WO2024049166A1 - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2024049166A1
WO2024049166A1 PCT/KR2023/012798 KR2023012798W WO2024049166A1 WO 2024049166 A1 WO2024049166 A1 WO 2024049166A1 KR 2023012798 W KR2023012798 W KR 2023012798W WO 2024049166 A1 WO2024049166 A1 WO 2024049166A1
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cover
cell
battery
battery pack
paragraph
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Application number
PCT/KR2023/012798
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French (fr)
Inventor
박진용
신송주
김승준
이명우
권우용
김인수
문덕희
정종하
지호준
이태경
김경우
황지수
정세윤
강종모
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device containing the same, and more specifically, to a battery pack and a device containing the same that improve energy density, are easy to handle and install, and have enhanced safety.
  • secondary batteries refer to batteries that can be repeatedly charged and discharged, such as lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • Battery packs which are manufactured by forming a battery module and connecting a plurality of battery modules thus configured in series or parallel, are widely used.
  • the existing technology constructs a battery module by accommodating battery cells in a box-shaped metal case, and then accommodates these battery modules in the battery pack case to manufacture the battery pack. Therefore, there is a problem of increasing the weight and volume of the entire battery pack and reducing the energy density of the battery pack.
  • the existing cell-to-pack method places multiple battery cells space-intensively densely packed inside the pack case, making it difficult to discharge gases or flames generated during thermal runaway of battery cells in the intended direction. , there is a problem that when thermal runaway occurs in some battery cells, it causes serial thermal runaway in the remaining battery cells.
  • the problem to be solved by the present invention is to reduce the overall weight and volume, increase energy density, facilitate the handling and installation of battery cells built into the battery pack, and prevent gases or flames generated during thermal runaway of the battery cells.
  • the aim is to provide a battery pack and a device containing the same that can prevent chain thermal runaway by discharging in the intended direction.
  • a battery pack includes a plurality of cell units each including at least one battery cell, a cell cover that surrounds and supports the at least one battery cell, and accommodating the plurality of cell units in an internal space. and a pack case supporting the cell cover, wherein the cell cover includes a first cover part covering one side of the at least one battery cell, a second cover part covering the other side of the at least one battery cell, and the It includes a cap portion that connects the first cover portion and the second cover portion and covers an upper portion of the at least one battery cell, and the cap portion is detachably coupled to the first cover portion and the second cover portion.
  • the cap part may be coupled to the first cover part and the second cover part in a snap fit method or a fitting method.
  • Each of the first cover part and the second cover part is provided with a first fastening groove and a second fastening groove at an upper end adjacent to the cap part, and the cap part is snap-fitted or inserted into the first fastening groove. It may include a first fastening protrusion fastened to the second fastening groove using a snap-fitting method or a fitting method.
  • the first fastening groove and the second fastening groove may be configured so that the upper ends of the first cover part and the second cover part are curved inwardly of the cell cover where the at least one battery cell is located. there is.
  • the first fastening protrusion may be formed by bending one end of the tab portion adjacent to the first cover portion, and the second fastening protrusion may be formed by bending the other end of the tab portion adjacent to the second cover portion. there is.
  • the first cover part and the second cover part may further include a blocking part supporting a lower part of the at least one battery cell at a lower end opposite to the upper end.
  • the blocking portion may be formed to extend from the lower portions of the first and second cover portions in an inner direction of the cell cover.
  • the blocking portion may include a locking structure formed by bending the lower portions of the first and second cover portions toward the inside of the cell cover.
  • the blocking portion may include a bent structure that is bent from the lower end of the first and second cover portions toward the cap portion and then bent roundly toward the opposite side of the cap portion.
  • the blocking portion may include at least one insertion groove formed by partially removing the blocking portion in the longitudinal direction of the cell cover.
  • the cell cover may include stainless steel (SUS).
  • a device includes the at least one battery pack.
  • the present invention while reducing the overall weight and volume and increasing energy density, it is possible to facilitate the handling and installation of battery cells built into the battery pack, and to direct gases or flames generated during thermal runaway of the battery cells in the intended direction.
  • a battery pack that can prevent chain thermal runaway by discharging and a device including the same can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a cell unit of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the cell unit shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the cell cover shown in FIG. 3.
  • Figure 5 is a perspective view showing a cell cover according to a modified example.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the cell cover shown in Figure 5.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a cell cover according to another modified example.
  • Figure 8 is a diagram showing a device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 of the present invention may include a plurality of cell unit blocks 11, a pack case 20, and an upper cover 30.
  • the cell unit block 11 may include a plurality of cell units 10, and the plurality of cell units may be stacked in one direction.
  • each cell unit 10 may include at least one battery cell and a cell cover that partially surrounds and supports the outside of the at least one battery cell.
  • the at least one battery cell may include a pouch-type battery cell.
  • the pack case 20 has a seating structure in which the cell unit block 11 is directly seated without a separate case, and can be configured to accommodate and support a plurality of cell unit blocks 11 in separate internal spaces.
  • the upper cover 30 may be configured in the form of a cover for the upper opening of the pack case 20. At this time, the upper cover 30 may be configured in the form of a box with an open bottom.
  • the pack case 20 combines with the lower plate 21, on which the cell unit blocks 11 are seated, and the lower plate 21 to accommodate the cell unit blocks. It may include a side wall 22 forming an internal space S1.
  • a gas valve (not shown) is provided to discharge the internal gas of the battery pack 1000, and on the inner surface of the side wall 22 adjacent to the internal space S1, a cell unit block is provided.
  • a gas inlet through which the gas generated in 11 flows may be provided.
  • the side wall 22 may have a side gas channel therein. One end of the side gas channel is connected to the gas inlet. It is connected and extends along the inside of the side wall 22, so that the other end can be connected to the gas valve.
  • the gas inlet and side gas channel of the side wall 22 and the gas venting path leading to the gas valve may be individually provided for each cell unit block. That is, the gas discharged from the first cell unit block is discharged through the first gas venting path leading to the first gas inlet, the first side gas channel, and the first gas valve, and the gas discharged from the second cell unit block is discharged through the first gas venting path leading to the first gas inlet, the first side gas channel, and the first gas valve. 1 It may be configured to be discharged through a second gas venting path leading to a second gas inlet, a second side channel, and a second gas valve provided separately from the gas inlet, the first side gas channel, and the first gas valve.
  • the pack case 20 may further include a partition wall 24 that divides the internal space S1 into a plurality of spaces. Additionally, the pack case 20 may have a receiving space S2 that accommodates various electrical components required for the battery pack 1000.
  • the lower plate 21 may include a heat sink 23 in thermal contact with the cell unit block 11.
