WO2024063485A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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WO2024063485A1
WO2024063485A1 PCT/KR2023/014092 KR2023014092W WO2024063485A1 WO 2024063485 A1 WO2024063485 A1 WO 2024063485A1 KR 2023014092 W KR2023014092 W KR 2023014092W WO 2024063485 A1 WO2024063485 A1 WO 2024063485A1
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pack frame
pack
venting
frame
cell assembly
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PCT/KR2023/014092
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홍석현
이재기
정경수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a power storage device including the same, and more specifically, to a battery pack with enhanced stability and a power storage device including the same.
  • lithium secondary batteries are in the spotlight for their advantages of free charging and discharging, very low self-discharge rate, and high energy density as they have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries.
  • lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxide and carbon material as positive and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes a positive and negative electrode plate coated with the positive and negative electrode active materials, an electrode assembly in which the positive and negative electrode plates are disposed with a separator in between, and an exterior material that seals and stores the electrode assembly with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case.
  • can-type secondary batteries can be further classified into cylindrical batteries and prismatic batteries depending on the shape of the metal can.
  • the pouch of the pouch-type secondary battery can be broadly divided into a lower sheet and an upper sheet covering it.
  • the pouch accommodates an electrode assembly formed by laminating and winding the anode, the cathode, and the separator. Then, after storing the electrode assembly, the edges of the upper and lower sheets are sealed by heat fusion or the like. Additionally, the electrode tab drawn out from each electrode is coupled to an electrode lead, and an insulating film may be added to the electrode lead in contact with the sealing portion.
  • the pouch-type secondary battery can have the flexibility to be configured in various forms.
  • the pouch-type secondary battery has the advantage of being able to implement a secondary battery of the same capacity with a smaller volume and mass.
  • lithium secondary batteries such as power storage devices (ESS: Energy Storage System)
  • ESS Energy Storage System
  • the lithium secondary battery is made into a dense structure by overlapping or stacking multiple battery cells mounted on themselves or in a cartridge to provide high voltage and high current, and then used as a cell module or battery pack by electrically connecting them. It is becoming.
  • venting gas may be generated inside the battery cell where a thermal event occurs. If such venting gases are randomly released from the pack case of the battery pack that houses the battery cells, The joints of the pack case with a low melting point (e.g., where the sealing part, etc. are placed) may break first. In this case, oxygen may flow into the pack case through the joint of the plurality of damaged pack cases. In this case, there is a problem that the possibility of fire occurring inside the battery pack increases.
  • the present invention was made to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a battery pack configured to induce venting gas to be discharged in a desired direction when a thermal event occurs, and a power storage device including the same.
  • a battery pack includes a cell assembly, a pack frame accommodating the cell assembly therein, and a pack frame coupled to the pack frame, and the internal pressure of the pack frame is increased by venting gas discharged from the cell assembly.
  • the coupling portion with the pack frame is at least partially weakened to form an outlet through which the venting gas is discharged to the outside of the pack frame.
  • the venting guide unit may be configured to guide the pack frame to expand outward as the internal pressure of the pack frame increases.
  • the venting guide unit may be configured to guide the space between the cell assembly and the pack frame to widen toward one side when the pack frame opens outward as the internal pressure of the pack frame increases. .
  • the venting guide part may be disposed between the pack frame and the cell assembly.
  • the venting guide part may be configured to be located on at least one side of both sides of the cell assembly, between the pack frame and the cell assembly.
  • the coupling force between one area of the venting guide portion and the pack frame is configured to be weaker than the bonding force between the other area of the venting guide portion and the pack frame, and the venting guide portion increases as the internal pressure of the pack frame increases.
  • the outlet may be configured to be formed between one area of the venting guide portion and the pack frame.
  • the pack frame may further include a support configured to support one side of the venting guide portion on the opposite side to the inner side of the pack frame facing the cell assembly.
  • the venting guide portion includes a body coupled to the support and a flange extending from both sides of the body and coupled to an inner surface of the pack frame, wherein the flange extends from one side of the body. It includes one part and a second part extending from the other side of the body, and the flange in one area of the venting guide portion is such that the first part is coupled to the inner surface of the pack frame, and the second part is connected to the pack. It may be configured not to be coupled to the inner side of the frame.
  • the second part may be configured to be located closer to the cell assembly than the first part.
  • the battery pack further includes a sealing agent configured to seal between the top and the side of the pack frame and between the bottom and the side of the pack frame, and the sealing agent is in the pack frame, the venting guide and the It can be arranged to be spaced apart in the vertical direction.
  • a sealing agent configured to seal between the top and the side of the pack frame and between the bottom and the side of the pack frame, and the sealing agent is in the pack frame, the venting guide and the It can be arranged to be spaced apart in the vertical direction.
  • the pack frame may be configured so that a region facing the cell assembly is thinner than other portions.
  • the power storage device includes at least one battery pack according to an aspect of the present invention as described above.
  • random discharge of venting gas outside the pack frame can be prevented by forming a structurally weak portion at a portion where the pack frame and the venting guide portion are coupled. Accordingly, not only can the venting gas be discharged in a specific direction, but also prevent oxygen from entering the pack frame.
  • the venting path when the internal pressure of the pack frame increases, can be formed to be inclined toward one side, so that the discharge direction of the venting gas can be more easily directed to a specific direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A' of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing a venting guide provided in the battery pack of Figure 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state before and after thermal runaway of the cell assembly in the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which venting gas is discharged from the battery pack of FIG. 1.
  • Figure 8 is an enlarged view of part C of Figure 2.
  • Figure 9 is an enlarged view of portion D of Figure 2.
  • Figure 10 is a diagram showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 11 is a diagram showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a battery pack 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial exploded perspective view of the battery pack 10 of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A' of FIG. 1 ( In detail, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the battery pack 10 of FIG. 1 in the XY plane based on line A-A'.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken in the BB' direction of FIG. 1 (in detail, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the battery pack 10 of FIG. 1 in the XZ plane based on line B-B').
  • FIG. 5 is a diagram showing the venting induction unit 300 provided in the battery pack 10 of FIG. 1
  • FIG. 6 is a diagram showing the state before and after thermal runaway of the cell assembly 100 in the battery pack 10 of FIG. 1. am.
