WO2024122802A1 - 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 상호 대면하는 제1 케이스부와 제2 케이스부 사이에 마련된 수용 공간에 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 일 단이 상기 전극 조립체와 연결되고, 타 단이 상기 케이스의 외부로 연장된 전극 리드를 포함하고, 상기 케이스는, 상기 수용 공간이 밀폐되도록 상기 제1 케이스부의 테두리와 상기 제2 케이스부의 테두리가 상호 접합되어 마련된 실링부; 및 상기 실링부가 마련된 테두리 부분을 제외한 상기 케이스의 다른 부분에 마련된 벤팅부를 포함한다.

Description

배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량

본 출원은 2022년 12월 9일에 출원된 한국 특허출원 제10-2022-0171820호와, 2023년 3월 31일에 출원된 한국 특허출원 제10-2023-0043132호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.

본 발명은 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 충방전 가능한 배터리 셀과, 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 반복적 충방전이 가능한 배터리를 말한다. 가장 기본적인 이차전지에 해당하는 배터리 셀은 대략 2.5V에서 4.2V 정도의 출력 전압을 제공할 수 있다.

최근, 이러한 배터리 셀이 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 다수의 배터리 셀을 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 조합한 방식으로 연결하여 구성된 배터리 모듈(battery module)과, 이러한 배터리 모듈들을 다시 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 조합한 방식으로 연결하여 구성된 배터리 팩(battery pack)이 널리 사용되고 있다.

이와 같이, 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들은, 에너지 밀도를 높이기 위해 좁은 공간에 조밀하게 배치되기 때문에, 각각의 배터리 셀에서 발생하는 고온 가스나 화염의 배출 방향을 정밀하게 제어할 필요가 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 제2003-132868호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은, 파우치형 배터리 셀의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출하기 위해, 파우치형 배터리 셀의 실링 부분 중 특정 실링 부분의 결합력을 의도적으로 약하게 한다. 그 결과, 이러한 기존 기술은, 실제 적용 시 배터리 셀의 실링 성능을 떨어뜨리면서도 가스 배출 방향을 정밀하게 제어할 수 없다는 문제점이 있다. 그 이유는, 파우치형 배터리 셀의 실링 부분은, 해당 배터리 셀의 케이스를 이루는 금속 시트들 사이의 PP(polypropylene) 층을 열 융착시키는 방식으로 제조되어, 가열 온도나 시간, PP 층의 두께나 품질 등 다양한 요인으로 인해 균일한 제조가 어렵기 때문이다.

