WO2026023948A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

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WO2026023948A1
WO2026023948A1 PCT/KR2025/010064 KR2025010064W WO2026023948A1 WO 2026023948 A1 WO2026023948 A1 WO 2026023948A1 KR 2025010064 W KR2025010064 W KR 2025010064W WO 2026023948 A1 WO2026023948 A1 WO 2026023948A1
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cover member
battery
battery pack
venting
pack
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PCT/KR2025/010064
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English (en)
French (fr)
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윤현섭
정혜미
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LG Energy Solution Ltd
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • 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.
  • gasses may be emitted from the battery cells contained within, potentially containing flames. Furthermore, when gasses are typically emitted from a battery cell, fragments of electrode plates or active material within the battery cell may be ejected to the outside in a heated state. These high-temperature particles may manifest in the form of sparks.
  • a spark is exposed to the outside of the pack case along with gas, it may react with oxygen outside the battery pack, potentially creating a flame or developing a fire outside the pack. Furthermore, if a flame or fire occurs outside a specific battery pack, the fire may spread to other adjacent battery packs or devices equipped with that battery pack, potentially causing a more serious problem.
  • the present invention is intended to solve the problems described above, and provides a battery pack and a vehicle including the same that can ensure safety and reliability in the event of an abnormality in a battery cell or battery module.
  • a battery pack may include: a pack case configured to accommodate the plurality of battery cells and having a venting device provided on at least one side thereof to discharge venting gas generated from the battery cells to the outside; and a cover member configured to at least partially cover the venting device, and having a plurality of through holes formed therein configured to allow the venting gas to pass therethrough, and having an area of the plurality of through holes at least partially changed.
  • the cover member may be configured to suppress sparks generated from the battery cell from reaching the venting device.
  • the above cover member may be configured such that the area of the plurality of through holes increases due to the pressure of the venting gas.
  • the above cover member may be configured to be stretchable by the pressure of the venting gas.
  • the above cover member may be configured to be elongated and protrude at least partially toward the venting device.
  • the above cover member may be provided between the plurality of battery cells and the venting device.
  • the pack case may include a base frame on which the plurality of battery cells are mounted, and a side frame extending upward from the base frame and having the venting device, and the cover member may be configured to face the side frame having the venting device.
  • the above cover member may have an elongated portion configured to form the plurality of through holes, and a fixing portion configured to fix the elongated portion.
  • the above-mentioned extension part may be configured in a mesh form.
  • the above cover member may be configured such that the density of the plurality of through holes varies at least partially gradually.
  • the above cover member may be configured such that the density of the plurality of through holes increases at least partially from the bottom to the top.
  • a battery pack according to one embodiment of the present invention may further include a module case that accommodates the plurality of battery cells in an internal space and has a venting hole formed on an upper side to communicate with the internal space.
  • the pack case has a pack lead configured to cover the upper portion of the plurality of battery cells, and the cover member can be configured to be connectable with the pack lead.
  • At least one side of the above cover member may be configured to be bent toward the inner side of the pack case.
  • the automobile according to the present invention may include a battery pack according to the present invention.
  • sparks generated in an abnormal state of a battery cell can be prevented from being exposed to the outside of the pack case, thereby ensuring safety and reliability.
  • the performance of preventing thermal propagation per pack can be effectively secured.
  • 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.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of 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.
  • a battery pack (1) according to one embodiment of the present invention includes a battery cell (100), a pack case (200), and a cover member (300).
  • the battery cell (100) may be included in multiple numbers.
  • the multiple battery cells (100) 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.
  • the multiple battery cells (100) may be electrically connected to each other.
  • the above battery cell (100) may be a pouch-type secondary battery.
  • the cell case of such a pouch-type secondary battery may be configured in the form of a pouch in which a metal layer made of aluminum is interposed between polymer layers.
  • a plurality of battery cells (100) can be arranged in a parallel manner in the front-back direction (Y-axis direction) while standing vertically (Z-axis direction), as illustrated in FIG. 2. At this time, each battery cell (100) can have its sealing portion facing left-right (X-axis direction) and up-down (Z-axis direction), and its storage portion facing forward-backward (Y-axis direction).