  • the heat sink 23 is in thermal contact with the cell unit block 11 and may be configured to cool the cell unit block 11 and may be disposed inside or outside the lower plate 21 .
  • the heat sink 23 may be made of a metal material with high thermal conductivity and heat resistance.
  • a thermal resin layer (not shown) may be formed below the cell unit block 11. The thermal resin layer can transfer heat to the heat sink 23 so that heat generated from the battery cell can be dissipated through the heat sink 23. Additionally, because the thermal resin layer has adhesive properties, the upright state of the cell unit 10 included in the cell unit block 11 can be maintained more stably.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a cell unit of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the cell unit shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the cell cover shown in FIG. 3. am.
  • the cell unit 10 may include at least one battery cell 100 and a cell cover 200 that partially covers the outside of the battery cell 100.
  • This cell cover 200 covers both sides and the top of at least one battery cell 100 and may have a structure that is open to the front, rear, and bottom sides of the battery cell 100.
  • the cell unit 10 may include at least one battery cell 100, a cell cover 200, and a bus bar assembly 300.
  • the battery cell 100 of the cell unit 10 corresponds to the basic unit of charge and discharge, and can be manufactured by storing an electrode assembly and an electrolyte material inside a soft metal case and sealing the metal case.
  • the electrode assembly can be manufactured by interposing a separator between the anode electrode and the cathode electrode.
  • Electrodes electrically connected to the electrode assembly may be provided at the front and rear ends of the battery cell 100.
  • These battery cells may be configured in the form of a pouch.
  • One cell unit 10 may include one or more battery cells 100, and when a plurality of battery cells 100 are included, they may be stacked in at least one direction. For example, referring to what is shown in FIG. 3, a plurality of battery cells 100 may be stacked and arranged in the x-axis direction of the drawing.
  • various types of battery cells 100 known at the time of filing of the present invention can be used, and therefore detailed description of the configuration of the battery cell 100 will be omitted.
  • the cell cover 200 may be configured to partially surround and support the outside of at least one battery cell 100.
  • the cell cover 200 may be configured to support at least one pouch-type battery cell in an upright position.
  • the cell cover 200 may be configured to partially cover the outside of the three pouch-shaped battery cells 100 and support the battery cells 100 in an upright position. Accordingly, the battery cells 100 can be directly seated and stored inside the pack case 20 without a module case.
  • the exterior material is made of a soft material, so it is vulnerable to external shock and has low hardness. Therefore, it is not easy to store the battery cell 100 itself inside the pack case 20 without storing it in the module case.
  • the plurality of battery cells 100 are combined with the cell cover 200 in a state in which at least a portion is surrounded by the cell cover 200 and are directly stored inside the pack case 20. The stacked state can be maintained stably.
  • the battery pack 1000 there is no need to additionally provide the battery pack 1000 with a module case, a stacking frame, or fastening members such as bolts for maintaining the stacked state of the cells. Accordingly, the space occupied by other components, such as a module case or a stacking frame, or the resulting space for securing tolerances can be eliminated. Therefore, since the battery cells can occupy more space as the space removed, the energy density of the battery pack can be further improved.
  • the volume and weight of the battery pack can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
  • handling of the battery cell 100 may become easier.
  • the battery cells 100 can be held by a jig or the like.
  • the jig may not directly hold the battery cell 100, but may hold the cell cover 200 surrounding the battery cell 100. Accordingly, damage or breakage of the battery cell 100 caused by the jig can be prevented.
  • the cell cover 200 is coupled to the battery cell 100, so that the battery cell 100 can be effectively protected without a module case.
  • the cell cover 200 includes a first cover portion 210 that covers one side of the at least one battery cell 100, and a first cover portion 210 that covers the other side of the at least one battery cell 100. It may include a second cover part 220 and a cap part 230 that connects the first cover part 210 and the second cover part 220 and covers the top of the at least one battery cell 100. You can. That is, the battery cell 100 may be configured to cover the remaining three sides except for the front side, the rear side, and the bottom side where the electrode lead protrudes.
  • the cell cover 200 may be configured to cover three sides of at least one battery cell 100, and may have an overall cross-section of an 'n' shape, a 'u' shape, or a ' ⁇ ' shape. It can be.
  • the cap portion 230 is detachably coupled to the first cover portion 210 and the second cover portion 220, for example, in a snapfit or insertion manner. It can be configured to be combined.
  • the cell cover 200 of a simplified structure is made of a metal material with higher rigidity than the case of the battery cell 100, and at least one battery cell 100 covered by the cell cover 200 Can be protected from external shock or vibration.
  • the cell cover 200 may be made of a material containing stainless steel (SUS), which is easy to process and has high corrosion resistance.
  • SUS stainless steel
  • the cell cover 200 when the cell cover 200 is made of a steel material, it has excellent mechanical strength and rigidity, so the stacked state of the battery cells 100 can be more stably supported. Additionally, in this case, it is possible to more effectively prevent damage or breakage of the battery cell 100 from external impacts, such as acicular bodies. Additionally, in this case, handling of the battery cell may become easier.
  • the cell cover 200 when the cell cover 200 is made of a steel material, due to its high melting point, when a flame occurs from the battery cell 100, the overall structure can be stably maintained.
  • the melting point is higher than that of aluminum material, so it does not melt even with flame emitted from the battery cell 100 and its shape can be stably maintained. Accordingly, excellent flame propagation prevention and delay effects between battery cells 100, venting control effects, etc. can be secured.
  • the bus bar assembly 300 is coupled to the electrode lead exposed on the side not covered by the cell cover 200.
  • the busbar assembly 300 includes a busbar frame 310 and a busbar 320 coupled thereto. That is, the bus bar 320 is electrically connected to the electrode lead of at least one battery cell 100 covered by the cell cover 200, and the bus bar frame 310 supports the bus bar 320. It can be configured. Additionally, the bus bar assembly 300 may be configured to electrically connect a plurality of battery cells 100 to each other. For example, it may be coupled to the electrode leads of the plurality of battery cells 100 to electrically connect the plurality of battery cells 100 in series and/or in parallel.
  • the busbar assembly 300 may be coupled to the cell cover 200 in various ways. For example, the bus bar assembly 300 may be coupled and fixed to the cell cover 200 through various fastening methods such as adhesive, welding, fitting, hook, bolting, and riveting.
  • the insulating cover 330 may be configured to prevent short circuit of the electrode lead or bus bar 320.
  • the insulating cover 330 may be made of polymer synthetic resin with insulating properties, prevents the bus bar assembly 300 from being exposed to the outside, and secures and maintains electrical insulation.
  • the cell unit 10 may further include a clamping member configured to clamp the cell cover 200 .
