WO2024049212A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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battery
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박은경
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same, and more specifically, to a battery pack manufactured using a cell-to-pack method and a vehicle including the same.
  • 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.
  • the output voltage of the battery cell which is the basic unit of charging and discharging of these secondary batteries, is approximately 2.5V to 4.2V.
  • 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 technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack that can reduce the overall weight and volume of the battery pack and increase the energy density of the battery pack, and a vehicle including the same.
  • the assembly process can be simplified by facilitating the handling and installation of the battery cells, and the structures required for battery cell installation can be simplified and structured while preventing damage to the battery cells.
  • the goal is to provide a battery pack that can reduce manufacturing costs by reducing weight, and a vehicle containing the same.
  • the present invention provides a battery pack that can improve at least one of the attachability, fixation, and thermal conductivity of battery cells to the pack case, and a vehicle including the same.
  • a plurality of pouch-type battery cells a pack case that stores the plurality of pouch-type battery cells in an internal space and is provided with a heat sink; and a cell cover that at least partially surrounds and supports at least some of the pouch-type battery cells among the plurality of pouch-type battery cells in an internal space of the pack case, wherein the heat sink is configured to press the cell cover.
  • a battery pack featuring features may be provided.
  • it may include a support rib protruding from the heat sink to contact the cell cover.
  • the support rib may be configured to support the cell cover mounted on the heat sink by pressing it from the outside to the inside.
  • the support ribs may be configured to contact a lower end of a side surface of the cell cover.
  • the support rib has a locking protrusion, and a locking groove that can be fitted with the locking protrusion may be formed on a side of the cell cover.
  • the support rib may be provided to be detachable from the heat sink.
  • the support rib may be provided in a top-to-bottom structure, and the side of the cell cover may be provided with a lower end bent outward so as to be in contact with the support rib of the top-to-bottom structure.
  • the support rib is provided in a lower-side-upside-down structure
  • the side of the cell cover may be provided so that the lower end is bent inward so as to be in contact with the support rib of the lower-side-upside-down structure.
  • the heat sink includes a concave portion that is recessed into the inside, and the cell cover can be inserted into the concave portion and pressed by both side walls of the concave portion.
  • the concave portion may be filled with thermal resin.
  • both side walls of the concave portion may be configured to support the cell cover by pressing it from the outside to the inside.
  • a first inclined portion may be formed on at least one of both side walls of the concave portion, and a second inclined portion may be formed on the cell cover to correspond to the first inclined portion.
  • first inclined portion and the second inclined portion may be formed at a portion where the side wall and the cell cover contact.
  • the second inclined portion may be inclined so as to point outward from the top to the bottom.
  • the second inclined portion may be inclined so as to point outward from the bottom to the top.
  • a vehicle including the above-described battery pack can be provided.
  • Embodiments of the present invention have the effect of reducing the overall weight and volume of the battery pack and increasing the energy density of the battery pack.
  • the assembly process can be simplified by facilitating the handling and installation of the battery cells, and the structures required for battery cell installation can be simplified and structured while preventing damage to the battery cells. It has the effect of reducing manufacturing costs by reducing the weight.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of a battery cell wrapped in a cell cover in a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the cell cover and the battery cell in FIG. 2.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a partial cross-section of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an enlarged view of area A of Figure 4.
  • FIGS 6 to 9 are diagrams showing modified embodiments of Figure 5, respectively.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the application position and structure of the support rib of the heat sink in the battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a schematic perspective view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a diagram schematically showing a partial cross section of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is an enlarged view of area B of Figure 12.
  • FIGs 14 and 15 are diagrams showing modified embodiments of Figure 13, respectively.
  • Figure 16 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack according to each embodiment of the present invention.
  • Coupled to refers not only to the case where one member and another member are directly coupled or directly connected, but also when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly connected to another member. Also includes cases where it is connected to .
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery cell wrapped in a cell cover in a battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a FIG. 2 is a separated perspective view of the cell cover and battery cell.
  • battery cells are usually accommodated in a box-shaped metal case to form a battery module, and these battery modules are again accommodated in the pack case of the battery pack to form a battery pack.
  • the weight and volume of the entire battery pack increases and the energy density of the battery pack decreases.
  • the battery pack 10 removes the module case of the battery module and stores the battery cell 100 directly in the pack case 200 of the battery pack 10. It is composed.
  • the module case of the battery module may not be included in the configuration.
  • the embodiment using a module case is not completely excluded, and if necessary, the pouch-type battery cell 100 of each embodiment of the present invention may be accommodated in the module case provided in the battery module.
  • the battery pack 10 may further include a control module configured to control charging and discharging of the pouch-type battery cells 100.
  • this control module may include a battery management system (BMS) 500 and a battery cutoff unit 600, together with a battery cell 100 and a cell cover 300, pack It can be stored inside the case 200.
  • BMS battery management system
  • the battery module provided with the pouch-type battery cell 100 combined with the cell cover 300 in each embodiment of the present invention also falls within the scope of the present invention.
  • the battery cell 100 refers to a pouch-type battery cell 100.
  • the battery pack 10 includes a pouch-type battery cell 100, a pack case 200, and a cell cover 300.
  • the battery cell 100 may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch exterior material. That is, the battery cell 100 corresponds to the basic unit of charging and discharging, and can be manufactured by storing an electrode assembly and an electrolyte material inside a soft metal case and sealing the metal case. In this case, the electrode assembly can be manufactured by interposing a separator between the anode electrode and the cathode electrode.
  • electrode leads 110 (see FIG. 3) electrically connected to the electrode assembly may be provided at the front and rear ends of the battery cell 100.
  • This battery cell 100 may be configured in a pouch shape.
  • a plurality of such pouch-type battery cells 100 may be included in the battery pack 10 . And, these plurality of pouch-type battery cells 100 may be stacked in at least one direction.
  • the pack case 200 has an empty space formed inside, and a plurality of pouch-type battery cells 100 can be stored in this inner space.
  • the pouch-type battery cell 100 can be directly seated on the pack case 200.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a partial cross-section of a battery pack according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an enlarged view of area A of Figure 4.
  • the pack case 200 may be provided with a heat sink 240.
  • the heat sink 240 may be formed integrally with the pack case 200 itself, or a separate heat sink 240 may be coupled to the pack case 200.
  • the description will focus on the case where the heat sink 240 is formed integrally with the pack case 200 itself, but is not limited thereto.
  • the heat sink 240 refers to a member that absorbs and radiates heat from another object through direct or indirect thermal contact.
  • the heat sink 240 may be configured in various ways.
  • the heat sink 240 may be provided with a flow path 211 through which coolant flows inside the lower frame 210. And, thereby, the overall weight of the pack housing can be reduced and the components can be simplified.
  • this is only one embodiment, and the structure of the heat sink 240 is not limited to this, and the structure of the heat sink 240 may be more diverse.
  • a heat transfer material (Thermal Interface Material (TIM) may be included.
  • TIM Thermal Interface Material
  • a heat transfer material is a material used to increase the heat transfer performance of each component between different components.
  • the heat transfer material may be thermal resin 270, and a thermal pad may be used as needed. As a result, the cooling performance of the battery pack 10 can be further improved.
  • the heat sink 240 is configured to pressurize the cell cover 300. Specific details about this will be described later.
  • the pack case 200 may include a lower frame 210, a side frame 220, and an upper cover 230.
  • Pack case 200 may be made of plastic or metal.
