WO2024112013A1 - 안전성이 강화된 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024112013A1
WO2024112013A1 PCT/KR2023/018567 KR2023018567W WO2024112013A1 WO 2024112013 A1 WO2024112013 A1 WO 2024112013A1 KR 2023018567 W KR2023018567 W KR 2023018567W WO 2024112013 A1 WO2024112013 A1 WO 2024112013A1
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battery pack
present
battery
upper frame
convex block
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PCT/KR2023/018567
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장성환
성준엽
정혜미
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • a battery module in which multiple electrically connected secondary batteries are stored together inside a module case is mainly applied. Furthermore, when high power or large capacity is required, a battery pack in which multiple such battery modules are electrically connected is sometimes applied.
  • Battery modules or battery packs may be more vulnerable to thermal events because multiple secondary batteries (battery cells) or multiple battery modules are space-intensively crowded.
  • thermal runaway occurs inside the battery module, high temperature gas, flame, heat, etc. are generated, and if these are not quickly controlled, thermal propagation occurs. This may cause a chain fire or explosion in the relevant battery module as well as adjacent battery modules.
  • conventional battery packs are generally implemented as simply a collection of a plurality of battery modules, so thermal events generated in one battery module can easily be transferred to adjacent battery modules.
  • thermal events such as venting gas and flames have a fairly high temperature, so they have the characteristic of rising and are concentrated in the upper area of the battery pack and are discharged strongly. At this time, if the strong straight force of the venting gas, etc. or its force is not properly controlled, the battery may be damaged. More serious safety problems, such as fire or explosion of the pack itself, may occur.
  • the present invention was created to solve the above-described problems against the above background, and improves safety by applying an improved structure to the upper space of the battery pack that can destroy the straight path of flames, venting gas, etc. and weaken their force.
  • the purpose is to provide a further strengthened battery pack, etc.
  • a battery pack according to one aspect of the present invention for achieving the above object includes a pack housing providing an internal space; A plurality of battery modules provided in the internal space; And a plurality of convex blocks having a shape that protrudes downward are provided at the lower part, and may include an upper frame coupled to the upper part of the pack housing.
  • the convex block of the present invention is preferably configured to have a plurality of through holes.
  • the upper frame of the present invention may be provided with concave blocks in an upwardly recessed shape in areas where the convex blocks are not located.
  • the convex block of the present invention may have a shape in which part or all of the lower part is open and may have a shape that is wide at the bottom and narrow at the top depending on the embodiment.
  • the convex block of the present invention may include a fixing part fixed to the upper frame, and a side plate extending from the fixing part and having a wing portion that is elastically displaced by an external force.
  • the battery pack of the present invention may further include a partition wall separating the internal space of the pack housing.
  • the upper frame of the present invention may be provided with a guide lane at the bottom to which the upper part of the partition wall part is coupled.
  • the battery module of the present invention may be provided in a partition space, which is an internal space separated by the partition wall, and in this case, the convex block is configured to be provided in plural numbers in each area corresponding to the partition space in the upper frame. It can be.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention for achieving the above object includes a battery pack according to the present invention.
  • venting gas by implementing blocking, confinement or inclusion of venting gas, etc., expansion of contact area, induction of eddy currents, etc., just by applying a simplified structure, the flow of venting gas, etc. It can be weakened or attenuated.
  • the battery module can be supported more firmly and stably by applying a structure that physically divides the accommodation space of the battery module and the physical configuration of the pack housing.
  • the efficiency of the assembly process can also be improved, and the durability of the pack housing itself can be strengthened structurally.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall appearance of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the internal configuration of the battery pack shown in FIG. 1.
  • Figures 3 and 4 are perspective views explaining the structure of the upper frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a bottom perspective view explaining the structure of the upper frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram explaining a bus bar and a partition wall according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing an example of a convex block and a concave block according to the present invention provided at the lower part of the upper frame.
  • Figure 8 is a diagram explaining the large area expanded by the upper frame, convex blocks, and concave blocks.
  • FIG 9 and 10 are diagrams showing convex blocks according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a diagram showing an embodiment of a side plate of a convex block according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall appearance of the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the battery pack 10 shown in FIG. 1.
  • the battery pack 10 of the present invention includes a pack housing 200, a battery module 100, an upper frame 300, and a partition forming an individual space or partition space (DS) in which the modules are accommodated. It may be configured to include (400).
  • the pack housing 200 is a component that provides the basic skeletal structure of the battery pack 10, and one or more battery modules 100 are accommodated in its internal space.
  • the pack housing 200 may be provided with one or more partition walls 400 having a shape extending in the longitudinal direction (Y-axis direction) or the transverse direction (X-axis direction) as illustrated in the drawing.
  • the partition wall One or more battery modules 100 may be provided in each partition space DS divided by the unit 400.
  • the pack housing 200 may be configured to include a lower frame 220 and a side frame 210, and the upper frame 300 of the present invention includes the lower frame 220 and the side frame It may be configured to be coupled to these at the upper part (based on the Z axis) of 210.
  • At least one of the upper frame 300, lower frame 220, and side frame 210 may be configured in a plate shape, but may be configured in the form of a polyhedron (for example, a rectangular parallelepiped) having a certain thickness or more.
  • the upper frame 300 is located at the top of the pack housing 200, and the lower frame 220 may be arranged at a predetermined distance from the upper frame 230 at the lower part of the upper frame 230, and the side frame 210 may be disposed between the upper frame 300 and the lower frame 220 with the upper and lower ends respectively connected.
  • the lower frame 220 and the side frame 210 may be integrated with each other, and adjacent frames may be joined by fastening flanges and bolts, as well as laser welding or Of course, this can be done using an ultrasonic welding method or the like.
  • the inner surface of one or more of the upper frame 300, lower frame 220, and side frame 210 may be made of clad metal, or a flame retardant material such as GFRP may be attached to the inner surface.
  • One or more of the frames 210, 220, and 230 constituting the pack housing 300 are made of a metal material such as high-strength SUS (stainless steel) or are heat-resistant, temperature-resistant, and impact-resistant in order to effectively provide physical protection of the internal components. It may be made of a high-quality plastic material such as ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), and depending on the embodiment, may be made of different materials for each part.