  • the clamping member clamps the cell cover 200 into which at least one battery cell 100 is inserted, and both ends of the cell cover 200 (ends of the first cover part 210 and the second cover part ( 220) ends) may be configured to prevent the space between the battery cells 100 and the inserted battery cells 100 from separating from the cell cover 200.
  • This clamping member may be made of tape or may be made of an elastic metal material.
  • FIG. 3 there are three battery cells 100 covered by one cell cover 200, but the number of battery cells 100 covered by the cell cover 200 is the same as that of the cell cover 200. Of course, it can change in various ways depending on the scale.
  • it may include the cell cover 200, a first cover part 210, a second cover part 220, and a cap part 230.
  • the first cover part 210 may be configured to cover one side of at least one battery cell 100. This first cover part 210 may be integrally formed using a metal plate.
  • the second cover part 220 faces the first cover part 210 at a predetermined distance and may be configured to cover the other side of the at least one battery cell 100.
  • This first cover part 210 may be integrally formed using a metal plate.
  • the cap portion 230 may be configured to connect the first cover portion 210 and the second cover portion 220 and cover the upper portion of the at least one battery cell 100. This cap portion 230 may be integrally formed using a metal plate.
  • the cap portion 230 is detachably coupled to the first cover portion 210 and the second cover portion 220, and may be configured to be coupled, for example, in a snap-fit method or a snap-fit method.
  • the first cover part 210 and the second cover part 220 are provided with a first fastening groove 211 and a second fastening groove 221 at the upper ends, respectively, and the cap part 230 is , a first fastening protrusion 231 fastened to the first fastening groove 211 of the first cover part 210 in a snap-fit or fitting manner, and a second fastening groove of the second cover part 220 ( 212) may be provided with a second fastening protrusion 232 that is fastened by a snap fit method or a fitting method.
  • the cap part 230 When the cap part 230 is coupled in this way by a snap-fit method or a fitting method, when the internal pressure of the cell unit 100 increases, the cap part 230 is separated by the internal pressure, thereby causing the inside of the cell unit 100 to It is possible to induce gas to be discharged upward.
  • first cover part 210 and the second cover part 220 have upper ends curved inward where the at least one battery cell 100 is located, thereby forming the first and second cover parts.
  • Fastening grooves 211 and 221 may be formed.
  • the cap portion 230 has one end in the width direction (X-axis direction) adjacent to the first cover portion 210 bent toward the inside of the cell cover 200 to form the first fastening protrusion 231.
  • the other end in the width direction adjacent to the second cover portion 220 may be bent toward the inside of the cell cover 200 to form the second fastening protrusion 232.
  • the first and second fastening protrusions 231 and 232 of the cap portion 230 are coupled to the first fastening groove 211 and the second fastening groove 221, respectively.
  • a variety of joining methods can be applied, and can be joined by a snap fit or insert method.
  • the fastening protrusions 231 and 232 and the fastening grooves 211 and 221 are formed to extend in the longitudinal direction (y-axis direction of the drawing) of the cell cover 200. It is possible to fasten (231, 232) while sliding in the longitudinal direction of the cell cover (200) from one end of the fastening grooves (211, 221). However, it is not limited to this and can be combined in various ways.
  • the cap portion 230 may be configured to be spaced apart from the battery cell 100 inserted between the first cover portion 210 and the second cover portion 220 at a predetermined distance to form a gas transfer passage.
  • the three sides forming the cell cover 200 are not formed integrally, but a first cover portion covering one side of the at least one battery cell 100 ( 210), a second cover part 220 that covers the other side of the at least one battery cell 100, and is formed to be separable from the first cover part 210 and the second cover part 220.
  • the cap portion 230 is formed to be separable from the first cover portion 210 and the second cover portion 220 and is coupled to the first cover portion 210 and the second cover portion 220 in a snap-fit or insert manner, thereby increasing the gas pressure inside the cell unit 100.
  • the cap part 230 is separated from the first cover part 210 and the second cover part 220, the gas inside the cell unit 100 can be induced to be discharged upward.
  • Figure 5 is a perspective view showing a cell cover according to a modified example
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the cell cover shown in Figure 5.
  • the cell cover 201 As shown in FIGS. 5 and 6, the cell cover 201 according to a modified embodiment, like the cell cover 200 shown in FIGS. 3 and 4, includes a first cover portion 210 and a second cover portion 210. It may include a cover part 220 and a cap part 230. In addition, the cell cover 201 may further include blocking portions 212 and 222.
  • the blocking parts 212 and 222 may be configured to block removal of at least one battery cell 100 inserted between the first cover part 210 and the second cover part 220. That is, the blocking portions 212 and 222 include a first blocking portion 212 extending from the distal end of the first cover portion 210 and a second blocking portion 222 extending from the distal end of the second covering portion 220. It includes, and the first and second blocking portions 212 and 222 may be configured to support the lower portion of at least one battery cell 100.
  • first and second blocking parts 212 and 222 extend from the ends of each of the first cover part 210 and the second cover part 220 to the inside of the cell cover 201 into which the battery cell 100 is inserted. It is bent to form a hanging structure. That is, the end of the lower part, which is opposite to the upper part where the first and second fastening grooves 211 and 221 are formed, is bent toward the inside where the battery cell 100 is placed so that the battery cell 100 is placed so that the first And second blocking portions 212 and 222 may be formed.
  • the first and second blocking portions 212 and 222 support the battery cell 100 inserted into the cell cover 201 and prevent the battery cell 100 from being removed, thereby changing the position of the battery cell 100. By preventing changes or leaving the cell cover 201, the safety and reliability of the battery pack can be guaranteed.
  • first and second blocking portions 212 and 222 may not be formed equally throughout, but may include portions that are not formed at predetermined intervals. In this way, the portion removed in the longitudinal direction of the cell cover 200 without forming the first and second blocking portions 212 and 222 forms the insertion groove 240.
  • the fingers of the jig can be inserted into the insertion groove 240 during the manufacturing process, and the fingers of the jig inserted through the insertion groove 240 are inserted into the inner surfaces of the first cover part 210 and the second cover part 220.
  • the distance between the first cover part 210 and the second cover part 220 may be changed by contacting the first cover part 210 and the second cover part 220 to both sides. This configuration can widen the gap between the first cover part 210 and the second cover part 220 to facilitate easy insertion of the battery cell 100 into the cell cover 201.
  • the insertion groove 240 into which a jig configured to change the spacing between both ends of the cell cover 201 by contacting the inner surface of the cell cover 201, is inserted, is the blocking portion of the cell cover 201 ( By being provided at 212 and 222, the assembly process of inserting the battery cell 100 into the cell cover 201 can be facilitated and damage to the battery cell 100 during the assembly process can be prevented.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a cell cover according to another modified example.
