WO2026005151A1 - 배터리 어셈블리 - Google Patents

배터리 어셈블리

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WO2026005151A1
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venting
battery
battery assembly
paragraph
cover
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English (en)
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장혁균
김수열
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery assembly.
  • lithium secondary batteries are receiving attention for their advantages of being able to charge and discharge freely, having a very low self-discharge rate, and having a high energy density, as they have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries.
  • Lithium secondary batteries primarily use lithium oxide and carbon materials as the positive and negative electrode active materials, respectively.
  • Lithium secondary batteries comprise an electrode assembly comprising positive and negative plates coated with the positive and negative electrode active materials, respectively, with a separator interposed between them, and an outer case, i.e., a battery case, that seals and encloses the electrode assembly together with an electrolyte.
  • lithium secondary batteries can be classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a metal can and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is built into a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the outer packaging material.
  • secondary batteries are widely used for power and energy storage not only in small devices such as portable electronic devices but also in medium- to large-sized devices such as electric vehicles and energy storage systems (ESS).
  • Multiple secondary batteries can be electrically connected and housed within a module case to form a single battery module.
  • Each secondary battery within a battery module can be referred to as a battery cell.
  • multiple such battery modules can be connected to form a single battery pack.
  • a battery pack contains multiple battery modules, each of which contains multiple battery cells, it may be vulnerable to a thermal chain reaction between battery modules or between battery cells. For example, if an event such as thermal runaway occurs within a single battery module, the propagation of this thermal runaway to other battery modules or cells must be prevented. If the propagation of thermal runaway between battery modules or cells is not properly prevented, an event occurring in a specific battery module or battery cell may trigger a chain reaction of thermal reactions in other battery modules or cells, potentially causing an explosion or fire, or potentially increasing its scale.
  • gas or flames may be randomly discharged to the outside. If the discharge of gas or flames is not properly controlled, there is a risk that the gas or flames may be discharged toward other battery modules, causing a thermal chain reaction in the other battery modules.
  • the front side of the battery module may have module terminals, which may be configured to electrically connect to other battery modules or battery packs, such as module bus bars. Therefore, if flames are discharged toward the front side of such a battery module, the module terminals may be damaged within the battery pack, causing an electrical short.
  • other battery modules may be present at the front side of the battery module, if flames are discharged toward the front side of a specific battery module, the discharged flames may easily spread to other battery modules, potentially causing a fire to spread between battery modules.
  • thermal propagation between battery modules or cells fails to be properly controlled, resulting in a sudden fire or explosion, there is a high possibility of causing casualties. For example, if thermal runaway occurs in an electric vehicle, if a certain amount of time is not allowed for a full-blown fire to develop, occupants may not be able to escape safely.
  • the present invention has been created to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery assembly having an improved structure so as to appropriately control the discharge of flames and the like generated inside the battery assembly, and a battery pack or automobile including the same.
  • the present invention may aim to provide a structure capable of preventing the exterior of a battery pack from being damaged when a thermal event occurs.
  • the present invention may aim to prevent flames or ignitable particles from being emitted outside of a battery assembly when a thermal event occurs.
  • the present invention may aim to provide a structure capable of suppressing heat transmission between battery assemblies.
  • a battery assembly may include a frame providing a space therein and having an opening formed at the rear; a battery cell positioned inside the frame; a rear end cover coupled to the opening and having a venting hole; a body providing a space therein, an inlet hole formed in the body and communicating with the venting hole, and a venting channel formed in the body and configured to be openable and closable.
  • the discharge hole may be formed on the upper surface of the body.
  • venting channel may include: a cover for opening and closing the discharge hole; and an elastic member for providing restoring force in the direction in which the cover is closed.
  • venting channel may further include a guide bar penetrating the cover and the elastic member.
  • venting channel may include a partition that divides the interior of the body in an up-down direction.
  • the partitions are provided in multiple numbers, and the multiple partitions can be arranged along the left and right directions.
  • the plurality of partitions may divide the space provided by the body into a plurality of venting spaces, and the inlet hole and the discharge hole may be provided in each of the plurality of venting spaces.
  • the plurality of discharge holes can be configured to be independently openable and closable.
  • venting channel can be fastened to the rear end cover.
  • the battery assembly may further include a power terminal protruding toward the front of the frame.
  • a battery pack according to one aspect of the present invention comprises a battery assembly of the present invention.
  • the battery pack further includes a case that provides a space therein and accommodates the battery assembly, the case including: a base plate on which the battery assembly is installed; and a side wall installed on the base plate, wherein the venting channel can be disposed between the rear end cover and the side wall.
  • a vehicle according to one aspect of the present invention comprises a battery assembly of the present invention.
  • damage to the exterior of a battery pack can be prevented even if a thermal event occurs.
  • the electrical safety of a battery assembly can be improved.
  • heat transmission between battery assemblies can be suppressed when a thermal event occurs.
  • FIG. 1 is a drawing showing a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a partial configuration of the battery pack of Figure 1.
  • FIG. 3 is a drawing showing the battery module of Figure 2.
  • Figure 4 is a diagram showing a partial configuration of the battery module of Figure 3.
  • Figure 5 is an enlarged view of a portion of the configuration of Figure 4.
  • Figure 6 is a drawing showing the configuration of Figure 5 in a different direction.
  • Fig. 7 is a drawing showing a modified embodiment of Fig. 6.
  • Figure 8 is a drawing showing the venting channel of Figure 2.
  • Fig. 9 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line C-C' of Fig. 8.
  • Fig. 10 is a drawing showing the venting channel of Fig. 8 in a different direction.
  • FIGS 11 and 12 are drawings showing the combination of the venting channel and the battery module of Figure 2.
  • Fig. 13 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line B-B' of Fig. 1.
  • Figure 14 is a diagram showing changes in the configuration of Figure 13 when a thermal event occurs.
  • Fig. 15 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line A-A' of Fig. 1.
  • Figure 16 is a diagram showing changes in the configuration of Figure 15 when a thermal event occurs.
  • FIG. 1 is a drawing showing a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a drawing showing a partial configuration of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a drawing showing a battery module (200) of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a drawing showing a partial configuration of the battery module (200) of FIG. 3.
  • a battery assembly may include a frame (210).
  • the frame (210) may have a rectangular parallelepiped shape.
  • the frame (210) may provide a space inside.
  • the frame (210) may include a top plate, a bottom plate, and a pair of side plates.
  • the frame (210) may have an open front and rear.
  • the frame (210) may have an opening formed at the front.
  • the frame (210) may have an opening formed at the rear.
  • a battery assembly may include a battery cell (220).
  • the battery cell (220) may be accommodated inside the frame (210).
  • the battery cell (220) may be provided in plurality.
  • the plurality of battery cells (220) may be stacked along the left-right direction or the Y-axis direction.
  • the battery cell (220) may include a receiving portion (221) having an electrode assembly, a first sealing portion (222) protruding toward the front and rear sides of the receiving portion (221), and a second sealing portion (223) protruding toward the upper side of the receiving portion (221).
  • the battery cell (220) may include an electrode lead (224) protruding toward the front and rear sides of the first sealing portion (222), respectively.
