WO2024071883A1 - 열 전파 방지구조가 개선된 팩 케이스 - Google Patents

열 전파 방지구조가 개선된 팩 케이스 Download PDF

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WO2024071883A1
WO2024071883A1 PCT/KR2023/014603 KR2023014603W WO2024071883A1 WO 2024071883 A1 WO2024071883 A1 WO 2024071883A1 KR 2023014603 W KR2023014603 W KR 2023014603W WO 2024071883 A1 WO2024071883 A1 WO 2024071883A1
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WO
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pack case
side beam
bracket
upper cover
coupled
Prior art date
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PCT/KR2023/014603
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French (fr)
Inventor
김대길
최종화
임채원
이형석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the present invention relates to a pack case that accommodates a plurality of battery modules, and relates to a pack case whose structural rigidity is strengthened so that it can withstand for a long time even when the internal pressure of the pack case increases due to a thermal runaway phenomenon occurring in the battery cells within the battery module. will be.
  • secondary batteries can be recharged and have been extensively researched and developed in recent years due to their small size and high capacity.
  • Secondary batteries are classified into coin-shaped batteries, cylindrical batteries, square-shaped batteries, and pouch-shaped batteries, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case in a secondary battery is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and a separator.
  • thermal runaway occurring in one secondary battery causes a thermal propagation phenomenon in which other secondary batteries in the surrounding area are continuously overheated.
  • thermal runaway occurs in a battery module within a battery pack
  • a large amount of conductive dust, gas, and flame are ejected from the high-voltage terminal of the battery module.
  • dust accumulates on the high-voltage terminal of other adjacent battery modules and interferes with heat transfer by gas and flame. Heat propagation phenomenon is triggered by this.
  • the internal pressure of the battery pack increases due to heat propagation generated inside the battery pack.
  • the pack case that accommodates multiple battery modules withstands a certain amount of internal pressure and resists structural deformation, but as thermal runaway and heat propagation progress, the internal pressure rises to a level that the pack case cannot handle.
  • the joints of the pack case will eventually open, and high-temperature and high-pressure dust, gas, and flame will be ejected through the gap, which may cause a fire around the battery pack. there is. Therefore, the higher the structural rigidity of the pack case, the more advantageous it is to delay the spread of heat propagation to the outside of the battery pack.
  • the pack cases can be made of thicker and stronger materials, or manufactured in a form that minimizes joints, for example, by cutting metal blocks. .
  • this method drastically increases the production cost of the pack case, and if the weight increases excessively, there is a limit to its application in fields where self-weight is important, such as automobile batteries.
  • the purpose of the present invention is to provide a pack case that can significantly strengthen structural rigidity without significantly increasing the weight of the pack case.
  • the present invention relates to a pack case, and in one example, a base plate forming a bottom surface; a side beam that is combined along the front, left, right, and left edges of the base plate to form a receiving space; and, the receiving space. an upper cover coupled to the side beam to cover the upper surface of; and a lid bracket coupled to the upper cover and the side beam.
  • the lid bracket has a bent shape that contacts both the edge of the upper cover and the upper edge of the side beam.
  • the lead bracket may be provided one for each side beam.
  • lid bracket may be coupled to the upper cover and the side beam using a detachable fastening member or welding.
  • the lead bracket along with the upper cover, may be collectively fixed to the side beam by a fastening member.
  • a gasket may be provided on the contact surface between the side beam and the top cover.
  • the side beams further include a corner bracket coupled along the height direction of the edges where the side beams come into contact with each other.
  • the corner bracket may have a bent shape that contacts all of the side beams that are in contact with each other.
  • corner bracket may be coupled to the side beam using a detachable fastening member or welding.
  • heat-resistant silicon may be interposed on the contact surface between the side beams.
  • a brazing material may be interposed on the contact surface between the corner bracket and the side beam.
  • the pack case of the present invention having the above-mentioned configuration includes the lead bracket and /or the fixing force of the top cover and/or side beam is strengthened by the corner bracket, thereby more effectively suppressing leakage of dust or gas, etc.
  • the present invention can improve the pressure resistance performance of the pack case simply by adding a bent lead bracket and/or corner bracket without constructing the pack case with a thicker and stronger material, thereby reducing the manufacturing cost and process.
  • FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a pack case according to the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing one embodiment of mounting a lead bracket.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the mounting structure of the lead bracket.
