WO2024117878A1 - 셀 조립체 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024117878A1
WO2024117878A1 PCT/KR2023/019735 KR2023019735W WO2024117878A1 WO 2024117878 A1 WO2024117878 A1 WO 2024117878A1 KR 2023019735 W KR2023019735 W KR 2023019735W WO 2024117878 A1 WO2024117878 A1 WO 2024117878A1
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WO
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side beam
cell
cell assembly
coupled
battery pack
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/019735
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English (en)
French (fr)
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김민범
전종필
신주환
성준엽
이형석
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
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    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
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    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cell assembly and a battery pack including the same. More specifically, the present invention provides a cell assembly including a side beam coated with an insulating material at the bottom, and provides a battery pack that suppresses heat movement in the internal space using the side beam of the cell assembly.
  • Types of secondary batteries include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells is approximately 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting multiple battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module composed of a plurality of battery cells is first constructed.
  • Figure 1 shows an example of a conventional battery module, and is a perspective view of a cell assembly 10 in which a pouch-shaped cell 30 is exposed to the outside.
  • the cell assembly 10 shown in FIG. 1 has electrode leads extending from both sides, and a bus bar frame 50 covering the electrode leads is coupled to the front and back of a plurality of cells 30 stacked in one direction.
  • FIG. 1 omits the module frame that surrounds and protects the internal cells 30, and has the advantage of being lighter in weight compared to existing battery modules in which the cells 30 are wrapped and sealed.
  • FIG. 2 is a perspective view and a front view of a conventional cell assembly 10 in which side beams 40 are coupled to both sides to support the sides of the cell block 20, and FIG. 3 shows a side beam 40 coupled to both sides of FIG. 2, respectively. This shows the shape of the side beam 40.
  • the cell assembly 10 of FIG. 2(a) is characterized by improved lateral support of the cell assembly 10 by applying a side beam 40.
  • the pair of side beams 40 have protrusions 41 formed at the top and bottom, respectively, as shown in FIG. 2(b), and the protrusions 41 are stepped so as to have a shape that engages with each other. .
  • Figure 3 shows a pair of cell assemblies 10 accommodated in the inner space of the pack case 60 fitted to the battery pack. As shown in FIG. 3, a pair of cell assemblies 10 arranged next to each other are joined by engaging side beams 40 provided on the sides of each cell assembly 10.
  • FIG. 4 shows a pack case 60 in which the cell assembly 10 of FIG. 2 is accommodated, and the base plate 70, side wall 80, and main wall 90 are each located at the lower part of the cell assembly 10. and supports the sides.
  • the pack case 60 which accommodates the cell assembly 10 of the same type as shown in FIG. 2, is combined with the side wall 80 and the main wall 90 to separate each cell assembly 10 and divides the durable space. It has the advantage of not requiring a separate dividing wall. This is because the side beam provided on the side of the cell assembly 10 can replace the function of an existing dividing wall.
  • Figure 5 is a bottom perspective view of a portion of the side beam 40 interposed between a pair of coupled cell assemblies 10.
  • Cell assemblies 10 of the type shown in FIG. 2 can be physically separated from each other within the pack case 60 due to the presence of the side beams 40.
  • a small gap may exist between the lower end of the side beam 40 and the flat base plate 70. Such a gap may become a passage through which gas, flame, heat, etc. can easily be transferred to another normal cell assembly 10 when one cell assembly 10 undergoes thermal runaway.
  • Figure 6 shows a partial cross-section of the conventional pack case 60, and it can be seen that gas, flame, and heat move between a pair of combined side beams and the base plate.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery pack that can suppress the movement of heat between internal spaces.
  • a cell block including a plurality of cells from which electrode leads are derived;
  • a bus bar frame including a bus bar electrically connected to electrode leads of the cell block and coupled to the cell block; And a pair of side beams coupled to the bus bar frame to support both sides of the cell block; It provides a cell assembly, wherein at least one of the pair of side beams is coated with an insulating material at the bottom.
  • the side beam includes: a first side beam coupled to one end of the bus bar frame to support one side of the cell block; And a second side beam coupled to the other end of the bus bar frame to support the other side of the cell block; It includes, and the first side beam and the second side beam may have a shape that is engaged with each other.
  • the side beam may include a protrusion that protrudes to form a step along the height direction of the cell block.
  • the protrusion includes an upper protrusion formed on an upper portion of the first side beam; And it may be composed of a lower protrusion formed on the lower part of the second side beam.
  • the first side beam and the second side beam may have a shape in which the upper protrusion and the lower protrusion are engaged and combined with each other.
  • the second side beam includes an insertion groove at the bottom into which the insulating material is inserted
  • the insulating material may be coated to fill the insertion groove.
  • the insertion groove may extend along the longitudinal direction of the second side beam.
  • the above cell assembly and a pack case providing a space in which the cell assembly is seated. It includes, and a pair of cell assemblies arranged adjacent to each other is characterized in that it is seated on the pack case so that the first side beam of one cell assembly is coupled to the second side beam of the other cell assembly.
  • a battery pack is provided.
  • the first side beam and the second side beam may be combined with each other to form a partition separating a pair of adjacent cell blocks.
  • An insulating material may be coated on the bottom of the partition.
  • the partition wall includes an insertion groove at the bottom into which the insulating material is inserted,
  • the insulating material may be coated to fill the insertion groove.
  • the pack case includes a base plate supporting the lower part of the cell assembly,
  • the insulation material may seal between the partition wall and the base plate.
  • the partition wall may be screwed to the base plate.
  • the pack case includes a screw-shaped coupling member that couples the partition and the base plate to each other, and the coupling member is screwed to the base plate by vertically penetrating the partition and the insulation material coated on the bottom of the partition. You can.
  • the battery pack containing the cell assembly of the present invention even if one of the cell assemblies accommodated therein thermally runs away and generates high-temperature gas and flame, it is possible to prevent the gas and flame from spreading to other cell assemblies.
  • Figure 1 shows an example of one of the conventional battery modules.
  • Figure 2 shows a conventional cell assembly to which side beams are applied.
  • Figure 3 shows the combination of the cell assembly of the form of Figure 2.
  • FIG. 4 shows a pack case of a battery pack in which the cell assembly of FIG. 2 is accommodated.
  • FIG. 5 shows a bottom perspective view of a pair of cell assemblies coupled to each other inside the pack case of FIG. 4 and a portion of a side beam interposed between the cell assemblies.
  • FIG. 6 shows a cross-section of a portion of the pack case in which the cell assembly of FIG. 2 is accommodated.
  • Figure 7 is a perspective and front view of the cell assembly of the present invention.
  • Figure 8 is a bottom perspective view of a portion of the second side beam included in the cell assembly.
  • Figure 9 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 10 simply shows the arrangement of the side beams of one cell assembly arranged next to each other inside the pack case.
  • Figure 11 shows the combination of a pair of adjacent cell assemblies.
  • Figure 12 shows a bottom perspective view of a portion of the partition included in a pair of coupled cell assemblies.
  • Figure 13 shows the cross-sectional shape of a limited area where the partition wall is located in the pack case of Figure 9.
  • FIG. 14 briefly shows a cross-section of a portion of the pack case of FIG. 9 and the movement of gas, flame, and heat.
  • Figure 15 is a bottom perspective view of a portion of the second side beam included in the battery pack according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 16 shows a bottom perspective view of a portion of the partition included in a pair of coupled cell assemblies.