  • Each battery cell (220) may extend along the front-back direction or the X-axis direction.
  • the electrode lead (224) may protrude toward the front and rear of each battery cell (220).
  • the battery cell (220) may refer to a secondary battery.
  • the battery cell (220) may be a pouch-type secondary battery.
  • the shape of the battery cell (220) is not limited to a pouch shape, and may have various shapes, such as a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the battery cell (220) may be provided in multiple numbers.
  • a battery assembly according to an embodiment of the present invention may include a rear end cover (242).
  • the rear end cover (242) may be coupled to the rear of the frame (210).
  • the rear end cover (242) may be coupled to an opening formed at the rear of the frame (210).
  • the rear end cover (242) may include a third venting hole (242a).
  • a battery assembly may include a venting channel (400).
  • the venting channel (400) may include a body (410).
  • the body (410) may form an exterior of the venting channel (400).
  • the body (410) may provide a space therein.
  • the venting channel (400) may have an inlet hole (411) formed in the body (410) and communicating with a third venting hole (242a).
  • the third venting hole (242a) and the inlet hole (411) may be arranged to face each other.
  • the venting channel (400) may have a discharge hole (412) formed in the body (410).
  • the discharge hole (412) may be configured to be openable.
  • venting gas (G) and ignitable particles (F) may be discharged through the third venting hole (242a).
  • the venting gas (G) and ignitable particles (F) may collide with the body (410) of the venting channel (400).
  • the ignitable particles (F) may fall downwards due to a decrease in energy after colliding with the body (410).
  • the ignitable particles (F) may be prevented from being discharged to the outside of the venting channel (400).
  • the venting gas (G) may decrease in energy after colliding with the body (410) and may move upwards.
  • the discharge hole may be opened due to an increase in pressure inside the body (410).
  • the venting gas (G) may be discharged to the outside of the venting channel (400) through the discharge hole (412). At this time, the energy of the venting gas (G) can be reduced, and damage to the battery assembly and adjacent components can be prevented by the venting gas (G).
  • the venting gas (G) When the venting gas (G) is discharged from the venting channel (400), the internal pressure of the venting channel (400) can be reduced.
  • the discharge hole (412) can be closed. This can block the venting gas (G) from flowing into the venting channel (400). This can suppress the propagation of a thermal event.
  • a battery pack may include a case (100).
  • the case (100) may provide a space therein.
  • the case (100) may include a base plate (110), a side wall (120), and a pack cover (150).
  • the base plate (110) may have a square shape.
  • the base plate (110) may have a flat shape.
  • the base plate (110) may form the exterior of the battery pack.
  • the base plate (110) may provide an internal space of the battery pack.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention may include a pack cover (150).
  • the pack cover (150) may have a square plate shape.
  • the pack cover (150) may have a flat plate shape.
  • the pack cover (150) may form the exterior of the battery pack.
  • the pack cover (150) may cover the internal space of the battery pack.
  • a battery assembly according to one embodiment of the present invention may be positioned inside a case (100).
  • the battery assembly may include a battery module (200).
  • the battery assembly (200) may include a venting channel (400).
  • a plurality of battery assemblies may be provided.
  • a battery pack may include a partition wall (300).
  • the partition wall (300) may include a first partition wall (310) and a second partition wall (320).
  • a plurality of partition walls (300) may be provided.
  • the partition wall (300) may be installed, fastened, fixed, combined, or attached to the upper surface of the base plate (110).
  • the partition wall (300) may partition the internal space of the battery pack.
  • a battery module (200) or a battery cell (220) may be positioned in the space partitioned by the partition wall (300).
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention may include a venting device (500).
  • the venting device (500) may be installed on a side wall (120).
  • the venting device (500) may be installed on a front side wall (120).
  • the venting device (500) may be a gas valve.
  • the venting device (500) may open to discharge gas when the pressure inside the case (100) increases.
  • the venting device (500) may block external air from flowing into the case (100).
  • a plurality of venting devices (500) may be provided.
  • a battery module (200) may include a pad (250).
  • the pad (250) may be positioned between a plurality of battery cells (220).
  • the pad (250) may be positioned between at least some of the battery cells (220) and/or on the periphery of the stack.
  • the pad (250) may be configured to be positioned between every four battery cells (220) stacked in the left-right direction.
  • the pad (250) may be formed of an elastic material to enable swelling absorption of the battery cell (220).
  • the pad (250) may be formed of a foam material such as polyurethane.
  • the pad (250) may be formed of a material capable of blocking heat or flames.
  • the pad (250) may be formed of an insulating or fire-retardant material such as silicone or mica.
  • a battery module (200) may include a front busbar frame assembly (231).
  • the front busbar frame assembly (231) may be provided at the front of a plurality of battery cells (220).
  • the front busbar frame assembly (231) may be electrically connected to front-side electrode leads (224) of the plurality of battery cells (220).
  • a battery module (200) may include a rear busbar frame assembly (232).
  • the rear busbar frame assembly (232) may be provided at the rear of a plurality of battery cells (220).
  • the rear busbar frame assembly (232) may be electrically connected to rear-side electrode leads (224) of the plurality of battery cells (220).
  • a battery module (200) may include a front end cover (241).
  • the front end cover (241) may be coupled to the front of the frame (210).
  • the front end cover (241) may cover the front of the frame (210).
  • the front end cover (241) may have a square shape.
  • a battery module (200) may include a rear end cover (242).
  • the rear end cover (242) may be coupled to the rear of the frame (210).
  • the rear end cover (242) may cover the rear of the frame (210).
  • the rear end cover (242) may have a square shape.
  • a battery module (200) may include a front insulating cover (261).
  • the front insulating cover (261) may be positioned between the front end cover (241) and the front busbar frame assembly (231).
  • the front insulating cover (261) may electrically insulate the front busbar frame assembly (231) and the front end cover (241).
  • a battery module (200) may include a rear insulating cover (262).
  • the rear insulating cover (262) may be positioned between the rear end cover (242) and the rear busbar frame assembly (232).
  • the rear insulating cover (262) may electrically insulate the rear busbar frame assembly (232) and the rear end cover (242).
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the configuration of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view showing the configuration of FIG. 5 in a different direction.
  • a rear busbar frame assembly (232) may include a busbar frame (232a) and a busbar (232b).
  • the busbar (232b) may be installed on the busbar frame (232a).
  • the busbar (232b) may be electrically connected to the rear electrode leads (224) of a plurality of battery cells (220).
  • the busbar (232b) may be provided in plurality.
  • the plurality of busbars (232b) may be arranged along the left-right direction or the Y-axis direction.
  • the busbar frame (232a) may be provided with a first venting hole (232c).
  • the first venting hole (232c) may be a through hole.
  • the first venting hole (232c) may face the first sealing portion (222) on the rear side of the battery cell (220).
  • the first venting holes (232c) may be provided in multiple numbers. Some of the multiple first venting holes (232c) may be arranged between two adjacent bus bars (232b). Venting gas (G) and flammable particles (F) generated inside the battery module (200) may be discharged to the rear of the battery module (200) through the first venting hole (232c).
  • a battery assembly may include a power terminal (231a) protruding forward of a frame (210).
