WO2024106863A1 - 배터리 팩 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery pack, and is characterized in that it prevents high temperature heat generated due to thermal runaway of some of the received battery modules from spreading to other normal battery modules through the base plate corresponding to the bottom of the battery pack. do.
- Lithium secondary batteries have risks such as explosion and fire due to heat generation, so ensuring safety is one of the important tasks. If you do not respond appropriately when such an abnormality occurs, the internal temperature of the secondary battery will rise rapidly due to heat generation, and the rapid rise in temperature may cause thermal runaway, which may lead to the explosion of the secondary battery and damage adjacent secondary batteries. There is a problem that it can spread and cause significant damage to the battery pack.
- FIG. 1 shows a pack case 20 constituting a conventional battery pack and an upper cover 10 coupled to the pack case 20.
- the lower portion of the plurality of battery modules M is supported by the base plate 30 and the side portions are supported by the side wall 40 and the partition wall 50. Therefore, each battery module M can be protected in all directions by the base plate 30 supporting the lower part, the upper cover 10 covering the upper part, and the side wall 40 and partition wall 50 supporting the side parts.
- the present invention was created to solve the above problems, and is a battery structure that can prevent high temperature heat generated by thermal runaway of some battery modules among a plurality of battery modules accommodated from spreading to other normal battery modules.
- the purpose is to provide a pack.
- a battery pack in which a battery module is accommodated, comprising: a pack case including a module area in which the battery module can be seated; and an upper cover coupled to the pack case to cover the top of each battery module seated in the pack case. It includes: a base plate supporting a lower portion of the battery module; and a side wall coupled along an edge of the base plate; It provides a battery pack, wherein the base plate is thinner than the upper cover.
- the base plate may be deformed by a change in at least one of pressure and temperature in the module area.
- the pack case includes a main partition crossing the center and coupled to the base plate; and a sub-bulkhead, each end of which is coupled to the main partition and the side wall, and coupled to the base plate at a predetermined interval along the longitudinal direction of the main partition. It may further include, and the module area may be formed in plurality by dividing the main partition and the sub partition.
- the pack case further includes a support block protruding from a boundary between the sub-partition wall and the base plate, and the battery module further includes protrusions protruding to be supported on top of the support block on both sides, and the battery module is It may be fixed to the pack case by a bolt member that penetrates the protrusion and is screwed to the support block.
- the pack case further includes a fixing member coupled to the sub-partition wall and a battery module seated adjacent to the sub-partition wall, and the battery module is fixed to the sub-partition wall by screwing an upper end and an end of the fixing member. You can.
- the fixing member may be screwed to the battery modules located on both sides of the sub-partition wall across the sub-partition wall.
- the fixing member may be screwed and fixed to the top of the sub-partition wall.
- Each module area may be sealed by the main partition and sub partition.
- the base plate is formed by combining a plurality of support plates corresponding to each module area, and each support plate may be deformed by a change in at least one of pressure and temperature of the corresponding module area.
- the base plate may include a plurality of protrusions protruding upward.
- the protrusions may be formed dispersedly on the upper part of the base plate in the form of dots, or may be formed in the form of a line extending side by side in one direction on the upper part of the base plate.
- the point-shaped protrusion may protrude in either a horn shape or a pillar shape.
- the linear protrusion may be extended in either a straight line or a curved line.
- the base plate may have at least the strength to withstand the weight of the battery module.
- the base plate may swell outward due to the pressure of gas generated in the module area.
- the stability of the battery pack can be improved by preventing the propagation of the heat.
- Figure 1 shows a conventional battery pack.
- Figure 2 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
- Figure 3 shows a pack case of the present invention and a plurality of battery modules mounted on the pack case.
- Figure 4 shows a perspective view of a modified example of the pack case of the present invention.
- Figure 5 shows a cross section of the pack case and top cover of Figure 4.
- Figure 6 shows the combination of the pack case and top cover of Figure 5.
- FIG. 7 shows a phenomenon in which one of the plurality of battery modules accommodated in the battery pack of FIG. 6 undergoes thermal runaway.
- Figure 8 is a perspective view of a pack case included in a battery pack according to a second embodiment of the present invention to which a fixing member is applied.
- Figure 9 shows a cross section of the pack case and top cover of Figure 8.
- Figure 10 shows the pack case of Figure 9 combined with the top cover.
- FIG. 11 shows that thermal runaway occurred in some battery modules among the plurality of battery modules accommodated in the battery pack of FIG. 10.
- Figure 12 shows a cross section of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 13 shows that thermal runaway occurred in some battery modules among the plurality of battery modules included in the battery pack of FIG. 12.
- Figure 14 is a perspective view of a pack case included in a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention.
- Figure 15 shows a cross section of the pack case and top cover of Figure 14 combined.
- FIG. 16 shows that thermal runaway occurred in some battery modules among the plurality of battery modules included in the battery pack of FIG. 15.
- the present invention relates to a battery pack in which a battery module (M) is accommodated, and the high temperature heat generated due to thermal runaway of some of the battery modules (M) among the accommodated battery modules (M) is transmitted to the base plate corresponding to the bottom of the battery pack ( It is characterized in that it prevents propagation to other normal battery modules (M) through 110).