  • the pack case 200 may employ various exterior materials of the battery pack 10 known at the time of filing the present invention.
  • the pack case 200 may be formed in a box shape.
  • a plurality of battery cells 100 are mounted on the lower frame 210. Additionally, the heat sink 240 described above may be formed in the lower frame 210 (see FIG. 4).
  • the side frame 220 extends upward from the edge of the lower frame 210.
  • the upper cover 230 is coupled to the side frame 220 and covers the side frame 220 and the lower frame 210.
  • the cell cover 300 may be provided to at least partially cover at least some of the plurality of pouch-type battery cells 100 . That is, the cell cover 300 may be configured to partially surround the pouch-type battery cell 100 so that at least one side of the pouch-type battery cell 100 surrounded by the cell cover 300 is exposed to the outside.
  • the cell cover 300 may be configured to support the pouch-type battery cell 100 in an upright state. In general, it is not easy to stack the pouch-type battery cells 100 in a vertical direction.
  • the cell cover 300 surrounds one or more pouch-type battery cells 100 in an upright state of the wrapped pouch-type battery cells 100, that is, , may be configured to maintain an upright position.
  • the cell cover 300 may be formed as one piece.
  • the cell cover 300 may be constructed by bending a metal plate with a plate structure. That is, the cell cover 300 may be formed as a bent plate.
  • the cell cover 300 may be made of a material containing stainless steel (SUS), which is easy to process, has high corrosion resistance, and has excellent mechanical strength and rigidity. However, it is not limited to this, and the cell cover 300 may be made of various materials other than SUS to ensure rigidity.
  • the cell cover 300 may be made of a metal material. For example, it may be made of a chromium (CR) series metal material. In the case of such a metal material, the stacked state of the battery cells 100 can be maintained more stably and the battery cells 100 can be more safely protected from external shock.
  • SUS stainless steel
  • CR chromium
  • the cell cover 300 when the cell cover 300 is made of a steel material such as SUS, the overall structure can be stably maintained when a flame occurs from the battery cell 100 due to its high melting point.
  • the steel material has a higher melting point than the aluminum material, so its shape can be stably maintained without being melted by the flame emitted from the battery cell 100. Accordingly, excellent flame propagation prevention and delay effects between battery cells 100, venting control effects, etc. can be secured.
  • the cell cover 300 may include an insulating coating layer (not shown) on its inner surface.
  • the insulating coating layer (not shown) may be coated, applied, or attached with any one of silicone resin, polyamide, and rubber. According to the configuration of the insulating coating layer of the cell cover 300 according to this embodiment, the insulating coating effect can be maximized with a minimum amount of coating. Additionally, an insulating coating layer (not shown) is applied to the inner surface of the cell cover 300, so that the insulation between the battery cell 100 and the cell cover 300 can be strengthened.
  • the cell cover 300 may be configured so that at least one side of the wrapped pouch-type battery cell 100 is exposed toward the bottom surface of the battery pack 10.
  • the lower part of the pouch-type battery cell 100 may be in direct contact with the lower frame 210 of the pack case 200, and the heat emitted from each pouch-type battery cell 100 may be transferred to the pack case 200. Since it is delivered directly, the cooling performance of the battery cell 100 can be improved.
  • a separate structure is formed between the pouch-type battery cell 100 and the pack case 200 by the structure described above, that is, the pouch-type battery cell 100 is in direct contact with the lower frame 210 of the pack case 200. Sufficient cooling performance can be expected even if the cooling structure is not provided.
  • the heat sink 240 is formed in the lower frame 210 of the pack case 200, thereby improving the cooling performance of the battery cell 100. It has a further improving effect.
  • a cell cover 300 configured to surround at least some of the pouch-type battery cells 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100 may be stored in the internal space of the pack case 200.
  • the cell cover 300 may be configured to surround a various number of pouch-type battery cells 100 together.
  • one cell cover 300 may be configured to cover one pouch-type battery cell 100 together.
  • one cell cover 300 may be configured to surround two pouch-type battery cells 100 together.
  • one cell cover 300 may be configured to surround three or more pouch-type battery cells 100 together.
  • the cell cover 300 may include a first cover part 310, a second cover part 320, and a third cover part 330.
  • the first cover part 310 may be configured to cover one side of at least one battery cell 100 among the plurality of battery cells 100.
  • the first cover part 310 may be configured to extend downward from one end of the third cover part 330.
  • the first cover part 310 may be configured to extend downward from the right end of the third cover part 330.
  • the first cover part 310 may be configured to cover the wide surface of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the second cover portion 320 may be configured to cover the other side of at least one battery cell 100 among the plurality of battery cells 100.
  • the second cover part 320 may be positioned to be spaced apart from the first cover part 310 in the horizontal direction.
  • the second cover part 320 may be configured to extend downward from the other end of the third cover part 330.
  • the second cover part 320 may be configured to extend downward from the left end of the third cover part 330.
  • the second cover part 320 may be configured to cover the wide surface of the battery cell 100 accommodated therein.
  • the third cover part 330 connects the first cover part 310 and the second cover part 320 and covers the upper part of at least one battery cell 100.
  • the pouch-type battery cells 100 among the plurality of pouch-type battery cells 100 may be fixed to the inner surfaces of the first cover part 310 and the second cover part 320 by being adhered to them.
  • the member for adhesion may be thermally conductive. Through this adhesion, the cell cover 300 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.
  • the internal space may be limited by the first cover part 310, the second cover part 320, and the third cover part 330 of the cell cover 300. Also, one or more battery cells 100 can be accommodated in the limited internal space of the cell cover 300.
  • the cell cover 300 may be configured in an 'n' shape, a 'u' shape, or a ' ⁇ ' shape that surrounds three sides of at least one battery cell 100. And, referring to FIG. 1, the cell cover 300 may be configured so that a plurality of battery cells 100 can be stacked in the horizontal direction while standing vertically.
  • each cell cover 300 is configured to surround one or more battery cells 100, and a plurality of battery cells 100 each surrounded by the cell cover 300 are shown in FIG. 1 can be stacked on each other in the Y-axis direction.
  • the configuration in which the plurality of battery cells 100 are stacked side by side in the Y-axis direction in an upright state can be stably maintained by the cell cover 300.
  • the cell cover 300 surrounds three sides of at least one battery cell 100, so that the bus bars or terminals of each unit can be easily located on the side that is not surrounded by each cell cover 300.
  • the battery cell 100 such as the pouch-type battery cell 100, may be said to be formed approximately hexahedron.
  • electrode leads 110 that is, a negative electrode lead and a positive electrode lead, may be formed on two of the six surfaces.
  • the cell cover 300 is provided to cover at least a portion of three of the four sides of the six-sided battery cell 100, excluding the two sides where the electrode leads 110 are formed.
  • a bus bar frame 120 may be coupled to the cell cover 300. It may be configured to support a bus bar that is electrically connected to the electrode lead 110 of at least one battery cell 100 covered by the cell cover 300. In this case, the bus bar frame 120 may be provided with a terminal electrically connected to the bus bar.
  • support ribs 250 may be formed on the heat sink 240 .
  • the support rib 250 may be formed to protrude from the heat sink 240, and the support rib 250 is in contact with the cell cover 300 to form the cell cover 300, for example, the first The cover part 310 and the second cover part 320 can be pressed.
  • the support rib 250 may protrude from the upper surface of the heat sink 240.
  • the support rib 250 may be configured to support the cell cover 300 mounted on the heat sink 240 by pressing it from the outside to the inside.