  • Figure 4 is a view showing one embodiment of mounting a corner bracket.
  • Figure 5 is a view showing a state in which a corner bracket is mounted between side beams.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing an embodiment in which heat-resistant silicon is interposed between side beams.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a brazing material is interposed between a corner bracket and a side beam.
  • the present invention relates to a pack case, and in one example, a base plate forming a bottom surface, a side beam that is combined along the front, left, right, and left edges of the base plate to form a receiving space, and an upper surface of the receiving space. It includes an upper cover coupled to the side beam to cover, and a lid bracket coupled to the upper cover and the side beam.
  • the lid bracket has a bent shape that contacts both the edge of the upper cover and the upper edge of the side beam.
  • the pack case of the present invention having this configuration is maintained by the upper part by the lead bracket even when thermal runaway occurs in the battery module mounted in the accommodation space and the internal pressure increases excessively as a large amount of conductive dust, gas, and flame are ejected. By strengthening the fixing force of the cover, leakage of dust, etc. is more effectively suppressed.
  • the present invention can improve the pressure resistance performance of the pack case simply by adding a bent lead bracket rather than constructing the pack case with a thicker and stronger material, thereby improving manufacturing cost, process efficiency, and battery pack efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a pack case 100 according to the present invention.
  • the pack case 100 refers to a case of the battery pack 10 on which a plurality of battery modules 200 are mounted.
  • the pack case 100 forms a space for accommodating a plurality of battery modules 200 and has a frame structure that protects the mounted battery modules 200 and at the same time secures the structural rigidity of the battery pack 10.
  • the battery pack 10 shown as an example in FIG. 1 is equipped with a total of eight battery modules 200, and the front of the battery modules 200 is oriented toward the center beam 130 crossing the center of the pack case 100. are arranged to face.
  • a high-voltage terminal for connecting a bus bar is disposed on the front of the battery module 200, and a thermal barrier 210 to protect it is mounted on the battery module 200.
  • the pack case 100 includes a base plate 110 forming a bottom surface, and side beams 120 that are respectively combined along the front, left, right, and left edges of the base plate 110 to form a receiving space.
  • a base plate 110 forming a bottom surface
  • side beams 120 that are respectively combined along the front, left, right, and left edges of the base plate 110 to form a receiving space.
  • four side beams 120 are provided.
  • the side beams 120 forming the side walls of the pack case 100, two of which will be referred to as the front beam and rear beam, respectively, according to the front and rear positioning defined for the battery pack 10. It may be possible.
  • the pack case 100 includes an upper cover 140 coupled to the side beam 120 to cover the upper surface of the accommodation space where the battery module 200 is mounted.
  • a gasket 150 may be interposed between the side cover and the top cover 140 to seal the contact surface between them.
  • the conventional pack case used a fastening member 500 that detachable the upper cover 140 from the side beam 120, for example, the bolt shown in FIG. 1.
  • the bolt passes through the fastening hole 142 formed in the upper cover 140 and is fastened to the screw hole 122 formed on the upper surface of the side beam 120.
  • the fixing force of the fastening member 500 provides sufficient adhesion to the gasket 150, so that the airtightness of the battery pack is faithfully maintained.
  • the fixing force of the fastening member 500 is weakened by the pressure, and a gap is created between the gaskets 150, thereby preventing dust and gas. , flames erupt outward.
  • oxygen is supplied through the gap formed in the upper cover 140, a problem occurs in which the flame inside the pack case 100 grows more intensely.
  • the pack case 100 of the present invention includes a lid bracket 300 to reinforce the fixing force of the upper cover 140.
  • the lead bracket 300 is coupled to the upper cover 140 and the side beam 120.
  • the lead bracket 300 is attached to the edge of the upper cover 140 and the upper corner of the side beam 120. They all form a bent shape that touches each other.
  • the lead bracket 300 in this bent form is formed along the edge of the pack case 100 where the upper cover 140 and the side beam 120 are in contact, with one bent surface coupled to the upper cover 140 and the other bent. The surface provides additional fixing force to the upper cover 140 by being coupled to the side beam 120.
  • lid bracket 300 Due to the additional fixing force provided by the lid bracket 300, even when the internal pressure of the pack case 100 increases excessively, good adhesion between the upper cover 140 and the gasket 150 is maintained, thereby preventing the leakage of dust or gas. This is suppressed or delayed more effectively.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of mounting the lead bracket 300.