또한, 한국 공개특허공보 제10-2022-0052183호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 배터리 셀들을 박스 형태의 금속 케이스에 수용하여 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈들을 다시 배터리 팩 케이스에 수용하는 방식으로 배터리 팩을 제조하기 때문에, 전체 배터리 팩의 무게와 부피를 증가시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 셀의 스웰링이나 열 폭주 발생 시 가스 배출 방향의 정밀 제어가 가능한 배터리 셀과, 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 다수의 배터리 셀을 포함한 배터리 팩의 전체 무게와 부피를 경감시키고 에너지 밀도를 향상시키는 배터리 셀과, 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따른 배터리 셀은, 상호 대면하는 제1 케이스부와 제2 케이스부를 구비하며, 상기 제1 케이스부와 상기 제2 케이스부의 사이에 마련된 수용 공간에 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및 일 단이 상기 전극 조립체와 연결되고, 타 단이 상기 케이스의 외부로 연장된 전극 리드를 포함하고, 상기 케이스는, 상기 수용 공간이 밀폐되도록 상기 제1 케이스부의 테두리와 상기 제2 케이스부의 테두리가 상호 접합되어 마련된 실링부; 및 상기 실링부가 마련된 테두리 부분을 제외한 상기 케이스의 다른 부분에 마련되어, 상기 수용 공간의 가스를 상기 케이스의 외부로 배출하도록 구성된 벤팅부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 벤팅부는, 상기 케이스의 일 부분을 이루며, 상기 수용 공간의 가스 압력 증가시 상기 실링부보다 먼저 파열되도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 벤팅부는, 상기 케이스의 다른 부분들보다 얇은 두께로 구성되거나, 상기 다른 부분들과 동일한 두께로 구성되되 라인 형태의 홈 또는 노치를 구비할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 케이스의 테두리는, 상기 실링부를 포함한 제1 테두리 부분; 및 상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부와 일체로 형성된 제2 테두리 부분을 포함하고, 상기 벤팅부는, 상기 제2 테두리 부분에 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태에 따른 배터리 팩은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 셀을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀은, 파우치형 배터리 셀을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 셀을 복수로 포함하고, 복수의 배터리 셀을 수용하는 내부 공간을 가진 팩 케이스; 및 상기 내부 공간에 수용된 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 외부면을 커버하도록 구성된 배터리 셀 커버를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀 커버는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀이 삽입되도록 구성된 슬롯; 및 상기 슬롯에 삽입된 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 벤팅부와 대응하는 위치에 마련된 벤트 홀을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀 커버는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제1 면을 커버하는 제1 커버부; 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제2 면을 커버하는 제2 커버부; 및 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하며, 상기 제1 면과 제2 면 사이에 위치한 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제3 면을 커버하는 제3 커버부를 더 포함하고, 상기 벤트 홀은, 상기 제3 커버부에 마련될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 슬롯은, 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부 사이에 마련될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀 커버는, 상기 슬롯에 삽입된 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하여 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 탈거를 차단하는 차단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따른 차량은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 셀 또는 배터리 팩을 포함한다.

본 발명에 따르면, 실링된 테두리를 가진 배터리 셀의 전체 케이스 중 상기 실링된 테두리를 제외한 영역에, 배터리 셀의 내부 가스를 배출하는 벤팅부가 마련됨으로써, 배터리 셀의 스웰링이나 열 폭주 발생 시 가스 배출 방향을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 다수의 배터리 셀들이, 별도의 모듈 케이스에 수용되어 배터리 팩의 팩 케이스에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 배터리 셀 커버에 의해 부분적으로만 커버되어 배터리 팩의 케이스에 직접 장착됨으로써, 전체 배터리 팩의 무게와 부피를 감소시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버가 상기 배터리 셀의 벤팅부와 대응하는 위치에 벤트 홀을 구비함으로써, 가스를 배출하는 배터리 셀과 인접한 다른 배터리 셀 또는 다른 배터리 유닛의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버의 차단부가, 해당 배터리 셀 커버의 내부에 삽입된 배터리 셀을 지지하여 상기 배터리 셀의 탈거를 차단함으로써, 배터리 셀의 위치 변경이나 이탈을 방지하고, 배터리 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버의 양 단부 간격을 변경하는 지그가 삽입되는 삽입 홈이, 상기 셀 커버의 차단부에 마련됨으로써, 상기 배터리 셀 커버에 배터리 셀을 삽입하는 조립 공정을 용이하게 하고, 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1의 A1 영역을 나타낸 확대도이다.

도 3은 변형된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부를 나타낸 도면이다.

도 4는 변형된 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 7은 도 6에 도시된 배터리 유닛을 나타낸 분해 사시도이다.

도 8 및 도 9는 배터리 유닛의 조립 방식을 나타낸 도면이다.

도 10은 변형된 일 실시예에 따른 배터리 셀 커버를 나타낸 도면이다.

도 11은 변형된 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 커버를 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 기술적 과제에 대응하는 해결 방안을 명확히 하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우에는 그에 관한 설명은 생략될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)이 사시도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110), 케이스(120) 및 전극 리드(130)를 포함한다.

상기 전극 조립체(110)는, 양극 전극과 음극 전극이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 적층 구조를 가진다.

