 구성 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
팩 케이스(300)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)을 수납할 수 있다. 예를 들어, 팩 케이스(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 구비할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 하부 케이스(320)는 상단이 개방된 박스 형태로 구성되어 내부 공간에 복수의 배터리 셀을 수납할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(310)는 하부 케이스(320)의 상단 개방부를 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 케이스(310)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 팩 케이스(300)의 내부 공간에는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)과 함께 셀 커버(200)도 수납될 수 있다. 팩 케이스(300)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 구비할 수 있다. 그 밖에도, 팩 케이스(300)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 외장재 재질을 채용할 수 있다.
셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)의 내부 공간에서, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중, 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다.
셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성될 수 있다. 일례로, 도 1 내지 도 4의 실시 구성에서는, 하나의 셀 커버(200)가 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 도시되어 있다. 셀 커버(200)는, 둘 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 5에서는 하나의 셀 커버(200)가 1개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 도시되어 있다. 이와 같이 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 파우치형 배터리 셀(100)만을 감싸도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 각각의 파우치형 배터리 셀(100)마다 셀 커버(200)가 개별적으로 결합된다고 할 수 있다.
셀 커버(200)는, 배터리 셀(100)의 외측 표면에 적어도 부분적으로 접착될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부에 내측 표면이 접착될 수 있다. 접착을 위한 부재는 열전도성일 수 있다. 이러한 접착을 통하여 셀 커버(200)는 배터리 셀(100)에 견고하게 결합되며 배터리 셀(100)에서 발생되는 열을 배터리 셀(100) 외부로 배출하는 데에 도움이 될 수 있다.
셀 커버(200)는, 배터리 팩에 하나 또는 복수 포함될 수 있다. 복수의 셀 커버(200)를 포함하는 경우, 복수의 셀 커버(200) 사이는 서로 이격될 수 있다. 예를 들어 복수의 셀 커버(200) 사이는 X축 방향으로 이격될 수 있다. 이격된 공간을 통해 셀 커버(200) 사이의 직접적인 열 전달을 차단할 수 있다. 또한 이격된 공간을 통해 배터리 팩(10)을 구성하는 데에 필요한 별도 부재를 삽입할 수 있다. 또는, 복수의 셀 커버(200) 사이의 적어도 일부에는, 단열 패드나 화염 억제 패드 등이 개재될 수도 있다. 이러한 단열 패드나 화염 억제 패드는 어느 하나의 셀 커버(200) 안에서 발생할 수도 있는 열이나 화염이 다른 셀 커버(200) 쪽으로 전달되어 다른 배터리 셀(100)에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 화염 억제 패드는 염화 비닐 수지와 같은 내열성 수지, 실리콘이나 세라믹 등의 소재, 혹은 내열성 수지와 세라믹 혹은 유리 필러와의 복합체, 또는 절연 피복을 실시한 금속판 등으로 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 난연 소재이면 충분하다. 적어도 배터리 셀(100)이 열폭주가 되는 온도(예를 들면 150℃~200℃)까지는 분해, 용해, 착화하지 않는 재료로 구성되면 바람직하다.
또한, 배터리 팩(10)에 다수의 셀 커버(200)가 적층되어 포함된 경우, 셀 커버(200) 사이에는 접착 부재가 개재될 수 있다. 예를 들어, 2개의 셀 커버(200)가 서로 대면하게 되는 부분에는 접착 부재가 개재되어, 이들 사이를 접착 고정시킬 수 있다. 이러한 접착 구성을 통해 여러 개의 셀 커버(200)간 연결 구성을 보다 견고히 할 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 배터리 팩에 포함된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 그룹핑하여 유닛화하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 커버(200)는, 하나의 셀 유닛을 구성한다고 할 수 있다. 그리고, 하나의 셀 유닛에는, 하나 또는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2에는, 'U1'으로 표시된 바와 같이, 하나의 셀 유닛이 도시되어 있고, 도 1에는 복수의 셀 유닛이 도시되어 있다고 할 수 있다. 이와 같이 배터리 팩(10)에는 복수의 셀 유닛이 포함될 수 있으며, 이 경우 셀 커버(200)는 배터리 팩에 복수 포함된다고 할 수 있다. 일례로, 셀 커버(200)가 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩에는 파우치형 배터리 셀(100)의 개수와 동일한 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 다른 예로, 셀 커버(200)가 둘 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 배터리 팩에는 파우치형 배터리 셀(100)의 개수보다 작은 개수의 셀 커버(200)가 포함될 수 있다. 한편, 셀 커버(200)에 의해 감싸지는 각각의 셀 그룹은, 셀 유닛말고도 셀 뱅크(bank) 단위라고 표현될 수도 있다. 셀 유닛 또는 셀 뱅크 안의 파우치형 배터리 셀(100)은 버스바 등을 통한 직렬 및/또는 병렬의 전기적 연결 구성을 포함할 수 있다.
셀 커버(200)는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 각각의 파우치형 배터리 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, 파우치형 배터리 셀(100)은 일반적으로 좁은 표면을 아래로 하여 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 어렵다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 셀 커버(200)는, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉 기립 상태를 지지하도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 실시 구성과 같이, 복수의 셀 커버(200)는 수평 방향으로 상호 적층되고, 각각의 셀 커버(200)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(200)에 의해, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 수평 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)의 내부 공간에서, 자립 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)나 파우치형 배터리 셀(100) 등, 배터리 팩에 구비되는 다른 구성요소의 도움 없이도, 스스로 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
셀 커버(200)는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)을 전체적으로 완전히 감싸지 않고, 일부분만 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 팩 케이스(300)를 향하여 노출되도록 구성될 수 있다. 이러한 측면에서, 셀 커버(200)는 셀 슬리브(cell sleeve)와 같은 용어로 지칭될 수도 있다.
예를 들어, 도 2 내지 도 4의 실시 구성을 참조하면, 셀 커버(200)는, 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되되, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100), 즉 내부 공간에 수용된 배터리 셀(100)의 하부는 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 하부는 팩 케이스(300)를 향해 노출되어, 팩 케이스(300)에 직접 대면할 수 있다. 특히, 도 1의 실시 구성을 참조하면, 배터리 셀(100)의 하부는, 하부 케이스(320)의 바닥면을 향해 노출될 수 있다.
본 발명에서, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)는, 팩 케이스(300)에 직접적으로 안착될 수 있다. 더욱이, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)는, 그 하단이 팩 케이스(300)의 바닥부 상면에 안착될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 도 1의 실시예에서, 하부 케이스(320)의 바닥면에 직접 안착될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)의 일부, 이를테면 도 2에서 'C1'으로 표시된 셀 커버(200)의 하단부가 하부 케이스(320)의 바닥면에 직접 접촉하여 안착될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 하단부가 안착된 경우, 안착 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 스틸(steel)과 같이 강성이 우수한 금속 재질, 특히 스테인리스 스틸(SUS) 재질로 구성되는 경우, 자립 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 기립 상태가 보다 확실하게 지지될 수 있다.