  • one lead bracket 300 is provided for each side beam 120. Since the lead bracket 300 has a bent shape, rather than manufacturing one side beam 120 across a plurality of side beams 120, the lead bracket 300 is installed for each side beam 120. It may be advantageous to allocate them one by one.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the mounting structure of the lead bracket 300.
  • the lead bracket 300 may be coupled to the upper cover 140 and the side beam 120 using a detachable fastening member 500, for example, a bolt shown in the drawing.
  • the lead bracket 300 can also be mounted using welding.
  • the detachable fastening member 500 there is an advantage that it is easy to maintain and repair the inside of the battery pack 10 by removing the lead bracket 300 and the upper cover 140, and also as shown in Figure 3 and Likewise, it is advantageous in that workability is improved because the lead bracket 300 can be collectively fixed to the side beam 120 using the fastening member 500 together with the upper cover 140.
  • the second embodiment of the present invention is an embodiment that can further strengthen the pressure resistance performance of the pack case 100, and further includes a corner bracket 400 that reinforces the fastening structure between the side beams 120.
  • Figure 4 is a diagram showing an embodiment of mounting the corner bracket 400, and the corner bracket 400 is coupled along the height direction of the edge where the side beams 120 come into contact with each other. Since the contact surface between the side beams 120 is not very large, a separate gasket is generally not installed. However, when the internal pressure increases due to thermal runaway, the space between the side beams 120 is excited and dust and gas are ejected.
  • a corner bracket 400 is mounted to prevent leakage between the side beams 120.
  • the corner bracket 400 has a bent shape that contacts the side beams 120 that are in contact with each other on both sides, and is combined along the height direction of the corner where the side beams 120 are in contact with each other to increase the fixing force between the side beams 120. strengthen.
  • Figure 5 is a diagram showing a state in which the corner bracket 400 is mounted between the side beams 120. As the fixing force between the side beams 120 is improved, even when a strong internal pressure is applied, the corner bracket 400 is mounted between the side beams 120. is less likely to spread, and thus the ejection of dust and gas between the side beams 120 is suppressed.
  • corner bracket 400 is coupled to the side beam 120 by a detachable fastening member 500, but as described in the first embodiment, the corner bracket 400 is connected to the side beam 120 through welding. It is also possible to join (400) to the side beam (120).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment in which heat-resistant silicon 600 is interposed between side beams 120.
  • heat-resistant silicon 600 may be interposed on the contact surface between the side beams 120. The heat-resistant silicon 600 maintains good adhesion between the side beams 120 even in a high-temperature environment, thereby further suppressing leakage of discharged material from the battery module 200.
  • a brazing material 610 may be interposed on the contact surface between the corner bracket 400 and the side beam 120. That is, brazing processing can be performed on the contact surface between the corner bracket 400 and the side beam 120.
  • a thin brazing material is inserted into the inner surface of the corner bracket 400 and fastened to the side beam 120, and then the brazing material 610 is applied to the contact surface between the corner bracket 400 and the side beam 120 by applying heat to an appropriate temperature.
  • the brazing material 610 which is melted to fill the gap and then solidified, not only strengthens the fixing force of the corner bracket 400 but also improves airtightness.
  • gasket 200 battery module
  • thermal barrier 300 lead bracket

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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

개시되는 팩 케이스는, 하나의 예에서, 바닥면을 이루는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 빔과, 상기 수용공간의 상면을 덮도록 상기 사이드 빔에 결합하는 상부 커버, 및 상기 상부 커버와 사이드 빔에 결합하는 리드 브래킷을 포함한다.

Description

열 전파 방지구조가 개선된 팩 케이스
본 발명은 복수의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스에 관한 것으로서, 배터리 모듈 내의 전지 셀에서 발생한 열 폭주 현상에 의해 팩 케이스의 내압이 상승한 경우에도 장시간 견딜 수 있도록 그 구조적 강성이 강화된 팩 케이스에 관한 것이다.
본 출원은 2022. 09. 30일자 대한민국 특허출원 제10-2022-0124853호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도 상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도 상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.
