WO2026019097A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

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WO2026019097A1
WO2026019097A1 PCT/KR2025/009010 KR2025009010W WO2026019097A1 WO 2026019097 A1 WO2026019097 A1 WO 2026019097A1 KR 2025009010 W KR2025009010 W KR 2025009010W WO 2026019097 A1 WO2026019097 A1 WO 2026019097A1
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WO
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battery
cover member
pack
spacer
battery pack
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PCT/KR2025/009010
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English (en)
French (fr)
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최정우
김광모
이주형
정혜미
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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Publication date
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same.
  • secondary batteries include lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and nickel-zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells i.e., unit battery cells, is approximately 2.5 V to 4.5 V. Therefore, when a higher output voltage is required, multiple battery cells are connected in series to form a battery pack. Furthermore, depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack, a number of battery cells are connected in parallel to form a battery pack. Therefore, 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 common method is to first construct a battery module containing at least one battery cell, and then use this at least one battery module to add other components to form a battery pack or battery rack. Furthermore, recently, battery packs in the cell-to-pack form, where multiple battery cells are housed directly in a pack housing or other device without modularization, have also been manufactured.
  • gases may be emitted from the battery cells contained within, and these gases may include flames.
  • pieces of electrode plates or active material inside the battery cell may be emitted to the outside in a high-temperature state, and these high-temperature particles may appear in the form of sparks.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack with improved safety and reliability by minimizing the thermal energy received by adjacent battery cells when thermal runaway occurs in a battery cell, thereby preventing or suppressing the propagation of thermal runaway between battery cells.
  • Another problem that the present invention seeks to solve is to provide a vehicle including such a battery pack.
  • the present invention provides a battery pack comprising: a plurality of battery modules including a plurality of battery cells; a pack case having a receiving space configured to receive the plurality of battery modules; a cover member provided between the battery modules and the pack case, the cover member having a through hole formed therein to allow venting gas discharged from the battery cells to pass therethrough; and a spacer mounted on the cover member and configured to maintain a gap between the cover member and the pack case.
  • the above cover member may be configured to cover the upper portion of the battery module.
  • the above pack case may have a plurality of accommodation spaces, and the cover member may be configured to cover at least a portion of the accommodation spaces.
  • the above cover member may be provided in multiple numbers and individually provided in at least some of the multiple receiving spaces.
  • the pack case may have a cross beam configured to partition the plurality of battery modules, and the cover member may be configured to be seated on the cross beam.
  • the above through holes may be provided in multiple numbers and arranged at a predetermined interval.
  • the above spacer may be configured to be inserted into at least some of the plurality of through holes.
  • the battery module may include a module case configured to group the plurality of battery cells and having a venting hole formed on one side thereof to discharge the venting gas to the outside.
  • the above spacer may be provided at a position that is staggered from the above venting hole.
  • the spacer may include a first portion provided between the cover member and the pack case.
  • the spacer may include a second portion provided between the cover member and the battery cell.
  • the above spacer may be configured to be larger than the size of the through hole.
  • the present invention provides an automobile characterized by including a battery pack according to the present invention.
  • sparks generated in an abnormal state of a battery cell can be prevented from spreading in all directions, thereby ensuring safety and reliability.
  • pack unit thermal propagation prevention performance can be effectively secured.
  • a space is secured between the battery cells and the cover member, allowing high-temperature gases or flames to be quickly discharged to the outside of the battery pack, thereby alleviating heat buildup within the battery pack. This effectively prevents or delays the propagation of thermal runaway between battery cells.
  • events resulting from thermal runaway of a device equipped with a battery pack such as fire or explosion, can be prevented or delayed.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment configuration, or an explanation of effects that can be easily inferred by a person skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an internal perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a drawing showing a part of the I-I' cross-section of FIG. 1, and illustrates the flow direction of venting gas, etc. when a thermal event occurs in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a comparative example, illustrating a case in which a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention is not provided.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a drawing for explaining a cover member included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a drawing for explaining the arrangement of a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a drawing for explaining the structure of a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a drawing for explaining the structure of a spacer included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view of a vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention includes various embodiments. For each embodiment, redundant descriptions of substantially identical or similar components will be omitted, and the differences will be described.
  • the X-axis direction shown in the drawing may mean a front-back direction
  • the Y-axis direction may mean a left-right direction perpendicular to the X-axis direction on a horizontal plane (X-Y plane)
  • the Z-axis direction may mean an up-down direction (vertical direction) perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • Fig. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is an internal perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 4 is a drawing showing a portion of the I-I' cross-section of Fig. 1, and illustrates the flow direction of venting gas and the like when a thermal event occurs in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack (10) may include a battery module (100), a pack case (200), a cover member (300), and a spacer (400).
  • the battery module (100) may include a battery cell (110).
  • the battery cell (110) may include an electrode assembly, a cell case that accommodates the electrode assembly, and an electrode lead that is connected to the electrode assembly and extends outward from the cell case to function as an electrode terminal.
  • a plurality of battery cells (110) may be electrically connected to each other.
  • the present invention is not limited by the specific type or shape of the battery cell (110), and various battery cells (110) known at the time of filing of the present invention may be employed to construct the battery pack (10) of the present invention.
  • a pouch-type secondary battery having a high energy density and easy stacking is targeted as shown in the drawing, but it goes without saying that a cylindrical or square secondary battery may be applied as the battery cell (110).
  • a plurality of battery cells (110) may be included in a battery module (100).
  • the plurality of battery cells (110) may be arranged in a parallel manner in the front-back direction (X-axis direction) while standing vertically (Z-axis direction). That is, the battery module (100) may mean an assembly of a plurality of battery cells (110).
  • the pack case (200) may be configured to accommodate a battery module (100).
  • the pack case (200) may be formed with a receiving space (S) configured to accommodate the battery module (100).
  • the receiving space (S) is an empty space and may be provided in a shape capable of accommodating the battery module (100) therein.
  • a plurality of receiving spaces (S) may be provided.
  • a plurality of battery modules (100) may be provided.
  • a plurality of battery modules (100) may be arranged adjacently in at least one direction along a plurality of rows in the receiving spaces (S) inside the pack case (200).
  • a plurality of battery modules (100) may be arranged in four rows along the front-back direction (X-axis direction) and in two rows along the left-right direction (Y-axis direction).
  • the pack case (200) may be made of a material that can ensure mechanical strength, such as metal or plastic, such as steel or SUS, or may include such a material, in order to safely protect the battery module (100) contained therein.
  • the cover member (300) may be provided on the outside of the battery module (100). In particular, it may be provided between the battery module (100) and the pack case (200).
  • the cover member (300) may be configured to allow venting gas discharged from the battery cell (110) to pass through.
  • a through hole (CH) may be formed in the cover member (300).
  • the cover member (300) may be configured in the shape of a perforated plate or mesh, for example.
  • the cover member (300) may have a plurality of through holes (CH) densely formed. At this time, the sizes of the through holes (CH) may all be the same or may differ partially.
  • the cover member (300) may be made of a material that includes a material with low thermal conductivity and excellent heat resistance and/or fire resistance.
  • the cover member (300) may be made of a flame-retardant mica material.
  • the cover member (300) may be made of a metal material with rigidity and heat resistance.
  • the venting gas generated by forming the through hole (CH) can be dispersed and discharged in multiple directions (see the solid arrows in FIG. 4). If the venting gas is discharged all at once in one direction, heat may be concentrated, resulting in an explosion or fire.
  • such a phenomenon can be suppressed.