  • Figure 17 shows a cross-section of a portion of the pack case where the partition wall is located.
  • Figure 18 briefly shows a cross-section of a portion of the pack case and the movement of gas, flame, and heat.
  • Figure 19 is a schematic diagram showing another embodiment of the cell assembly of the present invention.
  • Figure 20 is a schematic diagram showing another embodiment of the cell assembly of the present invention.
  • Figure 21 is a schematic diagram showing another embodiment of the cell assembly of the present invention.
  • the present invention relates to a cell assembly and a battery pack including the same. More specifically, the present invention provides a cell assembly including a side beam coated with an insulating material at the bottom, and provides a battery pack that suppresses heat movement in the internal space using the side beam of the cell assembly.
  • FIGS. 7 to 8 relate to a cell assembly of the present invention
  • FIGS. 9 to 14 relate to a battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 15 to 18 relate to a second embodiment of the present invention
  • 19 to 21 relate to another embodiment of the cell assembly of the present invention.
  • the cell assembly 1000 of the present invention includes a cell block 1100, a bus bar frame 1200 coupled to the cell block 1100, and a pair of side beams 1300 coupled to both sides of the cell block 1100. ) includes.
  • the cell block 1100 includes a plurality of cells 1110.
  • the cell 1110 includes an electrode assembly (not shown) formed by alternately stacking electrodes and separators, and a case (not shown) that surrounds and seals the electrode assembly.
  • the cell 1110 is classified into a pouch shape, a square shape, and a cylindrical shape depending on the shape of the electrode assembly and the case.
  • the cell assembly 1000 may further include a module frame surrounding the cell block 1100 to protect each cell 1110 from external shock.
  • the module frame may be provided to support or protect only a part of the cell block 1100, or may be provided to all exposed parts of the cell block 1100 to completely block the cell block 1100 from the outside. You can.
  • Figure 7 is a perspective view and a front view of the cell assembly 1000 of the present invention. More specifically, Figure 7 shows a cell assembly 1000 in which a pouch-shaped cell 1110 is accommodated. (Hereinafter, for convenience of understanding, FIGS. 7 to 18 will focus on the cell assembly 1000 and the battery pack 2000 including the pouch-type cell 1110.)
  • the cell block 1100 is composed of a plurality of cells 1110 including electrode leads (not shown), as shown in FIG. 7. More specifically, the cell block 1100 is composed of a plurality of cells 1110 stacked in one direction.
  • the bus bar frame 1200 includes a bus bar (not shown) that is electrically connected to each electrode lead of the cell block 1100, and is coupled to the cell block 1100.
  • the side beam 1300 includes a first side beam 1300a coupled to one side of the cell block 1100 and a second side beam coupled to the other side of the cell block 1100, as shown in FIG. 7(b). Includes (1300b).
  • first side beam 1300a is coupled to one end of the bus bar frame 1200 to support one side of the cell block 1100
  • the second side beam 1300b is connected to the cell block 1100. It is coupled to the other end of the bus bar frame 1200 to support the other side of 1100.
  • the side beam 1300 includes a protrusion that protrudes to form a step along the height direction of the cell block 1100.
  • the pair of side beams 1300 each include a protrusion on one surface in contact with the cell block 1100 and on the other surface opposite to the other surface.
  • the protrusion is formed at the top of one of the pair of side beams 1300, and the protrusion is formed at the bottom of the other side beam 1300. That is, the first side beam 1300a and the second side beam 1300b have a shape that is engaged with each other due to the protrusions formed at different positions.
  • the protrusion consists of an upper protrusion 1300a1 formed on the upper part of the first side beam 1300a and a lower protrusion 1300b1 formed on the lower part of the second side beam 1300b.
  • the first side beam 1300a and the second side beam 1300b have a shape in which the upper protrusion 1300a1 and the lower protrusion 1300b1 are engaged and combined with each other.
  • the cell assembly 1000 of the present invention is characterized by including an insulation material 3000 at the bottom of one of the pair of side beams 1300.
  • the insulation material 3000 is included in the second side beam 1300b including the lower protrusion.
  • Figure 8 is a bottom perspective view of a portion of the second side beam 1300b included in the cell assembly 1000.
  • the insulation material 3000 is coated on the bottom of the second side beam 1300b as shown in FIG. 8.
  • the insulation material 3000 is formed to extend from the bottom of the second side beam 1300b along the longitudinal direction of the second side beam 1300b.
  • the insulation material 3000 may include at least one type of organic material or inorganic material.
  • the insulation material 3000 may be cork, cotton, felt, carbide, rubber, etc., and may be asbestos, glass wool, stone wool, diatomaceous earth, magnesium carbonate powder, etc.
  • the type of the insulating material 3000 is not limited to those listed above, and any material that has low thermal conductivity or can effectively delay heat transfer can be used.
  • the insulating material 3000 may be attached to the bottom of the second side beam 1300b in solid form, or may be applied and coated in the form of a slurry.
  • the cell assembly 1000 of the present invention includes a second side beam 1300b including an insertion groove 1300b2 at the bottom into which the insulation material 3000 can be inserted in order to more stably attach the insulation material 3000. It may also be included.
  • the insertion groove 1300b2 will be described in more detail later with drawings in the second embodiment of the battery pack.
  • the battery pack of the present invention is characterized in that it includes a cell assembly 1000 provided on one side with a second side beam 1300b including an insulating material 3000 on a portion of the bottom.
  • Figure 9 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • the battery pack includes a pack case 2000 that provides a space in which a plurality of cell assemblies 1000 are seated.
  • the pack case 2000 includes a base plate 2100 that supports the lower part of the cell assembly 1000, and a side wall 2200 coupled along the edge of the base plate 2100 to support the side of each cell assembly 1000. and a main wall 2300 that crosses the center of the pack case 2000 and is coupled to the base plate 2100.
  • the main wall 2300 extends along the longitudinal direction of the pack case 2000 and is coupled to the base plate 2100 to largely divide the internal space of the pack case 2000 into two.
  • a plurality of cell assemblies 1000 are arranged on both sides of the main wall 2300 and are seated on the base plate 2100. At this time, each cell assembly 1000 is arranged so that the side beams 1300 provided on the sides are engaged and coupled to each other.
  • FIG. 10 briefly shows the arrangement of the side beams 1300 of a pair of cell assemblies 1000 arranged adjacent to each other inside the pack case 2000.
  • a pair of cell assemblies 1000 arranged adjacently have a first side beam 1300a of one cell assembly 1000 and a second side beam (1300a) of the other cell assembly 1000 ( 1300b) is a shape that interlocks with each other.
  • the upper protrusion 1300a1 of the first side beam 1300a provided on one side of one cell assembly 1000 is the upper protrusion 1300a1 of the second side beam 1300b provided on one side of the other cell assembly 1000. It is inserted into the upper part of the lower protrusion 1300b1. Accordingly, the first side beam 1300a and the second side beam 1300b facing each other may be combined by engaging the upper protrusion 1300a1 and the lower protrusion 1300b1.
  • Figure 11 shows the combination of a pair of cell assemblies 1000 arranged adjacently.
  • the first side beam 1300a and the second side beam 1300b provided in each cell assembly 1000 are combined with each other to form one partition 2400 as shown in FIG. 11.
  • the partition 2400 formed by combining the pair of side beams 1300 may serve to separate a pair of cell blocks 1100 adjacent to each other in the internal space of the pack case 2000, It also serves to support the side of each cell block 1100.