  • the power terminal (231a) may be provided in a front busbar frame assembly (231).
  • the power terminal (231a) may protrude from the front busbar assembly (231).
  • the power terminals (231a) may be provided in pairs.
  • the power terminals (231a) may be exposed to the outside of the battery module (200).
  • the power terminal (231a) can be electrically connected to the power terminal (231a) of the neighboring battery module (200).
  • the inter-bus bar (600) can electrically connect the neighboring battery modules (200).
  • the front side of the battery module (200) may be configured with major components such as a power terminal (231a), a control terminal, and an inter-bus bar (600).
  • major components such as a power terminal (231a), a control terminal, and an inter-bus bar (600).
  • a power terminal (231a) By discharging venting gas (G) and flammable particles (F) to the rear side of the battery module (200), damage to the front side of the battery module (200) can be minimized.
  • thermal event propagation to neighboring battery modules (200) can be suppressed.
  • a rear insulating cover (262) of a battery module (200) may include a second venting hole (262a).
  • the second venting hole (262a) may be a through hole.
  • the second venting hole (262a) may face the rear busbar frame assembly (232) or the first venting hole (232c).
  • the second venting hole (262a) may be in communication with the first venting hole (232c).
  • a plurality of second venting holes (262a) may be provided.
  • a plurality of second venting holes (262a) may be in communication with a plurality of first venting holes (232c).
  • a battery module (200) of a battery pack may further include a fire-resistant sheet (270).
  • the fire-resistant sheet (270) may include a material having high heat resistance or fire resistance.
  • the fire-resistant sheet (270) may be positioned on the inner side of the rear end cover (242).
  • the fire-resistant sheet (270) may be positioned between the rear end cover (242) and the rear insulating cover (262).
  • the fire-resistant sheet (270) may be fixed between the rear end cover (242) and the rear insulating cover (262).
  • the refractory sheet (270) may be positioned between the third venting hole (242a) and the second venting hole (262a).
  • the refractory sheet (270) may cover a plurality of third venting holes (242a) and a plurality of second venting holes (262a).
  • the internal pressure of the frame (210) may increase due to the venting gas (G) and the ignitable particles (F). This may cause a portion of the refractory sheet (270) to rupture.
  • some of the second venting holes (262a) and some of the third venting holes (242a) may be connected, and the venting gas (G) and the ignitable particles (F) may be discharged.
  • the unruptured portion of the refractory sheet (270) may still cover the remaining second venting holes (262a) and the remaining third venting holes (242a). This may prevent the venting gas (G) and the ignitable particles (F) discharged to the outside of the battery module (200) from flowing into the inside of the battery module (200).
  • Fig. 7 is a drawing showing a modified embodiment of Fig. 6.
  • a refractory sheet (270) may have a separation line (271).
  • the separation line (271, score line) may be used as a term including and collectively referring to a perforated line (271), a notching line (271), a cutting line (271), a shredding line (271), a tear line (271), or a separation line (271).
  • the separation line (271) may be configured to be easily separated by pressure applied to the refractory sheet (270).
  • Fig. 8 is a drawing showing the venting channel (400) of Fig. 2.
  • Fig. 9 is a drawing showing a cross-sectional configuration along the cutting line C-C' of Fig. 8.
  • Fig. 10 is a drawing showing the venting channel (400) of Fig. 8 in a different direction.
  • a discharge hole (412) may be formed on the upper surface of the body (410).
  • Venting gas (G) introduced into the body (410) through the inlet hole (411) may collide with the body (410).
  • the venting gas (G) with reduced energy may be discharged to the outside of the venting channel (400).
  • Inflammable particles (F) introduced into the body (410) through the inlet hole (411) may collide with the body (410).
  • the discharge hole (412) on the upper surface of the body (410 the inflammable particles may fall down after colliding with the body (410).
  • the venting channel (400) may include a cover (440).
  • the cover (440) may open and close the exhaust hole (412).
  • the venting channel (400) may include an elastic member (460).
  • the elastic member (460) may provide a restoring force in the direction in which the cover (440) closes.
  • the cover (440) may open the exhaust hole (412).
  • the exhaust hole (412) may be opened.
  • the cover (440) may close the exhaust hole (412) by the restoring force provided by the elastic member (460).
  • the venting channel (400) may include a guide bar (450).
  • the guide bar (450) may penetrate the cover (440).
  • the cover (440) may be configured to move along the guide bar (450).
  • the cover (440) may be configured to move in the Z-axis direction along the guide bar (450).
  • the exhaust hole (412) may be opened.
  • the exhaust hole (412) may be closed.
  • the guide bar (450) can penetrate the elastic member (460).
  • the elastic member (460) may be a coil spring (460).
  • the guide bar (450) can penetrate the coil spring (460).
  • the guide bar (450) may be formed at the top of the body (410).
  • the guide bar (450) may be formed integrally with the body (410). Alternatively, the guide bar (450) may be joined, fastened, attached, or fixed to the top of the body (410).
  • the guide bar (450) may include a stopper (451).
  • the stopper (451) may be formed at the top of the guide bar (450).
  • the elastic member (460) may be compressed or tensioned between the stopper (451) and the cover (440).
  • the elastic member (460) may provide a restoring force in the direction in which the cover (440) closes.
  • the elastic member (460) may provide a restoring force in the -Z-axis direction.
  • the cover (440) can move in the +Z-axis direction. Additionally, the elastic member (460) can be compressed. Additionally, the discharge hole (412) can be opened.
  • the cover (440) can move in the -Z-axis direction.
  • the elastic member (460) can be restored.
  • the discharge hole (412) can be closed.
  • venting gas (G) When the venting gas (G) is discharged to the outside of the venting channel (400) through the discharge hole (412), it can be blocked from flowing into the venting channel (400) through the discharge hole (412).
  • the venting channel (400) may include a partition (420).
  • the partition (420) may partition the interior of the body (410).
  • the partition (420) may extend in the vertical direction or along the Z-axis direction.
  • each partitioned space may be referred to as a venting space (VS).
  • venting spaces Due to the presence of multiple venting spaces (VS), the space through which venting gas (G) and ignitable particles (F) can propagate can be limited to a smaller area. This can further suppress the propagation of thermal events.
  • a venting channel (400) may have multiple partitions (420).
  • the multiple partitions (420) may be arranged in the left-right direction or along the Y-axis direction.
  • a plurality of partitions (420) can divide the internal space of the body (410) into a plurality of venting spaces (VS).
  • venting spaces Due to the presence of multiple venting spaces (VS), the space through which venting gas (G) and ignitable particles (F) can propagate can be restricted to a smaller extent. This can further suppress the propagation of thermal events.
  • each venting space (VS) of a venting channel (400) may be provided with one or more inlet holes (411).
  • Each venting space (VS) may be provided with one or more discharge holes (412).
  • Each venting space (VS) may be provided with one or more covers (440).
  • each venting space (VS) can be opened and closed independently. Since each venting space (VS) independently discharges the venting gas (G), even if one venting space (VS) discharges the venting gas (G), the cover (440) of the remaining venting space (VS) can keep the exhaust hole (412) closed. As a result, the propagation of thermal events can be more strongly suppressed.