  • the thermal energy per unit area transferred to adjacent battery modules (100) can be reduced, heat propagation between battery modules (100) can be suppressed or delayed.
  • the flow of venting gas generated when a thermal event occurs in the battery module (100) can be resisted by the cover member (300), thereby reducing the flow rate of the venting gas. Accordingly, the thermal energy per unit time transmitted to adjacent battery modules (100) can be reduced, so that heat transmission between battery modules (100) can be suppressed or delayed.
  • the cover member (300) may be configured to suppress flames or sparks, etc., emitted together with the venting gas, from being emitted to the outside of the cover member (300).
  • the through hole (CH) be limited to a size such that flames or sparks generated from the battery module (100) are not exposed to the outside through the through hole (CH).
  • Sparks or flames with strong straight-line propagation may be emitted from the battery cell (100) and hit the internal structure of the pack case (200), causing heat to be concentrated in the pack case (200).
  • the flow direction of the sparks or flames may be bent by the cover member (300) (see dotted arrow in FIG. 4).
  • sparks generated in the battery cell (100) can be blocked by the cover member (300), and at the same time, venting gas can be smoothly discharged through the through hole (CH). Accordingly, when an abnormal situation occurs in the battery cell (100), the venting gas is quickly discharged to the outside of the pack case (200), thereby preventing the internal pressure inside the pack case (200) from increasing, and preventing additional chain fires in other battery cells (100).
  • the cover member (300) and the pack case (200) are spaced apart by a predetermined distance, so that venting gas or flames, etc. can move into the spaced apart space.
  • the spacer (400) may be configured to maintain the distance (D1) between the cover member (300) and the pack case (200).
  • the spacer (400) may be mounted on the cover member (300).
  • the spacer (400) may be provided on the outside of the cover member (300).
  • FIG. 5 is a comparative example, illustrating a case in which a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention is not provided.
  • the shape of the pack case (200) may be deformed by the pressure of the gas discharged from the battery cell (110) and/or the high heat of dust or flames. For example, a portion of the upper surface of the pack case (200) may swell upward, and an adjacent portion may, conversely, sink downward. As a result, the gap (D1) between the pack case (200) and the cover member (300) may be reduced in the portion where the upper surface of the pack case (200) sinks downward, so that a path for the venting gas to move may not be secured.
  • the pack case (200) can be prevented from being bent or deformed by pressure and/or heat such as venting gas.
  • the gap (D1) between the pack case (200) and the cover member (300) can be maintained.
  • venting gas can be smoothly discharged to the outside of the battery pack (10), thereby suppressing or preventing thermal runaway between battery modules (100). Accordingly, the safety and reliability of the battery pack (10) can be guaranteed.
  • the spacer (400) may be provided as a rigid body.
  • the rigid body is in contrast to an elastic body, and for example, the spacer (400) may be provided with a material such as a metal such as SUS or a reinforced fiber plastic. Accordingly, the mechanical rigidity of the spacer (400) is increased, and since elastic deformation is almost non-existent, the gap (D1) between the pack case (200) and the cover member (300) can be maintained at a constant level even when an impact is applied from the outside.
  • the spacer (400) may be made of a material having fire-resistant and/or heat-resistant properties.
  • the spacer (400) may be made of a material such as flame-retardant plastic or mica. According to the above-described embodiment of the present invention, the spacer (400) can be prevented from melting or disappearing due to high heat such as a flame. Therefore, even in a situation where a flame occurs, the function of maintaining the gap (D1) between the pack case (200) and the cover member (300) by the spacer (400) is ensured.
  • the material of the spacer (400) is not limited thereto.
  • a battery module (100) may include a module case (120).
  • the module case (120) may be configured to have an empty space formed therein and accommodate at least some of a plurality of battery cells (110) in the internal space. That is, the module case (120) groups a plurality of battery cells (110) into a plurality of battery modules (100) and may serve as a boundary that physically limits the internal space of each battery module (100).
  • a module case (120) is provided, but unlike this embodiment, a plurality of battery modules (100) are not provided with a module case (120), so the physical boundary between the plurality of battery cells (110) may not be limited.
  • a venting hole (VH) may be formed in the module case (120).
  • the venting hole (VH) may be configured to allow venting gas generated in a battery cell (110) housed inside the module case (120) to be discharged to the outside of the module case (120).
  • the venting hole (VH) can enable directional venting in a specific direction.
  • a venting hole (VH) is formed on the upper surface of the module case (120), and directional venting of the battery module (100) toward the top can be enabled through the venting hole (VH).
  • a plurality of venting holes (VH) can be provided, and can be provided at regular intervals in the horizontal direction (X-axis, Y-axis direction).
  • the gas, etc. in a situation where one of the battery cells (110) undergoes thermal runaway and generates gas, etc., the gas, etc. can be quickly directionally vented in a specific direction from the module case (120).
  • the battery module (100) may include a busbar assembly electrically connected to a plurality of battery cells (110) housed therein.
  • the cover member (300) may be configured to cover the outer surface where the venting hole (VH) is formed in the module case (120).
  • the cover member (300) when the venting hole (VH) is formed in the upper portion of the module case (120), the cover member (300) may be configured to cover the upper portion of the battery module (100).
  • the cover member (300) may be configured to cover the upper surface of the module case (120).
  • the cover member (300) may be positioned at a predetermined distance from the battery module (100).
  • the cover member (300) may be configured to cover the upper surface of the module case (120) from the outside and may be positioned at a predetermined distance from the upper surface of the module case (120).
  • the venting hole (VH) may be configured to communicate with the through hole (CH) of the cover member (300). Accordingly, the venting gas generated in the battery cell (110) may be discharged to the outside of the battery module (100) through the venting hole (VH) and may move to the outside of the cover member (300) through the through hole (CH).
  • FIG. 6 is a drawing for explaining a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the cover member (300) may be configured to cover at least a portion of the accommodation spaces (S) among the plurality of accommodation spaces (S). That is, the cover member (300) may be configured to cover the upper portions of at least a portion of the plurality of battery modules (100). For example, the cover member (300) may be configured to cover the entirety of the battery modules (100) arranged in one direction. As in the embodiment illustrated in FIG. 6, the cover member (300) may be configured in the form of a single plate to cover the entirety of the battery modules (100).
  • the cover member (300) since the cover member (300) is formed of a single plate, the cover member (300) can reliably separate the receiving space (S) of the pack case (200) in which the battery module (100) is received from the outer space thereof. As a result, it is possible to prevent venting gas, etc. discharged to the outside of the cover member (300) from affecting other adjacent battery modules (100).
  • FIG. 7 is a drawing for explaining a cover member included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of cover members (300) may be provided.
  • the cover members (300) may be individually provided in at least some of the plurality of receiving spaces (S).
  • the cover members (300) may be configured to cover the upper surface of each battery module (100).
  • the cover member (300) since the cover member (300) is individually provided in the receiving space (S), the cover member (300) can be selectively placed only in the required area, thereby improving safety and enhancing the energy efficiency of the battery pack (10).
  • a pack case (200) may include a base frame (210) and a side frame (220).
  • the base frame (210) may form the lower surface of the pack case (200) and may be provided in a square plate shape.
  • the base frame (210) may be configured such that a plurality of battery cells (110) are mounted on the upper surface.
  • the base frame (210) may be provided with a flat upper surface so that a plurality of battery modules (100) are stably mounted thereon.
  • the side frame (220) may extend upward from each corner of the base frame (210).