  • the partition wall 2400 serves to block gas, flame, and heat generated from each cell assembly 1000 from being transferred to other cell assemblies 1000.
  • One partition 2400 formed by combining the side beams 1300 includes an insulating material 3000 at the bottom.
  • Figure 12 shows a bottom perspective view of a portion of the partition wall 2400 included in the paired cell assembly 1000.
  • the partition 2400 is formed by combining a first side beam 1300a and a second side beam 1300b including an insulating material 3000 at the bottom.
  • the insulation material 3000 is specifically included at the bottom of the lower protrusion 1300b1 of the second side beam 1300b. Since most of the lower part of the partition 2400 is occupied by the lower protrusion 1300b1 of the second side beam 1300b, the lower part of the partition 2400 is the insulation material 3000 included at the lower end of the second side beam 1300b. accounts for most of the
  • FIG. 13 shows the cross-sectional shape of a limited area where the partition wall 2400 is located in the pack case 2000 of FIG. 9.
  • a partition 2400 formed by combining a first side beam 1300a and a second side beam 1300b is interposed between a pair of adjacent cell blocks 1100. Additionally, an insulating material 3000 is interposed between the partition wall 2400 and the base plate 2100 supporting the lower portion of the cell assembly 1000.
  • the insulation material 3000 effectively isolates the internal space of the pack case 2000 where each cell assembly 1000 is located by sealing the gap that may be formed between the partition wall 2400 and the base plate 2100.
  • the gas, flame, and heat are distributed to the partition wall 2400 and the partition wall 2400.
  • the gas, flame, and heat are distributed to the partition wall 2400 and the partition wall 2400.
  • FIG. 14 briefly shows a cross-section of a portion of the pack case 2000 of FIG. 9 and the movement of gas, flame, and heat.
  • gas, flame, and heat generated from the thermally runaway cell assembly 1000 are blocked by the insulation material 3000 interposed between the partition wall 2400 and the base plate 2100 and cannot move to another space. .
  • the cell assembly 1000 of the present invention may be screwed and fixed to the inner space of the pack case 2000 using a coupling member such as a bolt.
  • a coupling member such as a bolt.
  • the partition wall 2400 is screwed to the base plate 2100.
  • the pack case 2000 may further include a screw-shaped coupling member (not shown) that couples the partition wall 2400 and the base plate 2100 to each other, and the coupling member connects the partition wall 2400 and the base plate 2100 to each other. It can be screwed to the base plate 2100 by vertically penetrating the insulation material 3000 coated on the bottom of the partition wall 2400. At this time, the coupling member is screwed to the base plate 2100 by vertically penetrating the partition wall 2400 and the insulation material 3000 coated on the bottom of the partition wall 2400, so that the insulation material 3000 is also connected to the coupling member. It can be stably fixed to the partition wall 2400 and the base plate 2100 by the member.
  • a screw-shaped coupling member (not shown) that couples the partition wall 2400 and the base plate 2100 to each other, and the coupling member connects the partition wall 2400 and the base plate 2100 to each other. It can be screwed to the base plate 2100 by vertically penetrating the insulation material
  • the coupling member penetrates the upper protrusion 1300a1 of the first side beam 1300a and the lower protrusion 1300b1 of the second side beam 1300b at the same time and is screwed to the base plate 2100, the coupling member The first side beam 1300a and the second side beam 1300b may also be coupled and fixed to each other.
  • a groove is formed at the bottom of the partition wall 2400, so that the insulating material 3000 used to block gas, flame, and heat can be attached more stably.
  • Figure 15 is a bottom perspective view of a portion of the second side beam 1300b included in the battery pack according to the second embodiment of the present invention.
  • the second side beam 1300b includes an insertion groove 1300b2 at the bottom into which the insulating material 3000 is inserted, as shown in FIG. 15.
  • the insertion groove 1300b2 may be formed to extend along the longitudinal direction of the second side beam 1300b.
  • the insulation material 3000 may be inserted into the insertion groove 1300b2 and attached, or may be coated.
  • the insulation material 3000 is filled throughout the insertion groove 1300b2 extending along the longitudinal direction of the second side beam 1300b.
  • Figure 16 shows a bottom perspective view of a portion of the partition wall 2400 included in the paired cell assembly 1000.
  • the insertion groove 1300b2 formed at the bottom of the partition wall 2400 is filled with the insulation material 3000.
  • Figure 17 shows a cross-section of a portion of the pack case 2000 where the partition wall 2400 is located.
  • the exposure of the insulation material 3000 to the outside can be minimized when inserted into the insertion groove 1300b2, and the lateral support force can be improved by the insertion groove 1300b2. .
  • the insulation material 3000 filled in the insertion groove 1300b2 extending along the longitudinal direction of the partition 2400 is not pushed out or pulled out in the horizontal direction by the lateral support force of the insertion groove 1300b2, and the partition wall 2400 It can be positioned stably between the base plate 2100 and the base plate 2100.
  • the insulation material 3000 filled in the insertion groove 1300b2 can effectively block gas, flame, and heat moving through the gap between the partition wall 2400 and the base plate 2100.
  • Figure 18 briefly shows a cross-section of a portion of the pack case 2000 and the movement of gas, flame, and heat.
  • gas, flame, and heat generated from the thermally runaway cell assembly 1000 are blocked by the insulation material 3000 inserted into the insertion groove 1300b2 between the partition wall 2400 and the base plate 2100. You cannot move to another space.
  • FIGS. 19 to 21 show different forms of the cell assembly of the present invention, respectively. Specifically, FIGS. 19 and 20 are perspective views of the cell assembly 1000 including a prismatic cell 1110, and FIG. 21 is a perspective view of the cell assembly 1000 including a cylindrical cell 1110.
  • the cell block 1100 includes square cells 1110 with electrode leads formed on the top.
  • the cell block 1100 may further include a connection member 1400 that electrically connects electrode leads of adjacent cells 1110 to each other.
  • the bus bar frame 1200 includes a bus bar (not shown) that is electrically connected to each electrode lead or connection member 1400 of the cell block 1100, and is coupled to the cell block 1100.
  • the side beam 1300 includes a first side beam 1300a coupled to one side of the cell block 1100 and a second side beam 1300b coupled to the other side of the cell block 1100, as shown in FIG. 19. Includes.
  • the side beam 1300 includes a protrusion that protrudes to form a step along the height direction of the cell block 1100.
  • the pair of side beams 1300 each include a protrusion on one surface in contact with the cell block 1100 and on the other surface opposite to the other surface.
  • the protrusion consists of an upper protrusion 1300a1 formed on the upper part of the first side beam 1300a and a lower protrusion 1300b1 formed on the lower part of the second side beam 1300b.
  • the cell assembly 1000 of the present invention is characterized by including an insulation material 3000 at the bottom of one of the pair of side beams 1300.
  • the insulation material 3000 is included in the second side beam 1300b including the lower protrusion.
  • the cell block 1100 includes square cells 1110 with electrode leads formed on the top.
  • the cell block 1100 may further include a module frame 1500 including connection terminals (not shown) that can electrically connect the electrode leads of each cell 1110.
  • the module frame 1500 is coupled at the top of the cell block 1100 as shown in FIG. 20, and the connection terminal included in the module frame 1500 electrically connects the electrode lead of each cell 1110. Connect to.