  • the support rib 250 may be configured to contact the lower end of the side of the cell cover 300 and press the lower end of the side.
  • the pouch-type battery cell 100 is pressed inside the cell cover 300 by the first cover part 310 and the second cover part 320 of the cell cover 300. It can be stored.
  • One or more various numbers of pouch-type battery cells 100 may be stored in the cell cover 300.
  • three pouch-type battery cells 100 may be stored in the cell cover 300, but the present invention is not limited thereto.
  • the gap between the first cover part 310 and the second cover part 320 corresponds to the total thickness of the three pouch-type battery cells 100, and a slight elastic force acts to form three pouch-type battery cells ( 100) can put pressure on them.
  • the gap between the first cover part 310 and the second cover part 320 of the cell cover 300 is manufactured to be larger than the preset gap, or The lower end of the first cover part 310 and the lower end of the second cover part 320 may be manufactured to be further spread outward.
  • the pouch-type battery cells 100 are not stored in a pressed state inside the cell cover 300, so assembly, fixation, and stability may be greatly reduced.
  • the first cover part 310 or the second cover part 320 of the cell cover 300 It can be supported so as not to spread outward by the support rib 250. Therefore, it is possible to prevent the cell cover 300 from opening due to assembly tolerances when manufacturing the cell cover 300, and also to prevent the cell cover 300 from swelling due to swelling of the battery cell 100 that occurs during charging and discharging. The phenomenon of widening can also be prevented.
  • the lower end of the first cover part 310 or the lower end of the second cover part 320 and the support rib 250 are configured to contact each other, thereby enabling heat exchange.
  • the support rib 250 may be manufactured integrally with the heat sink 240 or may be manufactured to be directly coupled to the heat sink 240, thereby maintaining a low temperature. Cooling efficiency can be improved by the support rib 250 being in close contact with the first cover part 310 or the second cover part 320 of the cell cover 300.
  • a compression pad 400 may be disposed in the upper space of the support rib 250 of the heat sink 240. That is, a space is formed between one cell cover and the other neighboring cell cover 300 by the support rib 250, and the compression pad 400 can be placed in this space.
  • the compression pad 400 blocks the external shock or vibration from being transmitted to the battery cell 100 through the cell cover 300 and prevents damage due to mutual friction, and also prevents damage to the battery. This has the effect of absorbing expansion pressure during swelling of the cell 100.
  • FIGS 6 to 9 are diagrams showing modified embodiments of Figure 5, respectively.
  • the support rib 250 of the heat sink 240 is provided with a locking protrusion 251 and is located on the side of the cell cover 300, for example, the side of the first cover portion 310 or the first cover portion 310. 2
  • a locking groove 340 that can be fitted with the locking protrusion 251 may be formed on the side of the cover portion 320.
  • the locking protrusion 251 is formed to protrude from the support rib 250 in a direction toward the first cover part 310 or the second cover part 320, and the locking groove 340 is formed in the first cover part ( 310) or the second cover part 320 may be formed concavely in a shape that matches the stopping protrusion 251.
  • a locking protrusion (not shown) is formed on the first cover part 310 or the second cover part 320, and a locking groove (not shown) is formed on the support rib 250 of the heat sink 240. It may also be configured to be formed. In this way, when the locking protrusion 251 and the locking groove 340 are formed on the support rib 250 and the cell cover 300, the coupling between the cell cover 300 and the heat sink 240 can be achieved more tightly and stably. You can.
  • the support rib 250 may be configured to be attachable to and detachable from the heat sink 240 .
  • the support ribs 250 may be required for only some of the plurality of cell covers 300, so the support ribs 250 can be removed at positions where the support ribs 250 are not needed, and thereby the support ribs 250 ) can be selectively attached and detached.
  • the support rib 250 may include a base portion 252 and a support portion 253.
  • the base portion 252 may be coupled to the heat sink 240 in various ways.
  • the base portion 252 may be coupled to the heat sink 240 through a fastening member such as a bolt.
  • the fastening member is not limited to bolts, and the fastening method is not limited to fastening members.
  • the support portion 253 protrudes from the base portion 252 and is provided to support the cell cover 300.
  • the support rib 250 is provided in an upper-lower narrow structure
  • the side of the cell cover 300 is provided in a form in which the lower end is bent outward so as to be in contact with the support rib 250 of the upper-wide lower narrow structure.
  • the first cover part 310 and the second cover part 320 of the cell cover 300 be supported so that they do not spread on both sides, but their movement in the up and down directions is restricted, so that they do not interfere with the heat sink 240.
  • the bonding stability of the cell unit can be improved.
  • the support rib 250 is provided in a lower-gap upper structure, and the side of the cell cover 300 has a lower end bent inward so as to be in contact with the support rib 250 of the lower-light upper structure. It can be provided in the form As a result, the first cover part 310 and the second cover part 320 of the cell cover 300 can be supported so as not to spread on both sides, and when the cell cover 300 is seated on the heat sink 240, Compared to other implementation configurations, the process is easier.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the application position and structure of the support rib of the heat sink in the battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • the support rib 250 of the heat sink 240 may be configured to support the entire lower part of the first cover part 310 or the second cover part 320 of the cell cover 300, or, for example, As shown in FIG. 10 , it may be configured to support only a portion of the cell cover 300 along the longitudinal direction of the cell cover 300 on the heat sink 240 .
  • at least one support rib 250 may be formed on the first cover part 310 side and the second cover part 320 side.
  • six support ribs 250 are formed, but the present invention is not limited thereto, and the number of support ribs 250 may be 2, 4, or 8, or more.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a partial cross-section of a battery pack according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is FIG. 12 This is an enlarged view of area B.
  • the second embodiment of the present invention is structurally different from the above-described first embodiment in that a concave portion 260, rather than a support rib 250, is formed in the heat sink 240.
  • contents that are common to those described in the first embodiment are replaced with the description of the first embodiment described above. Additionally, the content applicable to the first embodiment among the parts described in the second embodiment may be applied to the first embodiment.
  • the heat sink 240 provided in the battery pack 10 according to the second embodiment of the present invention includes a concave portion 260.
  • the concave portion 260 may be formed to be recessed into the inside of the heat sink 240.
  • the concave portion 260 may be provided to have an area corresponding to the lower area of the cell cover 300. Then, the cell cover 300 may be inserted into the concave portion 260 and pressed by both side walls 261a and 261b of the concave portion 260. The reason and necessity of pressurizing the cell cover 300 will be replaced with the above-described explanation.
  • the concave portion 260 may be filled with thermal resin 270.
  • the concave portion 260 is filled with thermal resin 270, when the battery cell 100 surrounded by the cell cover 300 is seated on the lower frame 210, the lower side of the battery cell 100 is filled with thermal resin 270. can be contacted.
  • both side walls 261a and 261b of the concave portion 260 may be configured to support the cell cover 300 by pressing it from the outside to the inside.
  • the lower part of the side of the cell cover 300 that is, the lower part of the first cover part 310
  • the lower end of the second cover portion 320 may be configured to contact the left wall 261b of the side walls 261 of the concave portion 260 with reference to FIG. 13 .
  • the right wall 261a of the concave part 260 supports the first cover part 310 by pressing it from the right (outside) to the left (inside), and the left wall 261b of the concave part 260 is The second cover portion 320 is supported by pressing from left (outside) to right (inside).