  • a metal material such as high-strength SUS (stainless steel) or are heat-resistant, temperature-resistant, and impact-resistant in order to effectively provide physical protection of the internal components.
  • It may be made of a high-quality plastic material such as ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), and depending on the embodiment, may be made of different materials for each part.
  • a partition space DS in which each battery module 100 is individually accommodated may be formed by the partition wall 400.
  • This compartment space (DS) functions as a kind of independent chamber or compartment to physically protect the individual battery modules 100, as well as to spread thermal events generated in the battery module 100 to other adjacent battery modules 100. Or, it performs the function of primarily preventing metastasis.
  • the partition space DS formed by the partition wall 400 is formed so that a space P is formed between the partition space DS and the side frame 210 constituting the pack housing 200. It is preferable that one or more of the side frames 210 are installed at positions spaced apart inward.
  • the space (P) can be utilized as a venting channel (P) through which venting gas generated in the battery module 100 is discharged, and according to the embodiment, as illustrated in the drawing, a plurality of compartment spaces
  • a venting channel (P) can be formed in a kind of track shape encompassing the outer periphery of the (DS), so that venting gas generated from each battery module 100 is discharged through an outlet (E) formed in the side frame 210. It can be induced to be effectively discharged to the outside of the pack housing 200 through the like.
  • a guider or venting rib such as a bent shape (not shown in the drawing) is used to destroy the strong straight-line nature of the flame's behavior and thereby weaken the flame. It is more preferable that a bending member for changing direction is provided in the venting channel (P).
  • partition 400 forming the partition space DS is preferably made of a material with high heat resistance and physical rigidity, like each frame constituting the pack housing 200.
  • some of the partition walls 400 include a venting path (venting channel, P) formed by the space between the side frame 210 of the pack housing 200 and the partition space DS.
  • a communicating venting hole 421 may be formed.
  • venting hole 421 is formed in a part of the partition wall 400, venting gas generated from the battery module 100 in the partition space DS is vented through the venting hole 421, the venting channel P, and the like. It is discharged to the outside through the outlet (E).
  • the drawing shows an example in which battery modules 100 forming a 2 ⁇ 3 matrix group based on the longitudinal (Y-axis) and transverse directions (X-axis) are accommodated in the pack housing 200, but the spatial characteristics and electrical
  • battery modules 100 having various combinatorial arrangements, such as 2 ⁇ 4, 2 ⁇ 2, 4 ⁇ 3 matrix groups, etc., depending on capacity, size of power, etc., can be provided in the pack housing 200 through the compartment space DS.
  • the battery module 100 accommodated in the compartment space DS may include a module case 110 and a cell assembly (not shown) accommodated inside the module case 110.
  • the cell assembly is made up of n battery cells (n is a natural number of 1 or more), and each lead of the n battery cells is assembled through a joining method such as welding or a method mediated by a member of a conductive material to form a battery module.
  • a module terminal which is an electrical interfacing electrode of (100) units.
  • the battery cells assembled through the battery module 100 may be secondary batteries, and of course, these secondary batteries may be pouch-shaped cells, cylindrical cells, or prismatic cells.
  • the method of configuring a battery module using a plurality of battery cells is a well-known technology in this technical field, and is not a core technology of the present invention, so detailed information about it will be omitted.
  • a plurality of battery modules 100 provided in the pack housing 200 are electrically connected to each other in parallel, series, or a combination thereof according to appropriate specifications or design requirements required by the battery pack 10.
  • the drawing shows module terminals of the same polarity provided on battery modules 100 facing each other in the longitudinal direction (Y-axis direction) interconnected by a bus bar 500.
  • bus bar 500 The electrical connection by the bus bar 500 and the configuration of the battery modules 100 electrically connected to each other by the bus bar 500 shown in the drawing are somewhat simplified in order to effectively explain the technical idea of the present invention.
  • a connector structure connecting the bus bars 500 to each other may be further included.
  • the Z-axis is defined as a reference in the up-down or vertical direction, and from a corresponding perspective, the Y-axis is defined as a reference in the front or rear, and the X-axis is defined as a reference in the left or right direction.
  • the XY plane becomes a horizontal plane in the embodiment of the present invention
  • the Y-axis direction becomes the longitudinal direction (based on the long axis) of the battery pack 10 or the battery module 100.
  • FIG. 3 to 5 are diagrams explaining the structure of the upper frame 300 according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 shows the bus bar 500 and the partition wall portion 400 according to an embodiment of the present invention. This is an explanatory drawing.
  • the upper frame 300 of the present invention which is coupled to the upper part (based on the Z-axis) of the pack housing 200, is provided at the lower part, and has a convex shape that protrudes in the downward direction (based on the Z-axis) as shown in the drawing. Includes block 310.
  • the convex block 310 may be provided on the upper frame 300 in such a way that an independent structure is combined (joined, welded, fastened with fastening means, etc.) to the lower surface of the upper frame 300. , as shown in FIG. 4, it can also be implemented in a way that a certain area of the upper frame 300 protrudes downward through press processing, etc.
  • an additional case (not shown) can be coupled to the upper part of the upper frame 300 to strengthen physical durability and increase airtightness.
  • a guide lane 330 to which the upper part of the partition 400 described above is coupled may be formed in the lower part of the upper frame 300.
  • the guide lane 330 may have a groove line extending in the longitudinal direction so as to fit into the upper part of the partition 400.
  • the convenience of assembly with the partition 400 can be improved, and the structure supporting the inside of the battery pack 10 in the vertical direction and the upper frame 300 are physically coupled to the battery pack 10. It can enhance its structural engineering rigidity.
  • the guide lane 330 in the area where the bus bar 500 is located is configured to have a space corresponding to the shape or structure of the bus bar 500.
  • a seating groove 411 having a depth equal to or greater than the thickness of the bus bar 500 is formed in the partition wall portion 400 to prevent the bus bar 500 from protruding upward.
  • the bus bar 500 may be configured to include first and second branches 510 and 520 and a bridge 530 that are electrically connected to the terminal of the battery module 100.
  • the bus bar 500 may be covered with a housing made of a non-conductive material for insulation, etc.
  • the bridge 530 of the bus bar 500 which is seated in the seating groove 411, has first and second branches 510 and 520 so that a structure corresponding to the seating groove 411 of the partition wall 400 can be implemented. are connected to each other, and are preferably configured to be located at a higher position (based on the Z axis) than the first and second branches 510 and 520.