  • the bus bar frame 1200 includes a bus bar (not shown) electrically connected to a connection terminal of the upper frame 1500, and is coupled to the cell block 1100.
  • the side beam 1300 includes a first side beam 1300a coupled to one side of the cell block 1100 and a second side beam 1300b coupled to the other side of the cell block 1100, as shown in FIG. 20. Includes.
  • the side beam 1300 includes a protrusion that protrudes to form a step along the height direction of the cell block 1100.
  • the pair of side beams 1300 each include a protrusion on one surface in contact with the cell block 1100 and on the other surface opposite to the other surface.
  • the protrusion consists of an upper protrusion 1300a1 formed on the upper part of the first side beam 1300a and a lower protrusion 1300b1 formed on the lower part of the second side beam 1300b.
  • the cell assembly 1000 of the present invention is characterized by including an insulation material 3000 at the bottom of one of the pair of side beams 1300.
  • the insulation material 3000 is included in the second side beam 1300b including the lower protrusion.
  • the cell block 1100 includes cylindrical cells 1110 including electrode leads at the top.
  • the cell block 1100 may further include a pair of module frames 1500 including connection terminals (not shown) that can electrically connect the electrode leads of each cell 1110.
  • the module frame 1500 is coupled at the top and bottom of the cell block 1100, and by this coupling, the connection terminal included in the module frame 1500 electrically connects the electrode leads of each cell 1110. .
  • the bus bar frame 1200 includes a bus bar (not shown) electrically connected to a connection terminal of the module frame 1500, and is coupled to the cell block 1100.
  • the side beam 1300 includes a first side beam 1300a coupled to one side of the cell block 1100 and a second side beam 1300b coupled to the other side of the cell block 1100, as shown in FIG. 21. Includes.
  • the side beam 1300 includes a protrusion that protrudes to form a step along the height direction of the cell block 1100.
  • the pair of side beams 1300 each include a protrusion on one surface in contact with the cell block 1100 and on the other surface opposite to the other surface.
  • the protrusion consists of an upper protrusion 1300a1 formed on the upper part of the first side beam 1300a and a lower protrusion 1300b1 formed on the lower part of the second side beam 1300b.
  • the cell assembly 1000 of the present invention is characterized by including an insulation material 3000 at the bottom of one of the pair of side beams 1300.
  • the insulation material 3000 is included in the second side beam 1300b including the lower protrusion.

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Abstract

본 발명은 양측으로 전극 리드가 도출된 복수의 셀이 적층된 셀 스택; 상기 각 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 스택의 전후면에 각각 결합되는 버스바 프레임; 및 상기 셀 스택의 양측을 지지하도록 상기 버스바 프레임에 결합되는 한 쌍의 사이드 빔; 을 포함하고, 상기 한 쌍의 사이드 빔 중 적어도 어느 하나는 하단에 단열재가 코팅된 것을 특징으로 하는 셀 조립체 및 상기 셀 조립체를 수용하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

셀 조립체 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 셀 조립체 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 하단에 단열재가 코팅된 사이드 빔을 포함하는 셀 조립체를 제공하고, 상기 셀 조립체의 사이드 빔을 이용하여 내부 공간에서 열의 이동을 억제한 배터리 팩을 제공하는 것이 특징이다.
본 출원은 2022년12월02일자 대한민국 특허 출원 제10-2022-0167127호, 2023년03월17일자 대한민국 특허 출원 제10-2023-0035457호 및 2023년12월01일자 대한민국 특허 출원 제10-2023-0172124호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V 이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압 이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터 리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
예컨대, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성한다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 중 하나의 예시를 도시한 것으로, 파우치형태의 셀(30)이 외부로 노출된 형태의 셀 조립체(10)의 사시도이다. 구체적으로 상기 도 1에 도시된 셀 조립체(10)는 양측으로 전극 리드가 도출되고 일 방향으로 적층된 복수의 셀(30)의 전후로 상기 전극 리드를 덮는 버스바 프레임(50)이 결합된다.
상기 도 1과 같은 형태는 내부의 셀(30)을 둘러싸서 보호하는 모듈 프레임이 생략된 구조로 셀(30)을 감싸서 밀봉한 형태의 기존 배터리 모듈에 비해 무게가 가볍다는 장점을 갖는다.
상기 도 2는 셀 블록(20)의 측면을 지지하기 위해 양측에 사이드 빔(40)이 결합된 종래의 셀 조립체(10)의 사시도 및 정면도이고, 도 3은 상기 도 2의 양측에 각각 결합된 사이드 빔(40)의 형상을 나타낸 것이다.
상기 도 2(a)의 셀 조립체(10)는 사이드 빔(40)을 적용하여 셀 조립체(10)의 측면 지지력을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 상기 한 쌍의 사이드 빔(40)은 도 2(b)에 도시된 것처럼 상부 및 하부에 각각 돌출부(41)가 형성되어 있고, 상기 돌출부(41)는 서로 맞물리는 형상을 갖도록 단차가 형성되어 있다.
상기와 같은 사이드 빔이 구비된 셀 조립체(10)는 배터리 팩에 수용될 경우, 각 셀 조립체(10)의 측부에 구비된 사이드 빔이 서로 맞물려 결합된다.
도 3은 배터리 팩에 퐇마되는 팩 케이스(60) 내부 공간에 수용되는 한 쌍의 셀 조립체(10)를 나타낸 것이다. 상기 도 3에 도시된 것처럼 이웃하여 배치되는 한 쌍의 셀 조립체(10)는 각 셀 조립체(10)의 측부에 구비된 사이드 빔(40)이 서로 맞물려 결합된다.
도 4는 상기 도 2의 셀 조립체(10)가 수용되는 팩 케이스(60)를 나타낸 것으로, 베이스 플레이트(70), 측벽(80) 및 메인벽(90) 등이 각각 셀 조립체(10)의 하부 및 측부를 지지한다. 상기 도 2와 같은 형태의 셀 조립체(10)가 수용되는 팩 케이스(60)는 각 셀 조립체(10)를 분리시키기 위해 상기 측벽(80) 및 메인벽(90)과 결합되며 내구 공간을 구획하는 별도의 분리벽 등이 필요하지 않다는 장점이 있다. 이는 셀 조립체(10)의 측부에 구비된 사이드 빔이 기존의 분리벽 기능을 대신할 수 있기 때문이다.
도 5는 결합된 한 쌍의 셀 조립체(10) 사이에 개재된 사이드 빔(40) 일부의 저면 사시도이다.
상기 도 2와 같은 형태의 셀 조립체(10)는 상기 사이드 빔(40)의 존재로 팩 케이스(60) 내에서 서로 물리적으로 분리될 수 있다.
다만, 상기 도 5에 도시된 것처럼 사이드 빔(40)의 하단이 평평하게 형성되기 때문에 상기 사이드 빔(40) 하단과 평평한 베이스 플레이트(70) 사이에 작은 틈새가 존재할 수도 있다. 이와 같은 틈새는 어느 하나의 셀 조립체(10)가 열 폭주될 시, 다른 정상적인 셀 조립체(10)로 상기 가스, 화염 및 열 등이 쉽게 전이될 수 있는 통로가 될 수도 있다.