또한, 이차전지가 모듈이나 팩의 형태로서 집단을 이루고 있는 경우에는 어느 하나의 이차전지에 발생한 열 폭주에 의해 주변의 다른 이차전지가 연속적으로 과열되는 열 전파(Thermal Propagation) 현상이 일어나게 된다. 즉, 배터리 팩 내의 배터리 모듈에서 열 폭주 발생시, 배터리 모듈의 고전압 단자에서 다량의 전도성 분진과 가스, 화염이 분출되며, 이에 따라 인접한 다른 배터리 모듈의 고전압 단자에 분진이 쌓이고 가스와 화염에 의한 열전달에 의해 열 전파 현상이 촉발된다.
배터리 팩 내부에서 발생한 열 전파에 의해 배터리 팩의 내압이 상승한다. 복수의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스는 어느 정도의 내압에 견뎌 구조적 변형에 저항하지만, 열 폭주와 열 전파의 진행에 따라 내압은 팩 케이스가 감당할 수 없을 정도까지 올라가게 된다.
내압이 팩 케이스의 구조적 강성의 한계 이상으로 상승하면 결국 팩 케이스의 이음매가 벌어지게 되고, 벌어진 틈새로 고온·고압의 분진과 가스, 화염이 분출되며, 이로 인해 배터리 팩 주변에 화재를 야기할 수 있다. 따라서, 팩 케이스의 구조 강성이 높을수록 열 전파가 배터리 팩 외부로까지 확산되는 것을 지연시키는데 유리하다.
이러한 팩 케이스의 우수한 구조 강성을 확보하기 위해서라면, 더 두껍고 강한 재질로 팩 케이스를 구성하거나, 이음매를 최소화할 수 있는 형태, 예를 들어 금속 블록을 절삭가공하는 방식으로 팩 케이스를 제조할 수도 있다. 그러나, 이러한 방법은 팩 케이스의 생산 단가를 급격히 증가시키고, 또한 중량이 과도하게 증가하면 자동차용 배터리와 같이 자체 중량이 중요한 분야에서는 적용하기에 한계가 있다.
본 발명은 팩 케이스의 중량을 크게 증가시키지 않으면서도 구조 강성을 현저히 강화할 수 있는 팩 케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 팩 케이스에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 바닥면을 이루는 베이스 플레이트;와, 상기 베이스 플레이트의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 빔;과, 상기 수용공간의 상면을 덮도록 상기 사이드 빔에 결합하는 상부 커버; 및 상기 상부 커버와 사이드 빔에 결합하는 리드 브래킷을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리드 브래킷은, 상기 상부 커버의 가장자리와 상기 사이드 빔의 상부 모서리에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루고 있다.
그리고, 상기 리드 브래킷은, 상기 사이드 빔마다 하나씩 구비될 수 있다.
그리고, 상기 리드 브래킷은, 상기 상부 커버와 상기 사이드 빔에 대해 분리가능한 체결부재나 또는 용접으로 결합할 수 있다.
또한, 상기 리드 브래킷은, 상기 상부 커버와 함께 체결부재에 의해 상기 사이드 빔에 대해 일괄 고정될 수 있다.
그리고, 상기 사이드 빔과 상부 커버의 접촉면에는 개스킷이 개재될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 사이드 빔이 서로 맞닿은 모서리의 높이방향을 따라 결합하는 코너 브래킷을 더 포함한다.
상기 코너 브래킷은, 서로 맞닿은 사이드 빔에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이룰 수 있다.
그리고, 상기 코너 브래킷은, 상기 사이드 빔에 대해 분리가능한 체결부재나 또는 용접으로 결합할 수 있다.
그리고, 상기 사이드 빔끼리의 접촉면에는 내열 실리콘이 개재될 수 있다.
그리고, 상기 코너 브래킷과 상기 사이드 빔 사이의 접촉면에는 브레이징 소재가 개재될 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 팩 케이스는, 수용공간에 탑재된 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생하여 다량의 전도성 분진과 가스, 화염이 분출됨에 따라 내압이 과도하게 상승하는 경우에도 리드 브래킷 및/또는 코너 브래킷에 의해 상부 커버 및/또는 사이드 빔의 고정력이 강화됨으로써 분진이나 가스 등의 누출이 더욱 효과적으로 억제된다.
특히, 본 발명은, 더 두껍고 강한 재질로 팩 케이스를 구성하지 않고, 절곡된 형태의 리드 브래킷 및/또는 코너 브래킷을 추가하는 것만으로도 팩 케이스의 내압 성능을 개선할 수 있으므로, 제조비용이나 공정효율, 배터리 팩의 중량 증가에 있어서도 과도한 부담이 없다는 장점이 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 팩 케이스의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 2는 리드 브래킷을 장착하는 일 실시형태를 도시한 도면.