  • FIG. 6(a) is a diagram showing the state of the battery pack 10 before thermal runaway of the cell assembly 100
  • FIG. 6(b) is a diagram showing the state of the battery pack 10 after thermal runaway of the cell assembly 100. This is a drawing showing the state of (10).
  • the The axial direction may refer to an upward and downward direction perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the battery pack 10 may include a cell assembly 100, a pack frame 200, and a venting guide portion 300.
  • the cell assembly 100 may include at least one battery cell.
  • the battery cell may refer to a secondary battery.
  • These battery cells may be prepared as pouch-shaped battery cells, cylindrical battery cells, or square-shaped battery cells.
  • the pack frame 200 can accommodate the cell assembly 100 therein. That is, the pack frame 200 may include a receiving space for accommodating the cell assembly 100 therein. As an example, the pack frame 200 may include a material with strong heat resistance and rigidity.
  • the venting guide unit 300 is coupled to the pack frame 200 and may be configured to induce the formation of an outlet (S) through which the venting gas discharged from the cell assembly 100 is discharged to the outside of the pack frame 200. there is.
  • an event such as thermal runaway may occur in at least some of the battery cells.
  • high temperature and high pressure venting gas may be generated inside the battery cell where a thermal event occurs.
  • venting gas is randomly discharged from the pack frame that accommodates the battery cells, oxygen may flow into the pack frame through a portion of the pack frame whose internal pressure is lowered by the discharge of the venting gas. In this case, the possibility of fire occurring inside the battery pack may increase.
  • the venting guide unit 300 of the present invention has a coupling portion with the pack frame 200 at least as the internal pressure of the pack frame 200 increases due to the venting gas discharged from the cell assembly 100. It may be configured to be partially weakened. Accordingly, when the internal pressure of the pack frame 200 increases due to the venting gas, the venting guide unit 300 may be configured to induce the formation of an outlet S through which the venting gas is discharged to the outside of the pack frame 200. .
  • the venting guide portion 300 constitutes a structurally vulnerable portion at the portion coupled to the pack frame 200, so that the flow of venting gas is concentrated through this vulnerable portion when the internal pressure of the pack frame 200 increases due to the venting gas. It can be induced.
  • the above-mentioned outlet (S) may be formed in such a structurally weak portion when the internal pressure of the pack frame 200 increases due to the venting gas. Meanwhile, high-pressure venting When gas is discharged to the outside of the pack frame 200 through the outlet (S), oxygen can be prevented from flowing into the pack frame 200 through the outlet (S) by the discharge pressure of the venting gas. .
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which venting gas is discharged from the battery pack 10 of FIG. 1. At this time, in FIG. 7, the venting gas is indicated by reference symbol 'V'.
  • the venting guide unit 300 may be configured to guide the pack frame 200 to spread outward as the internal pressure of the pack frame 200 increases.
  • the venting guide unit 300 can induce the formation of an outlet (S) through which the venting gas is discharged from the portion corresponding to the vulnerable portion when the internal pressure of the pack frame 200 increases due to the venting gas by configuring the aforementioned vulnerable portion. there is. At this time, the vulnerable part At one point, the pack frame 200 may be opened outward to facilitate the formation of an outlet (S) for discharging venting gas.
  • the pack frame 200 when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the pack frame 200 spreads outward, forming an outlet (S) for discharging the venting gas, so that it has a larger area than the hole-shaped outlet. Venting gas can be quickly discharged into space.
  • venting inducing portion 300 is such that when the pack frame 200 opens outward as the internal pressure of the pack frame 200 increases, the space between the cell assembly 100 and the pack frame 200 increases to one side. It can be configured to induce widening.
  • the structurally weak portion of the venting guide portion 300 coupled to the pack frame 200 may be located on one side of the pack frame 200 (eg, the upper side of the pack frame 200).
  • the gap between the venting guide portion 300 on one side of the pack frame 200 and the pack frame 200 widens, and the aforementioned outlet (S) on one side of the pack frame 200 ) can be formed.
  • the coupling between the venting inducing portion 300 and the pack frame 200 may be maintained.
  • the space between the cell assembly 100 and the pack frame 200 may become wider toward one side of the pack frame 200. That is, when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the venting path P through which the venting gas is discharged may be configured to become wider toward one side of the pack frame 200.
  • the venting path P when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the venting path P can be formed to be inclined toward one side, so that the discharge direction of the venting gas can be more easily guided in a specific direction.
  • venting guide portion 300 may be disposed between the pack frame 200 and the cell assembly 100.
  • the stress applied to the pack frame 200 due to the discharge pressure of the venting gas may be concentrated in the area facing the cell assembly 100.
  • stress is applied to the pack frame 200 due to the discharge pressure of the venting gas applied to the pack frame 200, making it easier to move between the venting guide portion 300 and the pack frame 200 at the aforementioned vulnerable portion. It can happen.
  • the discharge port S can be easily formed in the pack frame 200 by the discharge pressure of the venting gas generated due to thermal runaway of the cell assembly 100.
  • the pack frame 200 described above may include a side plate 210, an upper plate 220, and a lower plate 230.
  • the side plate 210 may form the side of the pack frame 200.
  • the venting guide portion 300 is coupled to the side plate 210 and may be disposed between the side plate 210 and the cell assembly 100. In this case, stress due to the discharge pressure of the venting gas may be concentrated on the side plate 210.
  • the side plate 210 may include a front plate 212 and a rear plate 214.
  • the front plate 212 may constitute the front side of the pack frame 200.
  • the rear plate 214 may constitute the rear side of the pack frame 200.
  • the venting guide portion 300 described above may be configured to be coupled to the front inner surface of the pack frame 200.
  • the venting guide portion 300 may be coupled to the inner surface of the front plate 212 as shown in FIGS. 2 to 7, and the rear plate 214 may be in close contact with the wall of the installation space.
  • venting guide part 300 described above may be coupled to the inner surface of the rear plate 214.
  • the front plate 212 may be in close contact with the wall of the installation space.
  • the top plate 220 may be configured to cover the top of the cell assembly 100. This upper plate 220 may be connected to the top of the side plate 210.
  • the lower plate 230 may be configured to cover the lower portion of the cell assembly 100. This lower plate 230 may be connected to the lower end of the side plate 210.