  • the convex block 310 of the present invention is a partition space formed by the partition wall part 400. (DS) That is, it is preferable that a plurality of them are provided at each position corresponding to the battery module 100.
  • the venting gas, etc. moves in a random direction, so that mutual collision or cancellation of the venting gas, etc. can be induced, and vortices or vortices are generated in the space between the convex blocks 310. Since vortices are naturally induced, strong flows such as venting gas can be delayed or weakened.
  • Figure 7 is a diagram showing an embodiment of the convex block 310 and the concave block 320 according to the present invention provided at the lower part of the upper frame 300
  • Figure 8 shows the upper frame 300 and the convex block ( This is a drawing explaining the large area expanded by the concave block 310) and the concave block 320.
  • a concave block 320 having an upwardly incoming (recessed) shape may be provided in an area of the upper frame 300 where the convex block 310 is not located.
  • the convex block 310 and the concave block 320 are provided together at the lower part of the upper frame 300, as illustrated in FIG. 8, the height of the upper frame 300 itself and the concave block 320 Since the height (h2) and the height (h1) of the convex block 310 are differentiated from each other, the surface area faced by the rising venting gas, etc. can be further expanded, and the temperature decrease due to the increase in contact area can also be realized more effectively.
  • the overall mainstream flow such as venting gas moving through the upper space of the battery pack 10 can be subdivided or dispersed into small-scale flows, as well as directivity change and mutual collision.
  • the flow of the venting gas or flame itself into a more complex form and pattern hydrodynamically, such as inducing vortices, and allowing their interaction to occur, it is possible to more effectively induce a decrease in the speed and weakening of the force of the venting gas, etc.
  • the convex block 310 and the concave block 320 are shown in a rectangular parallelepiped shape, but depending on the embodiment, they may have different shapes, as well as various modifications such as size, height, depth, number, and distribution, and their combined applications. Of course this is possible.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing a convex block 310 according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of through holes 311 may be formed in the convex block 310 of the present invention.
  • basic functions such as inducing the mainstream flow such as venting gas to be subdivided or dispersed by the convex block 310 are implemented.
  • subsequent force weakening may be induced.
  • the stream flowing in through the through hole 311 flows into the interior of the convex block 310 and then flows back through the through hole 311.
  • the outflowing streams can interfere with each other, causing these flows to cancel each other, which can reduce the discharge speed of venting gas, etc., and in this process, the power of venting gas, etc. can be further weakened.
  • the convex block 310 of the present invention may include a side plate 311 forming a side surface and a lower plate 312 forming a lower surface.
  • the lower plate 312 may be connected only to a portion of the side plate 311 so that a portion of the lower portion (based on the Z axis) of the convex block 310 is open.
  • venting gas or flame has a strong rising behavior characteristic
  • the shape of the convex block 310 is configured in this way, a portion of the venting gas or flame can be more effectively confined.
  • a form in which the entire lower part of the convex block 310 is open can also have a similar effect.
  • the convex block 310 When the convex block 310 is implemented in a form in which a through hole 311 is formed and a part or all of the lower part is open, it functions as a physical obstacle that inhibits the movement of the mainstream flow and at the same time blocks ventilation gas, etc.
  • the contact area can be expanded, which can have the effect of reducing the temperature of venting gas, etc.
  • the convex block 310 may be configured to have a shape that is relatively wide at the bottom (based on the Z axis) and relatively narrow at the top, as shown in FIG. 10.
  • an additional space can be naturally formed between the diagonal outer side of the convex block 310 and the lower surface of the upper frame 300, and this additional space, unlike the convex block 310, is wide at the top. Since the lower part has a narrow shape, it is difficult for the inflowing venting gas to leak out, so the space between the convex blocks 310 can also function as a space to restrain the venting gas.
  • FIG 11 is a diagram showing an embodiment of the side plate 311 of the convex block 310 according to the present invention.
  • the side plate 311 of the convex block 310 is specifically connected to a fixing part 311A fixed to the upper frame 300, etc., and is connected to this fixing part 311A, but is elastic when an external force acts. It may be configured to include a wing portion 311B that is displaced.
  • the venting gas moves upward, it moves generally in the horizontal direction (XY plane direction) along the upper frame 300.
  • the side plate 311 of the convex block 310 is configured to be elastically supported like this. Since some of the moving force of the horizontal component is consumed as a force that elastically deforms the side plate 311, the force such as venting gas can be weakened accordingly.
  • the side plate 311 which may be made of metal, exerts a force in the opposite direction to the direction in which the venting gas moves as long as it does not exceed the elastic limit, such as being bent or broken. Since it is continuously applied to the venting gas, etc., the physical force of the venting gas, etc. can be attenuated.
  • the drawing shows an embodiment in which the side plate 311 having the fixing part 311A and the wing part 311B is provided on only one side of the convex block 310, but so as to suppress multidirectional flow of venting gas, etc.
  • a plurality or all of the sides of the convex block 310 can be implemented as side plates 311 having a fixing part 311A and a wing part 311B.
  • the location, size, shape, number, etc. of the fixing portion 311A and the wing portion 311B can be modified in various ways, and the fixing portion 311A
  • the wing portion 311B can be formed as an integrated single metal member.
  • the battery pack 10 may further include a battery management system (not shown).
  • a battery management system (BMS) is mounted in the internal space of the pack housing 200 and may be configured to generally control charging and discharging operations or data transmission and reception operations of the battery cell or battery module 100.
  • the battery pack 10 may further include a battery cut-off unit.
  • a battery disconnect unit (BDU) may be configured to control the electrical connection of battery cells to manage the power capacity and function of the battery pack 10.
  • the battery blocking unit may include a power relay, current sensor, and fuse.
  • the battery cut-off unit is also provided in pack units rather than module units, and various cut-off units known at the time of filing of the present invention may be employed.
  • the battery pack 10 may further include components of various battery packs known at the time of filing of the present invention.
  • it may further include a Manual Service Disconnector (MSD) that allows an operator to cut off power by manually disconnecting the service plug.
  • MSD Manual Service Disconnector
  • a vehicle (not shown) according to the present invention may include the battery pack 10 according to the present invention described above.