  • FIG. 11 and FIG. 12 are drawings showing the combination of the venting channel (400) and the battery module (200) of FIG. 2.
  • the venting channel (400) may be fastened, coupled, fixed, or attached to the rear end cover (242).
  • the venting channel (400) may have a fastening portion (430) that protrudes forward or in the +X-axis direction from the body (410).
  • the fastening portion (430) may be formed integrally with the body (410).
  • the fastening portion (430) and the rear end cover (242) may be fastened via a fastening member (S).
  • the venting channel (400) can be stably coupled to the rear end cover (242). As a result, even if venting gas (G) or flammable particles (F) are discharged, the venting channel (400) can be stably maintained in a state of being coupled to the battery module (200).
  • Fig. 13 is a drawing showing a cross-sectional configuration taken along the cutting line B-B' of Fig. 1.
  • Fig. 14 is a drawing showing a change in the configuration of Fig. 13 when a thermal event occurs.
  • a venting channel (400) according to an embodiment of the present invention may be located between the side wall (120) and the battery module (200).
  • the venting channel (400) may be located between the side wall (120) and the rear venting channel (400).
  • the battery assembly can be installed on the base plate (110).
  • the battery module (200) can be installed on the base plate (110).
  • the frame (210) can be installed on the base plate (110).
  • the venting gas (G) and the ignitable particles (F) can move backward or along the -X axis direction through the first venting hole (232c) and the second venting hole (262a).
  • the venting gas (G) and the ignitable particles (F) can rupture the refractory sheet (270).
  • the venting gas (G) and the ignitable particles (F) can flow into the venting space (VS) through the ruptured portion of the refractory sheet (270) and the third venting hole (242a).
  • the venting gas (G) and the ignitable particles (F) that flow into the venting space (VS) can collide with the body (410) and have their energy reduced.
  • venting gas (G) and the ignitable particles (F) can be prevented from flowing into the adjacent venting space (VS) or the battery module (200). Additionally, the unruptured portion of the refractory sheet (270) can more reliably block venting gas (G) and ignitable particles (F) from entering the battery module (200).
  • the side wall (120) forming the exterior of the battery pack may not be damaged by the venting gas (G) and ignitable particles (F). Therefore, even if a thermal event occurs, the exterior of the battery pack may maintain its stable shape. Consequently, the ignitable particles (F) or flames may not be discharged to the exterior of the battery pack. Furthermore, the venting gas (G), with its energy reduced and its temperature lowered, may be discharged to the exterior of the battery pack through the venting device (500).
  • Fig. 15 is a drawing showing a cross-sectional configuration taken along the cutting line A-A' of Fig. 1.
  • Fig. 16 is a drawing showing a change in the configuration of Fig. 15 when a thermal event occurs. Referring to Figs. 1, 2, 15, and 16, the discharge hole (412) of the venting channel (400) according to one embodiment of the present invention may face the pack cover (150).
  • the venting gas (G) with reduced energy in the venting space (VS) can move upward or along the +Z-axis direction through the discharge hole (412).
  • the venting gas (G) can flow between the battery module (200) and the pack cover (150) and be discharged to the outside of the battery pack through the venting device (500).
  • the pack cover (150) forming the exterior of the battery pack may not be damaged by venting gas (G) and ignitable particles (F). Therefore, even if a thermal event occurs, the exterior of the battery pack can stably maintain its shape.
  • the battery pack according to the present invention may further include various other components in addition to the battery assembly, such as various battery pack components known at the time of filing of the present invention, such as a BMS, a bus bar, a relay, a current sensor, etc.
  • various battery pack components known at the time of filing of the present invention such as a BMS, a bus bar, a relay, a current sensor, etc.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to automobiles such as electric vehicles or hybrid vehicles.
  • the automobile according to the present invention may include the battery assembly according to the present invention.
  • the automobile according to the present invention may further include various other components, in addition to the battery assembly.
  • the automobile according to the present invention may further include a body, a motor, a control device such as an electronic control unit (ECU), and the like.
  • ECU electronice control unit

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Abstract

배터리 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는, 내부에 공간을 제공하고 후방에 개구부가 형성된 프레임; 상기 프레임의 내부에 위치하는 배터리 셀; 상기 개구부에 결합되고, 벤팅 홀을 구비하는 리어 엔드 커버; 내부에 공간을 제공하는 바디, 상기 바디에 형성되고 상기 벤팅 홀과 연통되는 유입 홀 및 상기 바디에 형성되고 개폐 가능하게 구성된 배출 홀을 구비하는 벤팅 채널을 포함할 수 있다.

Description

배터리 어셈블리
본 발명은 배터리 어셈블리에 관한 것이다.
본 출원은 2024년 6월 27일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0084812호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
스마트폰이나 태블릿 PC, 스마트 워치와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 크게 증대되고, 전기 자동차가 점차 널리 보급되면서, 이에 탑재되는 배터리, 특히 반복적인 충방전이 가능한 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 이때, 하나의 배터리 모듈에 포함된 각각의 이차 전지를 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되고, 각각의 배터리 모듈에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열폭주 전파가 제대로 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈이나 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀의 연쇄적인 열적 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으키거나 그 규모를 크게 할 우려가 있다.
특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 가스나 화염 등이 외부로 랜덤하게 배출될 수 있다. 이때, 가스나 화염 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 우려가 있다. 특히, 배터리 모듈의 전방 측으로는 모듈 단자가 존재하여 다른 배터리 모듈 내지 배터리 팩과 전기적으로 연결되기 위한 구성, 이를테면 모듈 버스바 등이 존재할 수 있다. 따라서, 만일 이러한 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배터리 팩 내에서 모듈 단자를 파손시키고 전기적인 쇼트(short)를 일으킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 전방 측으로는, 다른 배터리 모듈이 존재할 수 있으므로, 특정 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배출된 화염이 다른 배터리 모듈로 향하게 되어, 배터리 모듈 간 화재 확산이 일어나기 쉽다.
배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 전파가 일어나는 것을 제대로 제어하지 못하면, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 전압 강하가 급격하게 일어날 수 있다. 그리고 이는, 배터리 모듈이나 배터리 팩이 장착된 장치의 갑작스런 중단을 가져와 예기치 못한 피해를 입힐 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 운행 중 배터리 팩의 전압 강하가 갑자기 발생하면, 전기 자동차를 안전한 장소에 이동시킬만한 시간을 확보할 수가 없다.
뿐만 아니라, 배터리 모듈이나 배터리 셀 간 열적 전파를 제대로 제어하지 못해 화재나 폭발이 갑작스럽게 발생하면, 사용자에 대하여 인명 피해를 입힐 가능성이 높다. 예를 들어, 전기 자동차에서 열 폭주 등이 발생하는 경우, 본격적인 화재로 진행되기까지 일정 수준 이상의 시간을 확보하지 못하면, 탑승자가 안전하게 탈출하지 못할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 어셈블리 내부에서 발생된 화염 등의 배출을 적절하게 제어할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 어셈블리와 이를 포함하는 배터리 팩 또는 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열적 이벤트 발생 시, 배터리 팩의 외관이 손상되는 것을 방지할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 열적 이벤트 발생 시, 배터리 어셈블리의 외부로 화염이나 발화성 입자가 배출되는 것을 방지하는 것을 목적으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리 어셈블리 사이의 열 전파를 억제할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.