  • venting guide part 300 may be configured to be located between the pack frame 200 and the cell assembly 100, at least on one side of both sides of the cell assembly 100.
  • the stress applied to the pack frame 200 by the discharge pressure of the venting gas may be concentrated on approximately the entire area of the pack frame 200 facing the cell assembly 100.
  • venting guide part 300 and the pack are separated from the venting guide part 300 in a portion corresponding to a vulnerable part of the venting guide part 300 located on at least one side of the cell assembly 100 due to the discharge pressure of the venting gas applied to the pack frame 200. There may be a gap between frames 200.
  • the outlet (S) for discharging the venting gas can be configured to be wider, so that the venting gas can be discharged to the outside more quickly.
  • the coupling force between one area of the venting guide part 300 (e.g., the upper area of the venting guide part 300) and the pack frame 200 is the other area of the venting guide part 300 ( Example: It may be configured to be weaker than the bonding force between the lower area of the venting guide portion 300) and the pack frame 200.
  • the venting guide unit 300 may be configured to induce the outlet S to be formed between one area of the venting guide unit 300 and the pack frame 200 as the internal pressure of the pack frame 200 increases. .
  • the structurally weak portion of the venting guide portion 300 coupled to the pack frame 200 may be located in one area of the venting guide portion 300.
  • the area on one side of the venting guide part 300 and the pack frame 200 widen, and the above-described outlet S may be formed on one side of the pack frame 200. there is. Meanwhile, even when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the coupling between the other area of the venting guide part 300 and the pack frame 200 can be maintained.
  • the space between the cell assembly 100 and the pack frame 200 may become wider toward one side of the pack frame 200. That is, when the internal pressure of the pack frame 200 increases, The venting path P through which venting gas is discharged may be configured to become wider toward one side of the pack frame 200.
  • the venting path P when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the venting path P can be formed to be inclined toward one side, so that the discharge direction of the venting gas can be more easily guided in a specific direction.
  • the pack frame 200 may further include a support (E).
  • the support (E) may be configured to support one side of the venting guide portion 300 on the opposite side to the inner side of the pack frame 200 facing the cell assembly 100.
  • the connection between the support E and the venting guide part 300 may be achieved by bolting, etc., but is not limited thereto.
  • the support (E) may connect between the above-described upper plate 220 and lower plate 230.
  • the venting guide part 300 (the side of the venting guide part 300, opposite to the part coupled to the inner side of the pack frame 200) is stably supported by the support (E), the internal pressure of the pack frame 200 When increased, the space between one side of the venting guide portion 300 and the pack frame 200 can be more easily widened due to the discharge pressure of the venting gas.
  • the discharge port S in the pack frame 200 can be formed more easily by the discharge pressure of the venting gas generated due to thermal runaway of the cell assembly 100.
  • venting guide part 300 in more detail.
  • the venting guide portion 300 may include a body 320 and a flange 340.
  • the body 320 may be coupled to the support (E).
  • the part where the body 320 is coupled to the support (E) may be a part located on the opposite side of the venting inducing part 300 from the part coupled to the inner surface of the pack frame 200. Additionally, the body 320 may be formed to extend long in the vertical direction.
  • the flange 340 extends from both sides of the body 320 and may be coupled to the inner surface of the pack frame 200. Additionally, the flange 340 may be formed to extend long in the vertical direction.
  • This flange 340 may include a first part 342 and a second part 344.
  • the first part 342 may extend from one side of the body 320.
  • the second part 344 may extend from the other side of the body 320.
  • the first part 342 of the flange 340 in one area of the venting guide part 300 (e.g., the upper area of the venting guide part 300) is coupled to the inner surface of the pack frame 200
  • the second part 344 may be configured not to be coupled to the inner side of the pack frame 200.
  • the first portion 342 of the flange 340 in one area of the venting guide portion 300 may be coupled to the inner surface of the pack frame 200 through a fastening member (F, such as a bolt). .
  • the flange 340 in the other area of the venting guide 300 includes both the first part 342 and the second part 344 of the pack frame 200. It may be configured to be coupled to the inner side of. As an example, the first portion 342 and the second portion 344 of the flange 340 in the other area of the venting guide portion 300 are coupled to the inner surface of the pack frame 200 through the fastening member F. It can be.
  • the structurally weak portion of the venting guide portion 300 coupled to the pack frame 200 may be formed in one area of the venting guide portion 300 as described above. Specifically, since a portion of the flange 340 (second portion 344) in one area of the venting guide portion 300 is not coupled to the inner surface of the pack frame 200, venting occurs when the internal pressure of the pack frame 200 increases. As the space on one side of the venting guide 300 and the pack frame 200 widens due to the discharge pressure of the gas, the outlet S described above may be formed on one side of the pack frame 200. Meanwhile, even when the internal pressure of the pack frame 200 increases, the coupling between the other area of the venting guide part 300 and the pack frame 200 can be maintained.
  • the venting path P is formed to be inclined toward one side more easily, so that the discharge direction of the venting gas can be more easily guided in a specific direction.
  • the second part 344 may be configured to be located closer to the cell assembly 100 than the first part 342.
  • the second part 344 may be located between the inner surface of the pack frame 200 and the cell assembly 100, which discharges venting gas during thermal runaway.
  • the discharge pressure of the venting gas may be applied to a portion (second portion 344) of the flange 340 that is not coupled to the pack frame 200.
  • a portion of the flange 340 (first portion 342) coupled to the inner side of the pack frame 200 is a flange (first portion 342) that is not coupled to the pack frame 200. It may be disposed relatively farther from the cell assembly 100 than some parts of 340).
  • a part of the venting guide part 300 maintains some of the coupling between the venting guide part 300 and the pack frame 200.
  • an outlet (S) may be formed in a portion (second portion 344) where the venting guide portion 300 and the pack frame 200 are not coupled. there is. Accordingly, in one area of the venting guide portion 300, the inner surface of the pack frame 200 is prevented from being completely separated from the battery pack 10, and an outlet S for discharging the venting gas can be easily formed. You can.
  • FIG. 8 is an enlarged view of part C of FIG. 2
  • FIG. 9 is an enlarged view of part D of FIG. 2.
  • the battery pack 10 may further include a sealant 400.
  • the sealing agent 400 may be configured to seal between the top and the side of the pack frame 200 and between the bottom and the side of the pack frame 200.