  • the vehicle (not shown) according to the present invention may be, for example, any vehicle (not shown) that uses electricity as a driving source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the vehicle according to the present invention may further include various other components included in the vehicle, such as a vehicle body or a motor, in addition to the battery pack 10 according to the present invention.
  • first, second, top, bottom, or top and bottom are only instrumental terms used to relatively distinguish each component (element) from each other, and are used in a specific order, It is obvious that it is not a term used to indicate priority, etc., or a term used to physically distinguish each component (element) on an absolute basis.

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Abstract

본 발명은 열적 이벤트가 발생하는 경우, 안전성이 강화될 수 있도록 그 구조가 개선된 배터리 팩 등을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 내부공간을 제공하는 팩하우징; 상기 내부공간에 구비되는 복수 개 배터리모듈; 및 하방으로 돌출된 형상을 가지는 복수 개 볼록블럭이 하부에 구비되며, 상기 팩하우징의 상부에 결합되는 상부프레임을 포함한다.

Description

안전성이 강화된 배터리 팩
본 발명은 배터리 팩 등에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 배터리 팩의 상부프레임에 대한 구조적 개선을 통하여 열적 이벤트 발생시 안전성을 강화시킨 배터리 팩 등에 관한 것이다.
본 출원은, 2022년11월21일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2022-0156193호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
전기를 구동원으로 사용하는 노트북, 비디오 카메라, 모바일 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증가하고, 이동형 로봇, 전기 자전거, 전동 카트, 전기 자동차 등이 보편적으로 상용화됨에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮은 장점을 가짐은 물론, 에너지 밀도가 높고 작동 전압이 높은 특성을 가지고 있어 다른 종류의 이차전지에 비해 더욱 집중적으로 연구됨은 물론, 실제 제품에도 더욱 확장적으로 적용되고 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(ESS, Energy Storage System)와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다.
이 경우, 전기적으로 연결된 이차전지 다수가 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 배터리 모듈이 주로 적용되고 있으며, 나아가 고전력이나 대용량이 요구되는 경우 이러한 배터리 모듈 다수 개가 전기적으로 연결된 배터리 팩이 적용되기도 한다.
이와 같은 장점을 가지는 이차전지는 다양한 형태로 그 사용이 더욱 확대되고 있기는 하나, 이차전지의 거동 특성상, 스웰링(swelling), 돌입전류(rush current) 인가, 주울열(joule heating)에 의한 과열 현상 또는 전해액의 분해 반응에 의한 열폭주 현상(thermal runaway) 등이 발생할 수 있다.
또한, 이차전지 간의 쇼트 또는 과도한 온도 상승 등과 같은 이벤트가 일어나는 경우 다량의 벤팅가스가 발생할 수 있으며, 심화되는 경우 화염은 물론, 전극 활물질과 알루미늄 입자 등이 포함되는 고온의 파티클(particle)이 함께 유출될 수 있어 배터리 모듈에 대한 안전성 확보는 더욱 중요하다고 할 수 있다.
배터리 모듈이나 배터리 팩은 다수의 이차전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 공간 집약적으로 밀집되므로 열적 이벤트에 더욱 취약할 수 있다. 특히, 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등이 발생하는 경우, 고온의 가스(gas), 화염(flame), 열(heat) 등이 발생하게 되고 이들이 신속히 제어되지 못하면 열 전이(thermal propagation) 등에 의하여 해당 배터리 모듈은 물론, 인접한 배터리 모듈로 연쇄적인 화재나 폭발 등이 야기될 수 있다.
사용자가 탑승하는 전기자동차와 같은 이동수단(vehicle)에 적용되는 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 더욱 집약적으로 탑재되므로 대형 화재 등이 유발될 수 있음은 물론, 인적 피해까지 발생될 수 있으므로 배터리 모듈이나 배터리 팩 등에서 발생될 수 있는 열적 이벤트가 초기 단계에서부터 더욱 강인하게 억제 및 제어될 필요성이 크다고 할 수 있다.
그러나 종래 배터리 팩은 단순히 복수 개 배터리 모듈이 집합되어 있어 있는 형태로 구현되는 경우가 일반적이므로 하나의 배터리 모듈에서 발생된 열적 이벤트가 인접한 배터리 모듈로 쉽게 전이될 수 있다.
특히, 벤팅가스, 화염 등의 열적 이벤트는 상당히 고온이므로 상승하는 거동하는 특성을 가지면서 배터리 팩의 상부 영역으로 집중되면서 강하게 토출되는데 이 때 벤팅가스 등의 강한 직진성이나 그 세력이 적절히 제어되지 않는다면 배터리 팩 자체의 화재 또는 폭발 등 더욱 심각한 안전상의 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화염, 벤팅가스 등의 직진성을 와해시키고 그 세력을 약화시킬 수 있는 개선된 구조를 배터리 팩의 상부 공간에 적용함으로써 안전성을 더욱 강화시킨 배터리 팩 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 내부공간을 제공하는 팩하우징; 상기 내부공간에 구비되는 복수 개 배터리모듈; 및 하방으로 돌출된 형상을 가지는 복수 개 볼록블럭이 하부에 구비되며, 상기 팩하우징의 상부에 결합되는 상부프레임을 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우 본 발명의 상기 볼록블럭은 복수 개 관통홀이 구비되도록 구성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 상기 상부프레임은 상방으로 함몰된 형상의 오목블럭이 상기 볼록블럭이 위치하지 않는 영역에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 볼록블럭은, 하부의 일부 또는 전부가 개방된 형상을 가질 수 있으며 실시형태에 따라서 하방이 넓고 상방이 좁은 형상을 가질 수 있다.
구체적으로 본 발명의 상기 볼록블럭은 상기 상부프레임에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에서 연장 형성되며 외력에 의하여 탄성 변위되는 날개부를 가지는 사이드플레이트를 포함할 수 있다.