그리고, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀을 지지하도록 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀의 세워진 상태를 안정적으로 지지하도록 구성될 수 있다. 셀 커버(200)는, 이와 같이 배터리 셀을 감싸는 구조를 통해, 팩 케이스(300) 내부에서 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 이와 같이 수평 방향으로 적층된 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스 없이, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 팩 케이스(300) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 특히, 파우치형 배터리 셀(100)들의 경우, 외장재가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 또한 경도가 낮다고 할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 파우치형 배터리 셀(100) 자체만으로 팩 케이스(300) 내부에 수납하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 발명의 경우, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들은, 셀 커버(200)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태로 셀 커버(200)와 결합되어, 팩 케이스(300) 내부에 직접 수납되며, 그 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 경우, 파우치형 배터리 셀(100)을 이용한 CTP(Cell To Pack) 타입의 배터리 팩이 보다 효율적으로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 경우, 별도의 모듈 케이스 내부에 파우치형 배터리 셀(100)을 수납하고 이러한 모듈 케이스를 팩 케이스(300) 내부에 수납시키는 것이 아니라, 파우치형 배터리 셀(100)을 직접 팩 케이스(300) 내부에 수납시키는 형태로 배터리 팩(10)이 마련될 수 있다. 이때, 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이, 셀 커버(200) 외부로 노출되어, 팩 케이스(300)와 직접 대면하도록 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩(10)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 배터리 셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스나 적층용 프레임, 볼트 등이 구비되지 않으므로, 배터리 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩의 조립성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 케이스에 파우치형 배터리 셀을 수납하여 배터리 모듈을 마련하는 공정, 이와 같이 마련된 배터리 모듈을 하나 이상 팩 케이스에 수납하는 공정 등이 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 제조 공정이 간소화되고, 제조 시간이 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)을 팩 케이스 내부에 수납하는 경우, 지그 등에 의해 파우치형 배터리 셀(100)을 파지할 수 있다. 이때, 지그는 파우치형 배터리 셀(100)을 직접 파지하지 않고, 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸고 있는 셀 커버(200)를 파지할 수 있다. 따라서, 지그에 의한 파우치형 배터리 셀(100)의 손상이나 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)에 셀 커버(200)가 결합되어, 모듈 케이스 없이도 파우치형 배터리 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 팩의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다. 특히, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 개방된 단부(개방단)를 통해 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300)가 직접 대면 접촉될 수 있다. 즉, 셀 커버(200)의 개방단(open end)에 인접하여(adjacent) 배치된 파우치형 배터리 셀(100)의 일 측면은, 팩 케이스(300)와 직접 마주보거나 접촉할 수 있다. 따라서, 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(300)로 직접 전달되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 되므로, 효율적인 냉각 성능이 구현될 수 있다. 그리고, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100) 사이에 공기 등의 냉매가 유입되기 위한 공간이 마련되지 않을 수 있다.
또한, 이 경우, 셀 커버(200)의 적어도 일측이 개방됨으로써 배터리 팩의 경량화에 유리할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)가 스틸과 같은 재질로 이루어진 경우, 셀 커버(200)의 하단부가 개방된 형태로 형성되면, 하부 플레이트만큼 셀 커버(200)의 무게를 줄일 수 있다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)에는 많은 셀 커버(200)가 포함될 수 있으며, 모든 셀 커버(200)에 대하여 하부 플레이트가 존재하지 않고 개방된 형태로 형성되면, 배터리 팩(10)의 무게는 현저하게 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 특정 방향의 길이가 길게 형성된 롱 셀(long cell)의 구성이 보다 용이하게 마련될 수 있다.
예를 들어, 종래 각형 셀의 경우, 특정 방향 길이를 길게 형성하게 되면 전극 조립체를 각형 케이스에 삽입하는 공정이 쉽지 않을 수 있다. 특히, 이러한 전극 조립체의 삽입 과정에서 전극 조립체가 손상되는 문제 등이 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시 구성에 따르면, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)에 대하여 일 방향으로 길이를 길게 하는 것은, 파우치 외장재의 성형이나 전극 조립체의 제조, 셀 커버(200)의 제조 단계에서 쉽게 구현 가능할 수 있다. 그리고, 이와 같이 일 방향으로 길게 제조된 형태의 롱 셀을 셀 커버(200)의 개방된 측면(이를 테면 하단부)을 통해 삽입시키는 공정은 쉽게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 롱 셀을 이용하여 배터리 팩(10)을 제조할 때에도, 우수한 조립성과 공정성, 생산성 등을 확보할 수 있다.
각각의 파우치형 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 'R'로 표시된 수납부 및 'E1'~'E4'로 표시된 에지부를 구비할 수 있다. 여기서, 수납부(R)는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터가 개재된 상태로 상호 적층된 형태로 구성된 전극 조립체가 수납된 부분일 수 있다. 또한, 이러한 수납부(R)에는, 전해액이 수납될 수 있다. 그리고, 에지부(E1~E4)는, 이러한 수납부(R)의 주위를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
특히, 에지부는, 파우치형 배터리 셀의 케이스인 파우치 외장재가 실링된 실링부일 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 에지부는 4개 구비되어, 수납부(R)를 기준으로, 각각 상부측 모서리, 하부측 모서리, 전방측 모서리 및 후방측 모서리에 위치한다고 할 수 있다. 이때, 4개의 에지부(E1~E4)는 모두 실링부일 수 있다. 또는, 4개의 에지부(E1~E4) 중 일부는, 실링부가 아닌 접혀진 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에서, 상부측 에지부(E1), 전방측 에지부(E3) 및 후방측 에지부(E4)는 모두 실링부이나, 하부측 에지부(E2)는 파우치 외장재가 접혀진 부분일 수 있다. 예를 들어, 상부측 에지부(E1)는 파우치형 배터리 셀(100)의 실링부로서 두 번 접혀진, 이른바 DSF(Double Side Folding)된 부분일 수 있고, 하부측 에지부(E2)는 파우치형 배터리 셀(100)의 미실링부일 수 있다.