도 6은 상기 종래의 팩 케이스(60)의 일부 단면을 나타낸 것으로, 결합된 한 쌍의 사이드 빔과 베이스 플레이트 사이로 가스, 화염 및 열 등이 이동되는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 도 2와 같은 형태의 셀 조립체(10)는 팩 케이스(60) 내에 수용될 경우, 작은 틈을 통해 고온의 가스, 화염 및 열 등이 쉽게 전파된다는 문제점을 가진다.
종래에는 상기 도 2와 같이 새로운 형태의 셀 조립체(10)를 적용한 배터리 팩의 가스, 화염 및 열 전파 문제를 해결하기 위해 다양한 해결 방법이 연구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 내부 공간간 열의 이동을 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공할 목적을 갖는다.
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, 전극 리드가 도출된 복수의 셀을 포함하는 셀 블록; 상기 셀 블록의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 블록에 결합되는 버스바 프레임; 및 상기 셀 블록의 양측을 지지하도록 상기 버스바 프레임에 결합되는 한 쌍의 사이드 빔; 을 포함하고, 상기 한 쌍의 사이드 빔 중 적어도 어느 하나는 하단에 단열재가 코팅된 것을 특징으로 하는 셀 조립체를 제공한다.
상기 사이드 빔은, 상기 셀 블록의 일측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임의 일측 단부에 결합되는 제1 사이드 빔; 및 상기 셀 블록의 타측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임의 타측 단부에 결합되는 제2 사이드 빔; 을 포함하고, 상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 서로 맞물리는 형상을 가질 수 있다.
상기 사이드 빔은 셀 블록의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔의 상부에 형성된 상부 돌출부; 및 상기 제2 사이드 빔의 하부에 형성된 하부 돌출부로 구성될 수 있다.
상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 상기 상부 돌출부 및 하부 돌출부가 서로 맞물려 결합되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 사이드 빔은 상기 단열재가 삽입되도록 형성된 삽입홈을 하단에 포함하고,
상기 단열재는 상기 삽입홈에 충진되도록 코팅될 수 있다.
상기 삽입홈은 상기 제2 사이드 빔의 길이 방향을 따라 연장형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기의 셀 조립체; 및 상기 셀 조립체가 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스; 를 포함하고, 서로 이웃하게 배치되는 어느 한 쌍의 셀 조립체는 어느 하나의 셀 조립체의 제1 사이드 빔이 다른 하나의 셀 조립체의 제2 사이드 빔과 결합되도록 상기 팩 케이스에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 서로 결합되어 이웃하게 위치하는 한 쌍의 셀 블록을 분리하는 격벽을 이룰 수 있다.
상기 격벽의 하단에는 단열재가 코팅될 수 있다.
상기 격벽은 상기 단열재가 삽입되도록 형성된 삽입홈을 하단에 포함하고,
상기 단열재는 상기 삽입홈에 충진되도록 코팅될 수 있다.
상기 팩 케이스는 셀 조립체의 하부를 지지하는 베이스 플레이트를 포함하고,
상기 단열재는 상기 격벽과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉할 수 있다.
상기 격벽은 상기 베이스 플레이트와 나사 결합될 수 있다.
상기 팩 케이스는 상기 격벽 및 상기 베이스 플레이트를 서로 결합시키는 나사 형태의 결합부재를 포함하고, 상기 결합부재는 상기 격벽 및 상기 격벽의 하단에 코팅된 단열재를 수직으로 관통하여 상기 베이스 플레이트에 나사결합될 수 있다.
본 발명의 셀 조립체가 수용된 배터리 팩에 의하면, 내부에 수용된 어느 하나의 셀 조립체가 열 폭주되어 고온의 가스 및 화염이 발생되더라도 타 셀 조립체로 상기 가스 및 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 중 하나의 예시를 나타낸 것이다.
도 2는 사이드 빔이 적용된 종래의 셀 조립체를 나타낸 것이다.
도 3은 상기 도 2 형태의 셀 조립체의 결합을 나타낸 것이다.
도 4는 상기 도 2의 셀 조립체가 수용되는 배터리 팩의 팩 케이스를 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 4의 팩 케이스 내부에서 서로 결합된 한 쌍의 셀 조립체 및 상기 셀 조립체 사이에 개재된 사이드 빔 일부의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
도 6은 상기 도 2의 셀 조립체가 수용된 팩 케이스 일부의 단면을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 셀 조립체의 사시도 및 정면도이다.
도 8은 셀 조립체에 포함된 제2 사이드 빔 일부의 저면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 10은 팩 케이스 내부에 서로 이웃하게 배치되는 한 상의 셀 조립체의 사이드 빔 배치를 간단히 나타낸 것이다.
도 11은 이웃하게 배치된 한 쌍의 셀 조립체의 결합을 나타낸 것이다.
도 12는 결합된 한 쌍의 셀 조립체에 포함된 격벽 일부의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
도 13은 상기 도 9의 팩 케이스에서 격벽이 위치한 한정된 구역에 대한 단면 형상을 나타낸 것이다.
도 14는 상기 도 9의 팩 케이스 일부의 단면과 가스, 화염 및 열의 이동을 간단히 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 제2 사이드 빔 일부의 저면 사시도이다.
도 16은 결합된 한 쌍의 셀 조립체에 포함된 격벽 일부의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
도 17은 격벽이 위치한 팩 케이스 일부의 단면을 나타낸 것이다.
도 18은 팩 케이스 일부의 단면과 가스, 화염 및 열의 이동을 간단히 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 셀 조립체에 대한 다른 실시형태를 나타낸 개략도이다.
도 20은 본 발명의 셀 조립체에 대한 또 다른 실시형태를 나타낸 개략도이다.
도 21은 본 발명의 셀 조립체에 대한 또 다른 실시형태를 나타낸 개략도이다.
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 셀 조립체 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 하단에 단열재가 코팅된 사이드 빔을 포함하는 셀 조립체를 제공하고, 상기 셀 조립체의 사이드 빔을 이용하여 내부 공간에서 열의 이동을 억제한 배터리 팩을 제공하는 것이 특징이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 셀 조립체에 관한 것이고, 도 9 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 15 내지 도 18은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 19 내지 도 21은 본 발명의 셀 조립체에 대한 다른 실시형태에 관한 것이다.
이하, 각 도면들을 참조하여 본 발명의 셀 조립체 및 배터리 팩에 대해 설명한다.
셀 조립체(1000)
본 발명의 셀 조립체(1000)는 셀 블록(1100), 상기 셀 블록(1100) 에 결합되는 버스바 프레임(1200), 상기 셀 블록(1100)의 양측에 각각 결합되는 한 쌍의 사이드 빔(1300)을 포함한다.
상기 셀 블록(1100)은 복수의 셀(1110)을 포함한다.
상기 셀(1110)은 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된 전극 조립체(미도시) 및 상기 전극 조립체를 감싸서 밀봉시키는 케이스(미도시)를 포함한다.
상기 셀(1110)은 상기 전극 조립체와 케이스의 형태에 따라 파우치형, 각형 및 원통형으로 구분된다.
상기 셀 조립체(1000)는 각 셀(1110)들이 외부 충격으로부터 보호될 수 있도록 상기 셀 블록(1100)의 둘레를 감싸는 모듈 프레임을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 모듈 프레임은 상기 셀 블록(1100)의 일부만 지지하거나 보호하도록 제공될 수 있고, 또는 상기 셀 블록(1100)을 외부와 완전 차단하기 위해 노출된 셀 블록(1100)의 모든 부위에 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 셀 조립체(1000)의 사시도 및 정면도이다. 보다 구체적으로 도 7은 파우치형의 셀(1110)이 수용된 셀 조립체(1000)를 나타낸 것이다. (이하, 이해의 편의를 위해 도 7 내지 도 18은 파우치형 셀(1110)을 포함하는 셀 조립체(1000) 및 배터리 팩(2000)을 중심으로 설명한다.)