나아가 본 발명의 배터리 팩은 상기 팩하우징의 내부공간을 분리하는 격벽부를 더 포함할 수 있으며 이 경우, 본 발명의 상기 상부프레임은 상기 격벽부의 상부가 결합되는 가이드레인이 하부에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 배터리모듈은 상기 격벽부에 의하여 분리된 내부공간인 구획공간에 구비될 수 있으며 이 경우, 상기 볼록블록은 상기 상부프레임 중 상기 구획공간에 대응되는 영역마다 복수 개 구비되도록 구성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의한 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명에 의하면, 상승 이동하는 화염, 벤팅가스 등의 거동특성을 유기적으로 반영하여 배터리 팩의 상부 공간을 구조적으로 개선시킴으로써 벤팅가스 등을 약화시킬 수 있음은 물론, 그 직진성을 와해시킬 수 있어 벤팅가스 등의 급격한 토출에 따른 다양한 문제점을 근본적으로 해소할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 단순화된 구조의 적용만으로 벤팅가스 등의 블로킹(blocking), 구속 내지 포섭, 접촉 면적 확장, 와류 내지 와동 유발 등을 구현함으로써, 벤팅가스 등의 유동을 실효적으로 약화 내지 감쇄시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하는 경우, 배터리 모듈의 수용공간을 물리적으로 구획하는 구성과 팩하우징의 물리적 구성을 상호 결합되는 구조를 적용함으로써 배터리 모듈을 더욱 견고하고 안정적으로 지지할 수 있음은 물론, 조립 공정 등의 효율성 또한, 향상시킬 수 있고 나아가 팩하우징 자체의 내구성을 구조공학적으로 강화시킬 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩의 전체적인 모습을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 상부프레임의 구조를 설명하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 상부프레임의 구조를 설명하는 저면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 버스바 및 격벽부를 설명하는 도면이다.
도 7은 상부프레임의 하부에 구비되는 본 발명에 의한 볼록블럭 및 오목블럭의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 상부프레임, 볼록블럭 및 오목블록에 의하여 확장된 대접면적을 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 볼록블럭을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 볼록블럭의 사이드플레이트에 대한 일 실시예를 도시한 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 아니 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 사상을 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 의한 배터리 팩(10)의 전체적인 모습을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩(10)의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩(10)은 팩하우징(200), 배터리모듈(100), 상부프레임(300) 및 모듈이 수용되는 개별공간 내지 구획공간(DS)을 형성하는 격벽부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
팩하우징(200)은 배터리 팩(10)의 기본적인 골격 구조를 제공하는 구성으로서, 그 내부공간에 하나 이상 배터리모듈(100)이 수용된다. 구체적으로 팩하우징(200)에는 도면에 예시된 바와 같이 종방향(Y축 방향) 또는 횡방향(X축 방향)으로 연장된 형상을 가지는 하나 이상의 격벽부(400)가 구비될 수 있으며 이 경우 격벽부(400)에 의하여 구획되는 구획공간(DS) 각각에 하나 이상 배터리모듈(100)이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 팩하우징(200)은 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210)을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명의 상부프레임(300)은 하부프레임(220)과 사이드프레임(210)의 상부(Z축 기준)에서 이들과 결합되도록 구성될 수 있다.
상부프레임(300), 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210) 중 적어도 하나 이상은 판상으로 구성될 수 있으나, 일정 두께 이상을 가지는 다면체(예를 들어 직육면체) 형태로 구성될 수 있다.
상부프레임(300)은 팩하우징(200)의 상부에 위치하며, 하부프레임(220)은 상부프레임(230)의 하부에서 상부프레임(230)과 소정 간격 이격된 형태로 배치될 수 있으며, 사이드프레임(210)은 상부프레임(300)과 하부프레임(220) 사이에 상단과 하단이 각각 연결된 형태로 배치될 수 있다.
실시형태에 따라서 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210)은 서로 일체화된 형태로 구성될 수도 있음은 물론이며, 인접한 프레임 간의 결합은 플랜지(flange)와 볼트 체결에 의한 방식은 물론, 레이저 용접이나 초음파 용접 방식 등에 의하여 이루어질 수 있음은 물론이다.
상부프레임(300), 하부프레임(220) 및 사이드프레임(210) 중 하나 이상은 내측면 등이 클래드 메탈(Clad metal)로 이루어지거나 내측면에 GFRP 등의 난연 소재가 부착될 수 있다.
팩하우징(300)을 구성하는 프레임(210, 220, 230) 중 하나 이상은 내부 구성품의 물리적 보호 등을 효과적으로 구현하기 위하여 강도가 높은 SUS(stainless Steel)와 같은 금속 재질이나 내열, 내온, 내충격성이 높은 ABS수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) 등과 같은 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 실시형태에 따라서 부위별로 서로 다른 이종 재질로 이루어질 수 있다.
도면에 예시된 바와 같이 팩하우징(200)의 내부에는 배터리모듈(100) 각각이 개별적으로 수용되는 구획공간(DS)이 격벽부(400)에 의하여 형성될 수 있다. 이 구획공간(DS)은 일종의 독립된 챔버 내지 격실 등으로 기능하여 개별 배터리모듈(100)을 물리적으로 보호함은 물론, 배터리모듈(100)에서 발생된 열적 이벤트가 인접한 다른 배터리모듈(100)로 확산 또는 전이되는 것을 일차적으로 저지하는 기능을 수행한다.
도면에 도시된 바와 같이 격벽부(400)에 의하여 형성되는 구획공간(DS)은, 팩하우징(200)을 구성하는 사이드프레임(210)과 구획공간(DS) 사이에 공간(P)이 형성되도록 하나 이상 사이드프레임(210)을 기준으로 내측으로 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 경우, 상기 공간(P)을 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 배출되는 벤팅채널(P)로 활용할 수 있으며, 실시형태에 따라서 도면에 예시된 바와 같이 복수 개 구획공간(DS)의 외주를 아우르는 일종의 트랙(track) 형상으로 벤팅채널(P)을 형성할 수 있어, 각각의 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 사이드프레임(210)에 형성된 배출구(E) 등을 통해 팩하우징(200) 외부로 효과적으로 배출되도록 유도할 수 있다.
벤팅가스와 함께 화염이 배출되는 경우, 화염의 거동 특성인 강한 직진성을 와해시키고 이를 통하여 화염이 약화될 수 있도록 도면에는 도시되지 않았으나 절곡된 형상 등의 가이더(guider) 또는 벤팅리브(venting rib), 방향성 전환을 위한 절곡부재 등이 벤팅채널(P) 등에 구비되도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
구획공간(DS)을 형성하는 격벽부(400) 또한, 팩하우징(200)을 구성하는 각 프레임과 같이 내열성 및 물리적 강성이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직함은 물론이다.