여기서, 4개의 에지부(E1~E4)가 모두 실링된 배터리 셀에 대해서는 4면 실링 셀, 3개의 에지부(E1, E3, E4)가 실링된 배터리 셀에 대해서는 3면 실링 셀이라 지칭할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 셀 커버(200)는, 4면 실링 셀이나 3면 실링 셀일 수 있는 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부(R) 양측과 에지부(E1~E4)의 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 커버(200)가 하나의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 셀 커버(200)는, 동일한 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부(R) 양측 표면(이를테면, 동일 수납부(R)의 좌측 표면과 우측 표면), 및 해당 배터리 셀(100)의 에지부 일부를 외측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 하나의 셀 커버(200)가 복수의 파우치형 배터리 셀(100), 이를테면 좌우 방향으로 배치된 복수의 배터리 셀을 감싸는 형태로 구성된 경우, 최외측 배터리 셀의 수납부의 외측 표면과, 전체 배터리 셀의 일측 에지부들을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 하나의 셀 커버(200)가 좌우 방향으로 적층된 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 셀 커버(200)는, 좌측 배터리 셀의 좌측 표면, 2개의 배터리 셀의 일측 에지부들, 그리고 우측 배터리 셀의 우측 표면을 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 지지 및 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)를 통해, 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 핸들링하는 공정이 쉽고 안전하게 수행될 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)가, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여 2개의 수납부(R) 표면에 대면될 수 있다. 따라서, 수납부(R)와 셀 커버(200) 사이에서 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 이 경우, 수납부(R)의 넓은 표면을 통해 면 냉각이 구현되어, 냉각 효율이 좋아질 수 있다.
특히, 셀 커버(200)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 여러 에지부 중, 전극 리드가 구비되지 않은 에지부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시 구성을 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)은 2개의 전극 리드(110), 즉 양극 리드와 음극 리드를 구비할 수 있다. 이때, 2개의 전극 리드는, 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)에 각각 위치할 수 있다. 이때, 셀 커버는, 이러한 전방측 에지부(E3)와 후방측 에지부(E4)를 제외한 나머지 2개의 에지부(E1, E2) 중 하나를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
더욱이, 셀 커버(200)는, 내부에 수용되어 감싸진 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여, 수납부(R)의 양 측면과 상부측 에지부(E1)를 덮는 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바를 참조하면, 셀 커버(200)는, 하나의 파우치형 배터리 셀(100)에 대하여, 수납부(R)의 좌측 표면과 우측 표면, 그리고 상부측 에지부(E1)를 모두 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 다른 예로, 도 2 내지 도 4에서와 같이 셀 커버(200)가 좌우 방향으로 적층된 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성된 경우, 셀 커버(200)는, 좌측 배터리 셀의 수납부의 좌측 표면, 2개의 배터리 셀의 상부측 에지부(E1)들, 그리고 우측 배터리 셀의 수납부의 우측 표면을 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 커버(200)로서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들을 지지하고 보호하는 구성이 용이하게 구현될 수 있다. 특히, 상기 실시예에 의하면, 하부측 에지부(E2)는, 셀 커버(200)의 개방단에 인접하게 위치하여, 셀 커버(200)에 의해 감싸지지 않고 팩 케이스(300)를 마주보고, 팩 케이스(300)와 직접 대면 접촉될 수 있다. 따라서, 셀 커버(200)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 열이 하부의 팩 케이스(300) 측으로 신속하고 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10)의 냉각 성능이 보다 효과적으로 확보될 수 있다.
특히, 이와 같은 구성은, 팩 케이스(300)의 하부에서 냉각이 주로 이루어지는 경우, 보다 효과적으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 차체의 하부에 장착되므로, 팩 케이스(300)의 하부에서 주로 냉각이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 실시예와 같이, 각 파우치형 배터리 셀(100)의 하부측 에지부(E2)가 팩 케이스(300)에 대면 접촉되는 경우, 각 배터리 셀(100)로부터 팩 케이스(300) 측으로 열이 신속하게 전달되어, 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
파우치형 배터리 셀(100)에서 실링부로서 상부측 에지부(E1)는 미실링부인 하부측 에지부(E2)보다 상대적으로 고온의 가스나 화염의 배출에 더 취약할 수 있다. 그런데, 상기 실시예에 의하면, 실링부인 상부측 에지부(E1)가 셀 커버(200)를 마주하도록 배치되어 디렉셔널 벤팅에 보다 유리할 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, 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 파우치형 배터리 셀(100)들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 특히, 셀 커버(200)는, 스틸 재질, 더욱이 SUS 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)는, 전체적으로 SUS 재질로 이루어질 수 있다. SUS 재질의 셀 커버(200)는, 대략 2 mm의 두께를 가질 수 있다.
이와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 기계적 강도 내지 강성이 우수하므로, 파우치형 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부의 충격, 이를테면 침상체 등으로부터 파우치형 배터리 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 파우치형 배터리 셀의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다.
또한, 상기 실시예와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해, 배터리 셀(100)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 배터리 셀(100)로부터 분출된 화염에도 용융되지 않고, 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
여기서, 셀 커버(200)는, 단위 커버로서, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 커버(210) 및 제2 커버(220)를 구비할 수 있다. 또한, 셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 도 5를 참조하면, 셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이에 형성된 이격 공간(S)을 통해, 화살표로 표시된 바와 같이 벤팅 가스가 배출되도록 할 수 있다.
파우치형 배터리 셀(100)은 가볍고 전해액의 누액(leakage) 가능성이 적으며 형태에 융통성을 가질 수 있어 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차 전지를 구현할 수 있는 장점이 있는 한편, 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 파우치형 배터리 셀(100)의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 파우치형 배터리 셀(100)을 통해 한계 이상의 과전류(overcharge)가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 파우치형 배터리 셀(100)이 주울열에 의해 발열을 하므로 배터리 셀(100) 내부 온도가 급속하게 상승한다. 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 가스가 발생될 수 있다. 이로 인한 파우치 외장재 내부의 압력 증가로 일종의 부풀음 현상인 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 이차 전지가 폭발하는 등 심각한 문제가 발생될 수 있다. 이러한 과전류뿐 아니라, 고온에의 노출, 외부에서의 충격 등에 의해 파우치형 배터리 셀(100) 내부에서 가스가 발생하는 경우, 가스를 효과적으로 배출하여 이차 전지의 안전성을 확보할 필요가 있다. 이차 전지 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출하는 것을 벤팅이라고 한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 포함되는 셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성되어 있어, 이차 전지의 안전성을 확보할 수 있게 한다.
제1 커버(210)는, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 좌측 표면과 일측 모서리를 감싸도록 구성될 수 있다. 그리고, 제2 커버(220)는, 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 우측 표면과 타측 모서리를 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 커버(210)와 제2 커버(220)는, 각각 L자 형태로 구성되어, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 셀 커버(200)는 2개의 L자형 단위 커버((210, 220)가 서로 결합된 형태로 구성된다고 할 수 있다.