  • the first cover part 310 and the second cover part 320 of the cell cover 300 are pressed by the side wall 261 of the concave part 260 provided in the heat sink 240, so that the first cover part 310 and the second cover part 320 are pressed. 310 and the second cover portion 320 can be supported without being spread outward. Therefore, it is possible to prevent the cell cover 300 from opening due to assembly tolerances when manufacturing the cell cover 300, and also to prevent the cell cover 300 from swelling due to swelling of the battery cell 100 that occurs during charging and discharging. The phenomenon of widening can also be prevented.
  • both side walls 261a and 261b of the concave portion 260 may be manufactured integrally with the heat sink 240 or may be manufactured to be directly coupled to the heat sink 240, thereby maintaining a low temperature. Cooling efficiency can be improved by having both side walls 261a and 261b of the concave portion 260 come into close contact with the first cover portion 310 or the second cover portion 320 of the cell cover 300. there is. That is, the heat of the battery cells 100 is transferred to the cell cover 300 and is quickly transferred from the cell cover 300 to the heat sink 240, thereby further increasing cooling efficiency.
  • FIGs 14 and 15 are diagrams showing modified embodiments of Figure 13, respectively.
  • the concave portion is formed so that the contact area between the side wall 261 of the concave portion 260 and the first cover portion 310 or the second cover portion 320 of the cell cover 300 increases.
  • a first inclined portion 262 is formed on at least one of both side walls 261a and 261b of 260, and a first inclined portion 262 is formed on the first cover portion 310 or the second cover portion 320 of the cell cover 300.
  • a second inclined portion 350 may be formed to correspond to the inclined portion 262.
  • first inclined portion 262 and the second inclined portion 350 are formed on both side walls 261a and 261b of the concave portion 260 and the first cover portion 310 or the first cover portion 310 of the cell cover 300.
  • Two cover parts 320 may be formed at each contact portion.
  • the second inclined portion 350 may be inclined to point outward from the top to the bottom.
  • the angle ⁇ 1 formed between the bottom surface of the first cover part 310 or the second cover part 320 and the second inclined part 350 may be configured to be an acute angle.
  • the angle ⁇ 1 may have a size of 30° to 60°, but is not limited thereto.
  • the lower part of the first cover part 310 or the lower part of the second cover part 320 of the cell cover 300 is bent to correspond to each of the both side walls 261a and 261b of the concave part 260, or As shown in Figure 14, the thickness may gradually increase from the top to the bottom so as to fit the shape of each of the side walls 261a and 261b of the concave portion 260.
  • the lower end of the cell cover 300 may interfere with the top of the concave portion 260.
  • the lower part of the first cover part 310 of the cell cover 300 is first inserted into the right wall 261a of the concave part 260 in a diagonal direction, and then the lower part of the second cover part 320 of the cell cover 300 is inserted. It can be bent inward by applying slight force and fitted into the left wall (261b) of the concave portion (260).
  • the cell cover 300 can be coupled to the concave portion 260 by pushing it in the longitudinal direction rather than the vertical direction. That is, first, the longitudinal end of the lower end of the cell cover 300 is hooked to one side of both side walls 261a and 261b of the concave portion 260, and then the cell cover 300 is aligned in the longitudinal direction of the concave portion 260. The entire lower part of the cell cover 300 can be coupled to both side walls 261a and 261b of the concave portion 260 by moving the lower portion. That is, the lower end of the cell cover 300 can be coupled as if inserted into the concave portion 260 along the rail.
  • the bonding fixing force can be significantly strengthened, and the contact area between the lower part of the cell cover 300 and the side wall 261 of the concave portion 260 is also wider, improving fixation and cooling efficiency compared to the embodiment of FIG. 13. This may increase.
  • the second inclined portion 350 may be inclined to point outward from the bottom to the top.
  • the angle ⁇ 2 formed between the bottom surface of the first cover part 310 or the second cover part 320 and the second inclined part 350 may be configured to be an obtuse angle.
  • the angle ( ⁇ 2 ) may have a size of 120° to 150°°, but is not limited thereto.
  • the lower part of the first cover part 310 or the lower part of the second cover part 320 of the cell cover 300 is bent to correspond to each of the side walls 261a and 261b on both sides of the concave part 260, or As shown in Figure 15, the thickness may gradually increase from the bottom to the top so as to fit the shape of each of the side walls 261a and 261b of the concave portion 260.
  • the contact area between the lower end of the cell cover 300 and the side wall 261 of the concave portion 260 is larger than the embodiment of FIG. 13, so cooling efficiency can be increased, and the cell cover 300 can be heated.
  • the process of coupling to the sink 240 may be easy. That is, the second inclined portion 350 of the cell cover 300 according to the modified embodiment of FIG. 15 slides along the first inclined portion 262 of the side wall 261 of the concave portion 260, thereby forming the concave portion 260. Since it can be seated on the surface, the process becomes easier.
  • the battery pack 10 can store the pouch-type battery cells 100 in the pack case 200 in a space-efficient manner, and can be used as a conventional battery. Energy density is higher than that of the pack 10, and the assembly process can be simplified. Additionally, the coupling, fixation, and thermal conductivity of the cell cover 300 surrounding the battery cell 100 to the pack case 200 can be improved.
  • Figure 16 is a diagram for explaining a vehicle including a battery pack according to each embodiment of the present invention.
  • the automobile 20 may include one or more battery packs 10 according to each of the above-described embodiments.
  • the vehicle 20 includes various vehicles 20 that are designed to use electricity, such as electric vehicles or hybrid vehicles.
  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 복수의 파우치형 배터리 셀들을 수납하고, 히트 싱크가 구비된 팩 케이스; 및 팩 케이스의 내부 공간에서, 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 히트 싱크는 셀 커버를 가압하는 구조로 구성된다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 출원은 2022년 08월 31일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0110372호, 2022년 08월 31일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2022-0110373호 및 2023년 05월 24일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2023-0067251호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 셀투팩(Cell To Pack) 방식으로 제조되는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 반복적 충·방전이 가능한 배터리를 말한다. 이러한 이차전지의 충·방전 기본 단위에 해당하는 배터리 셀(battery cell)의 출력 전압은 대략 2.5V에서 4.2V 정도이다.
최근, 이차전지가 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈(battery module)을 구성하고, 이와 같이 구성된 다수의 배터리 모듈들을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하는 방식으로 제조되는 배터리 팩(battery pack)이 널리 사용되고 있다.