  • the present invention is not limited by the specific type or shape of the battery cell (100), and various battery cells (100) known at the time of filing of the present invention may be employed to construct the battery pack (1) 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 (100).
  • the pack case (200) may be configured to accommodate a plurality of battery cells (100). That is, the pack case (200) may provide a space for accommodating a plurality of battery cells (100).
  • 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 cells (100) contained therein.
  • the venting device (V) may be provided in the form of a hole penetrating between the inside and the outside of the pack case (200).
  • the venting device (V) 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 operates when venting gas is generated inside the pack case (200).
  • the venting device (V) may be provided with a venting valve or implemented with such a venting valve.
  • a mounting hole may be formed on at least one side of the pack case (200) so that the venting device (V) can be configured to be mounted in the mounting hole.
  • the venting device (V) when the internal pressure of the pack case (200) increases, the venting valve may be configured to open and discharge the venting gas to the outside of the pack case (200).
  • the cover member (300) may be configured to at least partially cover the venting device (V).
  • the cover member (300) may have a structure that covers the entire portion of the venting device (V).
  • the cover member (300) can be configured to suppress sparks generated from the battery cell (100) from moving toward the venting device (V).
  • 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 metal material with rigidity and heat resistance, such as SUS.
  • the cover member (300) may be configured to filter sparks or flames and allow venting gas to pass through.
  • sparks generated from the battery cell (100) may be blocked by the cover member (300), and at the same time, venting gas may be smoothly discharged through the plurality of through holes (H).
  • FIG. 5 is a drawing showing a state in which a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention is extended
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention is extended.
  • the cover member (300) may be configured such that the area of a plurality of through holes (H) at least partially changes.
  • the area of the through holes (H) may be configured such that the area changes as the venting gas or the like passes through the through holes (H).
  • the area of the through holes (H) may be configured such that it varies depending on the amount of the venting gas or the like passing through. For example, as in the embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6, the area of at least some of the plurality of through holes (H) may change as the venting gas passes through the through holes (H).
  • the area of the through hole (H) can be changed, the area of the through hole (H) can be adjusted according to the internal pressure of the pack case (200). Accordingly, when the internal pressure of the pack case (200) increases, a larger amount of venting gas can be discharged to the outside.
  • the venting gas is quickly discharged to the outside of the pack case (200) through the venting device (V), 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) can be configured so that the area of a plurality of through holes (H) increases due to the pressure of the venting gas.
  • the cover member (300) may be configured to filter sparks or flames and allow venting gas to pass through.
  • sparks larger than the through hole (H) may be blocked by the cover member (300), but sparks similar in size to the through hole (H) may block the through hole (H).
  • some of the multiple through holes (H) may be blocked, increasing the internal pressure of the pack case (200).
  • the venting gas can be discharged more smoothly through the through hole (H), when an abnormal situation occurs in the battery cell (100), the venting gas can be quickly discharged to the outside of the pack case (200) through the venting device (V), thereby preventing the internal pressure inside the pack case (200) from increasing and preventing additional chain ignition of other battery cells (100).
  • the cover member (300) may be configured to be stretchable by the pressure of the venting gas. That is, the cover member (300) may be configured such that the pressure of the venting gas pushes the cover member (300) outward.
  • the cover member (300) may include an extensible material.
  • the cover member (300) may be configured to have elasticity.
  • the cover member (300) may be configured to have flexibility.
  • the elongation of the cover member (300) may be designed taking into consideration the shape of the pack case (200) or the venting device (V).
  • the cover member (300) may be configured to extend outwardly.
  • the cover member (300) may be configured to extend and protrude at least partially toward the venting device (V).
  • the cover member (300) is configured to be stretchable, the area of the through hole (H) can naturally increase.
  • a pack case (200) may include a base frame (210) and a side frame (220).
  • the above base frame (210) may form the lower surface of the pack case (200) and may be provided in the shape of a square plate.
  • the base frame (210) may be configured so that a plurality of battery cells (100) are mounted on the upper surface.
  • the base frame (210) may be provided with a flat upper surface so that a plurality of battery cells (100) or module cases (11) are stably mounted.
  • 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 (100) or battery modules (10). More specifically, the side frame (220) may include a rear wall located at the +Y direction side end of the base frame (210), a right wall located at the +X direction side end, a front wall located at the -Y direction side end, and a left wall located at the -X direction side end to form a side of the pack case (200).