특히, 제1 커버(210)와 제2 커버(220)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 상측 모서리를 감싸도록 구성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 실시예에서는, 제1 커버(210)와 제2 커버(220)의 상측 모서리가 서로 이격된 형태로만 도시되어 있으나, 이러한 이격 공간(S)에는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)을 지지하는 지지부가 구비될 수 있다. 또한, 이러한 2개의 단위 커버(210, 220)는, 서로 용접, 접착, 끼움 결합, 후크 결합 등 다양한 체결 방식에 의해 체결 고정될 수 있다.
또한, 2개의 단위 커버(210, 220)는, 일단부가 서로를 향하여 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 커버(210)의 상측 단부는 우측 방향으로 절곡되고, 제2 커버(220)의 상측 단부는 좌측 방향으로 절곡될 수 있다. 여기서, 제1 커버(210)의 상측 단부와 제2 커버(220)의 상측 단부는, 적어도 부분적으로 이격된 상태에서 서로 상하 방향으로 포개진 형태를 가질 수 있다.
2개의 단위 커버(210, 220) 각각은, 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개의 단위 커버(210, 220) 각각은, 하나의 판재에 대하여 일단부를 90도 가량 벤딩시킴으로써 하나 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감쌀 수 있는 형태로 구성될 수 있다.
셀 커버(200)는, 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)의 양 측면과 상부측 모서리를 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개의 단위 커버(210, 220)로 구성된 셀 커버(200)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 좌우 양 측면을 감싸는 2개의 측면커버부 및 상부측 모서리를 감싸는 상측커버부를 구비한다고 할 수 있다. 이때, 상측커버부는 적어도 부분적으로 이중으로 형성되어 있다고 할 수 있다. 이 경우, 전방 측에서 바라본 셀 커버(200)의 단면 구성은 대략 'n'자 형태와 유사하다고 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 셀 커버(200)는, 'n-fin'으로 지칭될 수도 있다. 또한, 전방 측에서 바라본 제1 커버(210)와 제2 커버(220)의 각 단면 구성은 대략 'L'자 형태와 유사하다고 할 수 있다. 따라서, 이 경우, 제1 커버(210)와 제2 커버(220)는, 'L-fin'으로 지칭될 수도 있다. 그리고, 셀 커버(200)는 2개의 L-fin으로 형성된 n-fin이라고 할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 커버(210)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)의 상부를 감싸도록 구성된 제1 상측커버부(212) 및 제1 상측커버부(212)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 일측 수납부의 외측을 감싸는 제1 측면커버부(214)를 포함한다. 제2 커버(220)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)의 상부를 감싸도록 구성된 제2 상측커버부(222), 및 제2 상측커버부(222)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 타측 수납부의 외측을 감싸는 제2 측면커버부(224)를 포함한다. 제1 상측커버부(212)와 제2 상측커버부(222)는 상하 방향으로 이격되어 있다. 본 실시예에서 제1 상측커버부(212)로부터 제2 상측커버부(222)가 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1) 방향으로 이격되어 있다.
여기서, 제1 상측커버부(212)와 제2 상측커버부(222)는 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(200)에서 2개의 측면커버부(214, 224) 사이에 위치한 부분과 이에 대면하는 파우치형 배터리 셀(100)의 측면은 서로 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 그리고, 이러한 이격 공간은 비어 있는 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)의 측부(에지부)와 셀 커버(200) 사이에 형성된 빈 공간으로 인해, 벤팅 가스 등이 이동하는 경로가 제공될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)의 내부에 수용된 배터리 셀(100)에서 열 폭주 등으로 인해 벤팅 가스가 발생하는 경우, 발생된 벤팅 가스는, 제1 상측커버부(212)에 인접한 상부측 에지부(E1)와 제1 상측커버부(212) 및 제1 측면커버부(214) 사이의 빈 공간을 통해 전후 방향(X축 방향)으로 이동할 수 있다. 따라서, 벤팅 가스를 셀 커버(200)의 외부로 배출하기 위한 구성, 이를테면 후술하는 바와 같은 관통공이나 절개부 등의 구성이 셀 커버(200) 또는 다른 구성요소의 어느 부분에 위치하더라도, 해당 배출 구성이 위치한 부분으로 벤팅 가스가 원활하고 신속하게 이동될 수 있다. 그러므로, 셀 커버(200)의 내압이 증대되는 것을 방지하고, 벤팅 가스의 배출 방향 유도와 같은 효율적인 벤팅 제어가 가능해질 수 있다.
한편, 제1 상측커버부(212)는, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)에 접촉하는 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 제1 상측커버부(212)는, 평면 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 상측커버부(212)는, 단면이 수평 방향의 직선 형상으로 형성되어, 파우치형 배터리 셀(100)의 상부측 에지부(E1)를 외측에서 직선 형태로 감쌀 수 있다.
제1 측면커버부(214)는, 제1 상측커버부(212)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 측면커버부(214)는, 제1 상측커버부(212)의 좌측 단부에서 하부 방향(도면의 -Z축 방향)으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제1 측면커버부(214)는, 평면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 측면커버부(214)는, 제1 상측커버부(212)에서 벤딩된 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 측면커버부(214)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 일측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 파우치형 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제1 측면커버부(214)는, 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부의 좌측 표면을 좌측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 측면커버부(214)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
제2 측면커버부(224)는, 제1 측면커버부(214)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 측면커버부(224)는, 제2 상측커버부(222)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 측면커버부(224)는, 제2 상측커버부(222)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 제2 측면커버부(224)도 제1 측면커버부(214)와 마찬가지로 평면 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제2 측면커버부(224)와 제1 측면커버부(214)는 수평 방향으로 이격된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 있다. 그리고, 제2 측면커버부(224)는, 제2 상측커버부(222)에서 벤딩된 형태로 구성될 수 있다.
제1 측면커버부(214)와 제1 상측커버부(212)는 하나의 플레이트로 이루어질 수 있다. 제2 측면커버부(224)와 제2 상측커버부(222)도 하나의 플레이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 2개의 단위 커버(210, 220) 각각은 여러 구성요소가 일체형으로 제작되어 있다고 할 수 있다. 여기서, 각각의 구성요소는, 절곡부를 통해 구분될 수 있다. 특히, 하나의 플레이트에서 절곡부는 1개 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 1개의 절곡부를 기준으로, 제1 측면커버부(214)와 제1 상측커버부(212)가 구분되고, 제2 측면커버부(224)와 제2 상측커버부(222)가 구분될 수 있다. 이와 같이, 셀 커버(200)를 형성하기 위해 하나의 플레이트에 절곡부를 형성하는 구성은, 프레스(press) 또는 롤 포밍(roll forming)과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 제조가 보다 간단해질 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 제조 비용이나 시간이 감소될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하며, 셀 커버(200)의 기계적 강도나 강성이 보다 높게 확보될 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 셀 커버(200)를 통한 열전도 성능이 보다 향상되어, 냉각 성능이 더욱 개선될 수 있다.