상기 셀 블록(1100)은 도 7에 도시된 것처럼 전극 리드(미도시)를 포함하는 복수의 셀(1110)로 구성된다. 보다 구체적으로 상기 셀 블록(1100)은 일방향으로 적층된 복수의 셀(1110)로 구성된다.
상기 버스바 프레임(1200)은 상기 셀 블록(1100)의 각 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바(미도시)를 포함하고, 상기 셀 블록(1100) 에 결합된다.
상기 사이드 빔(1300)은 도 7(b)에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(1100)의 일측에 결합된 제1 사이드 빔(1300a) 및 상기 셀 블록(1100)의 타측에 결합된 제2 사이드 빔(1300b)을 포함한다.
보다 구체적으로 상기 제1 사이드 빔(1300a)은 상기 셀 블록(1100)의 일측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임(1200)의 일측 단부에 결합되고, 상기 제2 사이드 빔(1300b)은 상기 셀 블록(1100)의 타측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임(1200)의 타측 단부에 결합된다.
상기 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함한다. 구체적으로 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)과 접촉하는 일면에 반대편인 타면에 돌출부를 각각 포함한다.
상기 한 쌍의 사이드 빔(1300) 중 어느 하나에는 상기 돌출부가 상부에 형성되고, 다른 하나에는 상기 돌출부가 하부에 형성된다. 즉, 상기 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b)은 상기 각기 다른 위치에 형성된 돌출부로 인해 서로 맞물리는 형상을 갖는다.
상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔(1300a)의 상부에 형성된 상부 돌출부(1300a1) 및 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하부에 형성된 하부 돌출부(1300b1)로 구성된다.
상기 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b)은 상기 상부 돌출부(1300a1) 및 하부 돌출부(1300b1)가 서로 맞물려 결합되는 형상을 갖는다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300) 중 어느 하나의 사이드 빔(1300) 하단에 단열재(3000)를 포함하는 것이 특징이다.
바람직하게 상기 단열재(3000)는 하단 돌출부를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)에 포함된다.
도 8은 셀 조립체(1000)에 포함된 제2 사이드 빔(1300b) 일부의 저면 사시도이다.
상기 단열재(3000)는 도 8에 도시된 것처럼 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하단에 코팅된다.
상기 단열재(3000)는 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하단에서 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 길이 방향을 따라 연장 형성된다.
상기 단열재(3000)는 유기질 및 무기질 중 적어도 어느 하나의 종류를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 단열재(3000)는 코르크, 면, 펠트, 탄화물, 고뮤류 등이 될 수 있으며, 석면, 유리솜, 석열솜, 규조토, 탄산마그네슘 분물 등이 될 수 있다. 다만, 상기 단열재(3000)의 종류가 상기 나열된 것으로 한정되는 것은 아니며, 열 전도율이 작거나, 또는 열 전달을 효과적으로 지연시킬 수 있는 어떠한 것도 사용할 수 있다.
상기 단열재(3000)는 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하단에 고체 형태로 부착될 수 있으며, 또는 슬러리 형태로 도포되어 코팅될 수 있다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 상기 단열재(3000)의 부착을 보다 안정적으로 수행하기 위해 단열재(3000)가 삽입될 수 있는 삽입홈(1300b2)을 하단에 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)을 포함할 수도 있다.
상기 삽입홈(1300b2) 관련하여서는 이후 배터리 팩의 제2 실시형태에서 도면과 함께 보다 자세히 설명한다.
배터리 팩
본 발명의 배터리 팩은 하단 일부에 단열재(3000)를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)이 일측에 구비된 셀 조립체(1000)를 포함하는 것이 특징이다.
(제1 실시형태)
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
상기 배터리 팩은 도 9에 도시된 것처럼 복수의 셀 조립체(1000)가 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스(2000)를 포함한다.
상기 팩 케이스(2000)는 셀 조립체(1000)의 하부를 지지하는 베이스 플레이트(2100), 각 셀 조립체(1000)의 측부를 지지하도록 상기 베이스 플레이트(2100)의 테두리를 따라 결합되는 측벽(2200) 및 팩 케이스(2000)의 중심부를 가로지르며 베이스 플레이트(2100)와 결합되는 메인벽(2300)을 포함한다.
상기 메인벽(2300)은 팩 케이스(2000)의 길이 방향을 따라 연장 형성되어 상기 팩 케이스(2000) 내부 공간을 크게 두 개로 구획하도록 상기 베이스 플레이트(2100)와 결합한다.
복수의 셀 조립체(1000)는 상기 메인벽(2300)의 양측으로 배치되어 베이스 플레이트(2100) 상에 안착된다. 이때, 각 셀 조립체(1000)는 측부에 구비된 사이드 빔(1300)이 서로 맞물려 결합되도록 배치된다.
도 10은 팩 케이스(2000) 내부에 서로 이웃하게 배치되는 한 쌍의 셀 조립체(1000)의 사이드 빔(1300) 배치를 간단히 나타낸 것이다.
이웃하여 배치된 한 쌍의 셀 조립체(1000)는 도 10에 도시된 것처럼 어느 하나의 셀 조립체(1000)의 제1 사이드 빔(1300a)과 다른 하나의 셀 조립체(1000)의 제2 사이드 빔(1300b)이 서로 맞물리는 형상이다. 구체적으로 어느 하나의 셀 조립체(1000)의 일측에 구비된 제1 사이드 빔(1300a)의 상부 돌출부(1300a1)가 다른 하나의 셀 조립체(1000)의 일측에 구비된 제2 사이드 빔(1300b)의 하부 돌출부(1300b1)의 상부로 끼워진다. 따라서, 상기 서로 마주보는 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b)은 상기 상부 돌출부(1300a1) 및 하부 돌출부(1300b1)가 서로 맞물려 결합될 수 있다.
도 11은 이웃하게 배치된 한 쌍의 셀 조립체(1000)의 결합을 나타낸 것이다.
상기 각각의 셀 조립체(1000)에 구비된 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b)은 서로 결합되어 도 11에 도시된 것처럼 하나의 격벽(2400)을 형성한다.
상기 한 쌍의 사이드 빔(1300)의 결합에 의해 형성된 격벽(2400)은 팩 케이스(2000) 내부 공간에서 이웃하게 위치하는 한 쌍의 셀 블록(1100)을 서로 분리시키는 역할을 수행할 수 있고, 또한 각 셀 블록(1100)의 측부를 지지하는 역할을 한다.
상기 격벽(2400)은 각각의 셀 조립체(1000)에서 발생한 가스, 화염 및 열이 타 셀 조립체(1000)로 전달되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.
상기 사이드 빔(1300)의 결합에 의해 형성된 하나의 격벽(2400)은 하단에 단열재(3000)를 포함한다.
도 12는 결합된 한 쌍의 셀 조립체(1000)에 포함된 격벽(2400) 일부의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
상기 격벽(2400)은 제1 사이드 빔(1300a) 및 하단에 단열재(3000)를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)의 결합에 의해 형성된다.