  • the cell cover 202 As shown in Figure 7, the cell cover 202 according to another embodiment, like the cell cover 201 shown in Figures 5 and 6, includes a first cover part 210 and a second cover part ( 220), a cap portion 230, and blocking portions 212' and 222'.
  • first and second blocking parts 212' and 222' of the cell cover 202 are located at each end of the first cover part 210 and the second cover part 220. It may include a bent structure that is bent toward the cap portion 230 and then bent round again toward the opposite side of the cap portion 230. In this way, the first and second blocking portions 212' and 222' are configured to support the battery cells 100 with round surfaces, thereby preventing damage to the soft battery cells 100 such as pouch cells. .
  • Figure 8 is a diagram showing a device according to another embodiment of the present invention.
  • a device according to an embodiment of the present invention may be a car 2, and this device includes at least one battery pack (according to any one of the various embodiments described above) 1000).
  • the battery pack 1000 provided in the vehicle 2 can provide electrical energy required for various operations of the vehicle 2.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to ESS (Energy Storage System) and various devices other than automobiles.
  • ESS Electronicgy Storage System
  • the plurality of battery cells 100 are not accommodated in a separate module case and mounted on the pack case of the battery pack, but are partially stored by the cell cover 200 of a simplified structure.
  • the cell cover 200 By covering only the battery pack and mounting it directly on the pack case, it reduces the weight and volume of the entire battery pack and increases the energy density of the battery pack, while facilitating safe handling and installation of the battery cells 100 when manufacturing the battery pack. Costs can be reduced.
  • the cell cover 200 includes a first cover portion 210 that covers one side of the at least one battery cell 100, and a second cover portion that covers the other side of the at least one battery cell 100. It is composed of a combination of a cover part 220 and a cap part 230 that connects the first cover part 210 and the second cover part 220 and covers the upper part of the at least one battery cell 100. As a result, manufacturing and assembly of the cell cover 200 can be facilitated and flatness can be improved.
  • the cap part 230 is coupled to the first cover part 210 and the second cover part 220 in a snap-fit manner or a fitting method, so that when the gas pressure inside the cell unit increases, the cap part 230 It can be separated from the first cover part 210 and the second cover part 220, and as a result, the gas inside the cell unit can be induced to be discharged upward.
  • the blocking portions 212 and 222 of the cell cover 201 support the battery cell 100 inserted into the cell cover 201 and block removal of the battery cell 100, thereby preventing the battery cell 100 from being removed. ) can be prevented from changing its position or leaving the cell cover 201, and the safety and reliability of the battery pack can be guaranteed.
  • the insertion groove 240 into which a jig configured to contact the inner surface of the cell cover 201 and change the gap between both ends of the cell cover 201, is inserted, is formed in the blocking portion 212 of the cell cover 200. , 222), the assembly process of inserting the battery cell 100 into the cell cover 201 can be facilitated and damage to the battery cell 100 can be prevented.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 각각 적어도 하나의 전지 셀과, 상기 적어도 하나의 전지 셀을 감싸서 지지하는 셀 커버를 구비하는 복수의 셀 유닛, 및 내부 공간에 상기 복수의 셀 유닛을 수용하여 지지하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 커버는, 상기 적어도 하나의 전지 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부, 상기 적어도 하나의 전지 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부, 및 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀의 상단 부분을 커버하는 캡부를 포함하고, 상기 캡부는 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부와 분리 가능하게 결합되어 있다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 8월 31일자 한국 특허 출원 제10-2022-0110388호 및 2023년 8월 28일자 한국 특허 출원 제10-2023-0112652호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 에너지 밀도를 향상시키면서도 취급 및 장착이 용이하고 안전성이 강화된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같이 반복적 충·방전이 가능한 전지를 말한다.
최근, 이차전지가 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 복수의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전지 모듈(battery module)을 구성하고, 이와 같이 구성된 다수의 전지 모듈들을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하는 방식으로 제조되는 전지 팩(battery pack)이 널리 사용되고 있다.
그러나, 선행문헌 1, 2 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 전지 셀들을 박스 형태의 금속 케이스에 수용하여 전지 모듈을 구성하고, 이러한 전지 모듈들을 다시 전지 팩 케이스에 수용하는 방식으로 전지 팩을 제조하기 때문에, 전체 전지 팩의 무게와 부피를 증가시키고 전지 팩의 에너지 밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
또한, 전지 팩의 에너지 밀도를 높이기 위해, 다수의 전지 셀들을 전지 팩의 팩 케이스에 바로 장착하는 기존의 셀투팩(Cell To Pack) 방식이 연질 케이스를 가진 파우치형 전지 셀에 적용되는 경우, 다수의 전지 셀을 동시에 취급하거나 적층하기 어렵고, 전지 셀들을 팩 케이스에 장착되는 과정에서 전지 셀들의 손상이 발생할 위험이 있다.
더욱이, 기존의 셀투팩 방식은, 다수의 전지 셀들을 팩 케이스 내부에 공간 집약적으로 밀집시켜 배치하기 때문에, 전지 셀의 열 폭주(thermal runaway) 시 발생하는 가스나 화염을 의도된 방향으로 배출하기 어렵고, 일부 전지 셀에서 열 폭주가 발생하면 나머지 전지 셀들의 연쇄적 열 폭주를 초래하는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
선행문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-2379227호,
선행문헌 2: 한국 공개특허공보 제10-2022-0052183호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전체 무게와 부피를 경감시키고 에너지 밀도를 높이면서도, 전지 팩에 내장되는 전지 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하고, 전지 셀의 열 폭주 시 발생하는 가스나 화염을 의도된 방향으로 배출하여 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고, 기재되지 않은 다른 과제들은 본 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있는 범위에서 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 각각 적어도 하나의 전지 셀과, 상기 적어도 하나의 전지 셀을 감싸서 지지하는 셀 커버를 구비하는 복수의 셀 유닛, 및 내부 공간에 상기 복수의 셀 유닛을 수용하여 지지하는 팩 케이스를 포함하고, 상기 셀 커버는, 상기 적어도 하나의 전지 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부, 상기 적어도 하나의 전지 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부, 및 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀의 상단 부분을 커버하는 캡부를 포함하고, 상기 캡부는 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부와 분리 가능하게 결합되어 있다.
상기 캡부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부와 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 결합되어 있을 수 있다.
상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부 각각은, 상기 캡부에 인접하는 상단부에 제1 체결 홈 및 제2 체결 홈을 각각 구비하고, 상기 캡부는, 상기 제1 체결 홈에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제1 체결 돌기, 및 상기 제2 체결 홈에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제2 체결 돌기를 구비할 수 있다.