또한, 제2 측면커버부(224)는, 내부에 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 타측 수납부의 외측을 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(200)에 하나의 파우치형 배터리 셀(100)이 수용된 경우, 제2 측면커버부(224)는, 수용된 파우치형 배터리 셀(100)의 수납부의 우측 표면을 우측에서 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 측면커버부(224)는, 수납부의 외측 표면에 직접 접촉될 수 있다.
상기 실시 구성에서, 제1 및 제2 상측커버부(212, 222), 제1 및 제2 측면커버부(214, 224)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 셀 커버(200)는, 이와 같이 한정된 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀을 수용할 수 있다.
2개의 단위 커버(210, 220)는, 절곡된 단부가 서로 적어도 부분적으로 이격되어 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5의 실시 구성을 참조하면, 2개의 단위 커버(210, 220)의 상측 절곡부가 서로 상하 방향으로 이격되어 이격 공간(S)을 형성할 수 있다. 그리고, 이와 같은 이격 공간(S)을 통해 벤팅 가스가 배출될 수 있다.
제1 측면커버부(214)에 비하여 제2 측면커버부(224)의 상하 방향 길이가 더 길 수 있다. 도 4에 제1 측면커버부(214)의 길이를 L1으로 표시하고 제2 측면커버부(224)의 길이를 L2라고 표시하였다. 이 경우, L2>L1일 수 있다.
제1 측면커버부(214)와 제2 측면커버부(224)의 하단부(C1)는, 팩 케이스(300)의 바닥면에 접촉할 수 있다. 제1 측면커버부(214)와 제2 측면커버부(224)의 하단부(C1) 높이가 동일하다면 제2 측면커버부(224)의 길이(L2)를 제1 측면커버부(214)의 길이(L1)보다 더 길게 하는 것만으로도 제1 측면커버부(214)와 연결된 제1 상측커버부(212) 및 제2 측면커버부(224)와 연결된 제2 상측커버부(222) 사이의 이격 구성을 달성할 수 있다.
제1 상측커버부(212)와 제2 측면커버부(224) 사이를 통해 벤팅 가스가 제1 상측커버부(212)와 제2 상측커버부(222) 사이의 이격 공간(S)으로 정의되는 벤팅 채널로 이동하고, 제2 상측커버부(222)와 제1 측면커버부(214) 사이를 통해 배출될 수 있다. 즉, 2개의 L-fin으로 n-fin을 형성하되, L-fin간 상부 틈 사이로 벤팅 채널을 형성한 것에 해당한다. 이러한 벤팅 채널을 통하여 벤팅 가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 화염 등의 배출 방향을 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 커버(200)의 상단에서 Y축 방향으로 화염 등이 배출되도록 할 수 있다. 배출된 가스나 화염이 상부측(Z축 방향)으로 향하는 것을 효과적으로 방지하여 목적하는 방향(Y축 방향)으로의 디렉셔널 벤팅이 이루어질 수 있다.
이차 전지 내부에서 발생한 가스를 한 방향이 아니라 여러 방향으로 배출하는 경우 벤팅 가스를 외부로 쉽게 배출하지 못하며, 벤팅 가스를 배출하는 시간이 길어져서 이차 전지의 안전성이 크게 떨어질 가능성이 있다. 본 발명에 따르면 2개의 단위 커버(210, 220)를 통하여 벤팅 가스를 한 방향으로 배출할 수 있다. 상기 실시 구성에 의하면, 열폭주 등의 상황에서 파우치형 배터리 셀(100)로부터 고온의 가스나 화염 등이 배출되는 경우, 배출된 가스나 화염이 상부측으로 향하지 않을 수 있다. 특히, 전기 자동차 등과 같이, 배터리 팩(10)의 상부측에 탑승자가 위치하는 경우, 상기 실시 구성에 의하면, 가스나 화염 등이 탑승자 측으로 향하는 것을 억제하거나 지연시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 화염 또는 가스가 미리 설정된 방향으로 유도 배출될 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 배터리 셀(100)에서 열 폭주가 발생하더라도 그 배터리 셀(100)에서 발생한 화염 또는 가스는 셀 커버(200)를 통하여 미리 설정된 방향으로만 배출될 수 있다. 미리 설정되는 방향이 다른 셀 커버(200)를 향하게 하지 않는 방향이라면, 열 폭주가 발생한 배터리 셀(100)에 인접하게 배치된 다른 배터리 셀(100)로 화염 또는 가스가 전파되지 않을 수 있다. 즉, 어느 하나의 배터리 셀(100)에서 열 폭주가 발생하더라도 다른 배터리 셀(100)에 대해서는 그 열 폭주의 영향이 최소화될 수 있다.
제1 측면커버부(214)와 파우치형 배터리 셀(100)의 사이, 제2 측면커버부(224)와 파우치형 배터리 셀(100)의 사이는 접착되어 있을 수 있다. 제1 측면커버부(214)와 파우치형 배터리 셀(100)의 사이, 제2 측면커버부(224)와 파우치형 배터리 셀(100)의 사이가 직접적으로 접착이 되어도 좋지만, 도 6에 도시한 바와 같이 절연 부재(270)를 더 포함하는 상태로 간접 접착이 되면 바람직하다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되는 파우치형 배터리 셀과 셀 커버의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 셀 커버(200)는, 절연 부재(270)를 더 포함할 수 있다. 절연 부재(270)는, 전기적 절연성 재질로 구성되어 파우치형 배터리 셀(100)이 수용되는 셀 커버(200)의 내측 표면에 구비될 수 있다. 특히, 절연 부재(270)는, 적어도 일측면에 접착층을 구비하여, 셀 커버(200)의 내측 표면에 접착될 수 있다. 또한, 절연 부재(270)는, 양측면에 접착층을 구비하여, 셀 커버(200)의 내측 표면에 접착될 뿐 아니라 파우치형 배터리 셀(100)과 접착될 수도 있다. 뿐만 아니라, 절연 부재(270)는, 내열성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(270)는, 내열성을 갖는 세라믹 시트의 표면에 접착제가 도포된 내열성 테이프 형태로 구성될 수 있다. 절연 부재(270)는 PI(polyimide) 재질의 필름일 수도 있다. 절연 부재(270)의 두께는 대략 0.5 mm일 수 있다. 또한 절연 부재(270)는 셀 커버(200)의 내측 표면 및 외측 표면, 즉 양쪽으로 위치할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 서로 다른 구성요소 사이에 열 전달 성능을 높이기 위해, TIM(Thermal Interface Material)이 개재될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)과 셀 커버(200) 사이, 셀 커버(200)와 팩 케이스(300) 사이, 및/또는 배터리 셀(100)과 팩 케이스(300) 사이에 TIM이 충진될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다. TIM은 부재간 접촉 열저항 감소를 위한 것이다. 