- FIGS. 2 to 6 relate to a battery pack according to a first embodiment of the present invention
- FIGS. 7 to 10 relate to a battery pack according to a second embodiment of the present invention
- FIGS. 11 to 12 relate to a battery pack according to a first embodiment of the present invention
- 13 to 15 relate to a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention.
- Figure 2 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
- the battery pack of the present invention includes a pack case 100 and an upper cover 200, as shown in FIG. 2 above.
- the pack case 100 includes a module area 150 where the battery modules M can be seated, and supports the sides and bottom of each seated battery module M and protects them from the outside.
- the pack case 100 includes a base plate 110 supporting the lower part of the battery module M and a side wall 120 coupled along the edge of the base plate 110, as shown in FIG. 2(a). Includes.
- the base plate 110 corresponds to the bottom of the pack case 100 and serves to support and protect the lower part of the seated battery module (M).
- the side wall 120 supports the sides of the plurality of battery modules M mounted on the base plate 110 and serves to protect them from the outside.
- Figure 3 shows the pack case 100 of the present invention and a plurality of battery modules (M) mounted on the pack case 100.
- the pack case 100 of the present invention is as shown in Figures 2 and 3.
- a main partition wall 130 is coupled to the base plate 110 across the center, and both ends are coupled to the main partition wall 130 and the side walls 120, respectively, and are spaced apart at a predetermined distance along the length of the main partition wall 130.
- the main partition wall 130 crosses the inner space of the pack case 100 and largely divides the space in which the battery module (M) is seated into two spaces, and the sub partition wall 140 is formed by the main partition wall 130. The partitioned space is divided again into multiple parts.
- Various conductors and bus bars used in the battery pack may be inserted or installed inside the main partition wall 130, or the inside of the main partition wall 130 may be empty.
- the sub-partition wall 140 partitions the plurality of battery modules M located on one side of the main partition wall 130 so that they can be separated from each other.
- the module area 150 of the present invention is formed by dividing the main partition wall 130 and the sub partition wall 140.
- One battery module M may be seated in each module area 150 formed by the main partition wall 130 and the sub partition wall 140.
- the battery module M accommodated in the module area 150 may be fixed to the pack case 100 for more stable installation.
- Figure 4 is a perspective view showing a modified example of the pack case 100 of the present invention
- Figure 5 is a cross-section of the pack case 100 and the top cover 200 of Figure 4
- Figure 6 is a perspective view of the pack case 100 of Figure 5. This shows the combination of the pack case 100 and the top cover 200.
- the battery module M used in the battery pack of the present invention may include protrusions M1 protruding on both sides as shown in FIGS. 4 and 5 above.
- the pack case 100 on which the battery module M of the above type is mounted may further include a support block 160 protruding from the boundary between the sub partition wall 140 and the base plate 110. Specifically, the battery module M is seated on the module area 150 so that the protrusion M1 is supported on the upper part of the support block 160, as shown in FIGS. 4 and 5.
- the battery module (M) seated in the module area 150 may be fixed to the pack case 100 by a bolt member (B) that penetrates the protrusion (M1) and is screwed to the support block 160. there is.
- the top cover 200 is coupled to the pack case 100 to cover the top of each battery module M mounted on the pack case 100, as shown in FIG. 2(b). More specifically, the upper cover 200 may be coupled so that the end of the upper cover 200 is in contact with the top of the side wall 120 coupled along the edge of the base plate 110, and the inside of the pack case 100 can be sealed. It may be screwed to the side wall 120 using a bolt member (B) or the like.
- the battery pack of the present invention can be sealed so that each module area 150 is independent from each other by combining the pack case 100 and the top cover 200. More specifically, each module area 150 of the present invention can be sealed by contacting the upper cover 200 combined with the pack case 100 with the top of the main partition 130 and the sub partition 140 without a gap. there is. Therefore, even if thermal runaway occurs in a battery module (M) included in one module area (150), high-temperature gas due to the thermal runaway is not directly transferred to the battery module (M) in another module area (150). does not
- the base plate 110 may be made of aluminum, and is made thick so that it is not deformed even at high temperatures and pressures. That is, because the conventional base plate 110 is manufactured to be thicker than the upper cover 200, when high temperature and high pressure gas is generated inside the sealed battery pack, the relatively thin upper cover 200 is exposed to the gas pressure. It swells and deforms.
- the battery pack of the present invention is characterized in that the thickness of the base plate 110 included in the pack case 100 is adjusted to be thinner than the upper cover 200. That is, the battery pack of the present invention is designed so that when high temperature and high pressure gas is generated inside, the base plate 110 is deformed by the gas pressure before the upper cover 200.
- the base plate 110 must have at least the strength to withstand the weight of the battery module (M).
- the base plate 110 of the present invention may be deformed by a change in at least one of pressure and temperature in the module area 150.
- FIG. 7 shows a phenomenon in which one battery module (M) among the plurality of battery modules (M) accommodated in the battery pack of FIG. 6 undergoes thermal runaway.