도면에 도시된 바와 같이 격벽부(400) 중 일부에는 앞서 설명된 팩하우징(200)의 사이드프레임(210)과 상기 구획공간(DS) 사이의 공간이 형성하는 벤팅경로(벤팅채널, P)와 연통하는 벤팅홀(421)이 형성될 수 있다.
이와 같이 격벽부(400) 중 일부에 벤팅홀(421)이 형성되는 경우, 구획공간(DS) 내 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등은 벤팅홀(421), 벤팅채널(P) 및 배출구(E)를 거쳐 외부로 배출된다.
도면에는 종방향(Y축)과 횡방향(X축)을 기준으로 2Х3 매트릭스 그룹을 이루는 배터리모듈(100)이 팩하우징(200)에 수용되는 예가 도시되어 있으나, 적용되는 장치의 공간적 특성, 전기적 용량, 전력의 크기 등에 따라 2Х4, 2Х2, 4Х3 매트릭스 그룹 등과 같은 다양한 조합적 배열을 가지는 배터리모듈(100)이 구획공간(DS)을 통하여 팩하우징(200)에 구비될 수 있음은 물론이다.
구획공간(DS)에 수용되는 배터리모듈(100)은 모듈케이스(110) 및 모듈케이스(110) 내부에 수용되는 셀 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 셀 어셈블리는 n(n은 1이상의 자연수)개 배터리 셀로 이루어지며, n개 배터리 셀의 각 리드(lead)는 용접 등과 같은 결합방법 또는 전도성 재질의 부재가 매개되는 방법 등을 통하여 집합됨으로써 배터리모듈(100) 단위의 전기적 인터페이싱 전극인 모듈단자(terminal)를 형성한다.
배터리모듈(100)을 통하여 집합되는 상기 배터리 셀은 이차 전지일 수 있으며, 이 이차전지는 파우치형 셀, 원통형 셀 또는 각형 셀일 수 있음은 물론이다.
복수 개 배터리 셀을 이용하여 배터리모듈 등을 구성하는 방법 등은 이 기술 분야에서 잘 알려진 기술 구성임은 물론, 본 발명의 핵심적 기술이 아니므로 이에 대한 상세한 내용은 생략하도록 한다.
팩하우징(200)에 구비되는 복수 개 배터리모듈(100)은 배터리 팩(10)에서 요구되는 적절한 스펙이나 설계 사항 등에 따라 병렬, 직렬 또는 이들의 조합적 방법 등에 의하여 전기적으로 상호 연결된다. 도면에는 이에 대한 예시로 길이 방향(Y축 방향)으로 서로 마주보고 있는 배터리모듈(100)에 구비된 동일 극성의 모듈단자(terminal)가 버스바(500)에 의하여 상호 연결된 형태가 도시되어 있다.
도면에 도시된, 버스바(500)에 의한 전기적 연결 및 버스바(500)에 의하여 상호 전기적으로 연결되는 배터리모듈(100)의 구성 등은 본 발명의 기술사상을 효과적으로 설명하기 위하여 다소 간소화된 형태로 도시되어 있으며 실시형태에 따라서 버스바(500)들 상호간을 연결하는 커넥터 구조 등이 더 포함될 수 있음은 물론이다.
도면에 도시된 축, 그 축을 지칭하는 용어 및 해당 축을 기준으로 설명되는 상부, 하부, 전방, 후방, 수직 등과 같은 방향을 의미하는 용어는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 상대적 기준을 제시하기 위한 것을 뿐, 절대적 기준에서 어떤 방향이나 위치 등을 특정하기 위한 것이 아님은 자명하며, 대상이 되는 객체의 위치나 관측자의 위치, 바라보는 방향(view direction) 등에 따라 상대적으로 달라질 수 있음은 물론이다.
이하, 앞서 설명된 바와 같이 Z축을 상하 또는 수직 방향의 기준으로 정의하여 본 발명의 실시예를 설명하며, 이와 상응하는 관점에서 Y축을 전방 또는 후방의 기준으로, X축을 좌측 또는 우측의 기준으로 정의하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다. 이러한 정의된 기준에 의할 때, XY평면이 본 발명의 실시예에서 수평면이 되며, Y축 방향이 배터리 팩(10) 또는 배터리모듈(100)의 길이 방향(장축 기준)이 된다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 상부프레임(300)의 구조를 설명하는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 버스바(500) 및 격벽부(400)를 설명하는 도면이다.
팩하우징(200)의 상부(Z축 기준)에서 결합되는 본 발명의 상부프레임(300)은 그 하부에 구비되며, 도면에 도시된 바와 같이 아래 방향(Z축 기준)으로 돌출된 형상을 가지는 볼록블럭(310)을 포함한다.
상기 볼록블럭(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 상부프레임(300)의 하부면에 독립된 구조체가 결합(접합, 용접, 체결수단 체결 등)되는 방식으로 상부프레임(300)에 구비될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 프레스 가공 등을 통하여 상부프레임(300)의 소정 영역이 하방으로 돌출되도록 하는 방식으로도 구현될 수 있다. 프레스 가공 등을 통하여 볼록블럭(310)이 형성되는 경우, 물리적 내구성 등을 강화하고 기밀성 등을 높이기 위하여 상부프레임(300)의 상부에 추가 케이스(미도시)가 결합될 수 있음은 물론이다.
실시형태에 따라서 상부프레임(300)의 하부에는 앞서 설명된 격벽부(400)의 상부가 결합되는 가이드레인(330)이 형성될 수 있다.
격벽부(400)의 상부와 끼움 결합되도록 상기 가이드레인(330)은 홈부라인이 길이 방향으로 연장된 형상으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 구성되는 경우 격벽부(400)와의 조립 편의성 등이 향상될 수 있으며, 배터리 팩(10)의 내부를 수직 방향으로 지지하는 구조와 상부프레임(300)이 물리적으로 결합됨으로써 배터리 팩(10) 자체의 구조공학적 강성을 증강시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드레인(330)과 격벽부(400)가 상호 물리적으로 결합함으로써 개별 배터리모듈(100)에서 발생된 벤팅가스 등이 인접한 다른 배터리모듈(100)로 전이되는 것을 억제시킬 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 버스바(500)가 위치하는 부분의 가이드레인(330)은 버스바(500)의 형상이나 구조에 대응되는 공간 등이 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 버스바(500)가 상방으로 돌출되지 않도록 격벽부(400)에는 버스바(500)의 두께 이상의 깊이를 가지는 안착홈부(411)가 형성되는 것이 바람직하다.