냉각이 중요한 배터리 팩에서는, 이와 같이 접촉 열저항을 최소화할 수 있는 재료를 사용하여 전체 시스템의 열성능을 개선시킬 필요가 있다. TIM은 방열 그리스(thermally conductive grease), 방열 시트, 방열 패드, 열전도성 접착제, PCM(상변화물질) 등 다양할 수 있다. 구체적인 예를 들어, TIM은 방열 실리콘계 접착제(thermally conductive silicone-based bond), 방열 실리콘 패드(thermally conductive silicone pad) 및 방열 아크릴 접착제(thermally conductive acrylic bond) 중 어느 하나일 수 있다. 방열 실리콘계 접착제, 방열 아크릴 접착제는 1액형 또는 2액형으로 시판되고 있으며 도포 또는 주입의 방법으로 서로 다른 구성요소 사이에 적용할 수 있다. 방열 실리콘 패드는 양면 테이프와 같은 기재 필름과 그 상하부의 이형지를 포함하는 것이어서, 이형지를 제거한 후의 접착 방식으로 서로 다른 구성요소 사이에 적용할 수 있다. 방열 실리콘계 접착제, 방열 실리콘 패드, 방열 아크릴 접착제는 일반적인 접착제에 비해, 열전도율이 높기 때문에, 서로 다른 구성요소 사이에서 열 전달량 및 열 전달속도 등을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 파우치형 배터리 셀(100)의 열 배출 성능을 보다 향상시켜, 배터리 팩(10)의 냉각 성능이 보다 개선되도록 할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(200)를 구비하는 셀 유닛은, 복수가 적층된 형태로 팩 케이스(300) 내부에 수납될 수 있다. 셀 유닛이 복수가 적층된 형태로 된 일 단위를 여기서는 셀 유닛 블록이라고 부르기로 한다. 예를 들어, 복수의 셀 유닛은, 도 1에서와 같이, 하부 케이스(320)의 내부 공간에서, 수평 방향으로 나란하게 적층되게 배치될 수 있다. 이때, 복수의 셀 유닛은, 셀 커버(200)의 각 표면이 서로 대면되게 적층될 수 있다. 특히, 각 셀 커버(200)는, 제1 측면커버부(214)와 제2 측면커버부(224)가 서로 대면되는 형태로 좌우 방향으로 적층 배치될 수 있다. 또한, 각 셀 유닛은, 전후 방향으로도 적층될 수 있다. 이 경우, 각 셀 유닛에서 전후 방향으로 돌출된 전극 리드(110)가 서로 마주보는 형태로 복수의 셀 유닛이 적층될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등을 제거하여 공간 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 도시한 예에서와 같이 복수의 파우치형 배터리 셀(100)을 배열함에 있어, 좌우 방향으로 배치된 1개의 셀 유닛 블록이 또한 전후 방향으로 2개 구비된 형태로 적층하는 것과 같이 복수의 셀 유닛 블록이 행과 열로 배열되는 경우에, 하나의 셀 유닛 블록에 의한 벤팅 가스 배출 방향과 다른 셀 유닛 블록에 의한 벤팅 가스 배출 방향은 서로 다를 수 있다. 예를 들어 어느 하나의 셀 유닛 블록에 의한 벤팅 가스 배출 방향은 다른 셀 유닛 블록을 향하지 않으면서 팩 케이스(300)를 향하는 방향이 되도록 구성할 수 있다. 도시한 예에서 좌측 전단 및 좌측 후단 셀 유닛 블록(CUB1, CUB2)의 벤팅 가스 배출 방향은 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 Y축 방향이다. 우측 전단 및 우측 후단 셀 유닛 블록(CUB3, CUB4)의 벤팅 가스 배출 방향은 -Y 축 방향이 될 수 있도록, 도 1 및 도 3에서와 같은 배열 구성을 반전시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 특정 배터리 셀에서 열폭주 발생 시, 열적 이벤트에 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 화염이 발생되는 3요소(연료, 산소, 발화원) 중, 발화원에 해당하는 열의 축적이나 배출을 차단 내지 적절하게 제어하도록 할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 경우, 열 축적 차단 및 화염 배출을 방지하기 위하여, 셀 커버(200)를 통한 벤팅 가스의 배출 제어와 디렉셔널 벤팅을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 열적 이벤트 발생 시에도, 내부 단락이나 구조적 붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 팩 케이스(300)의 내부 공간에 수납된 제어 모듈(400)을 더 포함할 수 있다. 이러한 제어 모듈(400)은, BMS를 포함할 수 있다. 제어 모듈(400)은, 팩 케이스(300)의 내부 공간에 장착되며, 파우치형 배터리 셀(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈(400)은 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어 모듈(400)은, 팩 전압 및 팩 전류를 통해 파우치형 배터리 셀(100)의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태 등을 제어하도록 마련될 수 있다. 제어 모듈(400)은 배터리 팩(10) 내의 배터리 셀(100)들의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(10)을 관리한다. 예컨대, 배터리 팩(10)의 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리 팩(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리 팩(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500, BDU, Battery Disconnect Unit)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛(500)은, 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500) 역시 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(Manual Service Disconnector)를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 셀 유닛 블록간을 상호 연결하기 위한 플랙서블 버스바나 케이블들을 더 포함할 수도 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)에 메쉬 구조(M)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 실시 구성을 참조하면, 제1 커버(210)의 제1 상측커버부(212)와 제2 커버(220)의 제2 상측커버부(222) 사이의 이격 공간(S)에, M으로 표시된 바와 같은 메쉬 구조가 위치할 수 있다. 그리고, 벤팅 가스가 제1 커버(210)의 제1 상측커버부(212)와 제2 커버(220)의 제2 상측커버부(222) 사이의 이격 공간(S)을 통해 외부로 배출될 때, 이러한 메쉬 구조(M)를 통과하도록 셀 커버(200)가 형성될 수 있다. 이때, 메쉬 구조(M)는, 벤팅 가스에 포함된 스파크나 활물질 입자 등이 포집될 수 있는 구조, 이를테면 이러한 포집이 가능한 홀 크기, 및 일정 수준 이상의 온도에도 견딜 수 있는 재질 등으로 구성될 수 있다.