  • the side frame (220) may be provided with a plurality of unit walls to surround a plurality of battery cells (110) or battery modules (10). More specifically, the plurality of side frames (220) may be provided with a right wall located at the +Y direction side end of the base frame (210), a rear wall located at the +X direction side end, a left wall located at the -Y direction side end, and a front wall located at the -X direction side end, respectively, to form a side surface of the pack case (200).
  • the pack lid (240) may be configured to cover the upper portion of a plurality of battery modules (100).
  • the pack lid (240) may be configured to cover the open upper portion of the pack case (200).
  • the pack lid (240) may be coupled to the side frame (220).
  • the pack lid (240) may protect components housed inside the pack case (200), such as the battery module (100), and may prevent exhaust gases discharged from the battery module (100) from being discharged to the outside of the pack case (200), particularly to the upper portion.
  • the pack case (200) may be provided with a venting portion (250).
  • the venting portion (250) may be configured to discharge exhaust generated from the battery module (100) to the outside of the pack case (200).
  • the venting portion (250) may be provided in the form of a hole penetrating between the inside and the outside of the pack case (200).
  • the venting portion (250) may be configured to be mountable in the hole of the pack case (200) and may be provided in the form of a venting device that is activated when exhaust is generated inside the pack case (200).
  • the venting portion (250) may be provided on the side of the pack case (200), i.e., the side frame (220).
  • a plurality of venting portions (250) may be provided.
  • the venting portions (250) may be located on at least some of the unit walls among the multiple unit walls of the side frame (220).
  • the venting portions (250) may be separately formed on two or more unit walls, or two or more may be formed on one unit wall.
  • a plurality of venting portions (250) may be provided on each of the front wall and the rear wall.
  • the plurality of venting portions (250) may be provided to be symmetrical to each other with respect to the central axis of the side frame (220).
  • venting portion (250) described based on the embodiment of Fig. 2, etc., are merely examples, and can be changed to various other numbers or locations, of course.
  • the pack case (200) may be provided with a cross beam (230).
  • the cross beam (230) may be configured to partition between battery modules (100).
  • the cross beam (230) may be provided to protrude upward from the battery modules (100).
  • the cover member (300) may be configured to be mounted on the cross beam (230). Specifically, the cover member (300) may be mounted on the cross beam (230), and the cover member (300) and the cross beam (230) may be coupled to each other and fixed by a connecting member such as a bolt at the upper portion of the cover member (300).
  • a bonding and fixing configuration between the cover member (300) and the pack case (200) can be achieved with a simple structure.
  • the assembling efficiency of the battery pack (10) can be improved.
  • the cover member (300) can be stably fixed between the cross beam (230) and the pack lead (250), so that the rigidity of the battery pack (10) can be further secured.
  • the cover member (300) and the battery module (100) can be provided to be spaced apart by a predetermined distance. Accordingly, the cover member (300) can more reliably separate the receiving space (S) of the battery module (100) and its outer space. Accordingly, even if venting gas or flames are emitted from a battery module (100), heat transmission to other adjacent battery modules (100) can be suppressed.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a plurality of through holes may be provided. These plurality of through holes (CH) may be arranged at predetermined intervals.
  • a plurality of spacers (400) may be provided. The spacers (400) may be arranged to be spaced apart from each other. The spacers (400) may be configured in an island type.
  • the spacer (400) since the spacer (400) is not provided in a long beam shape but in an island shape, the position of the spacer (400) can be freely set. This increases the degree of design freedom, thereby improving productivity.
  • the spacer (400) can be coupled to the through hole (CH).
  • the spacer (400) can be configured to be inserted into the through hole (CH).
  • the spacer (400) can be configured to be inserted into at least some of the plurality of through holes (CH).
  • the spacer (400) can be coupled to the cover member (300) with a simple structure, so that assembly efficiency can be improved.
  • the cross-sectional area of the spacer (400) may be configured to be smaller than the area of the space between adjacent through holes (CH). Accordingly, the spacer (400) does not shield the through holes (CH), and thus may not prevent venting gas or flames from being discharged through the through holes (CH).
  • FIG. 9 is a drawing for explaining the arrangement of a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the spacer (400) can be placed between the venting holes (VH). That is, the spacer (400) can be provided at a position that is staggered from the venting holes (VH).
  • the venting holes (VH) may be provided in multiple numbers, and may be provided at regular intervals in the horizontal direction (X-axis, Y-axis direction).
  • the spacer (400) may be provided between adjacent venting holes (VH) among the venting holes (VH) arranged in a row along the longitudinal direction of the battery cell (110) (Y-axis direction in FIG. 9).
  • the spacer (400) may also be provided on the corner side of the module case (120), which is the outer part of the venting holes (VH).
  • the cross-sectional area of the spacer (400) may be set to be smaller than the area of the space between adjacent venting holes (VH). Accordingly, the spacer (400) may not shield the venting holes (VH), and thus may not prevent venting gas from being discharged through the venting holes (VH).
  • venting gas or the like can move between the spacers (400), as indicated by the arrows in FIG. 9. That is, according to the above-described embodiment of the present invention, a venting path for the venting gas is secured between the spacers (400), so that thermal runaway propagation between battery modules (100) can be effectively prevented or delayed.
  • the density (fastening density) at which the spacer (400) is fastened to the through hole (CH) of the cover member (300) may be configured differently depending on the position at which the venting hole (VH) is formed.
  • the fastening density may refer to the number of spacers (400) per unit area of the cover member (300) or the area occupied by the spacer (400).
  • the area or number of spacers (400) may be freely adjusted depending on the area or number of venting holes (VH).
  • FIG. 10 is a drawing for explaining the structure of a spacer included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the spacer (400) may be configured to limit the distance (D1) between the pack case (200) and the cover member (300).
  • the spacer (400) may be configured to suppress downward movement of the pack case (200).
  • the spacer (400) may be provided between the cover member (300) and the pack case (200).
  • the spacer (400) may include a first portion (410) provided between the cover member (300) and the pack case (200). That is, the first portion (410) may be provided on the outside of the cover member (300).
  • the spacer (400) may be configured to contact the inner surface of the pack case (200). That is, the first portion (410) may be configured to contact the inner surface of the pack lid (240). The upper surface of the first portion (410) may be configured to contact the inner surface of the pack lid (240), and the lower surface of the first portion (410) may be configured to face the outer surface of the cover member (300). That is, the height of the first portion (410) may be configured to be approximately the distance (D1) between the pack lid (240) and the cover member (300).
  • the spacer (400) can be configured to act as a stopper when a thermal event of the battery cell (110) occurs and the pack lead (240) is about to sag downward. That is, since the spacer (400) structurally supports the pack lead (240), the pack lead (240) can be prevented from sagging due to gravity.
  • the distance (D1) between the pack lead (240) and the cover member (300) is maintained, a path can be secured for high-temperature gas or flames generated in the battery cell (110) to be discharged to the outside of the battery pack (10) in the event of an abnormal situation in the battery module (100).
  • the propagation of thermal runaway inside the battery pack (10) can be effectively prevented or delayed, thereby ensuring the safety and reliability of the battery pack (10).
  • the spacer (400) may be configured to limit the separation distance (D2) between the battery module (100) and the cover member (300).
  • the spacer (400) may be configured to suppress upward movement of the module case (120).
  • the spacer (400) may be provided between the cover member (300) and the module case (120).
  • the spacer (400) may include a second portion (420) provided between the cover member (300) and the module case (120). That is, the second portion (420) may be provided on the inner side of the cover member (300).
  • the spacer (400) may be provided and mounted on the upper portion of the battery module (100). That is, the height of the second portion (420) may be provided to be approximately the distance (D2) between the cover member (300) and the battery module (100).