- the battery module (M) undergoes thermal runaway, high temperature heat and gas are generated and the gas pressure fills the sealed module area (150). Thereafter, the gas pressure pushes the base plate 110, which is relatively thin and weak, and changes the shape of the base plate 110.
- the contact area between the battery module M and the base plate 110 is reduced, thereby reducing the rate at which high temperature heat moves through conduction. Therefore, the high temperature generated from the thermally runaway battery module (M) cannot be easily transferred to the other neighboring battery modules (M) through the base plate 110, causing the other battery modules (M) to suffer sequential thermal runaway. phenomenon is prevented.
- the battery pack of the present invention may additionally be equipped with a fixing member 170 capable of fixing the battery module M to the sub-partition wall 140.
- Figure 8 is a perspective view of the pack case 100 included in the battery pack according to the second embodiment of the present invention to which the fixing member 170 is applied
- Figure 9 is a perspective view of the pack case 100 and the upper cover 200 of Figure 8.
- FIG. 10 shows the pack case 100 of FIG. 9 combined with the upper cover 200.
- the pack case 100 included in the battery pack according to the second embodiment of the present invention includes the sub-partition wall 140 and a battery module seated adjacent to the sub-partition wall 140 as shown in FIGS. 8 to 10. It further includes a fixing member 170 coupled to (M). Specifically, the battery module (M) seated on the pack case 100 has the upper end and the end of the fixing member 170 coupled, and additionally penetrates the fixing member 170 and is attached to the top of the battery module (M). It is fixed to the sub-partition wall 140 by a bolt member (B) that is screwed together.
- the fixing member 170 may be screwed to the battery modules M located on both sides of the sub-partition wall 140 across the sub-partition wall 140 as shown. That is, a pair of battery modules M arranged adjacently can be fixed to the sub-partition wall 140 interposed therebetween through one fixing member 170.
- fixing the battery module (M) to the sub-partition wall 140 through the fixing member 170 causes the base plate 110 to swell outward and fall downward due to thermal runaway of the battery module (M). This is to prevent the battery module (M) from falling down along with the base plate (110). That is, the fixing member 170 serves to reduce contact of the battery module M with the base plate 110 as much as possible by continuously fixing the battery module M in which thermal runaway has occurred to the sub-partition wall 140. .
- each battery module (M) can be fixed to the sub-partition wall 140, the fixing members
- the number and form of (170) used do not need to be limited to those shown.
- the fixing member 170 is also screw-coupled with the sub-partition wall 140.
- the fixing member 170 may be screwed and fixed to the top of the sub-partition wall 140 as shown in FIGS. 8 to 10 .
- the fixing member 170 penetrates the upper cover 200 and the fixing member 170 at the same time and is screwed to the top of the sub partition wall 140 by a bolt member (B). ) can also be fixed.
- FIG. 11 shows that thermal runaway occurred in some battery modules (M) among the plurality of battery modules (M) accommodated in the battery pack of FIG. 10 .
- the base plate 110 is lowered and deformed due to gas pressure caused by thermal runaway of the battery module (M), but the battery module (M) does not fall together with the base plate (110). It can be seen that the fixed state is maintained by the fixing member 170.
- the contact area between the thermally runaway battery module M and the sinking base plate 110 decreases.
- the base plate 110 included in the battery pack of the present invention may be formed by combining a plurality of support plates 111.
- Figure 12 shows a cross section of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
- one base plate 110 is formed by connecting a plurality of support plates 111.
- the base plate 110 is formed by combining a plurality of support plates 111 corresponding to each module area 150, and the support plate 111 controls the pressure and temperature of the corresponding module area 150. is transformed by a change in at least one of the
- Each support plate 111 may be screwed to the bottom of the side wall 120, the main partition 130, and the sub partition 140, and each support plate 111 may be connected and coupled to each other.
- an insulating member may be additionally interposed between each support plate 111 to suppress heat transfer between the support plates 111 as much as possible.
- FIG. 13 shows that thermal runaway occurred in some battery modules (M) among the plurality of battery modules (M) included in the battery pack of FIG. 12.
- the battery pack of the present invention may apply protrusions 112 to the surface of the base plate 110 in order to minimize the contact area between the battery module M and the base plate 110.
- FIG. 14 is a perspective view of the pack case 100 included in the battery pack according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows a cross section of the pack case 100 and the top cover 200 of FIG. 14 combined. will be.
- the base plate 110 includes a plurality of protrusions 112 protruding upward as shown in FIGS. 14 and 15.
- the protrusions 112 may be formed dispersed on the upper part of the base plate 110 in the form of dots as shown, but are not limited thereto and extend side by side in one direction on the upper part of the base plate 110 in the form of a line. may be formed.
- the point-shaped protrusions 112 may protrude in various shapes.
- the protrusion 112 may protrude in either a horn shape or a pillar shape.
- the line-shaped protrusion 112 may be extended in either a straight line or a curved line.
- each module area 150 is supported on the top of the protrusion 112, so its entire area cannot contact the base plate 110.
- FIG. 16 shows that thermal runaway occurred in some battery modules (M) among the plurality of battery modules (M) included in the battery pack of FIG. 15 .
- the base plate 110 located below the battery module (M) where thermal runaway occurred is deformed while maintaining the protrusion 112, so that the contact point with the battery module (M) is further reduced.