버스바(500)는 배터리모듈(100)의 단자와 전기적으로 연결되는 제1 및 제2브랜치(510, 520) 및 브릿지(530)를 포함하여 구성될 수 있다. 실시형태에 따라서 버스바(500)는 절연 등을 위하여 비전도성 재질의 하우징에 의해 커버링될 수도 있음은 물론이다.
격벽부(400)의 안착홈부(411)와 상응하는 구조가 구현될 수 있도록 안착홈부(411)에 안착되는 버스바(500)의 브릿지(530)는 제1 및 제2브랜치(510, 520)를 상호 연결하되, 제1 및 제2브랜치(510, 520)보다 높은 위치(Z축 기준)가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 실시구성에 의하면, 팩하우징(200)의 상부프레임(300)과의 결합 시, 단차 또는 유격 등을 회피할 수 있음은 물론, 격벽부(400)에 의하여 형성되는 구획공간(DS) 등의 기밀성 등을 더욱 향상시킬 수 있다.
상부프레임(300)에 상술된 바와 같이 격벽부(400)와 물리적으로 결합되는 가이드레인(330)이 구비되는 경우, 본 발명의 볼록블럭(310)은 격벽부(400)에 의하여 형성되는 구획공간(DS) 즉, 배터리모듈(100)과 대응되는 위치마다 복수 개로 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하방으로 돌출된 형상을 가지는 복수 개 볼록블럭(310)이 상부프레임(300)에 구비되는 경우, 이 볼록블럭(310)은 배터리모듈(100) 등에서 발생되어 배터리 팩(10)의 상부 공간을 거쳐 외부로 배출되는 벤팅가스 또는 화염 등의 이동을 저지, 분리 내지 분산시키는 물리적 방해물로 기능하므로 이 과정에서 벤팅가스 또는 화염 등의 세력을 상당 부분 감쇄 내지 약화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 볼록블럭(310)에 의하여 벤팅가스 등은 임의의 방향성을 가지면서 이동하게 되므로 벤팅가스 등의 상호 충돌 내지 상쇄를 유도할 수 있으며, 볼록블럭(310) 사이의 공간에서 와류 내지 와동이 자연스럽게 유발되므로 벤팅가스 등의 강한 흐름을 지연 내지 약화시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면 등을 참조하여 본 발명의 볼록블럭(310) 등에 대한 더욱 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 7은 상부프레임(300)의 하부에 구비되는 본 발명에 의한 볼록블럭(310) 및 오목블럭(320)의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 8은 상부프레임(300), 볼록블럭(310) 및 오목블럭(320) 의하여 확장된 대접면적을 설명하는 도면이다.
실시형태에 따라서 상부프레임(300) 중 볼록블럭(310)이 위치하지 않는 영역에는 도 7에 도시된 바와 같이, 상방으로 유입(함몰)된 형상의 오목블럭(320)이 구비될 수 있다.
이와 같이 상부프레임(300)에 오목블럭(320)이 구비되는 경우, 벤팅가스 등은 오목블럭(320)에 의하여 제공되는 트랩(trap) 공간에 그 일부가 구속되므로 벤팅가스 등의 직진성 와해 및 세력 약화 등을 유도할 수 있다.
또한, 볼록블럭(310)과 오목블럭(320)이 함께 상부프레임(300)의 하부에 구비되는 경우, 도 8에 예시된 바와 같이, 상부프레임(300) 자체의 높이, 오목블럭(320)의 높이(h2) 및 볼록블럭(310)의 높이(h1)가 서로 차등화되므로 상승하는 벤팅가스 등이 대접하는 표면적 자체를 더욱 확장시킬 수 있어 접촉 면적 증대에 따른 온도 저하 또한, 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 구성에 의하는 경우, 배터리 팩(10)의 상부 공간을 통하여 이동하는 벤팅가스 등의 전체적인 주류 흐름을 작은 규모의 흐름으로 세분화 내지 분산시킬 수 있음은 물론, 방향성 전환, 상호 충돌, 와류 유발 등과 같이 벤팅가스나 화염의 유동 자체를 유체역학적으로 더욱 복잡한 형태와 양상으로 변화시키고 이들의 상호 작용이 일어나도록 함으로써 벤팅가스 등의 속도 저하 및 세력 약화 등을 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
도면에는 볼록블럭(310) 및 오목블럭(320)이 직육면체 형상으로 도시되어 있으나, 실시형태에 따라서 이와 다른 형상은 물론, 크기, 높이, 깊이, 개수, 분포 등의 다양한 변형례와 그 조합적 적용이 가능함은 물론이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 볼록블럭(310)을 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 볼록블럭(310)에는 복수 개 관통홀(311)이 형성될 수 있다. 이와 같이 볼록블럭(310)에 관통홀(311)이 형성되는 경우 앞서 설명된 바와 같이 벤팅가스 등의 주류 흐름이 볼록블럭(310)에 의하여 세분화 내지 분산되도록 유도하는 등의 기본적인 기능을 구현함과 동시에, 벤팅가스나 화염의 일부가 볼록블럭(310) 내부로 유입된 후 다시 관통홀(311)을 통하여 유출되는 과정에서 후속적인 세력 약화를 유도할 수 있다.
또한, 볼록블럭(310)에 관통홀(311)이 구비되는 경우 관통홀(311)을 통하여 유입되는 스트림(stream)과 볼록블럭(310)의 내부로 유입된 후 다시 관통홀(311)을 통하여 유출되는 스트림이 상호 간섭되는 등 이들의 흐름이 상호 상쇄되도록 유도할 수 있어 벤팅가스 등의 토출 속도 등을 저하시킬 수 있으며 이 과정에서 벤팅가스 등의 세력을 추가적으로 약화시킬 수 있다.