  • the sealing agent 400 may be arranged to be spaced apart from the venting guide portion 300 in the vertical direction in the pack frame 200.
  • the sealant 400 may include a first sealing part 410 and a second sealing part 420.
  • the first sealing part 410 may be configured to seal between the side plate 210 and the top plate 220.
  • the first sealing part 410 may be arranged to be spaced apart from one side area of the venting guide part 300 (eg, an upper area of the venting guide part 300) in the vertical direction.
  • the second sealing part 420 may be configured to seal between the side plate 210 and the lower plate 230.
  • the second sealing part 420 may be arranged to be spaced apart from the other area of the venting guide part 300 (eg, the lower area of the venting guide part 300) in the vertical direction.
  • the venting gas may be discharged to the outside through an outlet S formed between one area of the venting guide 300 and the pack frame 200.
  • the sealing agent 400 is disposed to be spaced apart from one side of the venting guide portion 300 in the vertical direction, so when the cell assembly 100 thermally runs away, it can be discharged while being spaced apart from the discharge port S in the vertical direction.
  • the pack frame 200 may open outward, thereby minimizing the discharge of venting gas in the direction of the sealant 400.
  • Figure 10 is a diagram showing a battery pack 12 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 12 according to the present embodiment is similar to the battery pack 10 of the previous embodiment, redundant description of components that are substantially the same or similar to the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, the previous embodiment will be described. Let's look at the differences between .
  • the pack frame 200 may be configured so that the area facing the cell assembly 100 is thinner than other parts.
  • the area of the pack frame 200 facing the cell assembly 100 may be configured to be weak. Accordingly, when the cell assembly 100 thermally runs away, the stress due to the discharge pressure of the venting gas may be stronger on the thinner portion of the pack frame 200 than on other portions of the pack frame 200.
  • the space between one area of the venting guide portion 300 and the pack frame 200 may spread more quickly.
  • the discharge port S in the pack frame 200 can be formed more easily.
  • FIG 11 is a diagram showing a battery pack 14 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 14 according to the present embodiment is similar to the battery pack 10 of the previous embodiment, redundant description of components that are substantially the same or similar to the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, the previous embodiment will be described. Let's look at the differences between .
  • the venting guide portion 300 may be configured to be coupled to the front inner surface and the rear inner surface of the pack frame 200.
  • venting guide unit 300 may be coupled to both the inner surface of the front plate 212 and the inner surface of the rear plate 214 of the side plate 210, as shown in FIG. 11.
  • the outlet S for discharging the venting gas can be formed on both the front and rear sides of the battery pack 14, so the cell assembly In case of thermal runaway of 100, venting gas can be discharged to the outside of the battery pack 14 more quickly.
  • the battery pack 10, 12, and 14 includes, in addition to the cell assembly 100, various devices for controlling charging and discharging of the cell assembly 100, such as a battery management system (BMS) and a current sensor. and a fuse may be further provided.
  • BMS battery management system
  • At least one battery pack 10, 12, and 14 according to the present invention may be provided as an energy source to form an energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system

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Abstract

열적 이벤트가 발생한 경우에, 원하는 방향으로 벤팅 가스가 배출되게 유도하도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리와, 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 팩 프레임 및 상기 팩 프레임에 결합되고, 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 벤팅 가스에 의해 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라 상기 팩 프레임과의 결합부가 적어도 부분적으로 약화되어 상기 벤팅 가스가 상기 팩 프레임의 외부로 배출되는 배출구가 형성되게 유도하도록 구성된 벤팅 유도부를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정성이 강화된 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 9월 19일에 출원된 한국 특허 출원 번호 제10-2022-0118128호에 대한 우선권 주장 출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용의 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
여기서, 파우치형 이차전지의 파우치는 하부 시트와 이를 덮는 상부 시트로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 파우치에는 양극 및 음극과 세퍼레이터가 적층 권취되어 형성된 전극조립체가 수납된다. 그리고, 상기 전극조립체를 수납한 다음 상부 시트와 하부 시트의 가장자리를 열융착 등에 의해 실링하게 된다. 또한, 각 전극에서 인출된 전극탭이 전극 리드에 결합되고, 상기 전극 리드에는 실링부와 접촉한 부분에 절연 필름이 부가될 수 있다.
이처럼, 파우치형 이차전지는 다양한 형태로 구성할 수 있는 융통성을 가질 수 있다. 또한, 파우치형 이차전지는 보다 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 리튬 이차전지는, 전력 저장 장치(ESS: Energy Storage System) 등으로 그 응용 분야가 점차 증가하는 추세이다. 상기 리튬 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 그 자체 또는 카트리지 등에 장착한 상태로 중첩 내지 적층해 밀집 구조로 만든 후, 이를 전기적으로 연결한 셀 모듈이나 배터리 팩으로 이용이 되고 있다.
이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀 중, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트는 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 배터리 팩에 포함된 여러 배터리 셀의 열적 이벤트를 일으키게 되어, 배터리 팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 배터리 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 배터리 팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.