그러나, 기존 기술은 배터리 셀들을 박스 형태의 금속 케이스에 수용하여 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈들을 다시 배터리 팩 케이스에 수용하는 방식으로 배터리 팩을 제조하기 때문에, 전체 배터리 팩의 무게와 부피를 증가시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 팩의 전체 무게와 부피를 경감시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
또한, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 제조 과정에서, 배터리 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하여 조립 공정을 간소화할 수 있고, 배터리 셀들의 손상을 방지하면서도 배터리 셀 장착에 요구되는 구조체들을 간소화 및 경량화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
또한, 팩 케이스에 대한 배터리 셀들의 결합성과, 고정성 및 열전도성 중 적어도 하나를 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 파우치형 배터리 셀들; 내부 공간에 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 수납하고, 히트 싱크가 구비된 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며, 상기 히트 싱크는 상기 셀 커버를 가압하는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 셀 커버에 접촉되도록 상기 히트 싱크로부터 돌출 형성된 지지 리브를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 상기 히트 싱크에 안착되는 상기 셀 커버를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 상기 셀 커버의 측면의 하단부와 상호 접촉하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 걸림돌기를 구비하며, 상기 셀 커버의 측면에는 상기 걸림돌기와 끼움결합될 수 있는 걸림홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 상기 히트 싱크에 탈부착 가능하게 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 상광하협 구조로 마련되고, 상기 셀 커버의 측면은 상기 상광하협 구조의 지지 리브와 접촉 가능하도록 하단부가 외측으로 절곡된 형태로 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 리브는 하광상협 구조로 마련되고, 상기 셀 커버의 측면은 상기 하광상협 구조의 지지 리브와 접촉 가능하도록 하단부가 내측으로 절곡된 형태로 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 히트 싱크의 내측으로 함몰되게 형성된 오목부를 포함하며, 상기 셀 커버가 상기 오목부에 삽입되어 상기 오목부의 양쪽 측벽에 의해 가압될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오목부에는 써멀 레진이 채워질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오목부의 양쪽 측벽은 상기 셀 커버를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오목부의 양쪽 측벽 중 적어도 하나에는 제1 경사부가 형성되고, 상기 셀 커버에는 상기 제1 경사부에 대응되도록 제2 경사부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1경사부 및 제2 경사부는 상기 측벽과 상기 셀 커버가 접촉되는 부분에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 경사부는 상측으로부터 하측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 경사부는 하측으로부터 상측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배터리 팩의 전체 무게와 부피를 경감시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 제조 과정에서, 배터리 셀들의 취급과 장착을 용이하게 하여 조립 공정을 간소화할 수 있고, 배터리 셀들의 손상을 방지하면서도 배터리 셀 장착에 요구되는 구조체들을 간소화 및 경량화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 팩 케이스에 대한 배터리 셀들의 결합성과, 고정성 및 열전도성 중 적어도 하나를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 커버에 감싸진 배터리 셀의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 셀 커버와 배터리 셀의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 A 영역 확대도이다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 변형 실시예들을 각각 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 히트 싱크의 지지 리브의 적용 위치 및 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 B 영역 확대도이다.
도 14 및 도 15는 도 13의 변형 실시예들을 각각 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 커버에 감싸진 배터리 셀의 사시도이며, 도 3은 도 2에서 셀 커버와 배터리 셀의 분리 사시도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 통상 배터리 셀들은 박스 형태의 금속 케이스에 수용되어 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈들이 다시 배터리 팩의 팩 케이스에 수용되어 배터리 팩을 구성한다. 다만, 이 경우 전체 배터리 팩의 무게와 부피가 증가하고 배터리 팩의 에너지 밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈의 모듈 케이스를 제거하고 배터리 셀(100)을 배터리 팩(10)의 팩 케이스(200)에 직접 수납하도록 구성된다.
이에 의하면, 배터리 팩(10) 내에서 배터리 모듈의 모듈 케이스 등이 차지하던 공간에 배터리 셀(100)을 더 수납할 수 있으므로 공간 효율성이 증대되고 배터리 용량이 향상되는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 배터리 모듈의 모듈 케이스는 구성에 포함되지 않을 수 있다.
다만, 모듈 케이스를 사용하는 실시예를 완전히 배제하는 것은 아니며, 필요에 따라, 배터리 모듈에 구비된 모듈 케이스에 본 발명의 각 실시예의 파우치형 배터리 셀(100)이 수납되도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 파우치형 배터리 셀(100)들의 충방전을 제어하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 이러한 제어 모듈은 배터리 관리 시스템(500, Battery Management System, BMS)과 배터리 차단 유닛(600)을 포함할 수 있으며, 배터리 셀(100) 및 셀 커버(300)와 함께, 팩 케이스(200)의 내부에 수납될 수 있다.
즉, 본 발명의 각 실시예에서의 셀 커버(300)가 결합된 파우치형 배터리 셀(100)이 구비된 배터리 모듈 역시 본 발명의 권리범위 내에 속한다.
그리고, 본 명세서에서 간단하게 배터리 셀(100)이라고 기재된 경우에도 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 배터리 셀(100)을 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 파우치형 배터리 셀(100)과, 팩 케이스(200)와, 셀 커버(300)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)은 충전 및 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, 배터리 셀(100)의 전단과 후단에는 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드(110, 도 3 참조)가 마련될 수 있다. 이러한 배터리 셀(100)은 파우치(pouch) 형태로 구성될 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.
도 1을 참조하면, 팩 케이스(200)는 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들을 수납할 수 있다. 특히, 본 발명에서 파우치형 배터리 셀(100)은 팩 케이스(200)에 직접적으로 안착될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 A 영역 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 팩 케이스(200)에는 히트 싱크(240)가 구비될 수 있다. 히트 싱크(240)는 팩 케이스(200) 자체에 일체로 형성될 수도 있고, 또는 별도의 히트 싱크(240)가 팩 케이스(200)에 결합될 수도 있다. 이하에서는 히트 싱크(240)가 팩 케이스(200) 자체에 일체로 형성된 경우를 중심으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 히트 싱크(240)는 직접 내지 간접적인 열 접촉을 통해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 부재를 의미한다. 히트 싱크(240)는 다양하게 구성될 수 있으며, 예를 들어, 하부 프레임(210)의 내측에 냉각수가 흐를 수 있는 유로(211)가 형성된 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 이에 의해, 팩 하우징 전체의 무게를 감소시키고 구성 요소를 간소화시킬 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예에 불과하고, 히트 싱크(240)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 히트 싱크(240)의 구조는 보다 다양할 수 있다.
한편, 팩 케이스(200)와 파우치형 배터리 셀(100) 사이, 팩 케이스(200)와 셀 커버(300) 사이 또는 파우치형 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 사이에 열 전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)이 개재될 수 있다. 열 전달 물질은 서로 다른 구성요소 사이에서 각 구성요소들의 열 전달 성능을 높이기 위한 물질이다.
여기서, 열 전달 물질은 써멀 레진(270)일 수 있으며, 필요에 따라 써멀 패드가 사용될 수도 있다. 이에 의해, 배터리 팩(10)의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 히트 싱크(240)는 셀 커버(300)를 가압하도록 구성된다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 팩 케이스(200)는 하부 프레임(210)과, 측면 프레임(220)과, 상부 커버(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 팩 케이스(200)는 플라스틱 또는 금속 재질로 제작될 수 있다. 그 밖에도, 팩 케이스(200)는 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩(10)의 외장재 재질을 채용할 수 있다. 그리고, 팩 케이스(200)는 박스 형태로 형성될 수 있다.
하부 프레임(210)에는 복수의 배터리 셀(100)이 안착된다. 그리고, 전술한 히트 싱크(240)는 하부 프레임(210)에 형성(도 4 참조)될 수 있다. 측면 프레임(220)은 하부 프레임(210)의 가장자리로부터 상측을 향해 연장된다. 상부 커버(230)는 측면 프레임(220)에 결합되며, 측면 프레임(220)과 하부 프레임(210)을 커버한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 셀 커버(300)에 의해 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 외부로 노출되도록 파우치형 배터리 셀(100)을 부분적으로 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
셀 커버(300)는 파우치형 배터리 셀(100)을 세워진 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 파우치형 배터리 셀(100)은 상하 방향으로 세워진 형태로 적층시키는 것이 용이하지 않다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸면서 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 세워진 상태, 즉, 기립 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 일체로 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)는 판 구조의 금속 플레이트를 절곡시키는 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 셀 커버(300)는 하나의 플레이트가 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
셀 커버(300)는 가공이 용이하고 내식성이 높으며, 기계적 강도 내지 강성이 우수한 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 셀 커버(300)는 강성 확보를 위해, SUS 이외의 다양한 재질로 구성될 수 있다. 특히, 셀 커버(300)는 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어 크롬(CR) 계열의 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 재질의 경우, 배터리 셀(100)들의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 배터리 셀(100)들을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 앞서 예로 든 바와 같이 셀 커버(300)가 SUS와 같은 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 화염에 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.