도 3은 리드 브래킷의 장착 구조를 도시한 단면도.
도 4는 코너 브래킷을 장착하는 일 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 사이드 빔 사이에 코너 브래킷이 장착된 상태를 도시한 도면.
도 6은 사이드 빔 사이에 내열 실리콘이 개재되는 실시형태를 도시한 단면도.
도 7은 코너 브래킷과 사이드 빔 사이에 브레이징 소재가 개재되는 실시형태를 도시한 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 팩 케이스에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 바닥면을 이루는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 빔과, 상기 수용공간의 상면을 덮도록 상기 사이드 빔에 결합하는 상부 커버, 및 상기 상부 커버와 사이드 빔에 결합하는 리드(Lid) 브래킷을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 리드 브래킷은, 상기 상부 커버의 가장자리와 상기 사이드 빔의 상부 모서리에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루고 있다.
이러한 구성을 구비한 본 발명의 팩 케이스는, 수용공간에 탑재된 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생하여 다량의 전도성 분진과 가스, 화염이 분출됨에 따라 내압이 과도하게 상승하는 경우에도 리드 브래킷에 의해 상부 커버의 고정력이 강화됨으로써 분진 등의 누출이 더욱 효과적으로 억제된다.
특히, 본 발명은, 더 두껍고 강한 재질로 팩 케이스를 구성하지 않고, 절곡된 형태의 리드 브래킷을 추가하는 것만으로도 팩 케이스의 내압 성능을 개선할 수 있으므로, 제조비용이나 공정효율, 배터리 팩의 중량 증가에 있어서도 과도한 부담이 없다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 팩 케이스의 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명에 따른 팩 케이스(100)의 일 실시형태를 도시한 도면이다. 팩 케이스(100)는, 복수의 배터리 모듈(200)을 탑재하는 배터리 팩(10)의 케이스를 지칭한다. 팩 케이스(100)는 복수의 배터리 모듈(200)을 수용하는 공간을 형성하면서 탑재된 배터리 모듈(200)을 보호하는 동시에 배터리 팩(10)의 구조적 강성을 확보할 수 있는 프레임 구조로 짜여진다. 도 1에 예시적으로 도시된 배터리 팩(10)은 총 8개의 배터리 모듈(200)을 탑재하고 있으며, 팩 케이스(100) 중앙을 가로지르는 센터 빔(130) 쪽으로 배터리 모듈(200)의 전면이 향하도록 배열되어 있다. 배터리 모듈(200)의 전면에는 버스바를 연결하기 위한 고전압 단자가 배치되며, 이를 보호하기 위한 써멀 배리어(210)가 배터리 모듈(200)에 장착되어 있다.
팩 케이스(100)는, 바닥면을 이루는 베이스 플레이트(110)와, 베이스 플레이트(110)의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 빔(120)을 포함한다. 육면체 형태의 팩 케이스(100)를 이루기 위해, 사이드 빔(120)은 4개가 구비되어 있다. 여기서, 팩 케이스(100)의 측벽을 이루는 사이드 빔(120)은, 배터리 팩(10)에 대해 정의된 전면과 후면의 위치지정에 따라, 그 중 2개는 각각 프론트 빔과 리어 빔으로 지칭될 수도 있다.
그리고, 팩 케이스(100)는 배터리 모듈(200)이 탑재되는 수용공간의 상면을 덮도록 사이드 빔(120)에 결합하는 상부 커버(140)를 포함한다. 사이드 커버와 상부 커버(140) 사이의 접촉면을 밀봉하도록 그 사이에 개스킷(150)이 개재될 수 있다.
종래의 팩 케이스는 상부 커버(140)를 사이드 빔(120)에 대해 분리가능한 체결부재(500), 예를 들어 도 1에 도시된 볼트를 사용하였다. 볼트는 상부 커버(140)에 형성된 체결홀(142)을 관통하여 사이드 빔(120)의 상면에 형성된 나사구멍(122)에 체결된다.