  • the upper surface of the module case (120) may expand as the pressure inside the battery module (100) increases.
  • the space between the upper surface of the module case (120) and the battery cell (110) becomes uneven, and directional venting through the venting hole (VH) may not occur smoothly.
  • the spacer (400) since the spacer (400) is provided between the battery module (100) and the cover member (300), the spacer (400) can pressurize and fix the battery module (100) at the upper portion of the battery module (100). As a result, since the battery module (100) can be prevented from expanding upward, the exhaust matter inside the battery module (100) can be smoothly directionally vented to the outside through the venting hole (VH).
  • the spacer (400) structurally supports the cover member (300)
  • the cover member (300) can be prevented from sagging due to gravity.
  • the module case (120) can be more reliably prevented from lifting. Accordingly, the distance (D2) between the cover member (300) and the battery module (100) can be maintained.
  • the spacers (400) may be provided more densely in a portion of the module case (120) that is prone to lifting.
  • the spacers (400) may be provided in a portion adjacent to the venting hole (VH).
  • the venting hole (VH) When venting gas or flames are discharged from the venting hole (VH), there is a high possibility that the portion adjacent to the venting hole (VH) will swell due to the heat of the venting gas or flames. Therefore, as in the above-described embodiment of the present invention, by providing the spacer (400) in the portion adjacent to the venting hole (VH), the module case (120) provided with the venting hole (VH) can be more effectively suppressed from swelled.
  • the area of the first portion (410) and the area of the second portion (420) may be provided to be approximately the same.
  • the cross-sectional area of the spacer (400) may be configured to be approximately the same as that of the through hole (CH).
  • the spacer (400) may be fixed to the through hole (CH) by being forcefully fitted into the through hole (CH).
  • FIG. 11 is a drawing for explaining the structure of a spacer included in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the spacer (400) may be configured to be larger than the size of the through hole (CH). That is, the area projected by the spacer (400) onto the cover member (300) may be configured to be larger than the size of the through hole (CH).
  • first part (410) of the spacer (400) may be configured to have a larger cross-sectional area than the through hole (CH).
  • second part (420) of the spacer (400) may be configured to have a larger cross-sectional area than the through hole (CH).
  • the spacer (400) When the spacer (400) is coupled to the through hole (CH), there is a risk that the spacer (400) may be separated from the through hole (CH) due to high pressure such as venting gas or flame generated from the battery cell (110).
  • the spacer (400) can be prevented from being separated from the through hole (CH). Accordingly, the space between the battery module (100) and the cover member (300) can be stably secured.
  • the spacer (400) can further secure a contact area between the pack lead (240) and the battery module (100), the spacer (400) can stably fix the cover member (300) in the space between the pack lead (240) and the battery module (100). Accordingly, the cover member (300) can be prevented from being deformed due to high heat, etc.
  • the first part (410) and the second part (420) can be respectively moved from the outside of the through hole (CH) toward the through hole (CH) with the through hole (CH) as the center and be fitted together.
  • the assemblability of the spacer (400) can be further secured.
  • regardless of the size of the through hole (CH) if the size of the spacer (400) is larger, it can be coupled to the through hole (CH), so that productivity can be improved when manufacturing the battery pack (10).
  • FIG. 12 is a schematic perspective view of a vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a vehicle (30) according to one embodiment of the present invention may include one or more battery packs (10) according to one embodiment of the present invention.
  • the vehicle (30) according to the present invention may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • the vehicle (30) includes a four-wheel vehicle and a two-wheel vehicle.
  • the vehicle (30) operates by receiving power from the battery pack (10) according to one embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하도록 구성되는 수용 공간이 형성되는 팩 케이스; 상기 배터리 모듈과 상기 팩 케이스 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀로부터 배출되는 벤팅 가스가 통과하도록 관통홀이 형성된 커버 부재; 및 상기 커버 부재에 장착되어 상기 커버 부재와 상기 팩 케이스 사이의 간격을 유지시키도록 구성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2024년07월17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0094381호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 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 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 또는, 최근에는, 복수 개의 배터리 셀을 모듈화하지 않고, 팩 하우징 등에 직접 수납하는 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩도 제조되고 있다.
한편, 배터리 셀은 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 적정 온도보다 높은 환경에서 사용되는 경우 성능이 저하될 수 있고, 적정 온도로 열제어가 되지 못할 경우 예기치 못하게 발화나 폭발 가능성이 상존한다. 따라서, 배터리 팩 내부에서 열 폭주(thermal runaway)와 같은 열적 이벤트가 발생하는 경우, 내부에 포함된 배터리 셀에서 분출되는 고온의 가스나 화염 등이 인접한 배터리 셀들로 전이되어 연쇄적인 배터리 셀의 폭발을 초래할 수 있기 때문에 매우 위험하다.
특히, 배터리 팩 내부에서 열 폭주(thermal runaway)와 같은 열적 이벤트가 발생하는 경우, 내부에 포함된 배터리 셀에서 가스가 분출될 수 있으며, 이러한 가스에는 화염 등이 포함될 수 있다.
또한, 일반적으로 배터리 셀에서 가스가 분출될 때에 배터리 셀 내부의 전극판 조각이나 활물질 조각 등이 고온으로 가열된 상태에서 외부로 배출될 수 있는데, 이러한 고온의 파티클은 스파크(spark)와 같은 형태로 나타날 수 있다.
이때, 스파크가 가스와 함께 노출되면 산소와 반응하여, 배터리 팩 내부 또는 외부에서 화염이 생성되거나 화재로 발달될 수 있다. 더욱이, 특정 배터리 팩에서 화염이나 화재 등이 발생하면, 이는 인접한 다른 배터리 팩이나 해당 배터리 팩이 장착된 장치로 화재 등이 확산되어, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 배터리 셀의 열 폭주 발생 시, 스파크나 화염 등이 사방으로 향하는 것을 방지하여 배터리 팩에서 화염이나 화재가 발생 내지 확산되는 것을 억제하기 위한 기술의 필요성이 있다.
또한, 배터리 셀의 열 폭주 발생 시, 배터리 셀에서 발생된 고온의 가스를 분산 배출시켜 배터리 팩 내부의 열 축적을 방지할 수 있는 구조가 개발될 필요성이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배터리 셀의 열 폭주 발생 시, 인접하는 배터리 셀이 받는 열 에너지를 최소화함으로써 배터리 셀 간 열 폭주 전파를 방지 내지 억제하여 안전성과 신뢰성이 향상된 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하도록 구성되는 수용 공간이 형성되는 팩 케이스; 상기 배터리 모듈과 상기 팩 케이스 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀로부터 배출되는 벤팅 가스가 통과하도록 관통홀이 형성된 커버 부재; 및 상기 커버 부재에 장착되어 상기 커버 부재와 상기 팩 케이스 사이의 간격을 유지시키도록 구성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 커버 부재는 상기 배터리 모듈의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다.
상기 팩 케이스는 복수 개의 수용 공간을 구비하고, 상기 커버 부재는 적어도 일부의 수용 공간을 커버하도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 복수 개 구비되어 상기 복수 개의 수용 공간 중 적어도 일부에 개별적으로 구비될 수 있다.
상기 팩 케이스는 상기 복수 개의 배터리 모듈을 구획하도록 구성되는 크로스 빔을 구비하고, 상기 커버 부재는 상기 크로스 빔에 안착되도록 구성될 수 있다.