상기 케이스(120)는, 상호 대면하는 제1 케이스부(122a)와 제2 케이스부(122b)를 구비하며, 제1 케이스부(122a)와 제2 케이스부(122b)의 사이에 마련된 수용 공간에 상기 전극 리드(130)와 전해질 물질을 수용하도록 구성된다. 상기 케이스(120)는, 도 1과 같이 파우치 형태로 구성될 수 있다.

이러한 케이스(120)는 알루미늄을 포함한 금속 소재의 시트로 제조될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 케이스(120)는 단일의 금속 시트로 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 케이스(120)는 금속 시트의 양 단부가 상호 대면하도록 해당 금속 시트를 접은 후, 중첩된 상기 양 단부의 테두리 부분들을 상호 접합하여 실링하는 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 케이스부(122a)와 제2 케이스부(122b)는 일체로 구성될 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 케이스(120)는 두 장의 금속 시트로 제조될 수도 있다. 예컨대, 상기 케이스는 두 장의 금속 시트를 상호 대면하도록 중첩하고, 중첩된 상기 두 장의 금속 시트의 테두리 부분들을 상호 접합하여 실링하는 방식으로 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 케이스부(122a)와 제2 케이스부(122b)는 서로 다른 금속 시트로 구성될 수 있다.

상기 케이스(120)의 상호 접합되는 테두리 부분들은 각각, 상호 접촉하는 면에 PP(polypropylene) 층이 마련될 수 있으며, 이러한 PP 층들이 열 융착됨으로써 실링될 수 있다.

이러한 케이스 실링 공정은, 가열 온도나 시간, PP 층의 두께, 폭, 품질 등 다양한 요인으로 인해 균일하게 수행되기 어렵다. 따라서, 파우치형 배터리 셀(110)의 실링된 테두리 부분을 통해 배출되는 가스의 방향을 일정하게 통제하기는 어렵다.

또한, 배터리 셀의 열 폭주 발생 시, 배터리 셀의 내부에서 발생한 고온 가스나 화염이 전극 리드가 위치한 실링 부분 측으로 배출되는 경우, 전극 리드와 연결된 터미널을 손상시키거나, 주변의 다른 배터리 셀들의 연쇄적인 열 폭주를 초래할 수 있다.

또한, 파우치형 배터리 셀(110)의 실링된 테두리 부분을 통해 배출되는 가스의 방향을 일정하게 통제하기 위해, 특정 테두리 부분의 실링을 약화시키는 경우, 전해질의 유출이나 배터리 셀의 파손을 초래할 수 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(100)의 케이스(120)는, 실링부(124a, 124b, 124c)와 벤팅부(126)를 포함한다.

상기 실링부(124a, 124b, 124c)는, 전극 조립체(110)가 수용된 케이스(120)의 수용 공간이 밀폐되도록, 상기 제1 케이스부(122a)의 테두리와 상기 제2 케이스부(122b)의 테두리가 상호 접합되어 마련된다.

상기 벤팅부(126)는 케이스(120)의 여러 부분들 중 상기 실링부(124a, 124b, 124c)가 마련된 테두리 부분을 제외한 케이스(120)의 다른 부분에 마련되며, 상기 수용 공간의 가스를 케이스(120)의 외부로 배출하도록 구성된다.

이 경우, 상기 벤팅부(126)는 케이스(120)의 일 부분을 이루며, 상기 수용 공간의 가스 압력 증가시 상기 실링부(124a, 124b, 124c)보다 먼저 파열되도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 상기 벤팅부(126)는 상기 케이스의 다른 부분들보다 얇은 두께로 구성되거나, 상기 다른 부분들과 동일한 두께로 구성되되 라인 형태의 홈이나 노치(notch)를 구비할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 케이스(120)는 단일의 금속 시트로 제조될 수 있다. 즉, 상기 케이스(120)는 금속 시트의 양 단부가 상호 대면하도록 해당 금속 시트를 접은 후, 중첩된 금속 시트의 테두리 부분들을 상호 접합하여 실링하는 방식으로 제조될 수 있다.