셀 커버(300)는 내측면에 절연 코팅층(미도시)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(미도시)은 실리콘 수지, 폴리 아미드(Polyamide) 및 고무 중 어느 하나의 절연성 소재를 코팅, 도포 또는 부착한 것일 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 셀 커버(300)의 절연 코팅층 구성에 의하면, 최소한의 코팅 양으로 절연 코팅 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 절연 코팅층(미도시)이 셀 커버(300)의 내측면에 적용되어 있어서 배터리 셀(100)과 셀 커버(300) 간의 절연성이 강화될 수 있다.
그리고, 셀 커버(300)는 감싸진 파우치형 배터리 셀(100)의 적어도 일측이 배터리 팩(10)의 바닥면을 향하여 노출되도록 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 파우치형 배터리 셀(100)의 하부가 팩 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉될 수 있고 각각의 파우치형 배터리 셀(100)로부터 방출된 열이 팩 케이스(200)로 직접 전달되므로 배터리 셀(100)의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 전술한 구조, 즉, 파우치형 배터리 셀(100)이 팩 케이스(200)의 하부 프레임(210)에 직접 접촉하는 구조에 의해 파우치형 배터리 셀(100)과 팩 케이스(200) 사이에 별도의 냉각 구조가 구비되지 않아도 충분한 냉각 성능을 기대할 수 있지만, 본 발명의 실시예에서 팩 케이스(200)의 하부 프레임(210)에는 히트 싱크(240)가 형성되므로 배터리 셀(100)의 냉각 성능을 더 향상시키는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)을 감싸도록 구성된 셀 커버(300)가 팩 케이스(200)의 내부 공간에 수납될 수 있다.
셀 커버(300)는 다양한 개수의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 셀 커버(300)는 1개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)가 2개의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 또는, 하나의 셀 커버(300)가 3개 이상의 파우치형 배터리 셀(100)을 함께 감싸도록 구성될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 셀 커버(300)는 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 커버부(310)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 일 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 일단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 기준으로 제1 커버부(310)는 제3 커버부(330)의 우측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 커버부(310)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제2 커버부(320)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 타 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 제2 커버부(320)는 제1 커버부(310)로부터 수평 방향으로 이격되게 위치할 수 있다. 그리고, 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 타단으로부터 하부 방향으로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 기준으로 제2 커버부(320)는 제3 커버부(330)의 좌측 단부에서 하부 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 그리고 제2 커버부(320)는 내부에 수용된 배터리 셀(100)의 넓은 면을 감싸도록 구성될 수 있다.
제3 커버부(330)는 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)를 연결하고 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 상단 부분을 커버한다.
그리고, 복수의 파우치형 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(100)은 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)의 내측면에 접착되어 고정될 수 있다. 접착을 위한 부재는 열전도성일 수 있다. 이러한 접착을 통하여 셀 커버(300)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(300)의 제1 커버부(310)와, 제2 커버부(320)와, 제3 커버부(330)에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 셀 커버(300)의 내부 공간에 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸는 'n'자 형태, 'u'자 형태 또는 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 도 1을 참조하면, 셀 커버(300)는 복수의 배터리 셀(100)이 상하 방향으로 세워진 상태에서 수평 방향으로 적층될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어 도 1을 참조하면, 각각의 셀 커버(300)는 하나 또는 그 이상의 배터리 셀(100)을 감싸는 형태로 구성되고, 셀 커버(300)에 각각 둘러싸인 복수의 배터리 셀(100)이 도 1의 Y축 방향으로 상호 적층될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(300)에 의해, 복수의 배터리 셀(100)이 각각 세워진 상태에서 Y축 방향으로 나란하게 적층된 구성이 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 셀 커버(300)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 3면을 둘러싸도록 함으로써, 각 셀 커버(300)로 감싸지지 않는 측면에 버스바나 각 유닛의 단자를 쉽게 위치시킬 수 있다. 파우치형 배터리 셀(100)과 같은 배터리 셀(100)은 대략 6면체로 형성된다고 할 수도 있다. 그리고, 6면 중 2개의 면에 전극 리드(110), 즉 음극 리드와 양극 리드가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)는 6면의 배터리 셀(100)에서 전극 리드(110)가 형성된 2면을 제외한 나머지 4면 중 3면의 적어도 일부를 감싸도록 마련된다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 셀 커버(300)에는 버스바 프레임(120)이 결합될 수 있다. 셀 커버(300)에 의해 커버되는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)와 전기적으로 연결되는 버스바를 지지하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 버스바 프레임(120)은 버스바와 전기적으로 연결되는 터미널을 구비할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 히트 싱크(240)에는 지지 리브(250)가 형성될 수 있다. 여기서, 하나의 실시예로 지지 리브(250)는 히트 싱크(240)로부터 돌출 형성될 수 있으며, 지지 리브(250)는 셀 커버(300)에 접촉되어 셀 커버(300), 예를 들어 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)를 가압할 수 있다. 여기서, 지지 리브(250)는 히트 싱크(240)의 상면으로부터 돌출될 수 있다.
지지 리브(250)는 히트 싱크(240)에 안착되는 셀 커버(300)를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 리브(250)는 셀 커버(300)의 측면의 하단부와 상호 접촉하여 측면의 하단부를 가압하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서 파우치형 배터리 셀(100)은 셀 커버(300)의 내부에서 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)에 의해 압박된 상태로 수납될 수 있다.
셀 커버(300)에는 하나 이상 다양한 개수의 파우치형 배터리 셀(100)들이 수납될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서와 같이, 3개의 파우치형 배터리 셀(100)들이 셀 커버(300)에 수납될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320) 사이의 간격은 3개의 파우치형 배터리 셀(100)들의 총 두께에 대응하고, 약간의 탄성력이 작용하여 3개의 파우치형 배터리 셀(100)들을 압박할 수 있다. 그러나, 셀 커버(300)의 제작시 조립 공차로 인해, 예컨대, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320) 사이의 간격이 미리 설정된 간격보다 크게 제작되거나, 제1 커버부(310)의 하단과 제2 커버부(320)의 하단이 바깥쪽으로 더 벌어진 상태로 제작될 수 있다. 이러한 경우, 파우치형 배터리 셀(100)들이 셀 커버(300) 내부에 압박된 상태로 수납되지 않아 조립성, 고정성, 안정성 등이 크게 저하될 수 있다.
하지만, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(240)에 지지 리브(250)가 형성된 경우, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)가 지지 리브(250)에 의해 바깥쪽으로 벌어지지 않게 지지될 수 있다. 따라서, 셀 커버(300) 제작시 조립 공차에 의한 셀 커버(300)의 벌어짐 현상을 방지할 수 있고, 또한, 충방전 과정에서 발생되는 배터리 셀(100)의 스웰링에 의한 셀 커버(300)의 벌어짐 현상도 방지할 수 있다.