- a plurality of normal battery modules M arranged next to each other may receive only a small amount of heat due to the protrusion 112 even if high temperature heat is transferred through the base plate 110.
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Abstract
본 발명은 배터리 모듈이 수용되는 배터리 팩으로서, 배터리 모듈이 안착될 수 있는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스에 안착된 각 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 를 포함하고, 상기 팩 케이스는, 상기 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 을 포함하고, 상기 베이스 플레이트는 상기 상부 커버 보다 두께가 얇은 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 수용된 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈의 열 폭주로 인해 발생한 고온의 열이 배터리 팩의 바닥에 해당하는 베이스 플레이트를 통해 정상적인 타 배터리 모듈로 전파되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 출원은 2022년11월14일자 대한민국 특허 출원 제10-2022-0151958호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
리튬 이차전지는 발열에 의한 폭발, 화재 등의 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 이러한 이상 현상 발생 시 초기에 적절하게 대응하지 못하면 발열에 의하여 이차전지의 내부 온도가 급격하게 상승하게 되고, 온도의 급격한 상승으로 열폭주 현상을 일으킴으로써 이차전지의 폭발까지 이어질 수 있고, 인접한 이차전지로 전파되어 배터리 팩에 큰 피해가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩을 구성하는 팩 케이스(20) 및 상기 팩 케이스(20)와 결합되는 상부 커버(10)를 나타낸 것이다. 도 1(a)에 도시된 것처럼 복수의 배터리 모듈(M)은 베이스 플레이트(30)에 의해 하부가 지지되고 측벽(40) 및 격벽(50)에 의해 측부가 지지되고 있다. 따라서 각 배터리 모듈(M)은 하부를 지지하는 베이스 플레이트(30), 상부를 덮는 상부 커버(10) 및 측부를 지지하는 측벽(40)과 격벽(50)에 의해 전방위적으로 보호될 수 있다.
일반적으로 상기 베이스 플레이트(30)는 안정성을 위해 두꺼운 두께로 제작된다. 구체적으로 일반적인 베이스 플레이트(30)는 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 발생한 고온의 가스의 압력에도 변형이 되지 않도록 제작된다. 따라서 종래의 베이스 플레이트(30)는 도 1(b)에 도시된 것처럼 열 폭주된 배터리 모듈(M)과 지속적으로 접촉을 유지할 수 있다. 종래의 배터리 팩은 상기와 같은 접촉으로 인해 고온의 열을 다른 정상적인 배터리 모듈(M)로 전도시킬 수 있다는 치명적인 문제를 갖는다.
[선행기술문헌]
한국등록특허 제10-2170043911호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 수용된 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈의 열 폭주로 발생한 고온의 열이 다른 정상적인 배터리 모듈로 전파되는 것을 방지할 수 있는 구조의 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈이 수용되는 배터리 팩으로서, 배터리 모듈이 안착될 수 있는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스에 안착된 각 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 를 포함하고, 상기 팩 케이스는, 상기 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 을 포함하고, 상기 베이스 플레이트는 상기 상부 커버 보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 베이스 플레이트는 모듈 영역에서의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형될 수 있다.
상기 팩 케이스는 중심부를 가로지르며 베이스 플레이트와 결합하는 메인 격벽; 및 양단이 상기 메인 격벽 및 측벽과 각각 결합되고, 상기 메인 격벽의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트와 결합하는 서브 격벽; 을 더 포함하고, 상기 모듈 영역은 상기 메인 격벽 및 서브 격벽의 구획에 의해 복수개로 형성될 수 있다.
상기 팩 케이스는, 상기 서브 격벽 및 베이스 플레이트의 경계부에서 돌출된 지지 블록을 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 양측으로 상기 지지 블록의 상부에 지지되도록 돌출된 돌출부를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 돌출부를 관통하고 상기 지지 블록에 나사 결합되는 볼트 부재에 의해 상기 팩 케이스에 고정될 수 있다.
상기 팩 케이스는, 상기 서브 격벽 및 상기 서브 격벽에 이웃하여 안착된 배터리 모듈과 결합되는 고정 부재를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상단과 상기 고정 부재의 단부가 나사 결합되어 상기 서브 격벽에 고정될 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 서브 격벽에 걸쳐서 상기 서브 격벽의 양측에 위치한 배터리 모듈과 각각 나사 결합될 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 서브 격벽의 상단과 나사 결합되어 고정될 수 있다.
상기 각 모듈 영역은 상기 메인 격벽 및 서브 격벽에 의해 밀봉될 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 각 모듈 영역에 대응되는 복수의 지지 플레이트의 결합에 의해 형성되고, 상기 각 지지 플레이트는 대응되는 모듈 영역의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형될 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 상방을 향해 돌출된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
상기 돌기는 점 형태로 상기 베이스 플레이트의 상부에 분산 되어 형성되거나, 또는 선 형태로 상기 베이스 플레이트의 상부에 일 방향으로 나란히 연장 형성될 수 있다.
상기 점 형태의 돌기는 뿔 형상 또는 기둥 형상 어느 하나의 형상으로 돌출될 수 있다.