그 결과, 상기 케이스(120)는, 실링부(124a, 124b, 124c)를 포함하는 제1 테두리 부분과, 상기 제1 케이스부(122a) 및 제2 케이스부(122b)와 일체로 형성되어 실링을 요하지 않는 제2 테두리 부분(124d)을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 벤팅부(126)는 상기 제2 테두리 부분(124d)에 마련될 수 있다. 이와 같이, 벤팅부(126)를 통해 배터리 셀(110)의 가스 배출 위치와 방향이 제어되면, 해당 배터리 셀(110)이 적용된 배터리 모듈이나 배터리 팩에서 의도된 방향으로 가스를 배출할 수 있게 된다.

상기 전극 리드(130)는, 그 일단이 상기 전극 조립체(110)의 양극 전극 또는 음극 전극과 연결되고, 그 타단이 상기 케이스(120)의 외부로 연장되어 케이스(120) 외부에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 전극 리드(130)는 케이스(120)의 전체 테두리 중 실링부(124a, 124b)가 위치한 테두리 부분를 통과하여 외부로 연장될 수 있다.

한편, 전극 리드(130)가 통과하지 않는 테두리 부분의 실링부(124c)는, 배터리 셀(100)의 크기를 감소시키기 위해 배터리 셀(100)의 몸체에 밀착되도록 폴딩된 후, 테이프와 같은 고정 부재(140)에 의해 고정될 수 있다.

도 2에는 도 1의 A1 영역이 확대도로 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)의 벤팅부(126)는 상기 케이스(120)의 전체 테두리 중 상기 제1 케이스부(122a) 및 제2 케이스부(122b)와 일체로 형성되어 실링을 요하지 않는 제2 테두리 부분(124d)에 마련될 수 있다.

이 경우, 상기 벤팅부(126)는 제2 테두리 부분(124d)의 일 부분을 구성하며, 케이스(120) 내부에 마련된 수용 공간의 가스 압력 증가 시, 상기 제1 케이스부(122a)의 실링부(124a, 124b, 124c)보다 먼저 파열될 수 있다.

이를 위해, 상기 벤팅부(126)는 상기 케이스(120)의 다른 부분들보다 얇은 두께로 구성될 수 있다.

도 3에는 변형된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부(126A)가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 변형된 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부(126A)는, 상기 케이스(120)의 다른 부분들과 동일한 두께로 구성되되, 라인 형태의 홈이나 노치(notch)를 구비할 수 있다.

이러한 벤팅부(126A)의 홈이나 노치의 형상에 따라 벤팅부(126A)의 파열 형태가 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 벤팅부(126A)는 상기 수용 공간의 가스 압력 증가 시, 원형, 타원형 또는 장방형의 형태를 가지며, 케이스(120)로부터 분리되도록 구성될 수 있다.

도 4에는 변형된 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부(126B)가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 변형된 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀의 벤팅부(126B)는, 상기 수용 공간의 가스 압력 증가 시, 복수의 부분으로 분할되며 케이스(120)로부터 분리되도록 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 배터리 셀은, 후술되는 배터리 팩은 물론, 해당 배터리 팩과 다른 구조의 배터리 팩이나 배터리 모듈에도 적용될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 상술한 배터리 셀(100)을 포함한 배터리 유닛(200)과, 팩 케이스(12)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 유닛(200)은 적어도 하나의 다른 배터리 유닛과 블록을 이루며상기 팩 케이스(12)에 수용될 수 있다. 이 경우, 각각의 배터리 유닛 블록을 이루는 복수의 배터리 유닛은 상호 나란히 적층될 수 있다.