또한, 이러한 배터리 팩에서는 열적 이벤트가 발생된 배터리 셀 내부에서 고온 및 고압의 벤팅 가스가 발생될 수 있다. 이러한 벤팅 가스가 배터리 셀을 수용하는 배터리 팩의 팩 케이스로부터 무작위적으로 배출되는 경우, 녹는점이 낮은 팩 케이스의 접합부(예: 실링부 등이 배치됨)가 먼저 파손될 수 있다. 이 경우, 파손된 복수의 팩 케이스의 접합부를 통해 팩 케이스 내부로 산소가 유입될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 내부에서의 화재 발생 가능성이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열적 이벤트가 발생한 경우에 원하는 방향으로 벤팅 가스가 배출되게 유도하도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리와, 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 팩 프레임 및 상기 팩 프레임에 결합되고, 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 벤팅 가스에 의해 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라 상기 팩 프레임과의 결합부가 적어도 부분적으로 약화되어 상기 벤팅 가스가 상기 팩 프레임의 외부로 배출되는 배출구가 형성되게 유도하도록 구성된 벤팅 유도부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부는, 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라, 상기 팩 프레임이 외측으로 벌어지게 유도하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부는, 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라 상기 팩 프레임이 외측으로 벌어질 때, 상기 셀 어셈블리와 상기 팩 프레임 사이의 공간이 일측으로 갈수록 넓어지게 유도하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부는, 상기 팩 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부는, 상기 팩 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에서, 상기 셀 어셈블리의 양측 중 적어도 일측에 위치되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부의 일측 영역과 상기 팩 프레임 사이의 결합력은, 상기 벤팅 유도부의 타측 영역과 상기 팩 프레임 사이의 결합력보다 약하게 구성되고, 상기 벤팅 유도부는 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라, 상기 배출구가 상기 벤팅 유도부의 일측 영역과 상기 팩 프레임 사이에서 형성되게 유도하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 팩 프레임은, 상기 셀 어셈블리와 마주하는 상기 팩 프레임의 내측면과 반대측에서 상기 벤팅 유도부의 일측을 지지하도록 구성된 서포트를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 벤팅 유도부는, 상기 서포트에 결합되는 바디 및 상기 바디의 양 측으로부터 연장되고, 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되는 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 바디의 일측으로부터 연장되는 제 1 부분 및 상기 바디의 타측으로부터 연장되는 제 2 부분을 포함하고, 상기 벤팅 유도부의 일측 영역에서의 플랜지는, 상기 제 1 부분이 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되고, 상기 제 2 부분이 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되지 않게 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 2 부분은, 상기 제 1 부분보다 상기 셀 어셈블리에 가깝게 위치되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 팩은, 상기 팩 프레임의 상부와 측면 사이 및 상기 팩 프레임의 하부와 측면 사이를 실링하도록 구성된 실링제를 더 포함하고, 상기 실링제는 상기 팩 프레임에서, 상기 벤팅 유도부와 상하 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 팩 프레임은 상기 셀 어셈블리와 마주보는 영역이 다른 부분보다 두께가 얇게 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전력 저장 장치는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 팩 프레임과 벤팅 유도부가 결합되는 부분에서 구조적인 취약부를 구성함으로써, 팩 프레임 외부로 벤팅 가스가 무작위적으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스의 배출 방향을 특정 방향으로 유도할 수 있을 뿐 아니라, 팩 프레임 내부로의 산소 유입을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 팩 프레임의 내압 증가시 일측으로 갈수록 경사지게 형성된 벤팅 경로를 구성할 수 있으므로, 벤팅 가스의 배출 방향을 보다 용이하게 특정 방향으로 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 셀 어셈블리의 열 폭주시, 실링제 방향으로 벤팅 가스가 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스에 의해 실링제가 파손되는 것을 최소화하고, 팩 프레임 사이의 틈을 통해 산소가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A' 방향 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B' 방향 단면도이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩에 구비된 벤팅 유도부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 팩에서 셀 어셈블리의 열 폭주 전후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 팩으로부터 벤팅 가스가 배출되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2의 C부분 확대도이다.
도 9는 도 2의 D부분 확대도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩(10)의 일부 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A' 방향 단면도이다(상세하게는 도 3은, 도 1의 배터리 팩(10)을 A-A'선을 기준으로 XY평면에 대해 단면 처리하여 나타낸 도면이다).
또한, 도 4는 도 1의 B-B' 방향 단면도이며(상세하게는 도 4는, 도 1의 배터리 팩(10)을 B-B'선을 기준으로 XZ 평면에 대해 단면 처리하여 나타낸 도면이다), 도 5는 도 1의 배터리 팩(10)에 구비된 벤팅 유도부(300)를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1의 배터리 팩(10)에서 셀 어셈블리(100)의 열 폭주 전후의 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 도 6에서 도 6(a)는 셀 어셈블리(100)의 열 폭주 전의 배터리 팩(10)의 상태를 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 셀 어셈블리(100)의 열 폭주 후의 배터리 팩(10)의 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 배터리 팩(10)의 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 배터리 팩(10)의 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 셀 어셈블리(100), 팩 프레임(200) 및 벤팅 유도부(300)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 셀은 이차 전지를 의미할 수 있다. 이러한 배터리 셀은, 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 마련될 수 있다.
상기 팩 프레임(200)은, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용할 수 있다. 즉, 팩 프레임(200)은, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 포함할 수 있다. 일례로서, 팩 프레임(200)은, 내열성 및 강성이 강한 재질을 포함할 수 있다.
상기 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)에 결합되고, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스가 팩 프레임(200)의 외부로 배출되는 배출구(S)가 형성되게 유도하도록 구성될 수 있다.
일반적인 배터리 팩에서는, 배터리 셀 중 적어도 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이 경우, 열적 이벤트가 발생된 배터리 셀 내부에서 고온 및 고압의 벤팅 가스가 발생될 수 있다. 이러한 벤팅 가스가 배터리 셀을 수용하는 팩 프레임으로부터 무작위적으로 배출되는 경우, 벤팅 가스의 배출에 의해 내압이 낮아진 팩 프레임의 부분을 통해 팩 프레임 내부로 산소가 유입될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 내부에서의 화재 발생 가능성이 높아질 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 벤팅 유도부(300)는, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스에 의해 팩 프레임(200)의 내압이 증가됨에 따라, 팩 프레임(200)과의 결합부가 적어도 부분적으로 약화되게 구성될 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스에 의한 팩 프레임(200)의 내압 증가시, 벤팅 유도부(300)는, 벤팅 가스가 팩 프레임(200)의 외부로 배출되는 배출구(S)가 형성되게 유도하도록 구성될 수 있다.
즉, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)과 결합되는 부분에서 구조적인 취약부를 구성함으로써, 벤팅 가스에 의한 팩 프레임(200)의 내압 증가시 이러한 취약부를 통해 벤팅 가스의 흐름이 집중되도록 유도할 수 있다. 이 때, 전술한 배출구(S)는, 벤팅 가스에 의한 팩 프레임(200)의 내압 증가시 이러한 구조적인 취약부에 형성될 수 있다. 한편, 고압의 벤팅 가스가 배출구(S)를 통해 팩 프레임(200)의 외부로 배출되는 경우, 벤팅 가스의 배출압에 의해, 배출구(S)를 통해 팩 프레임(200) 내부로 산소가 유입되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)과 벤팅 유도부(300)가 결합되는 부분에서 구조적인 취약부를 구성함으로써, 팩 프레임(200) 외부로 벤팅 가스가 무작위적으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스의 배출 방향을 특정 방향으로 유도할 수 있을 뿐 아니라, 팩 프레임(200) 내부로의 산소 유입을 방지할 수 있다.