  • the venting device (V) may be provided on the side of the pack case (200), i.e., on the side frame (220).
  • the cover member (300) may be provided so as to be positioned on the side of the side frame (220) and to at least partially cover the venting device (V).
  • the venting device (V) and the cover member (300) may each be provided in multiple numbers.
  • the venting device (V) may be positioned on at least some of the unit walls among the multiple unit walls of the side frame (220).
  • the venting device (V) may be separately formed on two or more unit walls, or two or more may be formed on one unit wall.
  • the venting device (V) may be provided in multiple numbers on each of the front wall and the rear wall.
  • a corresponding cover member (300) may be installed for each of one or more venting devices (V).
  • venting devices (V) For example, as illustrated in the exemplary configuration of FIG. 2, four venting devices (V) are formed on each of the front wall and the rear wall, and a cover member (300) is provided for each venting device (V), so that a total of eight cover members (300) may be included in the battery pack.
  • Each of the plurality of venting devices (V) and the cover member (300) may be provided to be symmetrical to each other with respect to the center of the side frame (220).
  • the number and positions of the venting devices (V) and the cover members (300) described based on the embodiment of FIG. 2 are merely examples, and may be changed to various other numbers or positions.
  • the venting devices (V) and the cover members (300) are provided on the X-axis direction extending walls of the side frame (220), i.e., the front wall and the rear wall, but they may also be provided on the Y-axis direction extending walls, i.e., the left wall and the right wall.
  • the pack case (200) may further include a pack lid (230).
  • the pack lid (230) may be configured to cover the upper portions of the plurality of battery cells (100).
  • the pack lid (230) may be provided to be coupled to the upper portion of the side frame (220) to form the upper surface of the pack case (200).
  • the pack lid (230) can protect components housed inside, such as battery cells (100), and prevent venting gases and/or sparks emitted from the battery cells (100) from being emitted to the outside, particularly the upper part, of the pack case (200).
  • the pack lid (230) can guide venting gases and sparks, etc., from the internal space of the pack case (200) toward the venting device (V).
  • the pack case (200) may further include a cross beam (240).
  • the cross beam (240) may be provided to partition between a plurality of battery cells (100) or battery modules (10).
  • the cross beam (240) may be provided between a plurality of battery cells (100) and a side frame (220) on which a venting device (V) is provided.
  • the cross beam (240) may be formed in the form of a partition wall that extends long in the left-right direction and may be interposed between battery modules (10) that are adjacently arranged in the front-rear direction.
  • the cross beam (240) may be formed in the form of a partition wall that extends long in the front-rear direction and may be interposed between battery modules (10) that are adjacently arranged in the left-right direction.
  • a cover member (300) may be provided between a plurality of battery cells (100) and a venting device (V). That is, the cover member (300) may be provided on the inside of the venting device (V). In addition, the cover member (300) may be provided on the inside of the pack case (200).
  • the venting gas and/or spark generated from the battery cell (100) can move to the venting device (V). That is, a venting path through which the venting gas and/or spark flows can be formed between the plurality of battery cells (100) and the venting device (V).
  • the cover member (300) can be provided to cross the venting path. In other words, the cover member (300) can be provided in the venting path and configured to suppress the movement of sparks and the like.
  • the spark emitted from the battery cell (100) is preemptively blocked before reaching the venting device (V) of the pack case (200), the spark is prevented from being discharged externally, thereby more effectively suppressing the occurrence of flames outside the pack case (200).
  • the cover member (300) may be provided to face the venting device (V).
  • the cover member (300) may be configured to face the side frame (220) on which the venting device (V) is provided.
  • the cover member (300) may be provided in a plate shape that is vertically erected and may be provided to face the side frame (220) in parallel.
  • the venting gas can move to the cover member (300) positioned to face the venting device (V) and be smoothly discharged to the venting device (V) through the through hole (H).
  • the cover member (300) may be provided to be spaced apart from the side frame (220) and the venting device (V) by a predetermined distance to secure volume when extended. At this time, the distance between the cover member (300) and the side frame (220) may be a distance that prevents sparks or particles from entering. Furthermore, the cover member (300) may further be provided with a side cover that can cover the space between the cover member (300) and the side frame (220) on at least one of the four sides.