상기 선 형태의 돌기는 직선 및 곡선 중 어느 하나의 형태로 연장 형성될 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 적어도 상기 배터리 모듈의 무게를 견딜 수 있는 강도를 가질 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 상기 모듈 영역에서 발생한 가스의 압력에 의해 외부를 향해 부풀어 오를 수 있다.
본 발명에 의하면, 수용된 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈의 열 폭주로 인해 고온의 열 및 가스가 발생하더라도 상기 열의 전파를 방지하여 배터리 팩의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 3은 도 3은 본 발명의 팩 케이스 및 상기 팩 케이스에 안착되는 복수의 배터리 모듈을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 팩 케이스의 변형예를 사시도로 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 4의 팩 케이스 및 상부 커버의 단면을 나타낸 것이다.
도 6은 상기 도 5의 팩 케이스 및 상부 커버의 결합을 나타낸 것이다.
도 7은 상기 도 6의 배터리 팩에 수용된 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈이 열 폭주되는 현상을 나타낸 것이다.
도 8은 고정 부재가 적용된 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스의 사시도이다.
도 9는 상기 도 8의 팩 케이스 및 상부 커버의 단면을 나타낸 것이다.
도 10은 상기 도 9의 팩 케이스가 상부 커버와 결합된 것을 나타낸 것이다.
도 11은 상기 도 10의 배터리 팩에 수용된 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩의 단면을 나타낸 것이다.
도 13은 상기 도 12의 배터리 팩에 포함되는 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스의 사시도이다.
도 15는 상기 도 14의 팩 케이스와 상부 커버가 결합된 단면을 나타낸 것이다.
도 16은 상기 도 15의 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명은 배터리 모듈(M)이 수용되는 배터리 팩에 관한 것으로, 수용된 배터리 모듈(M) 중 일부 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 발생한 고온의 열이 배터리 팩의 바닥에 해당하는 베이스 플레이트(110)를 통해 정상적인 타 배터리 모듈(M)로 전파되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 11 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 13 내지 도 15는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 배터리 팩 에 관한 것이다.
이하 본 발명의 배터리 팩의 각 실시형태에 대해 각 도면들을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
본 발명의 배터리 팩은 상기 도 2에 도시된 것처럼 팩 케이스(100) 및 상부 커버(200)를 포함한다.
상기 팩 케이스(100)는 배터리 모듈(M)이 안착될 수 있는 모듈 영역(150)을 포함하고, 안착된 각 배터리 모듈(M)의 측부 및 하부를 지지하고 외부로부터 보호한다.
상기 팩 케이스(100)는 상기 도 2(a)에 도시된 것처럼 배터리 모듈(M)의 하부를 지지하는 베이스 플레이트(110) 및 상기 베이스 플레이트(110)의 테두리를 따라 결합되는 측벽(120)을 포함한다.
상기 베이스 플레이트(110)는 팩 케이스(100)의 바닥에 해당하며, 안착된 배터리 모듈(M)의 하부를 지지하고 보호하는 역할을 한다.
상기 측벽(120)은 상기 베이스 플레이트(110) 상에 안착된 복수의 배터리 모듈(M)의 측부를 지지하고 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 팩 케이스(100) 및 상기 팩 케이스(100)에 안착되는 복수의 배터리 모듈(M)을 나타낸 것으로, 본 발명의 팩 케이스(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 중심부를 가로지르며 베이스 플레이트(110)와 결합하는 메인 격벽(130) 및 양단이 상기 메인 격벽(130) 및 측벽(120)과 각각 결합되고, 상기 메인 격벽(130)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트(110)와 결합하는 서브 격벽(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 메인 격벽(130)은 팩 케이스(100) 내부 공간을 가로지르며 배터리 모듈(M)이 안착되는 공간을 크게 두 개의 공간으로 구획시키고, 상기 서브 격벽(140)은 상기 메인 격벽(130)에 의해 구획된 공간을 다시 복수개로 구획한다.
상기 메인 격벽(130) 내부에는 배터리 팩에 사용되는 각종 도선 및 버스바 등이 삽입되거나 장착될 수 있으며, 또는 상기 메인 격벽(130) 내부는 비어있을 수 도 있다.
상기 서브 격벽(140)은 메인 격벽(130)의 일측에 위치한 복수의 배터리 모듈(M)이 서로 분리될 수 있도록 구획한다.
본 발명의 모듈 영역(150)은 상기 메인 격벽(130) 및 서브 격벽(140)의 구획에 의해 형성된다.
상기 메인 격벽(130) 및 서브 격벽(140)의 구획에 의해 형성된 각 모듈 영역(150)에는 배터리 모듈(M)이 하나씩 안착될 수 있다.
모듈 영역(150)에 수용되는 배터리 모듈(M)은 보다 안정적인 장착을 위해 팩 케이스(100)에 고정될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 팩 케이스(100)의 변형예를 사시도로 나타낸 것이고, 도 5는 상기 도 4의 팩 케이스(100) 및 상부 커버(200)의 단면을 나타낸 것이고, 도 6은 상기 도 5의 팩 케이스(100) 및 상부 커버(200)의 결합을 나타낸 것이다.