다만, 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 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는, 내부에 공간을 제공하고 후방에 개구부가 형성된 프레임; 상기 프레임의 내부에 위치하는 배터리 셀; 상기 개구부에 결합되고, 벤팅 홀을 구비하는 리어 엔드 커버; 내부에 공간을 제공하는 바디, 상기 바디에 형성되고 상기 벤팅 홀과 연통되는 유입 홀 및 상기 바디에 형성되고 개폐 가능하게 구성된 배출 홀을 구비하는 벤팅 채널을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배출 홀은, 상기 바디의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 채널은: 상기 배출 홀을 개폐하는 커버; 그리고, 상기 커버가 닫히는 방향으로 복원력을 제공하는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 채널은, 상기 커버 및 상기 탄성 부재를 관통하는 가이드 바를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤팅 채널은, 상기 바디의 내부를 상하 방향을 따라 구획하는 파티션을 포함할 수 있다.
또한, 상기 파티션은 복수로 구비되고, 상기 복수의 파티션은, 좌우 방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 파티션은, 상기 바디가 제공하는 공간을 복수의 벤팅 공간으로 구획하고, 상기 유입 홀과 상기 배출 홀은, 상기 복수의 벤팅 공간 각각에 구비될 수 있다.
또한, 상기 복수의 배출 홀은, 독립적으로 개폐 가능하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅 채널은, 상기 리어 엔드 커버에 체결될 수 있다.
또한, 상기 배터리 어셈블리는 상기 프레임의 전방으로 돌출되는 전력 단자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 배터리 어셈블리를 포함한다.
또한, 상기 배터리 팩은, 내부에 공간을 제공하고, 상기 배터리 어셈블리를 수용하는 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는: 상기 배터리 어셈블리가 설치되는 베이스 플레이트; 그리고, 상기 베이스 플레이트에 설치되는 사이드 월을 포함하고, 상기 벤팅 채널은, 상기 리어 엔드 커버와 상기 사이드 월의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자동차는 본 발명의 배터리 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 배터리 어셈블리의 내부에서 가스나 화염 발생 시, 이러한 가스나 화염의 배출이 적절하게 제어될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 열적 이벤트가 발생하더라도 배터리 팩의 외관 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 배터리 어셈블리의 전기적 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 어느 하나에 의하면, 열적 이벤트 발생 시 배터리 어셈블리 사이의 열 전파가 억제될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부 구성을 분리한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈의 일부 구성을 분리한 도면이다.
도 5는 도 4의 일부 구성을 확대한 도면이다.
도 6은 도 5의 구성을 다른 방향으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2의 벤팅 채널을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 절단선 C-C'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 벤팅 채널을 다른 방향으로 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 2의 벤팅 채널과 배터리 모듈의 결합을 나타낸 도면이다.
도 13은 도 1의 절단선 B-B'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 열적 이벤트 발생 시, 도 13의 구성의 변화를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 16은 열적 이벤트 발생 시, 도 15의 구성의 변화를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 배터리 팩의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 3은 도 2의 배터리 모듈(200)을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 배터리 모듈(200)의 일부 구성을 분리한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 프레임(210)을 포함할 수 있다. 프레임(210)은 직육면체 형상을 가질 수 있다. 프레임(210)은 내부에 공간을 제공할 수 있다. 프레임(210)은 탑 플레이트, 바텀 플레이트 그리고 한 쌍의 사이드 플레이트를 구비할 수 있다. 또한, 프레임(210)은 전면과 후면이 개방된 형상일 수 있다. 또는, 프레임(210)은 전방에 개구부가 형성될 수 있다. 또한, 프레임(210)은 후방에 개구부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 배터리 셀(220)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(220)은 프레임(210)의 내부에 수용될 수 있다. 배터리 셀(220)은 복수로 구비될 수 있다. 복수의 배터리 셀(220)은 좌우 방향 또는 Y축 방향을 따라 적층될 수 있다. 배터리 셀(220)은 전극 조립체를 구비하는 수납부(221), 수납부(221)의 전방 측과 후방 측으로 돌출되는 제1 실링부(222), 수납부(221)의 상측으로 돌출되는 제2 실링부(223)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 셀(220)은 제1 실링부(222)의 전방 측과 후방 측으로 각각 돌출되는 전극 리드(224)를 포함할 수 있다. 각각의 배터리 셀(220)은 전후 방향 또는 X축 방향을 따라 연장될 수 있다. 전극 리드(224)는 각각의 배터리 셀(220)의 전방과 후방으로 돌출될 수 있다.
배터리 셀(220)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 특히, 배터리 셀(220)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 배터리 셀(220)의 형상은 파우치 형상에 한정되지 않으며, 원통 형상 또는 직육면체 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 배터리 셀(220)은 복수로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 리어 엔드 커버(242)를 포함할 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 프레임(210)의 후방에 결합될 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 프레임(210)의 후방에 형성된 개구부에 결합될 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 제3 벤팅 홀(242a)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 벤팅 채널(400)을 포함할 수 있다. 벤팅 채널(400)은 바디(410)를 포함할 수 있다. 바디(410)는 벤팅 채널(400)의 외관을 형성할 수 있다. 바디(410)는 내부에 공간을 제공할 수 있다. 벤팅 채널(400)은 바디(410)에 형성되고 제3 벤팅 홀(242a)과 연통되는 유입 홀(411)을 구비할 수 있다. 제3 벤팅 홀(242a)과 유입 홀(411)을 마주보도록 배치될 수 있다. 벤팅 채널(400)은 바디(410)에 형성되는 배출 홀(412)을 구비할 수 있다. 배출 홀(412)은 개폐 가능하게 구성될 수 있다.