아래에서 다시 설명하겠지만, 각각의 배터리 유닛(200)은 적어도 하나의 배터리 셀과, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 외부를 부분적으로 커버하며 지지하는 배터리 셀 커버를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 적어도 하나의 배터리 셀은 도 1에 도시된 파우치형 배터리 셀(100)을 포함할 수 있다.

상기 팩 케이스(12)는 복수의 배터리 유닛(200)을 수용하는 내부 공간을 가진다. 이 경우, 각각의 배터리 유닛(200)은 별도의 케이스 없이 팩 케이스(12)에 직접 안착될 수 있다.

또한, 상기 팩 케이스(12)는 각각 복수의 배터리 유닛(200)을 포함한 복수의 배터리 유닛 블록을, 상호 분리된 복수의 수용 룸에 분산하여 수용하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 상기 팩 케이스(12)는, 내부 공간을 구성하는 벽체와, 상기 내부 공간을 복수의 수용 룸으로 분할하는 크로스 빔(12a, 12b)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 팩 케이스(12)의 내부 공간과 인접한 벽체의 일면에는 배터리 유닛(200)에서 발생한 가스가 유입되는 가스 유입구가 마련되고, 상기 벽체의 내부에는 가스 채널이 마련될 수 있다. 또한, 외부와 인접한 상기 벽체의 타면에는 상기 가스 채널을 통해 이동된 가스가 외부로 배출하는 가스 밸브가 마련될 수 있다.

이 경우, 상기 측벽의 가스 유입구, 가스 채널 및 가스 밸브로 이어지는 가스 이동 경로는 각각의 수용 룸마다 개별적으로 마련될 수도 있다. 즉, 제1 배터리 유닛 블록에서 배출되는 가스는 제1 가스 유입구, 제1 가스 채널 및 제1 가스 밸브로 이어지는 제1 가스 벤팅 경로를 통해 배출되고, 제2 배터리 유닛 블록에서 배출되는 가스는 제2 가스 유입구, 제2 가스 채널 및 제2 가스 밸브로 이어지는 제2 가스 벤팅 경로를 통해 배출되도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩(10)은 히트 싱크(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 히트 싱크는 배터리 유닛 블록이 안착되는 수용 룸의 저면과 배터리 유닛 블록 사이에 개재될 수 있다. 이러한 히트 싱크는 배터리 유닛 블록과 열 접촉하며, 상기 배터리 유닛 블록을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 히트 싱크는 열 전도성과 내열성이 높은 금속 소재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 팩 케이스(12)는 배터리 팩(10)에 요구되는 각종 전기 부품들을 더 수용하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 팩 케이스(12)는 각각의 배터리 유닛(200)에 포함된 배터리 셀의 충·방전 동작을 제어하거나, SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 모니터링하는 각종 전장 부품들(미도시)을 수용할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 배터리 유닛(200)이 사시도로 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 유닛(200)은 적어도 하나의 배터리 셀의 외부를 부분적으로 커버하며 지지하도록 구성된 배터리 셀 커버(210)를 포함할 수 있다.

아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 배터리 셀 커버(210)는 적어도 하나의 배터리 셀의 양 측면와 상단 테두리를 커버하는 반면, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전단, 후단 및 하단 측을 개방하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버(210)는 그 내부에 삽입된 배터리 셀의 가스나 화염을 배출하는 벤트 홀(216)을 포함할 수 있다.

도 7에는 도 6에 도시된 배터리 유닛(200)이 분해 사시도로 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 유닛(200)은 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 셀(100)과, 배터리 셀 커버(210)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 유닛(200)은 버스바(220), 버스바 프레임(230) 및 절연 커버(240)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)은 실링부를 포함하지 않은 테두리 부분에 마련된 벤팅부(126)를 구비할 수 있다.