본 발명의 배터리 팩에 사용되는 배터리 모듈(M)은 상기 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 양측으로 돌출된 돌출부(M1)를 포함할 수 있다. 또한 상기 형태의 배터리 모듈(M)이 장착되는 팩 케이스(100)는 상기 서브 격벽(140) 및 베이스 플레이트(110)의 경계부에서 돌출된 지지 블록(160)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 배터리 모듈(M)은 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 상기 돌출부(M1)가 상기 지지 블록(160)의 상부에 지지되도록 모듈 영역(150)에 안착 된다.
상기 모듈 영역(150)에 안착된 배터리 모듈(M)은 상기 돌출부(M1)를 관통하고 상기 지지 블록(160)에 나사 결합되는 볼트 부재(B)에 의해 상기 팩 케이스(100)에 고정될 수 있다.
상기 상부 커버(200)는 도 2(b)에 도시된 것처럼 상기 팩 케이스(100)에 안착된 각 배터리 모듈(M)의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스(100)와 결합한다. 보다 구체적으로 상기 상부 커버(200)는 단부가 상기 베이스 플레이트(110)의 테두리를 따라 결합된 측벽(120)의 상단에 맞닿아서 결합될 수 있으며, 팩 케이스(100) 내부가 밀봉될 수 있도록 볼트 부재(B) 등에 의해 상기 측벽(120)과 나사 결합될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은 도 6에 도시된 것처럼 상기 팩 케이스(100) 및 상부 커버(200)의 결합에 의해 각 모듈 영역(150)이 서로 독립되도록 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 각 모듈 영역(150)은 팩 케이스(100)와 결합된 상부 커버(200)가 메인 격벽(130)과 서브 격벽(140) 등의 상단과 틈새 없이 맞닿음으로써 밀봉될 수 있다. 따라서, 어느 하나의 모듈 영역(150)에 포함된 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생하더라도 상기 열 폭주로 인한 고온의 가스가 다른 모듈 영역(150)의 배터리 모듈(M)로 직접적으로 전달되지는 않는다.
일반적으로 베이스 플레이트(110)는 알루미늄 소재로 제조될 수 있는데, 고온 및 고압에도 변형되지 않도록 두꺼운 두께로 제조된다. 즉, 종래의 베이스 플레이트(110)는 상부 커버(200)보다 두꺼운 두께로 제조되기 때문에 밀봉된 배터리 팩 내부에 고온 및 고압의 가스가 발생할 시, 상대적으로 두께가 얇은 상부 커버(200)가 가스압에 의해 부풀면서 변형된다.
본 발명의 배터리 팩은 상기 팩 케이스(100)에 포함된 베이스 플레이트(110)의 두께가 상기 상부 커버(200) 보다 얇게 조절된 것이 특징이다. 즉, 본 발명의 배터리 팩은 내부에 고온 및 고압의 가스가 발생하면 상부 커버(200)보다 베이스 플레이트(110)가 먼저 가스압에 의해 변형되도록 설계된 것이 특징이다.
다만, 상기 베이스 플레이트(110)는 적어도 상기 배터리 모듈(M)의 무게를 견딜 수 있는 강도를 가질 수는 있어야 한다.
바람직하게 본 발명의 베이스 플레이트(110)는 모듈 영역(150)에서의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형될 수 있다.
도 7은 상기 도 6의 배터리 팩에 수용된 복수의 배터리 모듈(M) 중 어느 하나의 배터리 모듈(M)이 열 폭주되는 현상을 나타낸 것이다.
배터리 모듈(M)이 열 폭주되면 고온의 열 및 가스가 발생하여 밀폐된 모듈 영역(150)에 가스압이 가득차게 된다. 이후, 상기 가스압은 비교적 두께가 얇고 강도가 약한 베이스 플레이트(110)를 밀어내어 상기 베이스 플레이트(110)의 형상을 변형시킨다.
상기 베이스 플레이트(110)의 형상 변형으로 인해 배터리 모듈(M)과 베이스 플레이트(110) 사이의 접촉 면적이 줄어들게 되어 고온의 열이 전도를 통해 이동하는 비율이 줄어든다. 따라서 열 폭주된 배터리 모듈(M)에서 발생한 고온의 열은 상기 베이스 플레이트(110)를 통해 이웃한 다른 배터리 모듈(M)로 용이하게 전달되지 못하여 타 배터리 모듈(M)이 연쇄적으로 열 폭주되는 현상이 방지된다.
(제2 실시형태)
본 발명의 배터리 팩은 배터리 모듈(M)을 서브 격벽(140)에 고정시킬 수 있는 고정 부재(170)가 추가로 적용될 수 있다.
도 8은 고정 부재(170)가 적용된 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(100)의 사시도이고, 도 9는 상기 도 8의 팩 케이스(100) 및 상부 커버(200)의 단면을 나타낸 것이고, 도 10은 상기 도 9의 팩 케이스(100)가 상부 커버(200)와 결합된 것을 나타낸 것이다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(100)는 상기 도 8 내지 도 10에 도시된 것처럼 상기 서브 격벽(140) 및 상기 서브 격벽(140)에 이웃하여 안착된 배터리 모듈(M)과 결합되는 고정 부재(170)를 더 포함한다. 구체적으로 상기 팩 케이스(100)에 안착되는 배터리 모듈(M)은 상단과 상기 고정 부재(170)의 단부가 결합되고, 추가적으로 상기 고정 부재(170)를 관통하고 상기 배터리 모듈(M)의 상단에 나사 결합되는 볼트 부재(B)에 의해 상기 서브 격벽(140)에 고정된다.