상기 제1 체결 홈 및 상기 제2 체결 홈은, 각각 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 상단부가, 상기 적어도 하나의 전지 셀이 위치하는 상기 셀 커버의 내측으로 만곡되어 형성된 구성일 수 있다.
상기 제1 체결 돌기는, 상기 제1 커버부와 인접한 상기 탭부의 일 단부가 절곡되어 형성되고, 상기 제2 체결 돌기는, 상기 제2 커버부와 인접한 상기 탭부의 타 단부가 절곡되어 형성될 수 있다.
상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부는, 상기 상단부와 반대측인 하단부에서 상기 적어도 하나의 전지 셀의 하부를 지지하는 차단부를 더 포함할 수 있다.
상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 셀 커버의 내측 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 셀 커버의 내측으로 절곡되어 형성된 걸림 구조를 포함할 수 있다.
상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 캡부 측으로 절곡된 후 다시 상기 캡부의 반대 측으로 라운드지게 절곡된 절곡 구조를 포함할 수 있다.
상기 차단부는, 상기 셀 커버의 길이 방향에서 상기 차단부가 일부 제거되어 형성된 적어도 하나의 삽입홈을 포함할 수 있다.
상기 셀 커버는, 스테인리스 스틸(SUS)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는 상기 적어도 하나의 전지 팩을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전체 무게와 부피를 경감시키고 에너지 밀도를 높이면서도, 전지 팩에 내장되는 전지 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하고, 전지 셀의 열 폭주 시 발생하는 가스나 화염을 의도된 방향으로 배출하여 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 셀 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 셀 유닛을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 5는 변형예에 따른 셀 커버를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 7은 또 다른 변형예에 따른 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 팩(1000)은 복수의 셀 유닛 블록(11), 팩 케이스(20) 및 상부 커버(30)를 포함할 수 있다.
상기 셀 유닛 블록(11)은, 셀 유닛(10)을 복수 개 포함할 수 있으며, 이러한 복수의 셀 유닛들은 일 방향으로 적층될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 각각의 셀 유닛(10)은 적어도 하나의 전지 셀과, 상기 적어도 하나의 전지 셀의 외부를 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 적어도 하나의 전지 셀은 파우치형 전지 셀을 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(20)는 상기 셀 유닛 블록(11)이 별도의 케이스 없이 직접 안착되는 안착 구조를 가지며, 복수의 셀 유닛 블록(11)들을 각각 별도의 내부 공간에 수용하여 지지하도록 구성될 수 있다. 그리고 상부 커버(30)는, 팩 케이스(20)의 상단 개방부를 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상부 커버(30)는, 하단이 개방된 박스 형태로 구성될 수도 있다.
한편, 복수의 셀 유닛 블록(11)들을 수용하기 위하여 팩 케이스(20)는, 셀 유닛 블록(11)들이 안착되는 하부 플레이트(21), 및 하부 플레이트(21)와 결합하여 셀 유닛 블록들을 수용하는 내부 공간(S1)을 형성하는 측벽(22)을 포함할 수 있다.
이러한 측벽(22의 외부면에는, 전지 팩(1000)의 내부 가스를 배출하는 가스 밸브(미도시)가 마련되고, 내부 공간(S1)과 인접한 상기 측벽(22)의 내부면에는, 셀 유닛 블록(11)에서 발생한 가스가 유입되는 가스 유입구가 마련될 수 있다. 또한, 상기 측벽(22)은 그 내부에 사이드 가스 채널을 구비할 수 있다. 상기 사이드 가스 채널은 그 일 단이 상기 가스 유입구와 연결되고 상기 측벽(22)의 내부를 따라 연장되어, 그 타 단이 상기 가스 밸브와 연결될 수 있다.
이 경우, 상기 측벽(22)의 가스 유입구 및 사이드 가스 채널과, 상기 가스 밸브로 이어지는 가스 벤팅 경로는 셀 유닛 블록마다 개별적으로 마련될 수 있다. 즉, 제1 셀 유닛 블록에서 배출되는 가스는 제1 가스 유입구, 제1 사이드 가스 채널 및 제1 가스 밸브로 이어지는 제1 가스 벤팅 경로를 통해 배출되고, 제2 셀 유닛 블록에서 배출되는 가스는 제1 가스 유입구, 제1 사이드 가스 채널 및 제1 가스 밸브와 각각 별개로 마련된 제2 가스 유입구, 제2 사이드 채널 및 제2 가스 밸브로 이어지는 제2 가스 벤팅 경로를 통해 배출되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 팩 케이스(20)는 내부 공간(S1)을 복수의 공간으로 분할하는 격벽(24)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 팩 케이스(20)는 전지 팩(1000)에 요구되는 각종 전기 부품들을 수용하는 수용 공간(S2)을 가질 수 있다.
하부 플레이트(21)에는, 셀 유닛 블록(11)과 열접촉하는 히트 싱크(23)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(23)는, 셀 유닛 블록(11)과 열 접촉하며, 셀 유닛 블록(11)을 냉각시키도록 구성될 수 있고, 하부 플레이트(21)의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다. 또한 냉각 성능을 가질 수 있도록, 히트 싱크(23)는 열 전도성과 내열성이 높은 금속 소재로 구성될 수 있다. 또한 도시하지 않았지만, 셀 유닛 블록(11) 하부에는, 써멀 레진층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다. 써멀 레진층은, 전지 셀에서 발생된 열이 히트 싱크(23)를 통해 방출될 수 있도록 히트 싱크(23)로 열을 전달할 수 있다. 또한 써멀 레진층이 접착성을 가짐으로써, 셀 유닛 블록(11)에 포함된 셀 유닛(10)의 기립 상태가 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
다음으로, 도 2 내지 4를 참조하여, 셀 유닛(10)의 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 셀 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 셀 유닛을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 유닛(10)은 적어도 하나의 전지 셀(100)과 전지 셀(100)의 외부를 부분적으로 커버하는 셀 커버(200)를 포함할 수 있다. 이러한 셀 커버(200)는 적어도 하나의 전지 셀(100)의 양 측면과 상단을 커버하고, 전지 셀(100)의 전단, 후단 및 하단 측으로 개방된 구조를 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 셀 유닛(10)은 적어도 하나의 전지 셀(100), 셀 커버(200), 및 버스바 어셈블리(300)를 포함할 수 있다.
상기 셀 유닛(10)의 전지 셀(100)은 충·방전의 기본 단위에 해당하는 것으로서, 연질의 금속 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질 물질을 수납하고 해당 금속 케이스를 실링하는 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체는 양극 전극과 음극 전극 사이에 분리막을 개재시키는 방식으로 제조될 수 있다.