도 7은 도 1의 배터리 팩(10)으로부터 벤팅 가스가 배출되는 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 도 7에서 벤팅 가스는 참조부호 'V'와 같이 표기하기로 한다.
도 7을 참조하면, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)의 내압이 증가함에 따라, 팩 프레임(200)이 외측으로 벌어지게 유도하도록 구성될 수 있다.
일례로서, 벤팅 유도부(300)는, 전술한 취약부를 구성함으로써 벤팅 가스에 의한 팩 프레임(200)의 내압 증가시 취약부에 해당되는 부분에서 벤팅 가스가 배출되는 배출구(S)가 형성되도록 유도할 수 있다. 이 때, 상기 취약부에 해당되는 부분에서 팩 프레임(200)은, 벤팅 가스의 배출을 위한 배출구(S)의 형성이 용이하도록 외측으로 벌어질 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 팩 프레임(200)이 외측으로 벌어짐에 따라 벤팅 가스의 배출을 위한 배출구(S)가 형성되므로, 홀 형태의 배출구에 비해 보다 넓은 면적의 공간으로 벤팅 가스를 신속하게 배출할 수 있다.
특히, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)의 내압이 증가함에 따라 팩 프레임(200)이 외측으로 벌어질 때, 셀 어셈블리(100)와 팩 프레임(200) 사이의 공간이 일측으로 갈수록 넓어지게 유도하도록 구성될 수 있다.
일례로서, 벤팅 유도부(300)의 팩 프레임(200)과 결합되는 부분에서의 구조적인 취약부는, 팩 프레임(200)의 일측(예: 팩 프레임(200)의 상측)에 위치할 수 있다. 이 경우, 팩 프레임(200)의 내압 증가시, 팩 프레임(200)의 일측에서의 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200) 사이가 벌어지면서 팩 프레임(200)의 일측에서 전술한 배출구(S)가 형성될 수 있다. 한편, 취약부가 위치하지 않은 팩 프레임(200)의 타측(예: 팩 프레임(200)의 하측)에서는, 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200) 사이의 결합이 유지될 수 있다.
이에 따라, 셀 어셈블리(100)와 팩 프레임(200) 사이의 공간은, 팩 프레임(200)의 일측으로 갈수록 넓어질 수 있다. 즉, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 가스가 배출되는 벤팅 경로(P)는, 팩 프레임(200)의 일측으로 갈수록 넓어지게 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 일측으로 갈수록 경사지게 형성된 벤팅 경로(P)를 구성할 수 있으므로, 벤팅 가스의 배출 방향을 보다 용이하게 특정 방향으로 유도할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 다시 참조하면, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)과 셀 어셈블리(100) 사이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 벤팅 가스의 배출압에 의해 팩 프레임(200)에 가해지는 응력이 셀 어셈블리(100)와 마주보는 영역에 집중될 수 있다. 이 경우, 팩 프레임(200)에 가해지는 벤팅 가스의 배출압에 의해 팩 프레임(200)에 응력이 가해지면서, 전술한 취약부에서의 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200) 사이가 더욱 용이하게 벌어질 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따라 발생된 벤팅 가스의 배출압에 의해 팩 프레임(200)에서의 배출구(S) 형성이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 팩 프레임(200)은, 사이드 플레이트(210), 상부 플레이트(220) 및 하부 플레이트(230)를 포함할 수 있다.
상기 사이드 플레이트(210)는, 팩 프레임(200)의 측면을 구성할 수 있다. 이 때, 벤팅 유도부(300)는, 사이드 플레이트(210)에 결합되며, 사이드 플레이트(210)와 셀 어셈블리(100) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 벤팅 가스의 배출압에 의한 응력은 사이드 플레이트(210)에 집중될 수 있다.
구체적으로, 사이드 플레이트(210)는, 프론트 플레이트(212) 및 리어 플레이트(214)를 포함할 수 있다.
상기 프론트 플레이트(212)는, 팩 프레임(200)의 전측면을 구성할 수 있다.
상기 리어 플레이트(214)는, 팩 프레임(200)의 후측면을 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 설치 환경에 따라 배터리 팩(10)이 설치 공간의 벽에 밀착되는 경우, 전술한 벤팅 유도부(300)는 팩 프레임(200)의 전측 내부면에 결합되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 벤팅 유도부(300)는 도 2 내지 도 7에서와 같이 프론트 플레이트(212)의 내측면에 결합될 수 있고, 리어 플레이트(214)가 설치 공간의 벽에 밀착될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 전술한 벤팅 유도부(300)는 리어 플레이트(214)의 내측면에 결합될 수도 있다. 이 경우, 프론트 플레이트(212)가 설치 공간의 벽에 밀착될 수 있다.
상기 상부 플레이트(220)는, 셀 어셈블리(100)의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 상부 플레이트(220)는, 사이드 플레이트(210)의 상단과 연결될 수 있다.
상기 하부 플레이트(230)는, 셀 어셈블리(100)의 하부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 하부 플레이트(230)는, 사이드 플레이트(210)의 하단과 연결될 수 있다.
특히, 상기 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)과 셀 어셈블리(100) 사이에서, 셀 어셈블리(100)의 양측 중 적어도 일측에 위치되도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 벤팅 가스의 배출압에 의해 팩 프레임(200)에 가해지는 응력은, 팩 프레임(200)에서 셀 어셈블리(100)와 마주보는 영역의 대략 전체에 집중될 수 있다.
이 경우, 팩 프레임(200)에 가해지는 벤팅 가스의 배출압에 의해 셀 어셈블리(100)의 양측 중 적어도 일측에 위치한 벤팅 유도부(300)의 취약부에 해당되는 부분에서, 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200) 사이가 벌어질 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 가스의 배출을 위한 배출구(S)를 보다 넓게 구성할 수 있어 벤팅 가스를 보다 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
도 2 내지 도 7을 다시 참조하면, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 상측 영역)과 팩 프레임(200) 사이의 결합력은, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 하측 영역)과 팩 프레임(200) 사이의 결합력보다 약하게 구성될 수 있다. 또한, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)의 내압이 증가함에 따라, 배출구(S)가 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이에서 형성되게 유도하도록 구성될 수 있다.