본 발명의 볼록블럭(310)은 도 9에 예시된 바와 같이, 측면을 이루는 사이드플레이트(311)와 하부면을 형성하는 하부플레이트(312)를 포함할 수 있는데, 실시형태에 따라서 하부플레이트(312)는 볼록블럭(310)의 하부(Z축 기준) 일부가 개방된 형태가 되도록 사이드플레이트(311)의 일부에만 연결될 수 있다.
벤팅가스 또는 화염 등은 상승하는 거동 특성이 강하므로 볼록블럭(310)의 형상을 이와 같이 구성하는 경우, 벤팅가스 또는 화염의 일부를 더욱 효과적으로 구속시킬 수 있다. 볼록블럭(310)의 하부 전부가 개방된 형태 또한, 이에 준하는 효과를 가질 수 있음은 물론이다.
관통홀(311)이 형성되는 형태를 비롯하여 하부의 일부 또는 전부가 개방된 형태로 볼록블럭(310)이 구현되는 경우, 주류 흐름의 이동을 억제시키는 물리적 장애물로서의 기능을 구현함과 동시에 벤팅가스 등과의 접촉면적을 확장시킬 수 있어 벤팅가스 등의 온도가 저감되는 효과를 수반할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 볼록블럭(310)은 도 10에 도시된 바와 같이 하방(Z축 기준)이 상대적으로 넓고, 상방이 상대적으로 좁은 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시구성에 의하면, 벤팅가스 등의 상승하는 거동 특성을 유기적으로 반영하여 벤팅가스 등을 더욱 효과적으로 수용 및 구속할 수 있다.
또한, 이 실시구성에 의하면 볼록블럭(310)의 사선 방향 외측과 상부프레임(300)의 하부면 사이에 추가 공간이 자연스럽게 형성될 수 있고 이 추가공간은 볼록블럭(310)과는 반대로 상부가 넓고 하부가 좁은 형상이 되므로 유입된 벤팅가스 등이 유출되기 어려운 형상이 되므로 볼록블럭(310)과 볼록블럭(310) 사이의 공간 또한, 벤팅가스 등을 구속하는 공간으로 기능할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명에 의한 볼록블럭(310)의 사이드플레이트(311)에 대한 일 실시예를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이 볼록블럭(310)의 사이드플레이트(311)는 구체적으로 상부프레임(300) 등에 고정되는 고정부(311A) 및 이 고정부(311A)와 연결되되, 외력이 작용하는 경우 탄성 변위되는 날개부(311B)를 포함하도록 구성될 수 있다.
벤팅가스 등은 상승 이동한 후, 상부프레임(300)을 따라 대체적으로 수평 방향(XY 평면 방향)으로 이동하게 되는데, 볼록블럭(310)의 사이드플레이트(311)가 이와 같이 탄성 지지되도록 구성되는 경우, 수평 방향 성분의 이동력 중 일부는 이 사이드플레이트(311)를 탄성 변형시키는 힘으로 소진되므로 그 만큼 벤팅가스 등의 세력을 약화시킬 수 있다.
탄성 복원력은 변위 임계치를 초과하지 않는 범위에서 지속적으로 작용하므로 금속 재질로 이루어질 수 있는 사이드플레이트(311)는 절곡되거나 파단되는 등 탄성 한계를 벗어나지 않은 한 벤팅가스가 이동하는 방향과 반대되는 역방향의 힘을 지속적으로 벤팅가스 등에 가하게 되므로 이를 통해 벤팅가스 등의 물리력을 감쇄시킬 수 있다.
도면에 도시된 방향과 반대 방향 즉, 볼록블럭(310)의 내부에서 외부를 향하는 방향의 흐름이 발생하여도 날개부(311B)의 탄성 복원력은 작용하므로 그 흐름의 물리력을 약화시킬 수 있다.
도면에는 고정부(311A)와 날개부(311B)를 가지는 사이드플레이트(311)가 볼록블럭(310)의 일측 면에만 구비된 실시예가 도시되어 있으나, 벤팅가스 등의 다방향 흐름이 억제될 수 있도록 볼록블럭(310)의 측면 중 복수 개 또는 전부가 고정부(311A)와 날개부(311B)를 가지는 사이드플레이트(311)로 구현될 수 있음은 물론이다.
또한, 날개부(311B)의 탄성 변위가 유도될 수 있다면, 고정부(311A)와 날개부(311B)의 위치와 크기, 형상, 개수 등은 다양하게 변형될 수 있으며, 상기 고정부(311A)와 날개부(311B)는 단일 금속 부재로 일체형으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 관리 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 팩하우징(200)의 내부 공간에 장착되며, 배터리 셀 또는 배터리모듈(100)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛은 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛 또한, 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(Manual Service Disconnector)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차(미도시)는, 전술한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 자동차(미도시)는 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 구동원으로 사용하는 소정의 자동차(미도시)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소, 이를테면 차체나 모터 등을 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 또는 상부, 하부 또는 상하 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성(요소)을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위 등을 나타내기 위하여 사용되는 용어이거나, 절대적인 기준에서 각각의 구성(요소)을 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어가 아님은 자명하다.

Claims (9)

  1. 내부공간을 제공하는 팩하우징;
    상기 내부공간에 구비되는 복수 개 배터리모듈; 및
    하방으로 돌출된 형상을 가지는 복수 개 볼록블럭이 하부에 구비되며, 상기 팩하우징의 상부에 결합되는 상부프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼록블럭은, 복수 개 관통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부프레임은, 상방으로 함몰된 형상의 오목블럭이 상기 볼록블럭이 위치하지 않는 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼록블럭은, 하부의 일부 또는 전부가 개방된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 볼록블럭은, 하방이 넓고 상방이 좁은 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 볼록블럭은, 상기 상부프레임에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에서 연장 형성되며 외력에 의하여 탄성 변위되는 날개부를 가지는 사이드플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팩하우징의 내부공간을 분리하는 격벽부를 더 포함하고,
    상기 상부프레임은,
    상기 격벽부의 상부가 결합되는 가이드레인이 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리모듈은, 상기 격벽부에 의하여 분리된 내부공간인 구획공간에 구비되며,
    상기 볼록블록은, 상기 상부프레임 중 상기 구획공간에 대응되는 영역마다 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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