또한, 전지 셀(100)의 전단과 후단에는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드가 마련될 수 있다. 이러한 전지 셀은 파우치(pouch) 형태로 구성될 수 있다. 하나의 셀 유닛(10)에는 하나 이상의 전지 셀(100)이 포함될 수 있으며, 복수의 전지 셀(100)이 포함될 경우 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 복수의 전지 셀(100)은 도면의 x축 방향으로 적층 배치될 수 있다. 이러한 전지 셀(100)로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 전지 셀(100)을 채용할 수 있으며, 따라서 이러한 전지 셀(100)의 구성 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
셀 커버(200)는 적어도 하나의 전지 셀(100) 외부를 부분적으로 감싸며 지지하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 셀 커버(200)는 적어도 하나의 파우치형 전지 셀을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3과 같이, 셀 커버(200)는 3개의 파우치형의 전지 셀(100)의 외부를 부분적으로 감싸면서 해당 전지 셀(100)들을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 모듈 케이스 없이도, 전지 셀(100)들이 팩 케이스(20) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 특히, 전지 셀(100)들의 경우, 외장재가 연성 재질로 제작되어 외부 충격에 취약하고 또한 경도가 낮다고 할 수 있다. 따라서, 모듈 케이스에 수납하지 않고 전지 셀(100) 자체만으로 팩 케이스(20) 내부에 수납하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 본 실시예의 경우, 복수의 전지 셀(100)들은, 셀 커버(200)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태로 셀 커버(200)와 결합되어, 팩 케이스(20) 내부에 직접 수납되므로, 그 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전지 팩(1000)에 모듈 케이스나 적층용 프레임, 셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다. 따라서, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등 다른 구성요소가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 제거될 수 있다. 그러므로, 제거된 공간만큼 전지 셀이 더 공간을 차지할 수 있으므로, 전지 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 모듈 케이스나 적층용 프레임, 볼트 등이 구비되지 않으므로, 전지 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전지 셀(100)의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(100)을 팩 케이스 내부에 수납하는 경우, 지그 등에 의해 전지 셀(100)을 파지할 수 있다. 이때, 지그는 전지 셀(100)을 직접 파지하지 않고, 전지 셀(100)을 감싸고 있는 셀 커버(200)를 파지할 수 있다. 따라서, 지그에 의한 전지 셀(100)의 손상이나 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 전지 셀(100)에 셀 커버(200)가 결합되어, 모듈 케이스 없이도 전지 셀(100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 셀 커버(200)는 적어도 하나의 전지 셀(100)의 일 측면을 커버하는 제1 커버부(210)와, 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 타 측면을 커버하는 제2 커버부(220)와, 상기 제1 커버부(210)와 상기 제2 커버부(220)를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 상단을 커버하는 캡부(230)를 포함할 수 있다. 즉, 전지 셀(100)에 대하여, 전극 리드가 돌출된 전방측과 후방측, 및 하부측을 제외한 나머지 3면을 덮도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 셀 커버(200)는 적어도 하나의 전지 셀(100)의 3면을 감싸도록 구성될 수 있으며, 전체적으로 'n'자, 'u'자 또는 'ㄷ'자 형태의 단면을 가지도록 구성될 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 캡부(230)는, 상기 제1 커버부(210) 및 상기 제2 커버부(220)와 분리 가능하도록 결합되며, 예를 들면 스냅핏(snapfit) 방식 또는 끼움 방식으로 결합되도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 간소화된 구조의 셀 커버(200)는, 전지 셀(100)의 케이스보다 높은 강성을 가진 금속 소재로 구성되어, 상기 셀 커버(200)에 의해 커버되는 적어도 하나의 전지 셀(100)을 외부 충격이나 진동으로부터 보호할 수 있다. 예컨대, 상기 셀 커버(200)는 가공이 용이하고 내식성이 높은 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 이와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 기계적 강도 내지 강성이 우수하므로, 전지 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 이 경우, 외부의 충격, 이를테면 침상체 등으로부터 전지 셀(100)의 손상이나 파손을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 전지 셀의 핸들링이 보다 용이해질 수 있다.
또한, 상기 실시예와 같이, 셀 커버(200)가 스틸 재질로 이루어지는 경우, 높은 용융점으로 인해, 전지 셀(100)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 스틸 재질의 경우, 알루미늄 재질에 비해 녹는점이 높으므로, 전지 셀(100)로부터 분출된 화염에도 용융되지 않고, 그 형태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 전지 셀(100) 간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있다.
한편, 셀 커버(200)에 의해 덮이지 않은 면으로 노출된 전극 리드에는, 버스바 어셈블리(300)가 결합된다. 버스바 어셈블리(300)는, 버스바 프레임(310)과 여기에 결합된 버스바(320)를 포함한다. 즉, 버스바(320)는 셀 커버(200)에 의해 커버되는 적어도 하나의 전지 셀(100)의 전극 리드와 전기적으로 연결되고, 버스바 프레임(310)은 이러한 버스바(320)를 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 버스바 어셈블리(300)는, 다수의 전지 셀(100)을 서로 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(100)의 전극 리드에 결합되어, 복수의 전지 셀(100) 사이를 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 버스바 어셈블리(300)는, 셀 커버(200)와 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스바 어셈블리(300)는, 접착, 용접, 끼움 결합, 후크 결합, 볼팅 결합, 리벳 결합 등 다양한 체결 방식을 통해 셀 커버(200)와 결합 고정될 수 있다.
절연 커버(330)는, 전극 리드 또는 버스바(320)의 단락을 방지하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 절연 커버(330)는 절연성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있으며, 버스바 어셈블리(300)가 외부로 노출되는 것을 방지하고, 전기 절연성을 확보 및 유지할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시되지 않았으나, 상기 셀 유닛(10)은, 상기 셀 커버(200)를 클램핑(clamping)하도록 구성된 클램핑 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 클램핑 부재는, 적어도 하나의 전지 셀(100)이 삽입된 셀 커버(200)를 클램핑하여, 상기 셀 커버(200)의 양 단(제1 커버부(210)의 말단과 제2 커버부(220) 말단) 사이가 벌어지거나, 삽입된 전지 셀(100)이 상기 셀 커버(200)에서 이탈하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이러한 클램핑 부재는 테이프로 구성될 수 있으며, 탄성을 가진 금속 소재로 구성될 수도 있다.
도 3에는 하나의 셀 커버(200)에 의해 커버되는 전지 셀(100)이 3개인 것으로 도시되어 있으나, 셀 커버(200)에 의해 커버되는 전지 셀(100)의 개수는 셀 커버(200)의 스케일에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 셀 커버(200)의 구성에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 셀 커버(200), 제1 커버부(210), 제2 커버부(220) 및 캡부(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1 커버부(210)는, 적어도 하나의 전지 셀(100)의 일 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 제1 커버부(210)는 금속 판재를 이용하여 일체로 구성될 수 있다.