배터리 셀(220)로부터 열적 이벤트 발생 시, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 제3 벤팅 홀(242a)을 통해 배출될 수 있다. 이 때, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 벤팅 채널(400)의 바디(410)와 충돌할 수 있다. 발화성 입자(F)는 바디(410)와 충돌 후 에너지가 감소하여 아래로 떨어질 수 있다. 이로 인해, 발화성 입자(F)가 벤팅 채널(400)의 외부로 배출되는 것이 차단될 수 있다. 벤팅 가스(G)는 바디(410)와 충돌 후 에너지가 감소하고 상측으로 이동할 수 있다. 바디(410) 내부의 압력 증가로 인해 배출 홀이 개방될 수 있다. 벤팅 가스(G)는 배출 홀(412)을 통해 벤팅 채널(400)의 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 벤팅 가스(G)는 에너지가 감소될 수 있고, 배터리 어셈블리와 인접하는 구성들이 벤팅 가스(G)에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다. 벤팅 가스(G)가 벤팅 채널(400)에서 배출되면, 벤팅 채널(400)의 내부 압력이 감소될 수 있다. 벤팅 채널(400)의 내부 압력이 감소되면 배출 홀(412)이 닫힐 수 있다. 이로 인해, 벤팅 가스(G)가 벤팅 채널(400)로 유입되는 것이 차단될 수 있다. 이로 인해, 열적 이벤트가 전파되는 것이 억제될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 케이스(100)를 포함할 수 있다. 케이스(100)는 내부에 공간을 제공할 수 있다. 케이스(100)는 베이스 플레이트(110), 사이드 월(120) 및 팩 커버(150)를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(110)는 사각 형상을 가질 수 있다. 베이스 플레이트(110)는 평판 형상을 가질 수 있다. 베이스 플레이트(110)는 배터리 팩의 외관을 형성할 수 있다. 베이스 플레이트(110)는 배터리 팩의 내부 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 팩 커버(150)를 포함할 수 있다. 팩 커버(150)는 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 팩 커버(150)는 평판 형상을 가질 수 있다. 팩 커버(150)는 배터리 팩의 외관을 형성할 수 있다. 팩 커버(150)는 배터리 팩의 내부 공간을 커버할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 케이스(100)의 내부에 위치할 수 있다. 배터리 어셈블리는 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리(200)는 벤팅 채널(400)을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리는 복수로 구비될 수 있다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 파티션 월(300)을 포함할 수 있다. 파티션 월(300)은 제1 파티션 월(310)과 제2 파티션 월(320)을 포함할 수 있다. 파티션 월(300)은 복수로 구비될 수 있다. 파티션 월(300)은 베이스 플레이트(110)의 상면에 설치, 체결, 고정, 결합 또는 부착될 수 있다. 파티션 월(300)은 배터리 팩의 내부 공간을 구획할 수 있다. 파티션 월(300)이 구획하는 공간에 배터리 모듈(200) 또는 배터리 셀(220)이 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 벤팅 디바이스(500)를 포함할 수 있다. 벤팅 디바이스(500)는 사이드 월(120)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 디바이스(500)는 전방 측 사이드 월(120)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 디바이스(500)는 가스 밸브일 수 있다. 벤팅 디바이스(500)는 케이스(100) 내부의 압력이 높아지면 개방되어 가스를 배출할 수 있다. 또한, 벤팅 디바이스(500)는 외부의 공기가 케이스(100) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 벤팅 디바이스(500)는 복수로 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 패드(250)를 포함할 수 있다. 패드(250)는 복수의 배터리 셀(220)의 사이에 배치될 수 있다. 패드(250)는 적어도 일부 배터리 셀(220) 사이 및/또는 적층체 외곽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 패드(250)는 좌우 방향으로 적층된 4개의 배터리 셀(220)마다 사이에 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
패드(250)는 배터리 셀(220)의 스웰링 흡수가 가능하도록 탄성체 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 패드(250)는 폴리 우레탄 등 폼 재질로 구성될 수 있다. 또는, 패드(250)는 열이나 화염 등의 차단이 가능한 재질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 패드(250)는 실리콘이나 마이카와 같은 단열 내지 방화 재질을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)를 포함할 수 있다. 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)는 복수의 배터리 셀(220)의 전방에 구비될 수 있다. 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)는 복수의 배터리 셀(220)의 전방 측 전극 리드(224)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)를 포함할 수 있다. 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)는 복수의 배터리 셀(220)의 후방에 구비될 수 있다. 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)는 복수의 배터리 셀(220)의 후방 측 전극 리드(224)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 프런트 엔드 커버(241)를 포함할 수 있다. 프런트 엔드 커버(241)는 프레임(210)의 전방에 결합될 수 있다. 프런트 엔드 커버(241)는 프레임(210)의 전면을 커버할 수 있다. 프런트 엔드 커버(241)는 사각 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 리어 엔드 커버(242)를 포함할 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 프레임(210)의 후방에 결합될 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 프레임(210)의 후면을 커버할 수 있다. 리어 엔드 커버(242)는 사각 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 프런트 절연 커버(261)를 포함할 수 있다. 프런트 절연 커버(261)는 프런트 엔드 커버(241)와 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)의 사이에 위치할 수 있다. 프런트 절연 커버(261)는 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)와 프런트 엔드 커버(241)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)은 리어 절연 커버(262)를 포함할 수 있다. 리어 절연 커버(262)는 리어 엔드 커버(242)와 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)의 사이에 위치할 수 있다. 리어 절연 커버(262)는 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)와 리어 엔드 커버(242)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 5는 도 4의 일부 구성을 확대한 도면이다. 도 6은 도 5의 구성을 다른 방향으로 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 버스바 프레임 어셈블리(232)는 버스바 프레임(232a) 및 버스바(232b)를 포함할 수 있다. 버스바(232b)는 버스바 프레임(232a)에 설치될 수 있다. 버스바(232b)는 복수의 배터리 셀(220)의 후방 측 전극 리드(224)와 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(232b)는 복수로 구비될 수 있다. 복수의 버스바(232b)는 좌우 방향 또는 Y축 방향을 따라 배치될 수 있다. 또한, 버스바 프레임(232a)은 제1 벤팅 홀(232c)을 구비할 수 있다. 제1 벤팅 홀(232c)은 관통 홀일 수 있다. 제1 벤팅 홀(232c)은 배터리 셀(220)의 후방 측 제1 실링부(222)를 마주할 수 있다. 제1 벤팅 홀(232c)은 복수로 구비될 수 있다. 복수의 제1 벤팅 홀(232c) 중 일부는 이웃하는 두 개의 버스바(232b)의 사이에 배치될 수 있다. 배터리 모듈(200)의 내부에서 발생한 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 제1 벤팅 홀(232c)을 통해 배터리 모듈(200)의 후방으로 배출될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 프레임(210)의 전방으로 돌출되는 전력 단자(231a)를 포함할 수 있다. 전력 단자(231a)는 프런트 버스바 프레임 어셈블리(231)에 구비될 수 있다. 전력 단자(231a)는 프런트 버스바 어셈블리(231)로부터 돌출될 수 있다. 전력 단자(231a)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 전력 단자(231a)는 배터리 모듈(200)의 외부로 노출될 수 있다.
전력 단자(231a)는 이웃하는 배터리 모듈(200)의 전력 단자(231a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 인터 버스바(600)는 이웃하는 배터리 모듈(200)을 전기적으로 연결할 수 있다.
배터리 모듈(200)의 전방 측은 전력 단자(231a), 제어 단자, 인터 버스바(600) 등 주요 부품이 배치될 수 있다. 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 배터리 모듈(200)의 후방 측으로 배출됨으로써, 배터리 모듈(200)의 전방 측의 손상이 최소화될 수 있다. 배터리 모듈(200)의 전방 측의 손상이 최소화 됨으로써, 이웃하는 배터리 모듈(200)로 열적 이벤트 전파가 억제될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(200)의 리어 절연 커버(262)는 제2 벤팅 홀(262a)을 구비할 수 있다. 제2 벤팅 홀(262a)은 관통 홀일 수 있다. 제2 벤팅 홀(262a)은 리어 버스바 프레임 어셈블리(232) 또는 제1 벤팅 홀(232c)을 마주할 수 있다. 또한, 제2 벤팅 홀(262a)은 제1 벤팅 홀(232c)과 연통될 수 있다. 제2 벤팅 홀(262a)은 복수로 구비될 수 있다. 복수의 제2 벤팅 홀(262a)은 복수의 제1 벤팅 홀(232c)과 연통될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈(200)은 내화 시트(270)를 더 포함할 수 있다. 내화 시트(270)는 내열성 또는 내화성이 높은 재질을 포함할 수 있다. 내화 시트(270)는 리어 엔드 커버(242)의 내측에 위치할 수 있다. 또한, 내화 시트(270)는 리어 엔드 커버(242)와 리어 절연 커버(262)의 사이에 위치할 수 있다. 또한, 내화 시트(270)는 리어 엔드 커버(242)와 리어 절연 커버(262)의 사이에 고정될 수 있다.