상기 단열재(3000)는 구체적으로 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하부 돌출부(1300b1) 하단에 포함된다. 상기 격벽(2400)의 하부는 대부분 제2 사이드 빔(1300b)의 하부 돌출부(1300b1)가 차지하고 있기 때문에 상기 격벽(2400)의 하단은 제2 사이드 빔(1300b)의 하단에 포함된 단열재(3000)가 대부분 차지한다.
도 13은 상기 도 9의 팩 케이스(2000)에서 격벽(2400)이 위치한 한정된 구역에 대한 단면 형상을 나타낸 것이다.
상기 도 13에 따르면, 이웃하게 배치된 한 쌍의 셀 블록(1100) 사이에는 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b)의 결합에 의해 형성된 격벽(2400)이 개재되어 있다. 또한, 상기 격벽(2400)과 셀 조립체(1000)의 하부를 지지하는 베이스 플레이트(2100) 사이는 단열재(3000)가 개재되어 있다.
상기와 같이 단열재(3000)는 격벽(2400)과 베이스 플레이트(2100) 사이에 형성될 수 있는 틈을 메우듯이 밀봉하여 각 셀 조립체(1000)가 위치한 팩 케이스(2000) 내부 공간을 효과적으로 격리시킨다.
본 발명의 배터리 팩은 내부에 수용된 어느 하나의 셀 조립체(1000)가 열 폭주되어 고온의 가스, 화염 및 열을 배출할 때, 상기 가스, 화염 및 열 등을 격벽(2400) 및 상기 격벽(2400)의 하단에 구비된 단열재(3000)로 차단하여 다른 정상적인 셀 조립체(1000)를 보호하는 것이 특징이다.
도 14은 상기 도 9의 팩 케이스(2000) 일부의 단면과 가스, 화염 및 열의 이동을 간단히 나타낸 것이다.
상기 도 14에 따르면 열 폭주된 셀 조립체(1000)로부터 발생한 가스, 화염 및 열 등이 격벽(2400) 및 베이스 플레이트(2100) 사이에 개재된 단열재(3000) 등에 의해 가로막혀 다른 공간으로 이동하지 못한다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 팩 케이스(2000) 내부 공간에 볼트 등의 결합부재에 의해 나사결합되어 고정될 수 있다. 구체적으로 상기 격벽(2400)은 상기 베이스 플레이트(2100)와 나사 결합된다.
상기 팩 케이스(2000)는 상기 격벽(2400) 및 상기 베이스 플레이트(2100)를 서로 결합시키는 나사 형태의 결합부재(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 결합부재는 상기 격벽(2400) 및 상기 격벽(2400)의 하단에 코팅된 단열재(3000)를 수직으로 관통하여 상기 베이스 플레이트(2100)에 나사결합될 수 있다. 이때, 상기 결합부재는 상기 격벽(2400)과 상기 격벽(2400)의 하단에 코팅된 단열재(3000)를 수직으로 관통하여 상기 베이스 플레이트(2100)에 나사결합되므로, 상기 단열재(3000) 또한 상기 결합부재에 의해 상기 격벽(2400)과 베이스 플레이트(2100)에 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 결합부재는 제1 사이드 빔(1300a)의 상부 돌출부(1300a1) 및 제2 사이드 빔(1300b)의 하부 돌출부(1300b1)를 동시에 관통하여 베이스 플레이트(2100)에 나사결합되므로, 상기 결합부재에 의해 제1 사이드 빔(1300a) 및 제2 사이드 빔(1300b) 또한 서로 결합되어 고정될 수 있다.
(제2 실시형태)
본 발명의 배터리 팩은 격벽(2400)의 하단에 홈을 형성하여 가스, 화염 및 열 등을 차단하기 위해 사용되는 단열재(3000)를 보다 안정감 있게 부착시킬 수도 있다.
도 15는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 제2 사이드 빔(1300b) 일부의 저면 사시도이다.
상기 제2 사이드 빔(1300b)은 상기 도 15에 도시된 것처럼 단열재(3000)가 삽입되도록 형성된 삽입홈(1300b2)을 하단에 포함한다.
상기 삽입홈(1300b2)은 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
상기 단열재(3000)는 상기 삽입홈(1300b2)에 삽입되어 부착되거나, 코팅될 수 있다.
상기 단열재(3000)는 제2 사이드 빔(1300b)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 상기 삽입홈(1300b2) 전체에 채워진다.
도 16은 결합된 한 쌍의 셀 조립체(1000)에 포함된 격벽(2400) 일부의 저면 사시도를 나타낸 것이다.
상기 도 16에 따르면, 격벽(2400)의 하단에 형성된 삽입홈(1300b2)에 단열재(3000)가 충진되어 채워져 있다.
도 17은 격벽(2400)이 위치한 팩 케이스(2000) 일부의 단면을 나타낸 것이다.
상기 도 16 및 도 17에 따르면, 상기 단열재(3000)는 상기 삽입홈(1300b2)에 삽입된 상태에서 외부로 노출이 최소화될 수 있고, 상기 삽입홈(1300b2)에 의해 측면 지지력이 향상될 수 있다.
구체적으로 상기 격벽(2400)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 삽입홈(1300b2)에 채워진 단열재(3000)는 상기 삽입홈(1300b2)의 측면 지지력에 의해 수평 방향으로 밀려나거나 빠지지 않게 되며, 격벽(2400)과 베이스 플레이트(2100)의 사이에 안정적으로 개재되어 위치할 수 있다.
상기 삽입홈(1300b2)에 충진된 단열재(3000)는 격벽(2400)과 베이스 플레이트(2100) 사이의 틈을 통해 이동하려는 가스, 화염 및 열을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 18은 팩 케이스(2000) 일부의 단면과 가스, 화염 및 열의 이동을 간단히 나타낸 것이다.
상기 도 18에 따르면 열 폭주된 셀 조립체(1000)로부터 발생한 가스, 화염 및 열 등이 격벽(2400) 및 베이스 플레이트(2100) 사이에서 삽입홈(1300b2)에 삽입된 단열재(3000) 등에 의해 가로막혀 다른 공간으로 이동하지 못한다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 셀 조립체에 대한 다른 형태를 각각 나타낸 것이다. 구체적으로 도 19 및 도 20은 각형의 셀(1110)을 포함하는 셀 조립체(1000)의 사시도이고, 도 21은 원통형의 셀(1110)을 포함하는 셀 조립체(1000)의 사시도이다.
도 19에 의하면, 셀 블록(1100)은 상부에 전극 리드가 형성된 각형의 셀(1110)들을 포함한다.
상기 셀 블록(1100)은 인접한 셀(1110)의 전극 리드가 전기적으로 연결시키는 연결 부재(1400)를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 프레임(1200)은 상기 셀 블록(1100)의 각 전극 리드 또는 연결 부재(1400)와 전기적으로 연결되는 버스바(미도시)를 포함하고, 상기 셀 블록(1100)에 결합된다.
상기 사이드 빔(1300)은 도 19에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(1100)의 일측에 결합된 제1 사이드 빔(1300a) 및 상기 셀 블록(1100)의 타측에 결합된 제2 사이드 빔(1300b)을 포함한다. 상기 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함한다. 구체적으로 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)과 접촉하는 일면에 반대편인 타면에 돌출부를 각각 포함한다.
상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔(1300a)의 상부에 형성된 상부 돌출부(1300a1) 및 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하부에 형성된 하부 돌출부(1300b1)로 구성된다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300) 중 어느 하나의 사이드 빔(1300) 하단에 단열재(3000)를 포함하는 것이 특징이다.