파우치형 배터리 셀(100)의 일부에 화재나 폭발이 발생될 경우, 고온의 전극조립체의 파편, 화염, 및 고온의 가스가 배출되어 인접한 다른 파우치형 배터리 셀(100)에 영향을 줄 우려가 없도록, 이러한 메쉬 구조(M)를 포함함이 바람직하다. 메쉬 구조(M)는 배터리 셀(100) 발화시 발생하는 가스 및 화염 분출 기능은 유지하면서도 폭발이 발생한 배터리 셀(100)로부터 고온의 활물질이 토출되더라도 인접 배터리 셀(100)로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스는 배출하되, 스파크 등 발화원의 배출은 억제된다. 따라서, 본 발명은, 열폭주나, 화재나 폭발 등이 다른 배터리 셀(100)로 전파되는 것과 같은 연쇄 발화를 방지할 수 있어, 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
메쉬 구조(M)는 금속망 또는 금속판 상에 다수의 구멍을 설치한 것일 수 있다. 구멍은 펀칭이나 식각에 의해 금속판을 일부 제거해 형성할 수 있다. 금속망은 다수의 금속선을 짜 맞추어 이른바 철망 상으로 형성하는 것이다. 바람직한 예로, 메쉬 구조(M)는 2 메시 이상의 금속망을 한 겹 이상, 바람직하게는 여러 겹 구성한 것이다. 메시는 체눈(mesh)의 크기로 등급을 매기는 방법으로서 길이 1인치당 체눈의 수로 나타낸다. 즉, 메시란 체의 구멍이나 입자의 크기를 나타내는 단위를 말하며, 1인치 사각형 안에 들어 있는 그물눈의 수라고 할 수 있다. 예를 들어, 200 메시라고 하면 지름 2/1000인치씩의 철사를 3/1000인치씩 사이를 띄우고 친 것으로, 길이 1인치에 200메시가 있음을 나타낸다. 따라서, N 메시는 N/25.4mm이며, 예를 들어 2 메시 이상의 금속망을 사용한다고 하면 구멍 하나의 크기는 12.7x12.7mm2 이하가 된다. 소염만을 고려하면 메시 간격이 작을수록 좋지만, 간격이 너무 좁으면 먼지 등의 이물에 의해 막히는 경우가 많으므로 적절히 하도록 한다.
메쉬 구조(M)는 불연재인 것을 특징으로 한다. 이러한 재질은 불에 타기 어려운 것이면 어느 것이든 무방하다. 구체적으로 구리, 알루미늄, 주철, 모넬(Ni+Cu), SUS 및 스틸 중 어느 하나의 재질을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 메쉬 구조(M)는 화염을 저지하는 소염 능력뿐 아니라, 폭발 압력을 견디는 기계적 특성을 갖는 재질로 선정함이 바람직하다.
메쉬 구조(M)는 그 자체로 순수하게 사용되거나, 고분자 수지층과 적층되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고분자 수지층으로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리이미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 메쉬 구조(M)는 화염을 통과시키면서 잘게 쪼갤 뿐만 아니라, 화염의 에너지를 흡수하는 흡열반응을 일으켜 온도 하강 및 소염의 효과를 가져온다. 보다 구체적으로, 메쉬 구조(M)는 작은 구멍을 가지므로 가스나 증기 등의 기체는 통과할 수 있으나 화염은 통과하기 어렵다. 또한 메쉬 구조(M)는 이차 전지 내부의 가연성 기체와 공기의 혼합물에 점화되었을 때, 연소되는 기체 혼합물에서 발생하는 열을 흡수하여 발산시킴으로써 반대쪽에 있는 기체가 자연 발화 온도에 오르지 않도록 연소 온도를 낮추어 준다. 이것은 가열된 높은 열을 가지는 기체가 메쉬 구조(M)를 통과하면서 메쉬 구조(M)를 구성하고 있는 재질에 열을 빼앗기기 때문이다. 메쉬 구조(M)는 수많은 구멍을 포함하는 금속 재질로 이루어져 있어 굉장히 넓은 단면적을 갖는 열 흡수판이 된다.
따라서, 화염이 메쉬 구조(M)를 통과하면서는 더 이상 화염이 유지하지 못할 만큼의 열량을 빼앗겨 폭발이 진정될 수도 있다.
메쉬 구조(M)는 얇은 판형이기 때문에, 셀 커버(200) 안의 이격 공간(S)에 적절히 배치될 수 있고, 셀 유닛의 사이즈 증가를 억제할 수 있다. 또한, 메쉬 구조(M)는 다수의 구멍을 가지고 있기 때문에 중량의 증가도 억제할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 배터리 팩(10)의 사이즈나 중량의 증가를 억제하면서, 이차 전지로부터 화염이 분출하는 사태가 발생한 경우에도 외부로의 화염의 분출을 방지해, 안전성을 향상시킨다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스에 포함된 스파크나 화염, 고온의 활물질 입자 등의 외부 배출을 억제할 수 있다. 따라서, 화재 억제 성능이 보다 향상될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 스파크 차단 등을 구현할 수 있다. 경량화를 위하여 팩 케이스(300)를 알루미늄으로 구성한 경우, 만약 스파크가 팩 케이스(300)로 직접 튄다면 팩 케이스(300)를 녹여 구조적 붕괴가 발생할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스파크가 팩 케이스(300) 쪽으로 직접 튀는 것을 방지할 수 있으므로 이와 같은 구조적 붕괴를 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 배출되는 가스가 절곡되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 셀 커버(200)는, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 배출되는 가스의 이동 경로가 증가되도록 2개의 단위 커버(210, 220)에 벤딩부(B)를 형성한 것일 수 있다. 벤딩부(B)는 제1 상측커버부(212)와 제2 상측커버부(222)에 형성됨으로써, 앞서 언급한 벤팅 채널이 굴곡지게 형성되도록 할 수 있다. 또한 벤딩부(B)는 요철이나 물결 무늬 또는 굴곡된 부분이 형성되도록 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성에 의해, 각 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 배출되는 벤팅 가스는, 배출 과정에서 2회 이상 절곡된 형태를 가질 수 있다.
또한, 도 8의 경우, 2개의 단위 커버(210, 220)에 형성된 요철 등은 상하 방향의 가스 경로를 증가시키게 하기 위하여 벤팅 가스가 상하 방향으로 절곡되게 이동하도록 구성되어 있으나, 요철 등은 수평 방향으로 벤팅 가스가 절곡되게 이동하도록 구성될 수도 있다.
또한, 도 8의 경우, 2개의 단위 커버(210, 220)에 형성된 요철 등은 서로 컨포멀(conformal)한 형상을 가지도록 하고 있는데, 요철은 2개의 단위 커버(210, 220) 중 어느 하나에만 형성되는 경우도 가능하다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 직진성이 강한 화염이나 스파크 등의 배출을 억제 내지 지연시키고, 벤팅 가스가 더욱 길어진 이동 경로를 따라 배출되는 동안 벤팅 가스의 온도를 낮추는 데 기여할 수 있다.