내화 시트(270)는 제3 벤팅 홀(242a)과 제2 벤팅 홀(262a)의 사이에 위치할 수 있다. 내화 시트(270)는 복수의 제3 벤팅 홀(242a) 및 복수의 제2 벤팅 홀(262a)을 커버할 수 있다.
열적 이벤트 발생 시, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)로 인해 프레임(210)의 내부 압력이 높아질 수 있다. 이로 인해, 내화 시트(270)의 일부가 파열될 수 있다. 그리고 내화 시트(270)의 파열로 인해, 일부의 제2 벤팅 홀(262a)과 일부의 제3 벤팅 홀(242a)이 연통될 수 있고, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 배출될 수 있다. 또한, 내화 시트(270)의 파열되지 않은 부분은 여전히 나머지 제2 벤팅 홀(262a)과 나머지 제3 벤팅 홀(242a)을 커버할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈(200)의 외부로 배출된 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 배터리 모듈(200)의 내부로 유입되는 것이 차단될 수 있다.
도 7은 도 6의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내화 시트(270)는 분리선(271)을 구비할 수 있다. 분리선(271, score line)은 파절선(271, perforated line), 노칭선(271, notching line), 절단선(271, cutting line), 파쇄선(271, shredding line), 찢어짐선(271, tear line) 또는 분리선(271, separation line)을 포함 및 통칭하는 용어로 쓰일 수 있다. 분리선(271)은 내화 시트(270)에 가해지는 압력에 의해 쉽게 분리되도록 구성될 수 있다.
도 8은 도 2의 벤팅 채널(400)을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8의 절단선 C-C'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 10은 도 8의 벤팅 채널(400)을 다른 방향으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 배출 홀(412)은 바디(410)의 상면에 형성될 수 있다. 유입 홀(411)을 통해 바디(410)의 내부로 유입된 벤팅 가스(G)는 바디(410)와 충돌할 수 있다. 배출 홀(412)이 바디(410)의 상면에 형성됨으로써, 에너지가 감소된 벤팅 가스(G)가 벤팅 채널(400)의 외부로 배출될 수 있다. 유입 홀(411)을 통해 바디(410)의 내부로 유입된 발화성 입자(F)는 바디(410)와 충돌할 수 있다 배출 홀(412)이 바디(410)의 상면에 형성됨으로써, 발화성 입자는 바디(410)와 충돌 후 아래로 떨어질 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 벤팅 채널(400)은 커버(440)를 포함할 수 있다. 커버(440)는 배출 홀(412)을 개폐할 수 있다. 벤팅 채널(400)은 탄성 부재(460)를 포함할 수 있다. 탄성 부재(460)는 커버(440)가 닫히는 방향으로 복원력을 제공할 수 있다. 벤팅 채널(400)의 내부 압력이 높아지면 커버(440)는 배출 홀(412)을 개방시킬 수 있다. 벤팅 채널(400)의 내부 압력이 탄성 부재(460)가 제공하는 복원력보다 커지게 되면, 배출 홀(412)이 개방될 수 있다. 벤팅 채널(400)의 내부 압력이 감소하면, 탄성 부재(460)가 제공하는 복원력에 의해 커버(440)는 배출 홀(412)을 닫을 수 있다. 벤팅 가스(G)는 배출 홀(412)을 통해 벤팅 채널(400)의 외부로 배출되면, 배출 홀(412)을 통해 벤팅 채널(400)로 유입되는 것이 차단될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 벤팅 채널(400)은 가이드 바(450)를 포함할 수 있다. 가이드 바(450)는 커버(440)를 관통할 수 있다. 커버(440)는 가이드 바(450)를 따라 이동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 커버(440)는 가이드 바(450)를 따라 Z축 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 커버(440)가 +Z축 방향으로 이동하면, 배출 홀(412)이 개방될 수 있다. 커버(440)가 -Z축 방향으로 이동하면, 배출 홀(412)이 닫힐 수 있다.
가이드 바(450)는 탄성 부재(460)를 관통할 수 있다. 이 때, 탄성 부재(460)는 코일 스프링(460)일 수 있다. 가이드 바(450)는 코일 스프링(460)을 관통할 수 있다.
가이드 바(450)는 바디(410)의 상단에 형성될 수 있다. 가이드 바(450)는 바디(410)와 일체로 형성될 수도 있다. 또는, 가이드 바(450)는 바디(410)의 상단에 결합, 체결, 부착 또는 고정될 수 있다.
가이드 바(450)는 스토퍼(451)를 포함할 수 있다. 스토퍼(451)는 가이드 바(450)의 상단에 형성될 수 있다. 탄성 부재(460)는 스토퍼(451)와 커버(440) 사이에서 압축되거나 인장될 수 있다. 탄성 부재(460)는 커버(440)가 닫히는 방향으로 복원력을 제공할 수 있다. 또는, 탄성 부재(460)는 -Z축 방향으로 복원력을 제공할 수 있다.
바디(410) 내부의 압력이 증가함에 따라 커버(440)는 +Z축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 탄성 부재(460)는 압축될 수 있다. 또한, 배출 홀(412)이 개방될 수 있다.
바디(410) 내부의 압력이 감소됨에 따라 커버(440)는 -Z축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 탄성 부재(460)는 복원될 수 있다. 또한, 배출 홀(412)이 닫힐 수 있다.
벤팅 가스(G)는 배출 홀(412)을 통해 벤팅 채널(400)의 외부로 배출되면, 배출 홀(412)을 통해 벤팅 채널(400)로 유입되는 것이 차단될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 벤팅 채널(400)은 파티션(420)을 포함할 수 있다. 파티션(420)은 바디(410)의 내부를 구획할 수 있다. 파티션(420)은 상하 방향 또는 Z축 방향을 따라 연장될 수 있다. 이 때, 구획된 공간을 각각 벤팅 공간(VS)이라고 칭할 수 있다.
복수의 벤팅 공간(VS)으로 인해, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 전파될 수 있는 공간이 보다 작도록 제한될 수 있다. 이로 인해, 열적 이벤트의 전파가 보다 억제될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 벤팅 채널(400)의 파티션(420)은 복수로 구비될 수 있다. 복수의 파티션(420)은 좌우 방향 또는 Y축 방향을 따라 배치될 수 있다.
복수의 파티션(420)은 바디(410)의 내부 공간을 복수로 벤팅 공간(VS)으로 구획할 수 있다.