즉, 벤팅 유도부(300)의 팩 프레임(200)과 결합되는 부분에서의 구조적인 취약부는, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에 위치할 수 있다. 이 경우, 팩 프레임(200)의 내압 증가시, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이가 벌어지면서, 팩 프레임(200)의 일측에서 전술한 배출구(S)가 형성될 수 있다. 한편, 팩 프레임(200)의 내압 증가시에도, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역과 팩 프레임(200) 사이의 결합은 유지될 수 있다.
이에 따라, 셀 어셈블리(100)와 팩 프레임(200) 사이의 공간은, 팩 프레임(200)의 일측으로 갈수록 넓어질 수 있다. 즉, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 가스가 배출되는 벤팅 경로(P)는, 팩 프레임(200)의 일측으로 갈수록 넓어지게 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 일측으로 갈수록 경사지게 형성된 벤팅 경로(P)를 구성할 수 있으므로, 벤팅 가스의 배출 방향을 보다 용이하게 특정 방향으로 유도할 수 있다.
특히, 팩 프레임(200)은, 서포트(E)를 더 포함할 수 있다.
상기 서포트(E)는, 셀 어셈블리(100)와 마주하는 팩 프레임(200)의 내측면과 반대측에서 벤팅 유도부(300)의 일측을 지지하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 서포트(E)와 벤팅 유도부(300) 사이의 결합은 볼팅 체결 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 서포트(E)는 전술한 상부 플레이트(220)와 하부 플레이트(230) 사이를 연결할 수 있다.
즉, 벤팅 유도부(300)의 일측(벤팅 유도부(300)에서, 팩 프레임(200)의 내측면과 결합되는 부분과 반대측)이 서포트(E)에 안정적으로 지지되므로, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 가스의 배출압에 의해 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이가 더욱 용이하게 벌어질 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따라 발생된 벤팅 가스의 배출압에 의해 팩 프레임(200)에서의 배출구(S) 형성이 보다 더 용이하게 이루어질 수 있다.
이하, 벤팅 유도부(300)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2 내지 도 7을 다시 참조하면, 벤팅 유도부(300)는, 바디(320) 및 플랜지(340)를 포함할 수 있다.
상기 바디(320)는, 서포트(E)에 결합될 수 있다. 이러한 바디(320)가 서포트(E)에 결합되는 부분은, 벤팅 유도부(300)에서 팩 프레임(200)의 내측면과 결합되는 부분과 반대측에 위치한 부분일 수 있다. 또한, 바디(320)는, 상하 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다.
상기 플랜지(340)는, 바디(320)의 양 측으로부터 연장되고, 팩 프레임(200)의 내측면에 결합될 수 있다. 또한, 플랜지(340)는, 상하 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다.
이러한 플랜지(340)는, 제 1 부분(342) 및 제 2 부분(344)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 부분(342)은, 바디(320)의 일측으로부터 연장될 수 있다.
상기 제 2 부분(344)은, 바디(320)의 타측으로부터 연장될 수 있다.
이 때, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 상측 영역)에서의 플랜지(340)는, 제 1 부분(342)이 팩 프레임(200)의 내측면에 결합되고, 제 2 부분(344)이 팩 프레임(200)의 내측면에 결합되지 않게 구성될 수 있다. 일례로서, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서의 플랜지(340)의 제 1 부분(342)은, 체결부재(F, 예: 볼트)를 통해 팩 프레임(200)의 내측면에 결합될 수 있다.
한편, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 하측 영역)에서의 플랜지(340)는, 제 1 부분(342) 및 제 2 부분(344)이 모두 팩 프레임(200)의 내측면에 결합되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역에서의 플랜지(340)의 제 1 부분(342) 및 제 2 부분(344)은, 체결부재(F)를 통해 팩 프레임(200)의 내측면에 결합될 수 있다.
이 때, 벤팅 유도부(300)의 팩 프레임(200)과 결합되는 부분에서의 구조적인 취약부는, 전술한 바와 같이 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서 플랜지(340)의 일부(제 2 부분(344))가 팩 프레임(200)의 내측면에 결합되지 않으므로, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 가스의 배출압에 의해 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이가 벌어지면서, 팩 프레임(200)의 일측에서 전술한 배출구(S)가 형성될 수 있다. 한편, 팩 프레임(200)의 내압 증가시에도, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역과 팩 프레임(200) 사이의 결합은 유지될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 일측으로 갈수록 경사지게 형성된 벤팅 경로(P)를 보다 용이하게 구성할 수 있으므로, 벤팅 가스의 배출 방향을 보다 용이하게 특정 방향으로 유도할 수 있다.
특히, 상기 제 2 부분(344)은, 제 1 부분(342)보다 셀 어셈블리(100)에 가깝게 위치되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 2 부분(344)은, 열 폭주시 벤팅 가스를 배출하는 셀 어셈블리(100)와 팩 프레임(200)의 내측면 사이에 위치할 수 있다.
즉, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서, 벤팅 가스의 배출압이 팩 프레임(200)에 결합되지 않은 플랜지(340)의 일부(제 2 부분(344))에 가해질 수 있다. 또한, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서, 팩 프레임(200)의 내측면에 결합된 플랜지(340)의 일부(제 1 부분(342))는, 팩 프레임(200)에 결합되지 않은 플랜지(340)의 일부보다 셀 어셈블리(100)로부터 상대적으로 멀게 배치될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서, 벤팅 유도부(300)의 일부(제 1 부분(342))가 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200) 사이의 결합을 일부 유지하면서도, 팩 프레임(200)이 셀 어셈블리(100)와 마주하는 부분에서는 벤팅 유도부(300)와 팩 프레임(200)이 결합되지 않은 부분(제 2 부분(344))에서 배출구(S)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역에서, 팩 프레임(200)의 내측면이 배터리 팩(10)으로부터 완전히 분리되는 것을 방지하면서도, 벤팅 가스의 배출을 위한 배출구(S)를 용이하게 형성할 수 있다.
도 8은 도 2의 C부분 확대도이고, 도 9는 도 2의 D부분 확대도이다.