상기 제2 커버부(220)는, 상기 제1 커버부(210)와 소정 간격을 두고 대면하며, 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 타 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 제1 커버부(210)는 금속 판재를 이용하여 일체로 구성될 수 있다.
상기 캡부(230)는, 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220)를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 상단 부분을 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 캡부(230)는 금속 판재를 이용하여 일체로 구성될 수 있다.
또한, 상기 캡부(230)는, 상기 제1 커버부(210) 및 상기 제2 커버부(220)와 분리 가능하도록 결합되며, 예를 들면 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 커버부(210) 및 상기 제2 커버부(220)는, 상단부에 각각 제1 체결 홈(211) 및 제2 체결 홈(221)을 구비하고, 상기 캡부(230)는, 상기 제1 커버부(210)의 제1 체결 홈(211)에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제1 체결 돌기(231)와, 상기 제2 커버부(220)의 제2 체결 홈(212)에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제2 체결 돌기(232)를 구비할 수 있다. 이와 같이 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 캡부(230)가 결합될 경우, 셀 유닛(100)의 내부 압력 증가시, 내부 압력에 의해 캡부(230)가 분리되고, 그에 의해 셀 유닛(100) 내부의 가스가 상부 방향으로 배출되도록 유도할 수 있게 된다.
한편, 일 실시예에 있어서, 상기 제1 커버부(210) 및 상기 제2 커버부(220)는, 상단부가 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)이 위치한 내측으로 만곡되어 상기 제1 및 제2 체결 홈(211, 221)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 캡부(230)는, 상기 제1 커버부(210)와 인접한 폭 방향(X축 방향) 일 단부가 셀 커버(200)의 내측으로 절곡되어 상기 제1 체결 돌기(231)를 형성하고, 상기 제2 커버부(220)와 인접한 폭 방향 타 단부가 셀 커버(200)의 내측으로 절곡되어 상기 제2 체결 돌기(232)를 형성할 수 있다. 이러한 캡부(230)의 제1 및 제2 체결 돌기(231, 232)는, 각각 제1 체결홈(211) 및 제2 체결홈(221)에 결합된다. 결합 방법은 다양하게 적용될 수 있으며, 스냅핏 또는 끼움 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 끼움 방식으로 결합될 때, 체결 돌기(231, 232)와 체결 홈(211, 221)이 셀 커버(200)의 길이 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되어 형성된 상태에서 체결 돌기(231, 232)를 체결 홈(211, 221)의 일단부에서부터 셀 커버(200)의 길이 방향으로 슬라이딩하면서 체결하는 것이 가능하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 방식으로 결합 가능하다.
한편, 캡부(230)는, 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220) 사이에 삽입된 전지 셀(100)과 소정 간격을 두고 이격되어 가스 이통 통로를 형성하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 셀 커버(200)를 이루는 3개의 면이, 일체로 형성되는 것이 아니라 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 일 측면을 커버하는 제1 커버부(210), 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 타 측면을 커버하는 제2 커버부(220), 및 상기 제1 커버부(210)와 상기 제2 커버부(220)와 분리 가능하게 형성되면서 이들을 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 상단 부분을 커버하는 캡부(230)가 결합된 구성을 가짐으로써, 셀 커버(200)의 제조와 조립을 용이하게 하고, 평탄도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 캡부(230)가, 제1 커버부(210) 및 제2 커버부(220)와 분리 가능하게 형성되어 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 결합됨으로써, 셀 유닛(100) 내부의 가스 압력 증가 시 상기 캡부(230)가 제1 커버부(210) 및 제2 커버부(220)와 분리될 수 있으며, 그 결과 셀 유닛(100) 내부의 가스가 상방으로 배출되도록 유도할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 변형예에 따른 셀 커버에 대해 설명한다.
도 5는 변형예에 따른 셀 커버를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 변형된 일 실시예에 따른 셀 커버(201)는 도 3 및 도 4에 도시된 셀 커버(200)와 마찬가지로, 제1 커버부(210), 제2 커버부(220) 및 캡부(230)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 셀 커버(201)는 차단부(212, 222)를 더 포함할 수 있다.
차단부(212, 222)는, 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220) 사이에 삽입된 적어도 하나의 전지 셀(100)의 탈거를 차단하도록 구성될 수 있다. 즉, 차단부(212, 222)는, 제1 커버부(210)의 말단에서 연장된 제1 차단부(212) 및 제2 커버부(220)의 말단에서 연장된 제2 차단부(222)를 포함하고, 이러한 제1 및 제2 차단부(212, 222)가 적어도 하나의 전지 셀(100)의 하단 부분을 지지하도록 구성될 수 있다.
이러한 제1 및 제2 차단부(212, 222)는, 제1 커버부(210) 및 제2 커버부(220) 각각의 말단에서 전지 셀(100)이 삽입된 셀 커버(201)의 내측으로 절곡되어 걸림 구조를 형성한다. 즉, 제1 및 제2 체결 홈(211, 221)이 형성된 상부의 반대측인 하부의 단부에서, 전지 셀(100)이 배치되는 내측을 향해 절곡되어 전지 셀(100)이 놓이도록 형성되어 제1 및 제2 차단부(212, 222)가 형성될 수 있다.
이러한 제1 및 제2 차단부(212, 222)에 의해 해당 셀 커버(201)에 삽입된 전지 셀(100)을 지지하여 전지 셀(100)의 탈거를 차단함으로써, 전지 셀(100)의 위치 변경이나 셀 커버(201) 외부로의 이탈을 방지하여, 전지 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 차단부(212, 222)는 전체에 걸쳐 동일하게 형성되는 것이 아니라, 소정 간격마다 형성되지 않는 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이 셀 커버(200)의 길이 방향에서 제1 및 제2 차단부(212, 222)가 형성되지 않고 제거된 부분은, 삽입 홈(240)을 구성한다. 삽입 홈(240)으로는 제조 과정에서 지그의 핑거가 삽입될 수 있고, 삽입 홈(240)을 통해 삽입된 지그의 핑거가 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220)의 내부면과 접촉하여 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220)를 양측으로 벌리는 것에 의해 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220) 사이의 간격이 변경될 수 있다. 이러한 구성은, 셀 커버(201) 내부에 전지 셀(100)을 삽입할 때 삽입이 용이해지도록 제1 커버부(210)와 제2 커버부(220) 간의 간격을 넓힐 수 있다.