복수의 벤팅 공간(VS)으로 인해, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 전파될 수 있는 공간이 보다 작도록 제한될 수 있다. 이로 인해, 열적 이벤트의 전파가 보다 강하게 억제될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 벤팅 채널(400)의 각각의 벤팅 공간(VS)은 하나 이상의 유입 홀(411)을 구비할 수 있다. 각각의 벤팅 공간(VS)은 하나 이상의 배출 홀(412)을 구비할 수 있다. 각각의 벤팅 공간(VS)은 하나 이상의 커버(440)를 구비할 수 있다.
각각의 벤팅 공간(VS)의 배출 홀(412)은 독립적으로 개폐될 수 있다. 각각의 벤팅 공간(VS)이 독립적으로 벤팅 가스(G)를 배출함으로써, 어느 한 벤팅 공간(VS)이 벤팅 가스(G)를 배출하더라도 나머지 벤팅 공간(VS)의 커버(440)는 배출 홀(412)을 닫힌 상태로 유지할 수 있다. 이로 인해, 열적 이벤트의 전파가 보다 강하게 억제될 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 2의 벤팅 채널(400)과 배터리 모듈(200)의 결합을 나타낸 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 벤팅 채널(400)은 리어 엔드 커버(242)에 체결, 결합, 고정 또는 부착될 수 있다. 벤팅 채널(400)은 바디(410)로부터 전방 또는 +X축 방향을 향해 돌출되는 체결부(430)를 구비할 수 있다. 체결부(430)는 바디(410)와 일체로 형성될 수 있다. 체결부(430)와 리어 엔드 커버(242)는 체결 부재(S)를 통해 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 벤팅 채널(400)은 리어 엔드 커버(242)에 안정적으로 결합될 수 있다. 이로 인해, 벤팅 가스(G) 또는 발화성 입자(F)가 배출되더라도 벤팅 채널(400)은 안정적으로 배터리 모듈(200)과 결합 상태를 유지할 수 있다.
도 13은 도 1의 절단선 B-B'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 14는 열적 이벤트 발생 시, 도 13의 구성의 변화를 나타낸 도면이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 벤팅 채널(400)은 사이드 월(120)과 배터리 모듈(200)의 사이에 위치할 수 있다. 또한, 벤팅 채널(400)은 사이드 월(120)과 리어 벤팅 채널(400)의 사이에 위치할 수 있다.
배터리 어셈블리는 베이스 플레이트(110)에 설치될 수 있다. 배터리 모듈(200)은 베이스 플레이트(110)에 설치될 수 있다. 프레임(210)은 베이스 플레이트(110)에 설치될 수 있다.
열적 이벤트 발생 시, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 제1 벤팅 홀(232c) 및 제2 벤팅 홀(262a)을 통해 후방 또는 -X축 방향을 따라 이동할 수 있다. 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 내화 시트(270)를 파열시킬 수 있다. 그리고 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 내화 시트(270)의 파열된 부분과 제3 벤팅 홀(242a)을 통해 벤팅 공간(VS)으로 유입될 수 있다. 벤팅 공간(VS)으로 유입된 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)는 바디(410)에 충돌하며 에너지가 감소될 수 있다. 이로 인해, 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 인접하는 벤팅 공간(VS) 또는 배터리 모듈(200)로 유입되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 내화 시트(270)의 파열되지 않은 부분은 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)가 배터리 모듈(200)로 유입되는 것을 보다 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 외관을 형성하는 사이드 월(120)이 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)에 의해 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 열적 이벤트가 발생하더라도 배터리 팩의 외관은 안정적으로 형태를 유지할 수 있다. 이로 인해, 발화성 입자(F) 또는 화염은 배터리 팩의 외부로 배출되지 않을 수 있다. 또한, 에너지가 감소되고 온도가 낮아진 벤팅 가스(G)는 벤팅 디바이스(500)를 통해 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
도 15는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 16은 열적 이벤트 발생 시, 도 15의 구성의 변화를 나타낸 도면이다. 도 1, 도 2, 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 벤팅 채널(400)의 배출 홀(412)은 팩 커버(150)를 마주할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열적 이벤트 발생 시, 벤팅 공간(VS)에서 에너지가 감소한 벤팅 가스(G)는 배출 홀(412)을 통해 상측 방향 또는 +Z축 방향을 따라 이동할 수 있다. 그리고 벤팅 가스(G)는 배터리 모듈(200)과 팩 커버(150)의 사이를 유동하여 벤팅 디바이스(500)를 통해 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 외관을 형성하는 팩 커버(150)가 벤팅 가스(G) 및 발화성 입자(F)에 의해 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 열적 이벤트가 발생하더라도 배터리 팩의 외관은 안정적으로 형태를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 어셈블리 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS나 버스바, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 어셈블리 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 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.

Claims (13)

  1. 내부에 공간을 제공하고 후방에 개구부가 형성된 프레임;
    상기 프레임의 내부에 위치하는 배터리 셀;
    상기 개구부에 결합되고, 벤팅 홀을 구비하는 리어 엔드 커버;
    내부에 공간을 제공하는 바디, 상기 바디에 형성되고 상기 벤팅 홀과 연통되는 유입 홀 및 상기 바디에 형성되고 개폐 가능하게 구성된 배출 홀을 구비하는 벤팅 채널을 포함하는 배터리 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배출 홀은,
    상기 바디의 상면에 형성되는 배터리 어셈블리.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 벤팅 채널은:
    상기 배출 홀을 개폐하는 커버; 그리고,
    상기 커버가 닫히는 방향으로 복원력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 배터리 어셈블리.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 벤팅 채널은,
    상기 커버 및 상기 탄성 부재를 관통하는 가이드 바를 더 포함하는 배터리 어셈블리.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 벤팅 채널은,
    상기 바디의 내부를 상하 방향을 따라 구획하는 파티션을 포함하는 배터리 어셈블리.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 파티션은 복수로 구비되고,
    상기 복수의 파티션은,
    좌우 방향을 따라 배치되는 배터리 어셈블리.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 파티션은,
    상기 바디가 제공하는 공간을 복수의 벤팅 공간으로 구획하고,
    상기 유입 홀과 상기 배출 홀은,
    상기 복수의 벤팅 공간 각각에 구비되는 배터리 어셈블리.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 배출 홀은,
    독립적으로 개폐 가능하게 구성되는 배터리 어셈블리.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 벤팅 채널은,
    상기 리어 엔드 커버에 체결되는 배터리 어셈블리.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 프레임의 전방으로 돌출되는 전력 단자를 더 포함하는 배터리 어셈블리.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 배터리 어셈블리를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제11 항에 있어서,
    내부에 공간을 제공하고, 상기 배터리 어셈블리를 수용하는 케이스를 더 포함하고,
    상기 케이스는:
    상기 배터리 어셈블리가 설치되는 베이스 플레이트; 그리고,
    상기 베이스 플레이트에 설치되는 사이드 월을 포함하고,
    상기 벤팅 채널은,
    상기 리어 엔드 커버와 상기 사이드 월의 사이에 배치되는 배터리 팩.
  13. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 배터리 어셈블리를 포함하는 자동차.
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