상기 배터리 셀 커버(210)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 부분적으로 커버하며 지지하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 셀 커버(210)는 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 도 7과 같이, 배터리 셀 커버(210)는 3개의 파우치형 배터리 셀(100)의 외부를 부분적으로 감싸면서 해당 배터리 셀들을 기립 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 상기 배터리 셀 커버(210)는 적어도 하나의 배터리 셀(100)이 삽입되도록 구성된 슬롯(212)과, 이러한 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀(100)의 전극 리드(130)가 배터리 셀 커버(210)의 외부로 노출되도록 구성된 개구(214)를 포함할 수 있다.

특히, 상기 배터리 셀 커버(210)는 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀(100)의 벤팅부(126)와 대응하는 위치에 마련된 벤트 홀(216)을 포함할 수 있다.

이러한 배터리 셀 커버(210)는 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀들의 일 측면을 커버하는 제1 커버부(210a), 상기 배터리 셀들의 타 측면을 커버하는 제2 커버부(210b), 및 이러한 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b)를 연결하며 상기 배터리 셀들의 상단부를 커버하는 제3 커버부(210c)를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 배터리 셀 커버(210)는 적어도 하나의 배터리 셀의 3면을 둘러싸는 'n'자, 'u'자 또는 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 배터리 셀 커버(210)에 삽입되어 지지되는 배터리 셀(100)의 테두리는, 실링부를 포함하는 제1 테두리 부분과, 일체로 형성되어 실링부를 포함하는 않는 제2 테두리 부분을 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)의 벤팅부(126)는, 해당 배터리 셀(100)의 제2 테두리 부분에 마련될 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버(210)의 제3 커버부(210c)는, 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀들의 제2 테두리 부분들을 커버하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제3 커버부(210c) 커버부는, 상기 배터리 셀들의 벤팅부들과 대응하는 위치에 벤트 홀(216)을 구비할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀 커버(210)는 차단부(218)를 포함할 수 있다. 상기 차단부(218)는 배터리 셀 커버(210)의 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀들을 지지하여, 배터리 셀들의 탈거를 차단하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 차단부(218)는 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b)의 말단에서 각각 연장되어 배터리 셀 커버(210)에 삽입된 배터리 셀들의 하단을 지지하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 차단부(218)는 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b)의 말단에서 각각 슬롯(212) 측으로 절곡되어 걸림 구조를 형성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차단부(218)는 배터리 셀 커버(210)의 내부면과 접촉하여 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 간의 간격을 변경하도록 구성된, 지그의 핑거가 삽입되는 삽입 홈(218a)을 구비할 수 있다.

상술한 배터리 셀 커버(210)는 일체로 구성될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀 커버(210)는 판 구조의 메탈 플레이트를 절곡시키는 방식으로 제조되거나 사출 방식으로 제조될 수 있다.

이와 같이, 간소화된 구조의 배터리 셀 커버(210)는, 배터리 셀(100)의 케이스보다 높은 강성을 가진 메탈 소재로 구성되어, 배터리 셀(100)을 외부 충격이나 진동으로부터 보호할 수 있다. 예컨대, 상기 배터리 셀 커버(210)는 가공이 용이하고 내식성이 높은 스테인리스 스틸(SUS)을 포함하는 소재로 구성될 수 있다.

상기 버스바(220)는 배터리 셀 커버(210)에 의해 커버되는 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(130)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

상기 버스바 프레임(230)은 버스바(220)를 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 버스바 프레임(230)은 버스바(220)와 전기적으로 연결되는 터미널을 구비할 수도 있다.

상기 절연 커버(240)는 전극 리드(130) 또는 버스바(220)의 단락을 방지하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 절연 커버(240)는 절연성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있다.

도 6 및 도 7에는 도시되지 않았으나, 상기 배터리 유닛(200)은 배터리 셀 커버(210)를 클램핑(clamping)하도록 구성된 클램핑 부재를 더 포함할 수 있다. 이러한 클램핑 부재는 적어도 하나의 배터리 셀(100)이 삽입된 배터리 셀 커버(210)를 클램핑하여, 배터리 셀 커버(210)의 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 사이가 벌어지거나, 배터리 셀 커버(210)의 슬롯(212)에 삽입된 배터리 셀(100)이 해당 슬롯(212)에서 탈거되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이러한 클램핑 부재는 테이프로 구성될 수 있으며, 탄성을 가진 금속 소재로 구성될 수도 있다.