상기 관통홀은 복수 개 구비되어 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 스페이서는 복수 개의 상기 관통홀 중 적어도 일부에 삽입되도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈은 상기 복수 개의 배터리 셀을 그룹핑하도록 구성되고, 일측면에 상기 벤팅 가스를 외부로 배출시키도록 구성되는 벤팅홀이 형성되는 모듈 케이스를 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 벤팅홀과 엇갈리는 위치에 구비될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 커버 부재와 상기 팩 케이스 사이에 구비되는 제1 부분을 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 커버 부재와 상기 배터리 셀 사이에 구비되는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 관통홀의 크기보다 크게 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 이상 상황 시 생성되는 스파크가 사방으로 향하는 것을 방지하여 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩에서 화염 발달 억제를 통해, 팩 단위 열 전파(Thermal Propagation) 방지 성능이 효과적으로 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀과 커버 부재 사이의 공간이 확보되어 고온의 가스나 화염 등을 신속하게 배터리 팩의 외부로 배출시킬 수 있으므로, 배터리 팩 내부의 열 축적이 해소될 수 있다. 이로써, 배터리 셀 간 열 폭주 전파가 효과적으로 방지되거나 지연될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 이상 상황 시 배터리 셀에서 생성되는 고온의 가스나 화염 등이 분산 배출되어 배터리 팩의 특정 부분에 열이 집중되는 것이 억제될 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩이 장착된 장치의 열 폭주 현상에 따른 이벤트, 이를테면 화재나 폭발 등을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 일부분을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 열적 이벤트가 발생하는 경우의 벤팅 가스 등의 유동 방향을 도시한 것이다.
도 5는 비교예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서가 구비되지 않는 경우를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분의 확대 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 사시도이다.
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 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명에는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있다. 각 실시예에 대해 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(X-Y 평면)상에서 수직된 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향(수직 방향)을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다. 또한, 도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 일부분을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 열적 이벤트가 발생하는 경우의 벤팅 가스 등의 유동 방향을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100), 팩 케이스(200), 커버 부재(300) 및 스페이서(400)를 포함할 수 있다.
먼저, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(110)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 셀 케이스의 외측으로 인출되어 전극 단자로 기능하는 전극 리드를 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 배터리 셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명은 이러한 배터리 셀(110)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(110)이 본 발명의 배터리 팩(10)을 구성하는데 채용될 수 있다. 본 실시예에서는 도면과 같이 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 이차전지를 대상으로 하나, 원통형 또는 각형 이차전지가 배터리 셀(110)로 적용될 수 있음은 물론이다.
배터리 셀(110)은 배터리 모듈(100)에 복수 개 포함될 수 있다. 복수 개의 배터리 셀(110)은, 수직 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태에서 전후 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)은 복수 개의 배터리 셀(110)의 집합체를 의미할 수 있다.
팩 케이스(200)는 배터리 모듈(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 팩 케이스(200)는 배터리 모듈(100)이 수용되도록 구성되는 수용 공간(S)이 형성될 수 있다. 수용 공간(S)은 빈 공간으로서, 배터리 모듈(100)을 내부에 수용 가능한 형상으로 구비될 수 있다.
이때, 수용 공간(S)은 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(100)은 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개의 배터리 모듈(100)은 팩 케이스(200) 내부의 수용 공간(S)에서, 다수의 열을 따라 적어도 일 방향으로 인접 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배터리 모듈(100)은 전후 방향(X축 방향)을 따라 4열로 구비되고, 좌우 방향(Y축 방향)을 따라 2열로 구비될 수 있다.
팩 케이스(200)는 내부에 수용된 배터리 모듈(100) 등을 안전하게 보호하기 위하여, 스틸이나 SUS와 같은 금속 내지 플라스틱과 같이 기계적 강성이 확보될 수 있는 재질로 이루어지거나 이러한 재질을 포함할 수 있다.
커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)의 외측에 구비될 수 있다. 특히, 배터리 모듈(100)과 팩 케이스(200) 사이에 구비될 수 있다. 커버 부재(300)는 배터리 셀(110)로부터 배출되는 벤팅 가스가 통과하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 커버 부재(300)에는 관통홀(CH)이 형성될 수 있다. 커버 부재(300)는 예를 들어 타공판 내지 메쉬 형상으로 구성될 수 있다. 커버 부재(300)는 복수 개의 관통홀(CH)이 조밀하게 형성될 수 있다. 이때, 관통홀(CH)의 크기는 모두 같을 수도 있고, 부분적으로 차이가 있을 수도 있다.
이러한 커버 부재(300)는 열전도성이 낮고, 내열 및/또는 내화 성능이 우수한 소재가 포함된 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 커버 부재(300)는 난연성의 마이카(mica) 소재로 제작될 수도 있다. 또는, 커버 부재(300)는 강성과 내열성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 관통홀(CH)이 형성됨에 따라 배터리 모듈(100)에서 열적 이벤트 발생 시 생성되는 벤팅 가스가 여러 방향으로 분산 배출될 수 있다(도 4의 실선 화살표 참조). 벤팅 가스가 한꺼번에 한 방향으로 배출되는 경우, 열이 집중되어 폭발 내지 화재가 발생할 수 있는데, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 이러한 현상이 억제될 수 있다. 또한, 인접하는 배터리 모듈(100)로 전달되는 단위 면적 당 열에너지가 감소될 수 있으므로, 배터리 모듈(100) 간 열 전파가 억제 내지 지연될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 의해 배터리 모듈(100)에서 열적 이벤트 발생 시 생성되는 벤팅 가스의 흐름에 저항을 주어 벤팅 가스의 유속이 저하될 수 있다. 이에 따라, 인접하는 배터리 모듈(100)에 전파되는 단위시간 당 열에너지가 감소될 수 있으므로, 배터리 모듈(100) 간 열 전파가 억제 내지 지연될 수 있다.
더욱이, 커버 부재(300)는 벤팅 가스와 함께 배출되는 화염이나 스파크 등이 커버 부재(300)의 외측으로 배출되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다. 이때, 관통홀(CH)은 배터리 모듈(100)에서 발생한 화염이나 스파크가 관통홀(CH)을 통해 외부로 노출되지 않을 정도의 크기로 한정되는 것이 바람직하다.
직진성이 강한 스파크나 화염 등은 배터리 셀(100)에서 배출되어 팩 케이스(200)의 내부 구조물에 부딪히며 팩 케이스(200)에 열이 집중될 수 있는데, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스파크나 화염 등은 커버 부재(300)에 의해 흐름 방향이 절곡될 수 있다(도 4의 점선 화살표 참조).
이에 따라, 스파크가 팩 케이스(200)의 외부로 배출되는 것이 억제될 수 있으므로, 팩 케이스(200)의 외부에서 스파크와 산소가 반응하여 화염이 발생되는 것이 억제될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 측면에 의하면, 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)에서 생성되는 스파크는 커버 부재(300)에 의해 차단될 수 있으며, 그와 동시에 벤팅 가스는 관통홀(CH)로 원활하게 배출될 수 있다. 이로써, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 벤팅 가스를 신속하게 팩 케이스(200)의 외부로 배출시켜 팩 케이스(200) 내부의 내압이 상승되는 것이 방지되고, 다른 배터리 셀(100)들의 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
커버 부재(300)와 팩 케이스(200)는 소정 간격 이격됨으로써, 상기 이격된 공간으로 벤팅 가스나 화염 등이 이동할 수 있다. 이때, 스페이서(400)는 커버 부재(300)와 팩 케이스(200) 사이의 간격(D1)을 유지하도록 구성될 수 있다. 스페이서(400)는 커버 부재(300)에 장착될 수 있다. 스페이서(400)는 커버 부재(300)의 외측에 구비될 수 있다.