또한, 제1 커버부(310)의 하단부 또는 제2 커버부(320)의 하단부와 지지 리브(250)는 상호 접촉되도록 구성되므로, 이에 의해 열 교환이 가능해진다. 여기서, 지지 리브(250)는 히트 싱크(240)와 일체로 제작되거나, 또는 히트 싱크(240)에 직접 결합되게 제작될 수 있으며, 이에 의해 낮은 온도가 유지된다. 이러한 지지 리브(250)가 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)와 밀접하게 접촉되는 것에 의해 냉각 효율이 향상될 수 있다.
한편, 히트 싱크(240)의 지지 리브(250)의 상부 공간에는 압축 패드(400)가 배치될 수 있다. 즉, 어느 하나의 셀 커버와, 이웃하는 다른 하나의 셀 커버(300) 사이에는 지지 리브(250)에 의한 공간이 형성되며, 이러한 공간에 압축 패드(400)가 배치될 수 있다.
여기서, 압축 패드(400)는 외부 충격이나 진동이 발생한 때 외부 충격이나 진동이 셀 커버(300)를 통해 배터리 셀(100)로 전달되는 것을 차단하고 상호 간의 마찰로 인한 손상을 막으며, 또한 배터리 셀(100)의 스웰링시 팽창 압력을 흡수하는 효과가 있다.
도 6 내지 도 9는 도 5의 변형 실시예들을 각각 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 히트 싱크(240)의 지지 리브(250)는 걸림돌기(251)를 구비하며, 셀 커버(300)의 측면, 예를 들어, 제1 커버부(310)의 측면 또는 제2 커버부(320) 측면에는 걸림돌기(251)와 끼움 결합될 수 있는 걸림홈(340)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 걸림돌기(251)는 지지 리브(250)로부터 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)를 향하는 방향으로 돌출 형성되고, 걸림홈(340)은 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)에서 걸림돌기(251)와 형합하는 형태로 오목하게 형성될 수 있다. 다른 변형 실시예로 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)에 걸림돌기(미도시)가 형성되고, 히트 싱크(240)의 지지 리브(250)에 걸림홈(미도시)이 형성되도록 구성될 수도 있다. 이와 같이, 지지 리브(250)와 셀 커버(300)에 걸림돌기(251)와 걸림홈(340)이 각각 형성되면 셀 커버(300)와 히트 싱크(240) 간의 결합이 보다 긴밀하고 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 7을 참조하면, 지지 리브(250)는 히트 싱크(240)에 탈부착 가능하게 구성될 수 있다. 경우에 따라 복수의 셀 커버(300) 중 일부에만 지지 리브(250)가 필요할 수 있으므로, 지지 리브(250)가 필요없는 위치에서는 지지 리브(250)를 제거할 수 있고, 이에 의해 지지 리브(250)를 선택적으로 탈부착할 수 있다.
이를 위해, 예를 들어, 지지 리브(250)는 베이스부(252)와, 지지부(253)를 포함하여 구성될 수 있다. 베이스부(252)는 히트 싱크(240)에 다양한 방식으로 결합되는데, 예를 들어, 볼트와 같은 체결부재를 통해 결합될 수 있다. 다만, 체결부재가 볼트에 한정되는 것은 아니며, 체결 방식이 체결부재에 한정되는 것도 아니다. 지지부(253)는 베이스부(252)로부터 돌출되어 셀 커버(300)를 지지하도록 마련된다.
도 8을 참조하면, 지지 리브(250)는 상광하협 구조로 마련되고, 셀 커버(300)의 측면은 상광하협 구조의 지지 리브(250)와 접촉 가능하도록 하단부가 외측으로 절곡된 형태로 마련될 수 있다. 이에 의해, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)가 양측으로 벌어지지 않게 지지될 수 있을 뿐만아니라 상하 방향으로 이동이 제한되어 히트 싱크(240)에 대한 셀 유닛의 결합 고정성이 향상될 수 있다.
그리고, 도 9를 참조하면, 지지 리브(250)가 하광상협 구조로 마련되고, 셀 커버(300)의 측면은 하광상협 구조의 지지 리브(250)와 접촉 가능하도록 하단부가 내측으로 절곡된 형태로 마련될 수 있다. 이에 의해, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)가 양측으로 벌어지지 않게 지지될 수 있으며, 셀 커버(300)를 히트 싱크(240)에 안착시킬 때 다른 실시 구성들에 비해 공정이 용이한 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 히트 싱크의 지지 리브의 적용 위치 및 구조를 설명하기 위한 도면이다.
히트 싱크(240)의 지지 리브(250)는 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)의 하단부 전체를 지지하도록 구성될 수도 있지만, 또는, 예를 들어, 도 10에서와 같이, 히트 싱크(240) 상에서 셀 커버(300)의 길이 방향을 따라 셀 커버(300)의 일 부분만을 지지하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 셀 커버(300)를 지지하기 위해 제1 커버부(310)측과 제2 커버부(320)측에 적어도 하나씩 지지 리브(250)가 형성될 수 있다. 도 10에서는 6개의 지지 리브(250)가 형성되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 지지 리브(250)는 2개, 4개 또는 8개일 수 있고, 또는 그 이상일 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이고, 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 단면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 13은 도 12의 B 영역 확대도이다.
본 발명의 제2 실시예는 히트 싱크(240)에 지지 리브(250)가 아닌 오목부(260)가 형성된다는 점에서 전술한 제1 실시예와 구성상 차이가 있다. 다만, 제1 실시예에서 설명한 부분과 공통되는 내용은 전술한 제1 실시예의 설명으로 대체한다. 또한, 제2 실시예에서 설명한 부분 중 제1 실시예에 적용가능한 내용은 제1 실시예에 적용될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 구비된 히트 싱크(240)는 오목부(260)를 포함한다. 여기서, 오목부(260)는 히트 싱크(240)의 내측으로 함몰되게 형성될 수 있다. 그리고, 오목부(260)는 셀 커버(300)의 하부 면적에 대응되는 면적을 가지도록 마련될 수 있다. 그리고, 셀 커버(300)가 오목부(260)에 삽입되어 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)에 의해 가압될 수 있다. 셀 커버(300)가 가압되는 이유 및 필요성에 대해서는 전술한 설명으로 대체한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 오목부(260)에는 써멀 레진(270)이 채워질 수 있다. 오목부(260)에 써멀 레진(270)이 채워지면 셀 커버(300)로 감싸진 배터리 셀(100)이 하부 프레임(210)에 안착될 때 배터리 셀(100)의 하측부가 써멀 레진(270)에 접촉될 수 있다.
이와 같이, 써멀 레진(270)이 오목부(260) 내측에 채워진 상태에서 셀 유닛이 오목부(260)에 안착되면 보다 많은 양의 써멀 레진(270)이 셀 커버(300)의 내부로 유입될 수 있으며, 이에 의해 배터리 셀(100)과 써멀 레진(270)의 접촉 면적이 넓어지는 효과가 있다.
여기서, 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)은 셀 커버(300)를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀 커버(300)의 측면의 하단부, 즉, 제1 커버부(310)의 하단부는 도 13을 기준으로 오목부(260)의 측벽(261) 중 우측벽(261a)과 접촉하고, 제2 커버부(320)의 하단부는 도 13을 기준으로 오목부(260)의 측벽(261) 중 좌측벽(261b)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 이때, 오목부(260)의 우측벽(261a)은 제1 커버부(310)를 오른쪽(바깥쪽)에서 왼쪽(안쪽)으로 가압하여 지지하고, 오목부(260)의 좌측벽(261b)은 제2 커버부(320)를 왼쪽(바깥쪽)에서 오른쪽(안쪽)으로 가압하여 지지한다.