이와 같이, 상기 셀 커버(201)의 내부면과 접촉하여 상기 셀 커버(201)의 양 단부 간격을 변경하도록 구성된 지그가 삽입되는 삽입 홈(240)이, 상기 셀 커버(201)의 차단부(212, 222)에 마련됨으로써, 셀 커버(201)에 전지 셀(100)을 삽입하는 조립 공정을 용이하게 하고, 조립 공정 중의 전지 셀(100)의 손상을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 셀 커버에 대해 설명한다.
도 7은 또 다른 변형예에 따른 셀 커버를 나타낸 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다른 일 실시예에 따른 셀 커버(202)는, 도 5 및 도 6에 도시된 셀 커버(201)와 마찬가지로, 제1 커버부(210), 제2 커버부(220), 캡부(230) 및 차단부(212’, 222’)를 포함할 수 있다.
특히, 또 다른 변형예에 따른 셀 커버(202)의 제1 및 제2 차단부(212’, 222’)는, 제1 커버부(210) 및 상기 제2 커버부(220) 각각의 말단에서 캡부(230) 측으로 절곡된 후, 다시 상기 캡부(230)의 반대 측으로 라운드지게 절곡된 절곡 구조를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 차단부(212’, 222’)가 라운드 면으로 전지 셀(100)들을 지지하도록 구성됨으로써, 파우치 셀과 같은 연질의 전지 셀(100)들의 손상을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는 자동차(2)일 수 있고, 이러한 디바이스는, 앞서 설명된 다양한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 적어도 하나의 전지 팩(1000)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 자동차(2)에 구비된 전지 팩(1000)은 자동차(2)의 여러 동작에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다.
참고로, 본 발명에 따른 전지 팩은 자동차 이외에 ESS(Energy Storage System)나 다양한 디바이스에 적용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다수의 전지 셀(100)들이, 별도의 모듈 케이스에 수용되어 전지 팩의 팩 케이스에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 셀 커버(200)에 의해 부분적으로만 커버되며 상기 팩 케이스에 직접 장착됨으로써, 전체 전지 팩의 무게와 부피를 감소시키고 전지 팩의 에너지 밀도를 높이면서도, 전지 팩 제조 시 전지 셀(100)들의 안전한 취급과 장착을 용이하게 하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버(200)가, 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 일 측면을 커버하는 제1 커버부(210), 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 타 측면을 커버하는 제2 커버부(220), 및 상기 제1 커버부(210)와 상기 제2 커버부(220)를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀(100)의 상단 부분을 커버하는 캡부(230)의 결합으로 구성됨으로써, 셀 커버(200)의 제조와 조립을 용이하게 하고, 평탄도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 캡부(230)가, 제1 커버부(210) 및 제2 커버부(220)와 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 결합됨으로써, 셀 유닛 내부의 가스 압력 증가 시 상기 캡부(230)가 제1 커버부(210) 및 제2 커버부(220)와 분리될 수 있으며, 그 결과 셀 유닛 내부의 가스가 상방으로 배출되도록 유도할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버(201)의 차단부(212, 222)가 해당 셀 커버(201)에 삽입된 전지 셀(100)을 지지하여 상기 전지 셀(100)의 탈거를 차단함으로써, 전지 셀(100)의 위치 변경이나 셀 커버(201) 외부로의 이탈을 방지하고, 전지 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버(201)의 내부면과 접촉하여 상기 셀 커버(201)의 양 단부 간격을 변경하도록 구성된 지그가 삽입되는 삽입 홈(240)이, 상기 셀 커버(200)의 차단부(212, 222)에 마련됨으로써, 상기 셀 커버(201)에 전지 셀(100)을 삽입하는 조립 공정을 용이하게 하고, 전지 셀(100)의 손상을 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 해당 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 셀 유닛
11: 셀 유닛 블록
20: 팩 케이스
30: 상부 커버
100: 전지 셀
200, 201, 202: 셀 커버
210: 제1 커버부
220: 제2 커버부
230: 캡부
211: 제1 체결 홈
212: 제2 체결 홈
231: 제1 체결 돌기
232: 제2 체결 돌기
212, 212’: 제1 차단부
222, 222’: 제2 차단부
240: 삽입 홈
300: 버스바 어셈블리
330: 절연 커버
1000: 전지 팩

Claims (12)

  1. 각각 적어도 하나의 전지 셀과, 상기 적어도 하나의 전지 셀을 감싸서 지지하는 셀 커버를 구비하는 복수의 셀 유닛; 및
    내부 공간에 상기 복수의 셀 유닛을 수용하여 지지하는 팩 케이스를 포함하고,
    상기 셀 커버는,
    상기 적어도 하나의 전지 셀의 일 측면을 커버하는 제1 커버부;
    상기 적어도 하나의 전지 셀의 타 측면을 커버하는 제2 커버부; 및
    상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하며 상기 적어도 하나의 전지 셀의 상단 부분을 커버하는 캡부를 포함하고,
    상기 캡부는 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부와 분리 가능하게 결합되어 있는, 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 캡부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부와 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 결합되어 있는 전지 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부 각각은, 상기 캡부에 인접하는 상단부에 제1 체결 홈 및 제2 체결 홈을 각각 구비하고,
    상기 캡부는, 상기 제1 체결 홈에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제1 체결 돌기, 및 상기 제2 체결 홈에 스냅핏 방식 또는 끼움 방식으로 체결되는 제2 체결 돌기를 구비하는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 체결 홈 및 상기 제2 체결 홈은, 각각 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 상단부가, 상기 적어도 하나의 전지 셀이 위치하는 상기 셀 커버의 내측으로 만곡되어 형성된 구성인 전지 팩.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 체결 돌기는, 상기 제1 커버부와 인접한 상기 탭부의 일 단부가 절곡되어 형성되고,
    상기 제2 체결 돌기는, 상기 제2 커버부와 인접한 상기 탭부의 타 단부가 절곡되어 형성되는 전지 팩.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부는, 상기 상단부와 반대측인 하단부에서 상기 적어도 하나의 전지 셀의 하부를 지지하는 차단부를 더 포함하는 전지 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 셀 커버의 내측 방향으로 연장되어 형성되는 전지 팩.
  8. 제7항에서,
    상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 셀 커버의 내측으로 절곡되어 형성된 걸림 구조를 포함하는 전지 팩.
  9. 제7항에서,
    상기 차단부는, 상기 제1 커버부 및 상기 제2 커버부의 상기 하단부에서 상기 캡부 측으로 절곡된 후 다시 상기 캡부의 반대 측으로 라운드지게 절곡된 절곡 구조를 포함하는 전지 팩.
  10. 제6항에서,
    상기 차단부는, 상기 셀 커버의 길이 방향에서 상기 차단부가 일부 제거되어 형성된 적어도 하나의 삽입홈을 포함하는 전지 팩.
  11. 제1항에서,
    상기 셀 커버는, 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 전지 팩.
  12. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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