한편, 도 5는 비교예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서가 구비되지 않는 경우를 도시한 것이다.
만약, 비교예인 도 5에 도시된 바와 같이 스페이서(400)가 구비되지 않는다면, 배터리 모듈(100) 내 열 폭주 발생 시, 배터리 셀(110)에서 토출되는 가스의 압력 및/또는 분진이나 화염 등의 높은 열에 의해 팩 케이스(200)의 형상이 변형될 수 있다. 이를테면, 팩 케이스(200)의 상부면의 일 부분은 상방으로 부풀어 오르고, 인접하는 부분은 반대로 하방으로 꺼질 수 있다. 이로써, 팩 케이스(200)의 상부면이 하방으로 꺼진 부분에서 팩 케이스(200)와 커버 부재(300) 사이의 간격(D1)이 줄어들어 벤팅 가스가 이동하는 경로가 확보되지 못할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 스페이서(400)가 팩 케이스(200)에 결합됨에 따라 팩 케이스(200)가 벤팅 가스 등의 압력 및/또는 열에 의해 휘거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 케이스(200)와 커버 부재(300) 사이의 간격(D1)이 유지될 수 있다. 이로써, 벤팅 가스가 배터리 팩(10)의 외부로 원활하게 배출되어 배터리 모듈(100) 간 열 폭주가 억제되거나 방지될 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.
스페이서(400)는 강성체로 구비될 수 있다. 여기서 강성체란 탄성체와 대비되는 의미이고, 이를테면, 스페이서(400)는 SUS 등 금속 내지 강화 섬유 플라스틱 등의 소재로 마련될 수 있다. 이로써, 스페이서(400)의 기계적 강성이 증가되고, 탄성 병형은 거의 되지 않음에 따라, 외부에서 충격이 가해지더라도 팩 케이스(200)와 커버 부재(300) 사이의 간격(D1)을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 스페이서(400)는 내화 및/또는 내열 성능을 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 이를테면, 스페이서(400)는 난연 플라스틱 내지 마이카(Mica)와 같은 재질로 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 화염 등의 높은 열에 의해 스페이서(400)가 녹거나 소실되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 화염이 발생되는 상황이 되더라도 스페이서(400)에 의한 팩 케이스(200)와 커버 부재(300) 사이의 간격(D1) 유지 기능이 담보된다. 다만, 스페이서(400)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 모듈 케이스(120)를 구비할 수 있다. 모듈 케이스(120)는 내부에 빈 공간이 형성되어, 내부 공간에 복수 개의 배터리 셀(110) 중 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(120)는 복수 개의 배터리 셀(110)을 여러 개의 배터리 모듈(100)로 그룹핑하며, 각 배터리 모듈(100)의 내부 공간을 물리적으로 한정하는 경계가 될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 모듈 케이스(120)가 구비되었으나, 본 실시예와 달리 복수 개의 배터리 모듈(100)은 모듈 케이스(120)가 구비되지 않아 복수 개의 배터리 셀(110) 간의 물리적 경계가 한정되지 않을 수도 있다.
모듈 케이스(120)에는 벤팅홀(VH)이 형성될 수 있다. 벤팅홀(VH)은 모듈 케이스(120)의 내부에 수납된 배터리 셀(110)에서 생성된 벤팅 가스가 모듈 케이스(120)의 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 벤팅홀(VH)은 특정 방향으로의 디렉셔널 벤팅이 가능하도록 할 수 있다. 일례로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(120)의 상부면에 벤팅홀(VH)이 형성되고, 벤팅홀(VH)을 통해 배터리 모듈(100)의 상방으로의 디렉셔널 벤팅이 가능할 수 있다. 벤팅홀(VH)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 수평 방향(X축, Y축 방향)으로 상호 간 일정 간격마다 마련될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)들 중 어느 하나의 배터리 셀(110)이 열 폭주하여 가스 등이 발생한 상황에서, 신속하게 가스 등을 모듈 케이스(120)에서 특정 방향으로 디렉셔널 벤팅시킬 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 배터리 모듈(100)은 내부에 수용된 복수 개의 배터리 셀(110)들과 전기적으로 연결된 버스바 어셈블리를 포함할 수 있다.
커버 부재(300)는 모듈 케이스(120)에서 벤팅홀(VH)이 형성된 외측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 벤팅홀(VH)이 모듈 케이스(120)의 상부에 형성되는 경우, 커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 커버 부재(300)는 모듈 케이스(120)의 상부면을 커버하도록 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)과 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 모듈 케이스(120)의 상부면을 외측에서 커버하도록 구성되어 모듈 케이스(120)의 상부면과 소정 거리 이격되게 구비될 수 있다.
이때, 벤팅홀(VH)은 커버 부재(300)의 관통홀(CH)과 연통되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(110)에서 생성된 벤팅 가스는 벤팅홀(VH)을 통해 배터리 모듈(100)의 외측으로 배출되어 관통홀(CH)을 통해 커버 부재(300)의 외측으로 이동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 설명하기 위한 도면이다.
커버 부재(300)는 복수 개의 수용 공간(S) 중 적어도 일부의 수용 공간(S)을 커버하도록 구성될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 일부의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 일 방향으로 배치된 배터리 모듈(100)들의 전체를 커버하도록 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)의 전부를 커버하도록 하나의 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 하나의 플레이트로 구성됨으로써, 커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)이 수용되는 팩 케이스(200)의 수용 공간(S)과 그 외측 공간을 확실하게 분리할 수 있다. 이로써, 커버 부재(300)의 외측으로 배출된 벤팅 가스 등이 인접하는 다른 배터리 모듈(100)에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 설명하기 위한 도면이다.
다른 실시예로서, 커버 부재(300)는 복수 개 구비될 수 있다. 커버 부재(300)는 복수 개의 수용 공간(S) 중 적어도 일부에 개별적으로 구비될 수 있다. 이를테면, 도 7에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 배터리 모듈(100)의 상부면을 각각 커버하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 수용 공간(S)에 커버 부재(300)가 개별적으로 구비됨으로써, 필요한 구역에만 커버 부재(300)를 선택적으로 배치시킬 수 있으므로, 안전성을 보다 개선하면서 배터리 팩(10)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스(200)는 베이스 프레임(210)과 사이드 프레임(220)을 포함할 수 있다.
베이스 프레임(210)은 팩 케이스(200)의 하부면을 형성할 수 있으며, 사각판 형태로 구비될 수 있다. 그리고, 베이스 프레임(210)은 복수 개의 배터리 셀(110)이 상부 표면에 안착되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 베이스 프레임(210)은 평평한 상부 표면을 구비하여, 복수 개의 배터리 모듈(100)이 안정적으로 안착되도록 마련될 수 있다.
사이드 프레임(220)은 베이스 프레임(210)의 각 모서리에서 상방으로 연장될 수 있다. 사이드 프레임(220)은 다수의 단위 벽체를 구비하여, 복수 개의 배터리 셀(110) 또는 배터리 모듈(10)을 둘러싸도록 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 다수의 사이드 프레임(220)은 각각 베이스 프레임(210)의 +Y 방향 측 단부에 위치하는 우측 벽체, +X 방향 측 단부에 위치하는 후방 벽체, -Y 방향 측 단부에 위치하는 좌측 벽체 및 -X 방향 측 단부에 위치하는 전방 벽체로 구비되어 팩 케이스(200)의 측면을 형성할 수 있다.