상기 고정 부재(170)는 도시된 것처럼 서브 격벽(140)에 걸쳐서 상기 서브 격벽(140)의 양측에 위치한 배터리 모듈(M)과 각각 나사 결합될 수 있다. 즉, 하나의 고정 부재(170)를 통해 이웃하여 배치된 한 쌍의 배터리 모듈(M)을 사이에 개재된 서브 격벽(140)에 고정시킬 수 있다.
이와 같이 고정 부재(170)를 통해 배터리 모듈(M)을 서브 격벽(140)에 고정시키는 것은, 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 베이스 플레이트(110)가 외부를 향해 부풀어서 하방으로 내려앉을 때 상기 베이스 플레이트(110)와 더불어 배터리 모듈(M)이 내려앉게 되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 상기 고정 부재(170)는 열 폭주가 발생한 배터리 모듈(M)을 서브 격벽(140)에 계속 고정시킴으로써 해당 배터리 모듈(M)이 상기 베이스 플레이트(110)와 접촉되는 것을 최대한 줄이는 역할을 한다.
본 발명의 배터리 팩은 도시된 것처럼 하나의 배터리 모듈(M)에 4개의 고정 부재(170)가 고정될 수 있으나, 각 배터리 모듈(M)들을 상기 서브 격벽(140)에 고정 시킬 수 있다면 고정 부재(170)의 사용 개수 및 형태는 도시된 것으로 한정될 필요는 없다.
상기 고정 부재(170) 또한 서브 격벽(140)과 나사 결합되는 것이 바람직하다.
상기 고정 부재(170)는 도 8 내지 도 10에 도시된 것처럼 상기 서브 격벽(140)의 상단과 나사 결합되어 고정될 수 있다.
또한 도시 되지 않았으나, 상기 고정 부재(170)는 상부 커버(200) 및 고정 부재(170)를 동시에 관통하고 서브 격벽(140)의 상단에 나사 결합되는 볼트 부재(B)에 의해 상기 서브 격벽(140)에 고정될 수도 있다.
도 11은 상기 도 10의 배터리 팩에 수용된 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
상기 도 11을 참조하면 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인한 가스압에 의해 베이스 플레이트(110)가 하방으로 내려앉아 변형되고 있으나, 해당 배터리 모듈(M)이 상기 베이스 플레이트(110)와 함께 내려앉지 않고 고정 부재(170)에 의해 고정 상태를 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
즉, 가스압에 의해 베이스 플레이트(110)가 점점 심하게 변형될수록 열 폭주된 배터리 모듈(M)과 상기 내려앉는 베이스 플레이트(110)의 접촉 면적이 줄어든다.
(제3 실시형태)
본 발명의 배터리 팩에 포함되는 베이스 플레이트(110)는 복수의 지지 플레이트(111)의 결합에 의해 형성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩의 단면을 나타낸 것이다.
상기 도 12에 도시된 것처럼 복수의 지지 플레이트(111)의 연결에 의해 하나의 베이스 플레이트(110)가 형성된다.
즉, 상기 베이스 플레이트(110)는 각 모듈 영역(150)에 대응되는 복수의 지지 플레이트(111)의 결합에 의해 형성되고, 상기 지지 플레이트(111)는 대응되는 모듈 영역(150)의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형된다.
각 지지 플레이트(111)는 측벽(120), 메인 격벽(130) 및 서브 격벽(140)의 하단과 나사 결합될 수 있으며, 각 지지 플레이트(111) 간에 연결되어 결합될 수도 있다.
필요에 따라 가가 지지 플레이트(111)간 열 전달을 최대한 억제하기 위해 각 지지 플레이트(111) 사이에는 단열성의 부재가 추가 개재될 수도 있다.
도 13은 상기 도 12의 배터리 팩에 포함되는 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
상기 도 13을 참조하면 열 폭주가 발생한 배터리 모듈(M)이 수용된 모듈 영역(150)에 대응되는 지지 플레이트(111)만 변형이 발생하고 있다.
(제4 실시형태)
본 발명의 배터리 팩은 배터리 모듈(M)과 베이스 플레이트(110)의 접촉 면적을 최대한 줄이기 위해 상기 베이스 플레이트(110) 표면에 돌기(112)를 적용할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(100)의 사시도이고, 도 15는 상기 도 14의 팩 케이스(100)와 상부 커버(200)가 결합된 단면을 나타낸 것이다.
상기 베이스 플레이트(110)는 도 14 및 도 15에 도시된 것처럼 상방을 향해 돌출된 복수의 돌기(112)를 포함한다.
상기 돌기(112)는 도시된 것처럼 점 형태로 상기 베이스 플레이트(110)의 상부에 분산되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 선 형태로 상기 베이스 플레이트(110)의 상부에 일 방향으로 나란히 연장 형성될 수도 있다.