바람직하게 상기 단열재(3000)는 하단 돌출부를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)에 포함된다.
도 20에 의하면, 셀 블록(1100)은 상부에 전극 리드가 형성된 각형의 셀(1110)들을 포함한다.
상기 셀 블록(1100)은 각 셀(1110)의 전극 리드를 전기적으로 연결시킬 수 있는 연결 단자(미도시)를 포함하는 모듈 프레임(1500)을 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임(1500)은 도 20에 도시된 것처럼 셀 블록(1100)의 상부에서 결합되고, 상기 결합에 의해 상기 모듈 프레임(1500)에 포함된 연결 단자가 각 셀(1110)의 전극 리드를 전기적으로 연결시킨다.
상기 버스바 프레임(1200)은 상기 상부 프레임(1500)의 연결 단자와 전기적으로 연결되는 버스바(미도시)를 포함하고, 상기 셀 블록(1100)에 결합된다.
상기 사이드 빔(1300)은 도 20에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(1100)의 일측에 결합된 제1 사이드 빔(1300a) 및 상기 셀 블록(1100)의 타측에 결합된 제2 사이드 빔(1300b)을 포함한다. 상기 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함한다. 구체적으로 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)과 접촉하는 일면에 반대편인 타면에 돌출부를 각각 포함한다.
상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔(1300a)의 상부에 형성된 상부 돌출부(1300a1) 및 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하부에 형성된 하부 돌출부(1300b1)로 구성된다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300) 중 어느 하나의 사이드 빔(1300) 하단에 단열재(3000)를 포함하는 것이 특징이다.
바람직하게 상기 단열재(3000)는 하단 돌출부를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)에 포함된다.
도 21에 의하면, 셀 블록(1100)은 상부에 전극 리드를 포함하는 원통형의 셀(1110)들을 포함한다.
상기 셀 블록(1100)은 각 셀(1110)의 전극 리드를 전기적으로 연결시킬 수 있는 연결 단자(미도시)를 포함하는 한 쌍의 모듈 프레임(1500)을 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임(1500)은 셀 블록(1100)의 상부 및 하부에서 각각 결합되고, 상기 결합에 의해 상기 모듈 프레임(1500)에 포함된 연결 단자가 각 셀(1110)의 전극 리드를 전기적으로 연결시킨다.
상기 버스바 프레임(1200)은 상기 모듈 프레임(1500)의 연결 단자와 전기적으로 연결되는 버스바(미도시)를 포함하고, 상기 셀 블록(1100)에 결합된다.
상기 사이드 빔(1300)은 도 21에 도시된 것처럼 상기 셀 블록(1100)의 일측에 결합된 제1 사이드 빔(1300a) 및 상기 셀 블록(1100)의 타측에 결합된 제2 사이드 빔(1300b)을 포함한다. 상기 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함한다. 구체적으로 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300)은 셀 블록(1100)과 접촉하는 일면에 반대편인 타면에 돌출부를 각각 포함한다.
상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔(1300a)의 상부에 형성된 상부 돌출부(1300a1) 및 상기 제2 사이드 빔(1300b)의 하부에 형성된 하부 돌출부(1300b1)로 구성된다.
본 발명의 셀 조립체(1000)는 상기 한 쌍의 사이드 빔(1300) 중 어느 하나의 사이드 빔(1300) 하단에 단열재(3000)를 포함하는 것이 특징이다.
바람직하게 상기 단열재(3000)는 하단 돌출부를 포함하는 제2 사이드 빔(1300b)에 포함된다.
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) 셀 조립체
20: (종래 기술) 셀 블록
30: (종래 기술) 셀
40: (종래 기술) 사이드 빔
41: (종래 기술) 돌출부
50: (종래 기술) 버스바 프레임
60: (종래 기술) 팩 케이스
70: (종래 기술) 베이스 플레이트
80: (종래 기술) 측벽
90: (종래 기술) 메인벽
1000: 셀 조립체
1100: 셀 블록
1110: 셀
1200: 버스바 프레임
1300: 사이드 빔
1300a: 제1 사이드 빔
1300a1: 상부 돌출부
1300b: 제2 사이드 빔
1300b1: 하부 돌출부
1300b2: 삽입홈
1400: 연결 부재
1500: 상부 프레임
2000: 팩 케이스
2100: 베이스 플레이트
2200: 측벽
2300: 메인벽
2400: 격벽
3000: 단열재
M: 가스, 화염, 열 이동

Claims (14)

  1. 전극 리드가 도출된 복수의 셀을 포함하는 셀 블록;
    상기 셀 블록의 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 상기 셀 블록에 결합되는 버스바 프레임; 및
    상기 셀 블록의 양측을 지지하도록 상기 버스바 프레임에 결합되는 한 쌍의 사이드 빔; 을 포함하고,
    상기 한 쌍의 사이드 빔 중 적어도 어느 하나는 하단에 단열재가 코팅된 것을 특징으로 하는 셀 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 빔은,
    상기 셀 블록의 일측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임의 일측 단부에 결합되는 제1 사이드 빔; 및
    상기 셀 블록의 타측면을 지지하도록 상기 버스바 프레임의 타측 단부에 결합되는 제2 사이드 빔; 을 포함하고,
    상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 서로 맞물리는 형상을 갖는 셀 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 빔은 셀 블록의 높이 방향을 따라 단차를 형성하도록 돌출된 돌출부를 포함하는 셀 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1 사이드 빔의 상부에 형성된 상부 돌출부; 및 상기 제2 사이드 빔의 하부에 형성된 하부 돌출부로 구성되는 셀 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 상기 상부 돌출부 및 하부 돌출부가 서로 맞물려 결합되는 형상을 갖는 셀 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 사이드 빔은 상기 단열재가 삽입되도록 형성된 삽입홈을 하단에 포함하고,
    상기 단열재는 상기 삽입홈에 충진되도록 코팅되는 셀 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 삽입홈은 상기 제2 사이드 빔의 길이 방향을 따라 연장형성되는 셀 조립체.
  8. 상기 제1항의 셀 조립체; 및
    상기 셀 조립체가 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스; 를 포함하고,
    서로 이웃하게 배치되는 어느 한 쌍의 셀 조립체는 어느 하나의 셀 조립체의 제1 사이드 빔이 다른 하나의 셀 조립체의 제2 사이드 빔과 결합되도록 상기 팩 케이스에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 사이드 빔 및 제2 사이드 빔은 서로 결합되어 이웃하게 위치하는 한 쌍의 셀 블록을 분리하는 격벽을 이루는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격벽의 하단에는 단열재가 코팅된 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 단열재가 삽입되도록 형성된 삽입홈을 하단에 포함하고,
    상기 단열재는 상기 삽입홈에 충진되도록 코팅되는 배터리 팩.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 팩 케이스는 셀 조립체의 하부를 지지하는 베이스 플레이트를 포함하고,
    상기 단열재는 상기 격벽과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉하는 배터리 팩.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 베이스 플레이트와 나사 결합되는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 팩 케이스는 상기 격벽 및 상기 베이스 플레이트를 서로 결합시키는 나사 형태의 결합부재를 포함하고,
    상기 결합부재는 상기 격벽 및 상기 격벽의 하단에 코팅된 단열재를 수직으로 관통하여 상기 베이스 플레이트에 나사결합되는 배터리 팩.
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