팩 리드(240)는 복수 개의 배터리 모듈(100)의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 팩 리드(240)는 팩 케이스(200)의 개방된 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 팩 리드(240)는 사이드 프레임(220)에 결합될 수 있다. 팩 리드(240)는 배터리 모듈(100)과 같은 팩 케이스(200)의 내부에 수납된 구성요소들을 보호하고, 이러한 배터리 모듈(100)에서 배출된 배출물이 팩 케이스(200)의 외부, 특히 상부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 팩 케이스(200)는 벤팅부(250)를 구비할 수 있다. 벤팅부(250)는 배터리 모듈(100)에서 생성되는 배출물을 팩 케이스(200)의 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 벤팅부(250)는 팩 케이스(200)의 내부와 외부 사이를 관통하는 홀의 형태로 구비될 수 있다. 또는, 벤팅부(250)는 팩 케이스(200)의 홀에 장착 가능하도록 구성되어 팩 케이스(200) 내부에서 배출물이 발생되는 경우 작동되는 벤팅 디바이스의 형태로 구비될 수 있다.
벤팅부(250)는 팩 케이스(200)의 측면, 즉 사이드 프레임(220)에 구비될 수 있다. 벤팅부(250)는 복수 개 구비될 수 있다. 벤팅부(250)는 사이드 프레임(220)의 여러 단위 벽체 중 적어도 일부 단위 벽체에 위치할 수 있다. 또한, 벤팅부(250)는 둘 이상의 단위 벽체에 각각 별도로 형성될 수도 있고, 하나의 단위 벽체에 둘 이상 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바를 참조하면, 벤팅부(250)는 전방 벽체와 후방 벽체에, 각각 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 복수 개의 벤팅부(250)는 사이드 프레임(220)의 중심축을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(110)의 이상 상황 시, 고온의 가스 등이 팩 케이스(200)의 양방향으로 배출될 수 있으므로, 가스를 보다 신속하게 상기 팩 케이스(200)의 외부로 배출하기에 용이하다.
한편, 도 2의 실시예 등을 기준으로 설명된 벤팅부(250)의 설치 개수나 위치 등은 일례에 불과하며, 여러 다른 개수나 위치 등으로 변경될 수 있음은 물론이다.
또한, 팩 케이스(200)는 크로스 빔(230)을 구비할 수 있다. 크로스 빔(230)은 배터리 모듈(100) 사이를 구획하도록 구성될 수 있다. 크로스 빔(230)은 배터리 모듈(100) 보다 상방으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
이러한 경우, 커버 부재(300)는 크로스 빔(230)에 안착되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 커버 부재(300)는 크로스 빔(230)에 안착되고, 커버 부재(300)의 상부에서 볼트 등 결합 부재에 의해 커버 부재(300) 및 크로스 빔(230)이 서로 결합되어 고정될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 간단한 구조로 커버 부재(300)와 팩 케이스(200) 사이의 결합 고정 구성이 달성될 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10)의 조립성이 향상될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 크로스 빔(230)과 팩 리드(250) 사이에 안정적으로 고정될 수 있으므로 배터리 팩(10)의 강성이 더욱 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)와 배터리 모듈(100)은 소정 거리 이격되게 구비될 수 있다. 이에 따라, 커버 부재(300)가 배터리 모듈(100)의 수용 공간(S)과 그 외측 공간을 더욱 확실하게 구획 분리시킬 수 있다. 이로써, 어떤 배터리 모듈(100)에서 벤팅 가스나 화염 등이 배출되는 경우에도 인접하는 다른 배터리 모듈(100)에 열 전파되는 것이 억제될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분의 확대 사시도이다.
한편, 관통홀(CH)은 복수 개 구비될 수 있다. 이러한 복수 개의 관통홀(CH)은 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 스페이서(400)는 복수 개 구비될 수 있다. 스페이서(400)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 스페이서(400)는 아일랜드 타입으로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)가 긴 빔 형상으로 구비되지 않고 아일랜드 형상으로 구비됨에 따라, 스페이서(400)의 위치를 자유롭게 설정할 수 있다. 이로써, 설계 자유도가 증가하여 생산성이 향상될 수 있다.
스페이서(400)는 관통홀(CH)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 실시예와 같이, 스페이서(400)는 관통홀(CH)에 삽입되도록 구성될 수 있다. 스페이서(400)는 복수 개의 관통홀(CH) 중 적어도 일부에 삽입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 간단한 구조로 스페이서(400)를 커버 부재(300)에 결합할 수 있으므로, 조립성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 스페이서(400)를 결합하기 위한 홀이나 접착 부재 등 다른 결합 구조가 필요 없으므로, 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 스페이서(400)의 단면적은 인접하는 관통홀(CH) 사이의 공간의 면적보다 작게 구성될 수 있다. 이로써, 스페이서(400)는 관통홀(CH)을 차폐하지 않으므로, 관통홀(CH)을 통해 벤팅 가스나 화염이 배출되는 것을 방해하지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
스페이서(400)는 벤팅홀(VH) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 스페이서(400)는 벤팅홀(VH)과 엇갈리는 위치에 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 벤팅홀(VH)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 수평 방향(X축, Y축 방향)으로 상호 간 일정 간격마다 마련될 수 있다. 도 9에 도시된 실시예와 같이, 스페이서(400)는 배터리 셀(110)의 길이 방향(도 9의 Y축 방향)을 따라 일렬로 배치되는 벤팅홀(VH) 중 인접하는 벤팅홀(VH)들 사이에 구비될 수 있다. 또한, 스페이서(400)는 벤팅홀(VH)의 외측 부분인 모듈 케이스(120)의 모서리 측에도 구비될 수 있다.
또한, 스페이서(400)의 단면적은 인접하는 벤팅홀(VH) 사이의 공간의 면적보다 작게 구비될 수 있다. 이로써, 스페이서(400)는 벤팅홀(VH)을 차폐하지 않을 수 있으므로, 벤팅홀(VH)을 통해 벤팅 가스가 배출되는 것을 방해하지 않을 수 있다.
이로써, 스페이서(400)가 모듈 케이스(120)의 국소적인 영역에 구비됨에 따라, 도 9에 도시된 화살표와 같이, 벤팅 가스 등이 스페이서(400) 사이로 이동할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400) 사이에 벤팅 가스의 벤팅 유로가 확보되어 배터리 모듈(100) 간 열 폭주 전파가 효과적으로 방지되거나 지연될 수 있다.
한편, 스페이서(400)가 커버 부재(300)의 관통홀(CH)에 체결되는 밀도(체결 밀도)는 벤팅홀(VH)이 형성되는 위치에 따라 다르게 구성될 수 있다. 여기서, 체결 밀도는 커버 부재(300) 단위 면적당 스페이서(400)의 개수 혹은 스페이서(400)가 차지하는 면적을 가리킬 수 있다. 벤팅홀(VH)의 면적이나 개수 등에 따라 스페이서(400)의 면적이나 개수 등이 자유롭게 조절될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
스페이서(400)는 팩 케이스(200)와 커버 부재(300) 사이의 이격 거리(D1)를 제한하도록 구성될 수 있다. 스페이서(400)는 팩 케이스(200)의 하부 방향 이동을 억제하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 스페이서(400)는 커버 부재(300)와 팩 케이스(200) 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 10을 참조하면, 스페이서(400)는 커버 부재(300)와 팩 케이스(200) 사이에 구비되는 제1 부분(410)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 부분(410)은 커버 부재(300)의 외측에 구비될 수 있다.