이와 같이, 히트 싱크(240)에 마련된 오목부(260)의 측벽(261)에 의해 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)가 가압되므로 제1 커버부(310)와 제2 커버부(320)가 바깥쪽으로 벌어지지 않고 지지될 수 있다. 따라서, 셀 커버(300) 제작시 조립 공차에 의한 셀 커버(300)의 벌어짐 현상을 방지할 수 있고, 또한, 충방전 과정에서 발생되는 배터리 셀(100)의 스웰링에 의한 셀 커버(300)의 벌어짐 현상도 방지할 수 있다.
한편, 제1 커버부(310)의 하단부 또는 제2 커버부(320)의 하단부와 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)은 각각 상호 접촉되도록 구성되므로, 이에 의해 열 교환이 가능해진다. 여기서, 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)은 히트 싱크(240)와 일체로 제작되거나, 또는 히트 싱크(240)에 직접 결합되게 제작될 수 있으며, 이에 의해 낮은 온도가 유지된다. 이러한 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)이 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)와 밀접하게 접촉하게 되는 것에 의해 냉각 효율이 향상될 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)들의 열이 셀 커버(300)로 전달되고 셀 커버(300)에서 히트 싱크(240)로 빠르게 전달됨으로써 냉각 효율이 더욱 증대될 수 있다.
도 14 및 도 15는 도 13의 변형 실시예들을 각각 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 오목부(260)의 측벽(261)과 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)의 접촉 면적이 증가하도록, 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 중 적어도 하나에는 제1 경사부(262)가 형성되고, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)에는 제1 경사부(262)에 대응되도록 제2 경사부(350)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 경사부(262)와 제2 경사부(350)는 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)과, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)가 각각 접촉되는 부분에 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 제2 경사부(350)는 상측으로부터 하측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)의 바닥면과 제2 경사부(350)가 이루는 각도(θ1)가 예각이 되도록 구성될 수 있다. 여기서, 각도(θ1)는 30°내지 60°의 크기를 가질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)의 하단부 또는 제2 커버부(320)의 하단부는 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 각각에 대응되게 절곡되거나, 또는 도 14에서와 같이 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 각각에 형상 맞춤되도록 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 두께가 증가하게 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 배터리 셀(100)이 감싸여진 셀 커버(300)를 오목부(260)에 안착시킬 때, 셀 커버(300)의 하단부가 오목부(260)의 상단에 간섭될 수 있으므로, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)의 하단부를 먼저 오목부(260)의 우측벽(261a)에 사선 방향으로 끼워넣고 셀 커버(300)의 제2 커버부(320)의 하단부를 살짝 힘을 가해 안쪽으로 구부려서 오목부(260)의 좌측벽(261b)에 끼워 맞추어 넣을 수 있다.
또는, 오목부(260)에 대해 셀 커버(300)를 상하 방향이 아닌 길이방향으로 밀어 넣는 방식으로 결합할 수 있다. 즉, 먼저 셀 커버(300)의 하단부의 길이 방향 일단을 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 일측에 걸어 맞추고, 그 다음 오목부(260)의 길이 방향으로 셀 커버(300)의 하단부를 이동시켜 셀 커버(300)의 하단부 전체를 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b)에 결합시킬 수 있다. 즉, 셀 커버(300)의 하단부가 레일을 따라 오목부(260)에 삽입되듯이 결합될 수 있다. 이 경우, 결합 고정력이 확실히 견고해 질 수 있으며, 셀 커버(300)의 하단부와 오목부(260)의 측벽(261) 간의 접촉 면적도 보다 넓어져, 도 13의 실시예에 비해 고정성과 냉각 효율이 증대될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 경사부(350)는 하측으로부터 상측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 커버부(310) 또는 제2 커버부(320)의 바닥면과 제2 경사부(350)가 이루는 각도(θ2)가 둔각이 되도록 구성될 수 있다. 여기서 각도(θ2)는 120°내지 150°°의 크기를 가질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 셀 커버(300)의 제1 커버부(310)의 하단부 또는 제2 커버부(320)의 하단부는 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 각각에 대응되게 절곡되거나, 또는 도 15에서와 같이 오목부(260)의 양쪽 측벽(261a, 261b) 각각에 형상 맞춤되도록 하측에서 상측으로 갈수록 점진적으로 두께가 증가하게 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 셀 커버(300)의 하단부와 오목부(260)의 측벽(261) 간의 접촉 면적이 도 13의 실시예보다 넓어 냉각 효율이 증대될 수 있으며, 셀 커버(300)를 히트 싱크(240)에 결합하는 공정이 용이할 수 있다. 즉, 도 15의 변형 실시예에 따른 셀 커버(300)의 제2 경사부(350)가 오목부(260) 측벽(261)의 제1 경사부(262)를 따라 슬라이드 되면서 오목부(260)에 안착될 수 있으므로 공정이 용이해지는 효과가 있다.
이상과 같이 상술한 구성들을 포함하고 있어, 본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 파우치형 배터리 셀(100)들을 공간 효율적으로 팩 케이스(200)에 수납할 수 있고, 종래의 배터리 팩(10)에 비해 에너지 밀도가 높으며, 조립 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 팩 케이스(200)에 대한 배터리 셀(100)이 감싸진 셀 커버(300)의 결합성, 고정성, 열전도성이 향상될 수 있다.
도 16은 본 발명의 각 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(20)는 전술한 각 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동차(20)는 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 각종 자동차(20)를 포함한다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 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.
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 특히, 이차 전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 복수의 파우치형 배터리 셀들;
    내부 공간에 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들을 수납하고, 히트 싱크가 구비된 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스의 내부 공간에서, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸서 지지하는 셀 커버를 포함하며,
    상기 히트 싱크는 상기 셀 커버를 가압하는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 커버에 접촉되도록 상기 히트 싱크로부터 돌출 형성된 지지 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상기 히트 싱크에 안착되는 상기 셀 커버를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상기 셀 커버의 측면의 하단부와 상호 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 걸림돌기를 구비하며, 상기 셀 커버의 측면에는 상기 걸림돌기와 끼움결합될 수 있는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상기 히트 싱크에 탈부착 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 상광하협 구조로 마련되고, 상기 셀 커버의 측면은 상기 상광하협 구조의 지지 리브와 접촉 가능하도록 하단부가 외측으로 절곡된 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 지지 리브는 하광상협 구조로 마련되고, 상기 셀 커버의 측면은 상기 하광상협 구조의 지지 리브와 접촉 가능하도록 하단부가 내측으로 절곡된 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 내측으로 함몰되게 형성된 오목부를 포함하며,
    상기 셀 커버가 상기 오목부에 삽입되어 상기 오목부의 양쪽 측벽에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오목부에는 써멀 레진이 채워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오목부의 양쪽 측벽은 상기 셀 커버를 바깥쪽으로부터 안쪽으로 가압하여 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 오목부의 양쪽 측벽 중 적어도 하나에는 제1 경사부가 형성되고,
    상기 셀 커버에는 상기 제1 경사부에 대응되도록 제2 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1경사부 및 제2 경사부는 상기 측벽과 상기 셀 커버가 접촉되는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 경사부는 상측으로부터 하측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 경사부는 하측으로부터 상측으로 갈수록 바깥쪽으로 향하도록 경사가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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