이러한 종래의 구조에 의하면, 배터리 모듈(200)이 정상적으로 작동하느 경우에는 체결부재(500)의 고정력이 개스킷(150)에 대해 충분한 밀착력을 제공함으로써 베터리 팩의 기밀이 충실히 유지된다. 그러나, 배터리 모듈(200)에 발생한 열 폭주로 인해 팩 케이스(100)의 내압이 상승하면, 압력에 의해 체결부재(500)의 고정력이 약해지면서 개스킷(150) 사이에 간극이 생김으로써 분진과 가스, 화염이 외부로 분출된다. 또한, 상부 커버(140)에 생긴 간극으로 산소가 공급됨으로써 팩 케이스(100) 내부의 화염이 더욱 거세게 성장하게 되는 문제도 발생한다.
본 발명의 팩 케이스(100)는 상부 커버(140)의 고정력을 보강하기 위한 리드 브래킷(300)을 포함한다. 리드 브래킷(300)은 상부 커버(140)와 사이드 빔(120)에 결합하는 것으로서, 도시된 실시형태에서 리드 브래킷(300)은 상부 커버(140)의 가장자리와 사이드 빔(120)의 상부 모서리에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루고 있다. 이와 같이 절곡된 형태의 리드 브래킷(300)은 상부 커버(140)와 사이드 빔(120)이 맞닿은 팩 케이스(100)의 테두리를 따라, 한쪽 절곡면은 상부 커버(140)에 결합하고 다른 쪽 절곡면은 사이드 빔(120)에 결합함으로써 상부 커버(140)에 대한 추가적인 고정력을 제공하게 된다.
리드 브래킷(300)에 의한 추가 고정력에 의해, 팩 케이스(100)의 내압이 과도하게 상승하는 경우에도 상부 커버(140)와 개스킷(150) 사이의 밀착력이 양호하게 유지됨으로써 분진이나 가스 등의 누출이 더욱 효과적으로 억제 내지 지연된다.
그리고, 리드 브래킷(300) 자체의 중량과 부피가 그리 크지 않기 때문에, 더 두껍고 강한 재질로 팩 케이스(100)를 구성하지 않고 절곡된 형태의 리드 브래킷(300)을 추가하는 것만으로도 팩 케이스(100)의 내압 성능을 개선할 수 있으므로, 제조비용이나 공정효율, 배터리 팩(10)의 중량 증가에 있어서도 과도한 부담이 없다.
도 2는 리드 브래킷(300)을 장착하는 일 실시형태를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 리드 브래킷(300)은 사이드 빔(120)마다 하나씩 구비되어 있다. 리드 브래킷(300)이 절곡된 형태를 이루고 있기 때문에 복수의 사이드 빔(120)에 걸쳐서 하나의 사이드 빔(120)이 결합하는 형태로 제작하는 것보다는 사이드 빔(120)마다 리드 브래킷(300)을 하나씩 할당하는 것이 유리할 수 있다.
도 3은 리드 브래킷(300)의 장착 구조를 도시한 단면도이다. 전술한 바와 같이, 리드 브래킷(300)은 상부 커버(140)와 사이드 빔(120)에 대해 분리가능한 체결부재(500), 예를 들어 도면에 도시된 볼트를 사용하여 결합할 수 있다. 이러한 체결부재(500) 외에도 용접을 이용하여 리드 브래킷(300)을 장착할 수도 있다. 그러나, 분리가능한 체결부재(500)를 사용하는 경우에는 리드 브래킷(300)과 상부 커버(140)를 탈거하여 배터리 팩(10) 내부를 유지·보수하기가 용이하다는 이점이 있고, 또한 도 3과 같이 리드 브래킷(300)을 상부 커버(140)와 함께 체결부재(500)로 사이드 빔(120)에 대해 일괄 고정될 수 있기 때문에 작업성이 좋아진다는 점에서도 유리하다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태는 팩 케이스(100)의 내압성능을 더욱 강화할 수 있는 실시형태로서, 사이드 빔(120) 사이의 체결구조를 보강하는 코너 브래킷(400)을 더 포함한다.
도 4는 코너 브래킷(400)을 장착하는 일 실시형태를 도시한 도면으로서, 코너 브래킷(400)은 사이드 빔(120)이 서로 맞닿은 모서리의 높이방향을 따라 결합한다. 사이드 빔(120) 사이의 접촉면은 그리 크지 않기 때문에 일반적으로 별도의 개스킷이 설치되지 않지만, 열 폭주에 의해 내압이 상승하면 사이드 빔(120) 사이가 들떠 분진과 가스 등이 분출된다.