스페이서(400)는 팩 케이스(200)의 내측면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 부분(410)은 팩 리드(240)의 내측면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 제1 부분(410)의 상부면은 팩 리드(240)의 내측면에 접촉되고, 제1 부분(410)의 하부면은 커버 부재(300)의 외측면과 대면하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 부분(410)의 높이는 대략 팩 리드(240)와 커버 부재(300)의 이격된 거리(D1)만큼 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)는 배터리 셀(110)의 열적 이벤트가 발생하여 팩 리드(240)가 하방으로 처지려고 할 때, 스토퍼 역할을 하도록 구성될 수 있다. 즉, 스페이서(400)가 팩 리드(240)를 구조적으로 지지함에 따라 팩 리드(240)가 중력에 의해 처지는 것이 억제될 수 있다.
따라서, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 리드(240)와 커버 부재(300)의 이격된 거리(D1)가 유지됨에 따라, 배터리 모듈(100)의 이상 상황 시 배터리 셀(110)에서 생성되는 고온의 가스나 화염 등이 배터리 팩(10)의 외부로 배출되는 경로가 확보될 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10) 내부의 열 폭주 전파가 효과적으로 방지되거나 지연되어 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.
더욱이, 스페이서(400)는 배터리 모듈(100)과 커버 부재(300) 사이의 이격 거리(D2)를 제한하도록 구성될 수 있다. 스페이서(400)는 모듈 케이스(120)의 상부 방향 이동을 억제하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 스페이서(400)는 커버 부재(300)와 모듈 케이스(120) 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 10을 참조하면, 스페이서(400)는 커버 부재(300)와 모듈 케이스(120) 사이에 구비되는 제2 부분(420)을 포함할 수 있다. 즉, 제2 부분(420)은 커버 부재(300)의 내측에 구비될 수 있다.
구체적으로, 스페이서(400)는 배터리 모듈(100)의 상부에 안착되어 구비될 수 있다. 즉, 제2 부분(420)의 높이는 대략 커버 부재(300)와 배터리 모듈(100)의 이격된 거리(D2)만큼 구비될 수 있다.
배터리 모듈(100) 내부에서 열적 이벤트 발생 시, 배터리 모듈(100) 내부의 압력이 높아짐에 따라 모듈 케이스(120)의 상부면이 팽창할 수 있다. 이러한 경우, 모듈 케이스(120)의 상부면과 배터리 셀(110) 사이의 공간이 일정하지 않게 되어 벤팅홀(VH)을 통한 디렉셔널 벤팅이 원활하게 되지 않을 수 있다.
그러나, 본 발명의 상기 실시예에 따르면, 배터리 모듈(100)과 커버 부재(300) 사이에 스페이서(400)가 구비됨에 따라, 스페이서(400)가 배터리 모듈(100)의 상부에서 배터리 모듈(100)을 가압하여 고정시킬 수 있다. 이로써, 배터리 모듈(100)이 상부로 팽창되는 것을 방지할 수 있으므로, 배터리 모듈(100) 내부의 배출물이 벤팅홀(VH)을 통해 외부로 원활하게 디렉셔널 벤팅될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)가 커버 부재(300)를 구조적으로 지지함에 따라 커버 부재(300)가 중력에 의해 쳐지는 것이 방지될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(120)가 들뜨는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 이에 따라, 커버 부재(300)와 배터리 모듈(100)의 이격된 거리(D2)가 유지될 수 있다.
특히, 스페이서(400)는 모듈 케이스(120)가 들뜨기 쉬운 부분에 더욱 밀집하여 구비될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(400)는 벤팅홀(VH)에 인접하는 부분에 구비될 수 있다.
벤팅홀(VH)에서 벤팅 가스나 화염 등이 배출될 때, 벤팅 가스나 화염 등의 열에 의해 벤팅홀(VH)과 인접하는 부분이 부풀어 오를 가능성이 높다. 따라서, 본 발명의 상기 실시 구성과 같이, 스페이서(400)가 벤팅홀(VH)에 인접하는 부분에 구비됨으로써, 벤팅홀(VH)이 구비된 모듈 케이스(120)가 부풀어 오르는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 제1 부분(410)의 면적과 제2 부분(420)의 면적은 대략 동일하게 구비될 수 있다. 또한, 스페이서(400)의 단면적은 관통홀(CH)과 대략 동일하게 구성될 수 있다. 이러한 경우, 스페이서(400)는 관통홀(CH)에 억지 끼움 결합되어 관통홀(CH)에 고정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 스페이서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 11에 도시된 실시예와 같이, 스페이서(400)는 관통홀(CH)의 크기보다 크게 구성될 수 있다. 즉, 스페이서(400)가 커버 부재(300)에 투영되는 면적이 관통홀(CH)의 크기보다 크게 구성될 수 있다.
이를 테면, 스페이서(400)의 제1 부분(410)이 관통홀(CH)의 단면적보다 크게 구성될 수 있다. 또한, 스페이서(400)의 제2 부분(420)이 관통홀(CH)이 단면적보다 크게 구성될 수 있다.
스페이서(400)가 관통홀(CH)에 결합되는 경우, 배터리 셀(110)로부터 생성되는 벤팅 가스나 화염 등의 높은 압력에 의해 스페이서(400)가 관통홀(CH)에서 분리될 위험이 있는데, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)가 관통홀(CH)에서 분리되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)과 커버 부재(300) 사이의 공간이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)가 팩 리드(240)와 배터리 모듈(100) 간의 접촉 면적이 더욱 확보될 수 있으므로, 스페이서(400)는 팩 리드(240)와 배터리 모듈(100) 사이의 공간에서 커버 부재(300)를 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 커버 부재(300)가 높은 열 등에 의해 형상이 변형되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 이러한 경우, 제1 부분(410)과 제2 부분(420)은 각각 관통홀(CH)을 중심으로 관통홀(CH)의 외측에서 관통홀(CH)을 향해 이동하여 서로 끼움 결합될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스페이서(400)의 조립성이 더욱 확보될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 관통홀(CH)의 크기와 상관없이 스페이서(400)의 크기가 더 크면 관통홀(CH)에 결합될 수 있으므로 배터리 팩(10) 제조 시 생산성이 향상될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(30)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자동차(30)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차(30)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(30)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)으로부터 전력을 공급받아 동작한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (13)

  1. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하도록 구성되는 수용 공간이 형성되는 팩 케이스;
    상기 배터리 모듈과 상기 팩 케이스 사이에 구비되며, 상기 배터리 셀로부터 배출되는 벤팅 가스가 통과하도록 관통홀이 형성된 커버 부재; 및
    상기 커버 부재에 장착되어 상기 커버 부재와 상기 팩 케이스 사이의 간격을 유지시키도록 구성되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 배터리 모듈의 상부를 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는 복수 개의 수용 공간을 구비하고,
    상기 커버 부재는 적어도 일부의 수용 공간을 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커버 부재는 복수 개 구비되어 상기 복수 개의 수용 공간 중 적어도 일부에 개별적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는 상기 복수 개의 배터리 모듈을 구획하도록 구성되는 크로스 빔을 구비하고,
    상기 커버 부재는 상기 크로스 빔에 안착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 복수 개 구비되어 소정 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스페이서는 복수 개의 상기 관통홀 중 적어도 일부에 삽입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 복수 개의 배터리 셀을 그룹핑하도록 구성되고, 일측면에 상기 벤팅 가스를 외부로 배출시키도록 구성되는 벤팅홀이 형성되는 모듈 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 벤팅홀과 엇갈리는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는
    상기 커버 부재와 상기 팩 케이스 사이에 구비되는 제1 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는
    상기 커버 부재와 상기 배터리 셀 사이에 구비되는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 관통홀의 크기보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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