  • the cover member (300) can be coupled to the side frame (220) so as to face the venting device (V).
  • the cover member (300) can be coupled to the side frame (220) by a fastening member such as a bolt.
  • the cover member (300) When the cover member (300) is extended toward the venting device (V), the cover member (300) may move or be deformed toward the venting device (V) due to the pressure of the venting gas.
  • the cover member (300) since the cover member (300) is coupled to the side frame (220), the cover member (300) can be suppressed from moving or being deformed due to the pressure of the venting gas or flame. Accordingly, since the cover member (300) and the side frame (220) can be stably coupled, the spark blocking and venting gas discharge functions of the cover member (300) can be stably secured.
  • the cover member (300) may be provided integrally with the venting device (V).
  • the venting device (V) can be mounted on the pack case (200) without the need to separately attach the cover member (300), thereby ensuring assembly efficiency.
  • Fig. 7 is a front perspective view of a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 is a front perspective view of a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention in an extended state
  • Fig. 9 is a rear perspective view of a cover member included in a battery pack according to one embodiment of the present invention in an extended state.
  • the cover member (300) may be provided in a plate shape. As the cover member (300) is manufactured in a plate shape, the cover member (300) may be configured to face parallel to the venting device (V) or the side frame (220). According to the above-described embodiment of the present invention, the cover member (300) can more easily cover the venting device (V).
  • the cover member (300) may include an elongated portion (310) and a fixed portion (320).
  • the elongated portion (310) may be formed of a material that can be elongated.
  • the elongated portion (310) may be formed of a material having excellent fire resistance and heat resistance.
  • the elongated portion (310) may include a metal material such as SUS.
  • the thickness of the elongated portion (310) may be formed to be approximately 0.5 t.
  • the extension member (310) may be configured to allow the passage of venting gas.
  • the extension member (310) may be configured to form a plurality of through holes (H).
  • the through holes (H) may be configured to have a size capable of filtering sparks or flames discharged to the outside of the pack case (200).
  • the through holes (H) may be configured to have a width of approximately 0.1 mm to 1 mm.
  • the shape of the through hole (H) can be configured in various ways.
  • the through hole (H) can be configured in a circular or polygonal shape.
  • the through hole (H) can be configured in a honeycomb shape.
  • the extension unit (310) may be configured in a mesh form. That is, the extension unit (310) may be configured in a form in which a number of wires are woven together like a net. Such an extension unit (310) may capture sparks, flames, etc., and delay or block their release to the outside.
  • the mesh member (310) forms an insulating air layer, thereby delaying or blocking the propagation of heat.
  • the elongation portion (310) can be elongated by the pressure of the venting gas in a situation where the internal pressure of the pack case (200) increases, such as when a spark is blocked in the through hole (H). Accordingly, the elongation portion (310) can be elongated, thereby increasing the area of the through hole (H).
  • the venting gas when the internal pressure of the pack case (200) increases, the venting gas can be quickly and smoothly discharged to the outside due to the increased area of the through hole (H). Accordingly, the internal pressure of the pack case (200) can be reduced, thereby delaying or suppressing thermal runaway.
  • the fixed part (320) may be configured to fix the elongated part (310).
  • the fixed part (320) may be configured to fix the corner of the elongated part (310).
  • the fixed part (320) may be configured in a frame shape.
  • the fixing member (320) may be formed of a rigid body.
  • the fixing member (320) may be formed of a material with excellent fire resistance and heat resistance.
  • the fixing member (320) may include a metal material such as SUS.
  • the thickness of the fixing member (320) may be formed to be 1 ton or more.
  • the fixed part (320) is prevented from being damaged by heat such as venting gas or flame, and the elongated part (310) can be stably fixed to maintain the shape of the elongated part (310).
  • the cover member (300) may be configured as a composite structure.
  • the fixing member (320) may be provided on both sides of the extension member (310) in the front and rear directions, so that the cover member (300) may be configured as a triple structure.
  • the fixed part (320) can fix the elongated part (310) on both sides, structural stability can be secured when the elongated part (310) is elongated by the pressure of the venting gas.
  • FIG. 10 is a front view of a cover member included in a battery pack according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a front view of a cover member included in a battery pack according to another embodiment of the present invention in an extended state.