한편, 도 7에는 배터리 셀 커버(210)에 의해 커버되는 배터리 셀(100)이 3개인 것으로 도시되어 있으나, 배터리 셀 커버(210)의 스케일에 따라, 배터리 셀 커버(210)에 의해 커버되는 배터리 셀의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 8 및 도 9에는 배터리 유닛의 조립 방식이 도시되어 있다.

우선, 도 8에 도시된 바와 같이, 지그의 핑거가 배터리 셀 커버(210)의 내부에 삽입되어, 배터리 셀 커버(210)의 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 사이를 확장시키면, 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 사이로 배터리 셀(100)이 안전하게 삽입될 수 있다.

배터리 셀 커버(210)의 차단부(218)는, 상기와 같이 삽입되는 배터리 셀들을 손상시키지 않도록 적절한 길이와 형태를 가질 수 있다.

그 다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배터리 셀(100)이 배터리 셀 커버(210)의 내부에 삽입된 후, 상기 지그의 핑거가 제거되면, 배터리 셀 커버(210)의 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b)는 그 탄성력에 의해 다시 제자리로 돌아오게 된다.

그러면, 배터리 셀 커버(210)의 차단부(218)는, 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 사이에 삽입된 배터리 셀(100)의 하단을 지지하여 해당 배터리 셀(100)의 탈거를 차단할 수 있다.

이를 위해, 상기 차단부(218)는 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 각각의 말단에서 연장되어 해당 배터리 셀(100)의 하단을 지지할 수 있다. 예컨대, 상기 차단부(218)는 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 각각의 말단에서 배터리 셀 커버(210)의 내측으로 절곡되어 걸림 구조를 형성할 수 있다.

도 10에는 변형된 일 실시예에 따른 배터리 셀 커버(210')가 도시되어 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀 커버(210')의 차단부(218')는 해당 배터리 셀 커버(210')의 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 각각의 말단에서 배터리 셀 커버(210')의 내측으로 절곡되되, 제3 커버부(210c) 측으로 절곡되어 걸림 구조를 형성할 수 있다.

도 11에는 변형된 다른 일 실시예에 따른 배터리 셀 커버(210")가 도시되어 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀 커버(210")의 차단부(218")는, 해당 배터리 셀 커버(210") 제1 커버부(210a)와 제2 커버부(210b) 각각의 말단에서 제3 커버부(210c) 측으로 절곡된 후, 다시 제3 커버부(210c)의 반대 측으로 라운드지게 절곡될 수 있다. 이와 같이, 상기 차단부(218")가 라운드 면으로 배터리 셀들을 지지하도록 구성됨으로써, 파우치형 배터리 셀과 같은 연질의 배터리 셀들의 손상을 방지할 수 있다.

도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)이 도시되어 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)은, 앞서 설명된 다양한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 차량(2)은 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 셀(100)을 포함한 배터리 팩(10)을 구비할 수 있다.

이와 같이, 상기 차량(2)에 포함된 배터리 셀(100) 또는 배터리 팩(10)은 차량(2)의 여러 동작에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다.