이러한 사이드 빔(120) 사이에서의 누설을 방지하기 위해 코너 브래킷(400)이 장착된다. 코너 브래킷(400)은 양쪽으로 서로 맞닿은 사이드 빔(120)에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루고 있으며, 사이드 빔(120)이 서로 맞닿은 모서리의 높이방향을 따라 결합함으로써 사이드 빔(120) 사이의 고정력을 강화한다.
도 5는 사이드 빔(120) 사이에 코너 브래킷(400)이 장착된 상태를 도시한 도면이며, 사이드 빔(120)끼리의 고정력이 향상됨에 따라 강한 내압이 작용하는 경우에도 사이드 빔(120) 사이가 좀처럼 벌어지지 않게 되고, 따라서 사이드 빔(120) 사이로 분진과 가스 등의 분출이 억제된다.
그리고, 도 4 및 도 5에는 코너 브래킷(400)이 분리가능한 체결부재(500)에 의해 사이드 빔(120)에 결합하는 것으로 도시되어 있지만, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 용접을 통해 코너 브래킷(400)을 사이드 빔(120)에 접합하는 것도 가능하다.
도 6은 사이드 빔(120) 사이에 내열 실리콘(600)이 개재되는 실시형태를 도시한 단면도이다. 코너 브래킷(400)으로 팩 케이스(100)의 높이방향 모서리의 고정성을 향상하는 것과 더불어 사이드 빔(120)끼리의 접촉면에는 내열 실리콘(600)이 개재될 수 있다. 내열 실리콘(600)에 의해 고온 환경에서도 사이드 빔(120) 사이의 밀착상태가 양호하게 유지되고, 이로써 배터리 모듈(200)의 분출물이 누설되는 것이 더욱 억제된다.
그리고, 코너 브래킷(400)과 사이드 빔(120) 사이의 밀착성을 향상시키기 위해, 코너 브래킷(400)과 사이드 빔(120) 사이의 접촉면에는 브레이징 소재(610)가 개재될 수 있다. 즉, 코너 브래킷(400)과 사이드 빔(120) 사이의 접촉면에 대해 브레이징 처리를 수행할 수 있다. 코너 브래킷(400) 내면에 얇은 경납땜 재료를 끼워서 사이드 빔(120)에 체결한 후 적정 온도로 열을 가함으로써 코너 브래킷(400)과 사이드 빔(120) 사이의 접촉면에 브레이징 소재(610)를 개재할 수 있으며, 용융되어 틈새를 메운 후 고화된 브레이징 소재(610)에 의해 코너 브래킷(400)의 고정력이 더욱 강해지는 것은 물론 기밀성까지 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[부호의 설명]
10: 배터리 팩 100: 팩 케이스
110: 베이스 플레이트 120: 사이드 빔
122: 나사구멍 130: 센터 빔
140: 상부 커버 142: 체결홀
150: 개스킷 200: 배터리 모듈
210: 써멀 배리어 300: 리드 브래킷
400: 코너 브래킷 500: 체결부재
600: 내열 실리콘 610: 브레이징 소재

Claims (11)

  1. 바닥면을 이루는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 빔;
    상기 수용공간의 상면을 덮도록 상기 사이드 빔에 결합하는 상부 커버; 및
    상기 상부 커버와 사이드 빔에 결합하는 리드 브래킷;
    을 포함하는 팩 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 브래킷은,
    상기 상부 커버의 가장자리와 상기 사이드 빔의 상부 모서리에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 브래킷은,
    상기 사이드 빔마다 하나씩 구비되는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리드 브래킷은,
    상기 상부 커버와 상기 사이드 빔에 대해 분리가능한 체결부재나 또는 용접으로 결합하는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리드 브래킷은,
    상기 상부 커버와 함께 체결부재에 의해 상기 사이드 빔에 대해 일괄 고정되는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 빔과 상부 커버의 접촉면에는 개스킷이 개재되는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 빔이 서로 맞닿은 모서리의 높이방향을 따라 결합하는 코너 브래킷을 더 포함하는 팩 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코너 브래킷은,
    서로 맞닿은 사이드 빔에 모두 접촉하는 절곡된 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코너 브래킷은,
    상기 사이드 빔에 대해 분리가능한 체결부재나 또는 용접으로 결합하는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 사이드 빔끼리의 접촉면에는 내열 실리콘이 개재되는 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 코너 브래킷과 상기 사이드 빔 사이의 접촉면에는 브레이징 소재가 개재된 것을 특징으로 하는 팩 케이스.
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