  • the cover member (300) may be configured such that the density of the plurality of through holes (H) is at least partially gradually varied. That is, the cover member (300) may be configured such that the areas of the plurality of through holes (H) are at least partially differentiated. For example, the area of the through holes (H) may be large in the portion of the cover member (300) facing the venting device (V), and the area of the through holes (H) may be small in the remaining portion. In this case, the density or area of the through holes (H) may be configured to be radially differentiated.
  • the cover member (300) may be configured such that the density of the plurality of through holes (H) increases at least partially from the bottom to the top. That is, the cover member (300) may be configured such that the area of the plurality of through holes (H) decreases at least partially from the bottom to the top.
  • the cover member (300) may be configured such that the density of the plurality of through holes (H) in the upper portion is greater than the density of the plurality of through holes (H) in the lower portion. That is, the size of the plurality of through holes (H) in the upper portion may be configured to be smaller than the size of the plurality of through holes (H) in the lower portion. Accordingly, the cover member (300) may be configured to cover the upper portion side of the venting device (V) more densely.
  • sparks emitted from the battery cell (100) may have a strong tendency to flow upwards due to their high temperature. Therefore, as in the above embodiment, when the area of the through hole (H) provided in the upper portion of the cover member (300) is configured to be smaller than the area of the through hole (H) provided in the lower portion, sparks with a strong straight-line tendency are guaranteed to collide with the cover member (300), thereby more reliably suppressing external discharge of the sparks. At the same time, the venting gas can be smoothly discharged to the outside of the pack case (200) through the through hole (H) with a relatively large area due to internal pressure.
  • FIG. 12 is a drawing showing the direction in which venting gas and sparks are discharged inside a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a plurality of battery cells (100) may be modularized into one or more battery modules (10). That is, a battery pack (1) according to the present invention may include one or more battery modules (10). In addition, a plurality of battery cells (100) may be included as components of one or more battery modules (10). In this case, multiple battery cells (100) included within a battery module (10) may be electrically connected to each other.
  • the battery module (10) may be provided in multiple numbers inside the pack case (200). That is, the battery pack according to the present invention (1) includes multiple battery modules (10), and multiple battery cells (100) included in the battery pack (1) may be divided and included in multiple battery modules (10).
  • the battery pack (1) may include a module case (11).
  • the module case (11) may be configured to have an empty space formed therein so as to accommodate at least some of a plurality of battery cells (100) in the internal space.
  • the module case (11) may be included in each battery module (10), grouping a plurality of battery cells (100) into several battery modules (10), and may serve as a boundary that physically limits the internal space of each battery module (10).
  • the battery module (10) may include a busbar assembly and/or module terminal electrically connected to a plurality of battery cells (100) housed therein.
  • the above battery module (10) may include a venting hole (12).
  • the venting hole (12) may be configured to allow gas generated from a battery cell (100) housed inside the module case (11) to be discharged to the outside of the module case (11).
  • the venting hole (12) may be provided in the module case (11) to enable directional venting in a specific direction.
  • the venting hole (12) may be provided in the upper portion of the module case (11). With this configuration, the venting gas and/or sparks may be induced to be discharged toward the upper portion of the battery module.
  • venting gas or sparks, etc. can be guided to the upper side of the pack case (200). Therefore, when the venting gas or sparks, etc. move along the upper inner surface of the pack case (200) toward the venting device (V), the flow can be more reliably blocked by the cover member (300) that more densely covers the upper part of the venting device (V), as in the embodiments illustrated in FIGS. 10 and 11. Therefore, the sparks can be more effectively suppressed from being discharged to the outside of the pack case (200).
  • the cross beam (240) may be provided to be spaced apart from the pack lead (230) by a predetermined distance. That is, the cross beam (240) may be configured to be spaced apart by a predetermined distance without at least a portion of the upper portion contacting the lower surface of the pack lead (230).
  • heat or flame can be prevented from directly flowing between battery cells (100) or battery modules (10) whose storage spaces are separated by the cross beam (240).
  • gas or sparks generated from the battery cells (100) can be further induced to move upward in the internal space of the pack case.