참고로, 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(100) 또는 배터리 팩(10)은, 차량 이외에 ESS(Energy Storage System)이나 다양한 전기 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실링된 테두리를 가진 배터리 셀의 전체 케이스 중 상기 실링된 테두리를 제외한 영역에, 배터리 셀의 내부 가스를 배출하는 벤팅부가 마련됨으로써, 배터리 셀의 스웰링이나 열 폭주 발생 시 가스 배출 방향을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 다수의 배터리 셀들이, 별도의 모듈 케이스에 수용되어 배터리 팩의 팩 케이스에 장착되는 것이 아니라, 간소화된 구조의 배터리 셀 커버에 의해 부분적으로만 커버되어 배터리 팩의 케이스에 직접 장착됨으로써, 전체 배터리 팩의 무게와 부피를 감소시키고 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버가 상기 배터리 셀의 벤팅부와 대응하는 위치에 벤트 홀을 구비함으로써, 가스를 배출하는 배터리 셀과 인접한 다른 배터리 셀 또는 다른 배터리 유닛의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버의 차단부가, 해당 배터리 셀 커버의 내부에 삽입된 배터리 셀을 지지하여 상기 배터리 셀의 탈거를 차단함으로써, 배터리 셀의 위치 변경이나 이탈을 방지하고, 배터리 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀 커버의 양 단부 간격을 변경하는 지그가 삽입되는 삽입 홈이, 상기 셀 커버의 차단부에 마련됨으로써, 상기 배터리 셀 커버에 배터리 셀을 삽입하는 조립 공정을 용이하게 하고, 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 해당 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 상호 대면하는 제1 케이스부와 제2 케이스부를 구비하며, 상기 제1 케이스부와 상기 제2 케이스부의 사이에 마련된 수용 공간에 전극 조립체를 수용하는 케이스; 및

   일 단이 상기 전극 조립체와 연결되고, 타 단이 상기 케이스의 외부로 연장된 전극 리드를 포함하고,

   상기 케이스는,

   상기 수용 공간이 밀폐되도록 상기 제1 케이스부의 테두리와 상기 제2 케이스부의 테두리가 상호 접합되어 마련된 실링부; 및

   상기 실링부가 마련된 테두리 부분을 제외한 상기 케이스의 다른 부분에 마련되어, 상기 수용 공간의 가스를 상기 케이스의 외부로 배출하도록 구성된 벤팅부를 포함하는 배터리 셀.
2. 제1항에 있어서,

   상기 벤팅부는, 상기 케이스의 일 부분을 이루며, 상기 수용 공간의 가스 압력 증가 시 상기 실링부보다 먼저 파열되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
3. 제2항에 있어서,

   상기 벤팅부는, 상기 케이스의 다른 부분들보다 얇은 두께로 구성되거나, 상기 다른 부분들과 동일한 두께로 구성되되 라인 형태의 홈 또는 노치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
4. 제1항에 있어서,

   상기 케이스의 테두리는,

   상기 실링부를 포함한 제1 테두리 부분; 및

   상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부와 일체로 형성된 제2 테두리 부분을 포함하고,

   상기 벤팅부는, 상기 제2 테두리 부분에 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제5항에 있어서,

   상기 배터리 셀은, 파우치형 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제5항에 있어서,

   상기 배터리 셀을 복수로 포함하고,

   복수의 배터리 셀을 수용하는 내부 공간을 가진 팩 케이스; 및

   상기 내부 공간에 수용된 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 외부면을 커버하도록 구성된 배터리 셀 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제7항에 있어서,

   상기 배터리 셀 커버는,

   상기 적어도 하나의 배터리 셀이 삽입되도록 구성된 슬롯; 및

   상기 슬롯에 삽입된 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 벤팅부와 대응하는 위치에 마련된 벤트 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제8항에 있어서,

   상기 배터리 셀 커버는,

   상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제1 면을 커버하는 제1 커버부;

   상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제2 면을 커버하는 제2 커버부; 및

   상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부를 연결하며, 상기 제1 면과 제2 면 사이에 위치한 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 제3 면을 커버하는 제3 커버부를 더 포함하고,

   상기 벤트 홀은, 상기 제3 커버부에 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제9항에 있어서,

    상기 슬롯은, 상기 제1 커버부와 상기 제2 커버부 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제8항에 있어서,

    상기 배터리 셀 커버는, 상기 슬롯에 삽입된 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하여 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 탈거를 차단하는 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.

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