상기 점 형태의 돌기(112)는 다양한 형상으로 돌출될 수 있다. 예컨대, 상기 돌기(112)는 뿔 형상 및 기둥 형상 중 어느 하나의 형상으로 돌출될 수 있다.
상기 선 형태의 돌기(112)는 직선 및 곡선 중 어느 하나의 형태로 연장 형성될 수 있다.
따라서 각 모듈 영역(150)에 안착된 배터리 모듈(M)은 상기 돌기(112)의 상단에 지지됨으로써 전체 면적이 베이스 플레이트(110)와 맞닿을 수 없다.
도 16은 상기 도 15의 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈(M) 중 일부 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생한 것을 나타낸 것이다.
상기 도 16을 참조하면 열 폭주가 발생한 배터리 모듈(M)의 하부에 위치한 베이스 플레이트(110)는 돌기(112)를 유지한 상태에서 변형되기 때문에 상기 배터리 모듈(M)과의 접촉점이 보다 감소한다. 또한 이웃하여 배치된 복수의 정상적인 배터리 모듈(M)은 베이스 플레이트(110)를 통해 고온의 열이 이동되더라도 상기 돌기(112)로 인해 소량의 열만 전달받을 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: (종래 기술) 상부 커버
20: (종래 기술) 팩 케이스
30: (종래 기술) 베이스 플레이트
40: (종래 기술) 측벽
50: (종래 기술) 격벽
100: 팩 케이스
110: 베이스 플레이트
111: 지지 플레이트
112: 돌기
120: 측벽
130: 메인 격벽
140: 서브 격벽
150: 모듈 영역
160: 지지 블록
170: 고정 부재
200: 상부 커버
B: 볼트 부재
M: 배터리 모듈
M1: 돌출부
Claims (15)
- 배터리 모듈이 수용되는 배터리 팩으로서,배터리 모듈이 안착될 수 있는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 및상기 팩 케이스에 안착된 각 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 를 포함하고,상기 팩 케이스는,상기 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 및상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 을 포함하고,상기 베이스 플레이트는 상기 상부 커버 보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 모듈 영역에서의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형되는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 팩 케이스는 중심부를 가로지르며 베이스 플레이트와 결합하는 메인 격벽; 및양단이 상기 메인 격벽 및 측벽과 각각 결합되고, 상기 메인 격벽의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트와 결합하는 서브 격벽; 을 더 포함하고,상기 모듈 영역은 상기 메인 격벽 및 서브 격벽의 구획에 의해 복수개로 형성되는 배터리 팩.
- 제3항에 있어서,상기 팩 케이스는,상기 서브 격벽 및 베이스 플레이트의 경계부에서 돌출된 지지 블록을 더 포함하고,상기 배터리 모듈은 양측으로 상기 지지 블록의 상부에 지지되도록 돌출된 돌출부를 더 포함하고,상기 배터리 모듈은 상기 돌출부를 관통하고 상기 지지 블록에 나사 결합되는 볼트 부재에 의해 상기 팩 케이스에 고정되는 배터리 팩.
- 제3항에 있어서,상기 팩 케이스는,상기 서브 격벽 및 상기 서브 격벽에 이웃하여 안착된 배터리 모듈과 결합되는 고정 부재를 더 포함하고,상기 배터리 모듈은 상단과 상기 고정 부재의 단부가 나사 결합되어 상기 서브 격벽에 고정되는 배터리 팩.
- 제5항에 있어서,상기 고정 부재는 상기 서브 격벽에 걸쳐서 상기 서브 격벽의 양측에 위치한 배터리 모듈과 각각 나사 결합되는 배터리 팩.
- 제5항에 있어서,상기 고정 부재는 상기 서브 격벽의 상단과 나사 결합되어 고정되는 배터리 팩.
- 제3항에 있어서,상기 각 모듈 영역은 상기 메인 격벽 및 서브 격벽에 의해 밀봉되는 배터리 팩.
- 제3항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 각 모듈 영역에 대응되는 복수의 지지 플레이트의 결합에 의해 형성되고,상기 각 지지 플레이트는 대응되는 모듈 영역의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 변화에 의해 변형되는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 상방을 향해 돌출된 복수의 돌기를 포함하는 배터리 팩.
- 제10항에 있어서,상기 돌기는 점 형태로 상기 베이스 플레이트의 상부에 분산 되어 형성되거나, 또는 선 형태로 상기 베이스 플레이트의 상부에 일 방향으로 나란히 연장 형성되는 배터리 팩.
- 제11항에 있어서,상기 점 형태의 돌기는 뿔 형상 및 기둥 형상 중 어느 하나의 형상으로 돌출된 배터리 팩.
- 제11항에 있어서,상기 선 형태의 돌기는 직선 및 곡선 중 어느 하나의 형태로 연장 형성되는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 적어도 상기 배터리 모듈의 무게를 견딜 수 있는 강도를 갖는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서,상기 베이스 플레이트는 상기 모듈 영역에서 발생한 가스의 압력에 의해 외부를 향해 부풀어 오르는 배터리 팩.
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