도 2, 도 4, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 실링제(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 실링제(400)는, 팩 프레임(200)의 상부와 측면 사이 및 팩 프레임(200)의 하부와 측면 사이를 실링하도록 구성될 수 있다.
이 때, 이러한 실링제(400)는, 팩 프레임(200)에서, 벤팅 유도부(300)와 상하 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 실링제(400)는, 제 1 실링부(410) 및 제 2 실링부(420)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 실링부(410)는, 사이드 플레이트(210)와 상부 플레이트(220) 사이를 실링하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 이러한 제 1 실링부(410)는, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 상측 영역)과 상하 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제 2 실링부(420)는, 사이드 플레이트(210)와 하부 플레이트(230) 사이를 실링하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 이러한 제 2 실링부(420)는, 벤팅 유도부(300)의 타측 영역(예: 벤팅 유도부(300)의 하측 영역)과 상하 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주시, 벤팅 가스는 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이에서 형성된 배출구(S)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 실링제(400)는, 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 상하 방향으로 이격되어 배치되므로, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주시 배출구(S)와 상하 방향으로 이격되어 배출될 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 내압 증가시, 팩 프레임(200)은 외측으로 벌어질 수 있으므로, 실링제(400) 방향으로 벤팅 가스가 배출되는 것을 최소화할 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주시, 실링제(400) 방향으로 벤팅 가스가 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 가스에 의해 실링제(400)가 파손되는 것을 최소화하고, 팩 프레임(200) 사이의 틈을 통해 산소가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(12)을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(12)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 팩(12)에서, 팩 프레임(200)은, 셀 어셈블리(100)와 마주보는 영역이 다른 부분보다 두께가 얇게 구성될 수 있다.
즉, 본 실시예의 배터리 팩(12)에서, 팩 프레임(200)은 셀 어셈블리(100)와 마주보는 영역이 취약하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주시, 팩 프레임(200)에서 두께가 얇게 형성된 부분에 벤팅 가스의 배출압에 의한 응력이 팩 프레임(200)의 다른 부분보다 강하게 작용할 수 있다.
이에 따라, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 벤팅 유도부(300)의 일측 영역과 팩 프레임(200) 사이가 더 빠르게 벌어질 수 있다.
이러한 본 실시예의 배터리 팩(12)에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 팩 프레임(200)에서의 배출구(S) 형성이 보다 더 용이하게 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(14)을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(14)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 11을 참조하면, 상기 배터리 팩(14)에서, 벤팅 유도부(300)는, 팩 프레임(200)의 전측 내부면 및 후측 내부면에 결합되도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 배터리 팩(14)의 경우, 설치 공간의 벽에 밀착되지 않도록 구성될 수 있다. 상세하게는 벤팅 유도부(300)는, 도 11에서와 같이 사이드 플레이트(210)의 프론트 플레이트(212)의 내측면 및 리어 플레이트(214)의 내측면 모두에 결합될 수 있다.
이러한 본 실시예의 배터리 팩(14)에 의하면, 팩 프레임(200)의 내압 증가시 배터리 팩(14)의 전측과 후측 모두에서 벤팅 가스의 배출을 위한 배출구(S)가 형성될 수 있으므로, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주시 보다 신속하게 벤팅 가스를 배터리 팩(14)의 외부로 배출할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 12, 14)은 셀 어셈블리(100) 이외에, 셀 어셈블리(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예를 들어 BMS(Battery Management System), 전류 센서 및 퓨즈 등을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 12, 14)은 에너지원으로서 적어도 하나 이상 구비되어 전력 저장 장치(ESS: Energy Storage System)를 구성할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
[부호의 설명]
10, 12, 14 : 배터리 팩
100 : 셀 어셈블리
200 : 팩 프레임
E : 서포트
300 : 벤팅 유도부
320 : 바디
340 : 플랜지
342 : 제 1 부분
344 : 제 2 부분
S : 배출구
400 : 실링제

Claims (12)

  1. 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하는 팩 프레임; 및
    상기 팩 프레임에 결합되고, 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 벤팅 가스에 의해 상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라 상기 팩 프레임과의 결합부가 적어도 부분적으로 약화되어 상기 벤팅 가스가 상기 팩 프레임의 외부로 배출되는 배출구가 형성되게 유도하도록 구성된 벤팅 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라, 상기 팩 프레임이 외측으로 벌어지게 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라 상기 팩 프레임이 외측으로 벌어질 때, 상기 셀 어셈블리와 상기 팩 프레임 사이의 공간이 일측으로 갈수록 넓어지게 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 팩 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 팩 프레임과 상기 셀 어셈블리 사이에서, 상기 셀 어셈블리의 양측 중 적어도 일측에 위치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부의 일측 영역과 상기 팩 프레임 사이의 결합력은, 상기 벤팅 유도부의 타측 영역과 상기 팩 프레임 사이의 결합력보다 약하게 구성되고,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 팩 프레임의 내압이 증가함에 따라, 상기 배출구가 상기 벤팅 유도부의 일측 영역과 상기 팩 프레임 사이에서 형성되게 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 팩 프레임은,
    상기 셀 어셈블리와 마주하는 상기 팩 프레임의 내측면과 반대측에서 상기 벤팅 유도부의 일측을 지지하도록 구성된 서포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 벤팅 유도부는,
    상기 서포트에 결합되는 바디; 및
    상기 바디의 양 측으로부터 연장되고, 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되는 플랜지를 포함하고,
    상기 플랜지는,
    상기 바디의 일측으로부터 연장되는 제 1 부분; 및
    상기 바디의 타측으로부터 연장되는 제 2 부분을 포함하고,
    상기 벤팅 유도부의 일측 영역에서의 플랜지는,
    상기 제 1 부분이 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되고, 상기 제 2 부분이 상기 팩 프레임의 내측면에 결합되지 않게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 부분은,
    상기 제 1 부분보다 상기 셀 어셈블리에 가깝게 위치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 팩 프레임의 상부와 측면 사이 및 상기 팩 프레임의 하부와 측면 사이를 실링하도록 구성된 실링제를 더 포함하고,
    상기 실링제는,
    상기 팩 프레임에서, 상기 벤팅 유도부와 상하 방향으로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 팩 프레임은,
    상기 셀 어셈블리와 마주보는 영역이 다른 부분보다 두께가 얇게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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