한편, 배터리 팩에는, 하나 이상의 배터리 모듈이 수납될 수 있다. 이때, 앞서 설명된 여러 실시예들에 설명된 구성들, 특히 배터리 셀과 셀 커버에 대한 내용들은 배터리 모듈에 적용될 수도 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 모듈(20)은, 도 1에 도시한 것과 같은 팩 케이스(300)의 내부 공간에 하나 이상 수납되는 배터리 모듈일 수 있다. 배터리 모듈(20)은 앞서 설명한 바와 같은 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(20)은 내부 공간에 파우치형 배터리 셀(100)들을 수납하는 모듈 케이스를 포함할 수 있다. 모듈 케이스는 본체 프레임(MC1)과 엔드 플레이트(MC2)를 구비할 수 있다. 본체 프레임(MC1)은 상부, 하부, 좌측 및 우측이 폐쇄되고, 전방 및 후방이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부, 하부, 좌측 및 우측은 각각 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 4개의 플레이트는, 서로 일체화된 관 형태로 제조될 수 있다. 그리고, 이와 같은 형태의 본체 프레임(MC1)에 대하여, 모노 프레임(mono frame)이라 지칭될 수 있다. 엔드 플레이트(MC2)는 본체 프레임(MC1)의 개방부에 결합되도록 구성될 수 있다.
다른 예로 모듈 케이스는, U-프레임과 탑 플레이트와 엔드 플레이트를 구비할 수도 있다. 좌측 플레이트와 우측 플레이트는 베이스 플레이트와 일체화된 형태로 구성되어 상기 U-프레임을 이룰 수 있다. 상기 U-프레임의 상부에 상기 탑 플레이트가 결합되고, 상기 엔드 플레이트는 상기 U-프레임의 전단과 후단의 개방부에 각각 결합될 수 있다.
배터리 모듈(20)은 앞서 설명한 바와 같은, 적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버(210, 220)를 구비하여, 모듈 케이스의 내부 공간에서 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 2개의 단위 커버(210, 220) 사이의 이격 공간(S)으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 및 셀 커버(200)의 경우, 앞선 배터리 팩에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 그 밖에 배터리 모듈(20)은 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 전기적으로 연결하기 위한 버스바들, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들의 전압과 온도 센싱을 위한 센싱 와이어 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10) 또는 배터리 모듈(20)은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단이 대표적이나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 배터리 팩(10)은 전기 자동차용 배터리 팩으로 활용되기 적합하다. 또한, ESS의 에너지원으로 사용될 수도 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 여기서, 자동차(V)는, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 구동원으로 사용하는 소정의 자동차를 포함할 수 있다. 또한, 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소, 이를테면 차체나 모터 등을 더 포함할 수 있다.
배터리 팩(10)은 자동차(V) 내의 소정의 위치에 배설될 수 있다. 배터리 팩(10)은 전기 자동차의 모터에 구동력을 제공하여 자동차(V)를 구동시키는 전기 에너지원으로 사용될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(10)은 100V 이상의 높은 공칭 전압을 가진다.
배터리 팩(10)은 모터 및/또는 내연 기관의 구동에 따라 인버터에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리 팩(10)은 브레이크(brake)와 결합된 회생충전 장치에 의해 충전될 수 있다. 배터리 팩(10)은 인버터를 통해 자동차(V)의 모터에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
10: 배터리 팩 20: 배터리 모듈
100: 파우치형 배터리 셀 200: 셀 커버
210: 제1 커버 212: 제1 상측커버부
214: 제1 측면커버부 220: 제2 커버
222: 제2 상측커버부 224: 제2 측면커버부
270: 절연 부재 300: 팩 케이스
M: 메쉬 구조 B: 벤딩부
V: 자동차
Claims (20)
- 복수의 파우치형 배터리 셀들;내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버를 구비하여, 상기 팩 케이스의 내부 공간에서 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버를 포함하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 셀 커버는, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 세워진 상태로 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 셀 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 적어도 일측이 팩 케이스를 향하여 노출되도록 상기 파우치형 배터리 셀을 부분적으로 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 파우치형 배터리 셀은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부 주위에 에지부를 구비하고,상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양측과 에지부의 일부를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제4항에 있어서,상기 셀 커버는, 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 수납부 양 측면과 상부측 에지부를 덮도록 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 2개의 단위 커버는, 감싸진 파우치형 배터리 셀의 좌측 표면과 일측 모서리를 감싸도록 구성된 제1 커버, 및 감싸진 파우치형 배터리 셀의 우측 표면과 타측 모서리를 감싸도록 구성된 제2 커버인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제6항에 있어서,상기 제1 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 제1 상측커버부, 및 상기 제1 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 일측 수납부의 외측을 감싸는 제1 측면커버부를 포함하고,상기 제2 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부의 상부를 감싸도록 구성된 제2 상측커버부, 및 상기 제2 상측커버부의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되고 상기 감싸진 파우치형 배터리 셀의 타측 수납부의 외측을 감싸는 제2 측면커버부를 포함하며,상기 제1 상측커버부로부터 상기 제2 상측커버부가 상기 파우치형 배터리 셀의 상부측 에지부 방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제7항에 있어서,상기 제1 측면커버부와 상기 파우치형 배터리 셀의 사이, 상기 제2 측면커버부와 상기 파우치형 배터리 셀의 사이가 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제7항에 있어서,상기 제1 측면커버부에 비하여 상기 제2 측면커버부의 상하 방향 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제7항에 있어서,상기 제1 상측커버부와 상기 제2 측면커버부 사이를 통해 벤팅 가스가 상기 제1 상측커버부와 상기 제2 상측커버부 사이의 이격 공간으로 정의되는 벤팅 채널로 이동하고 상기 제2 상측커버부와 상기 제1 측면커버부 사이를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제10항에 있어서,상기 제1 상측커버부와 상기 제2 상측 커버부에 벤딩부를 포함하여 상기 벤팅 채널이 굴곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 2개의 단위 커버는, 일단부가 서로를 향하여 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제12항에 있어서,상기 2개의 단위 커버는, 절곡된 단부가 적어도 부분적으로 이격된 상태에서 서로 상하 방향으로 포개져서 상기 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제12항에 있어서,상기 2개의 단위 커버 각각은, 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 셀 커버는, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간에 메쉬 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 셀 커버는, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 배출되는 가스의 이동 경로가 증가되도록 상기 2개의 단위 커버에 벤딩부를 형성한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 팩 케이스의 내부 공간에 수납되고 상기 파우치형 배터리 셀들의 충방전을 제어하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
- 팩 케이스의 내부 공간에 하나 이상 수납되는 배터리 모듈로서,복수의 파우치형 배터리 셀들;내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 모듈 케이스; 및적어도 부분적으로 이격된 2개의 단위 커버를 구비하여, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에서 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 상기 2개의 단위 커버 사이의 이격 공간으로 벤팅 가스가 배출 가능하도록 구성된 셀 커버를 포함하는 배터리 모듈.
- 제19항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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