  • gas or sparks may move to the space between the cross beam (240) and the pack lead (230) and be reflected on the pack lead (230) or flow along the lower surface of the pack lead (230) toward the venting device (V) and reach the cover member (300) covering the upper portion of the venting device (V).
  • the cover member (300) can more reliably block sparks emitted from the battery cell (100).
  • Fig. 13 is a partial cross-sectional view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 13 may be a drawing showing the cross-section I-I' of Fig. 1.
  • the cover member (300) may be configured to be coupled with the pack lid (230). At this time, the cover member (300) may be fixed by being bolted to the pack lid (230). Alternatively, the cover member (300) may be manufactured integrally with the pack lid (230).
  • the cover member (300) since the cover member (300) is manufactured in a form in which it is pre-attached to the pack lead (230), when the pack lead (230) is attached to the side frame (220), the cover member (300) can be automatically installed on the venting device (V) side of the side frame (220). Accordingly, the process of separately attaching the cover member (300) to the side frame (220) can be omitted. Therefore, the time and cost for manufacturing the battery pack (1) can be reduced, and productivity can be improved.
  • the cover member (300) may be provided with a lead coupling portion (330).
  • the lead coupling portion (330) may be provided to extend from the fixing portion (320).
  • the lead coupling portion (330) may be configured to extend in a horizontal direction from the upper end of the fixing portion (320) so as to be in direct contact with the pack lid (230). That is, the lead coupling portion (330) may be configured to form a right angle with the fixing portion (320).
  • the lead coupling portion (330) may be provided in a plate shape and may be coupled to the pack lid (230). The lead coupling portion (330) may be fixed by being bolted to the pack lid (230).
  • a bonding and fixing configuration between the cover member (300) and the pack lid (230) can be achieved with a simple structure.
  • assembly of the battery pack becomes easier, the internal space occupied by the cover member (300) of the pack case (200) is minimized, and the effect of blocking sparks and the like for the venting device (V) can be more stably achieved.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a battery pack viewed from above according to another embodiment of the present invention.
  • At least one side of the cover member (300) may be configured to be bent toward the inner side of the pack case (200).
  • the cover member (300) may have a bent portion (340).
  • the bending portion (340) may be provided to extend from at least one side of the fixing portion (320). According to one embodiment of the present invention, the bending portion (340) may extend from both sides of the fixing portion (320) to be bent toward the side frame (220). For example, as in the embodiment illustrated in FIG. 14, the bending portion (340) may be configured to be bent from both ends in the left-right direction (X-axis direction) of the fixing portion (320) toward the rear side (+Y-axis direction). The bending portion (340) may be configured to block the side surface of the venting device (V).
  • the cover member (300) can block sparks not only toward the front of the venting device (V) but also toward the side, thereby more effectively blocking sparks from being discharged to the outside of the pack case (200).
  • the bending portion (340) may be provided so that the end is in contact with the side frame (220). That is, the gap between the fixed portion (320) and the inner surface of the side frame (220) may be provided to be equal to the length by which the bending portion (340) extends from the fixed portion (320).
  • the cover member (300) can be reliably supported on the side frame (220) by the bending portion (340), rigidity can be secured when an impact occurs on the pack case (200).
  • the spaced gap between the fixing portion (320) and the inner surface of the side frame (220) can be maintained.
  • the angle between the fixing portion (320) and the side frame (220) can be maintained constant without deformation. Therefore, the venting gas can be smoothly discharged to the outside of the pack case (200) through the venting device (V), and the blocking effect of sparks, etc. by the cover member (300) can also be stably secured.
  • a vehicle (3) according to one embodiment of the present invention may include one or more battery packs (1) according to the above-described embodiments.
  • the vehicle (3) according to the present invention may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • the vehicle (3) includes a four-wheeled vehicle and a two-wheeled vehicle.
  • the vehicle (3) may operate by receiving power from a battery pack (1) or a battery module (10) according to one embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명은, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하도록 구성되며, 적어도 일측면에 상기 배터리 셀에서 생성되는 벤팅 가스를 외부로 배출시키도록 구성되는 벤팅 디바이스가 구비되는 팩 케이스; 및 상기 벤팅 디바이스를 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 벤팅 가스가 통과하도록 구성되는 다수의 관통홀이 형성되며, 상기 다수의 관통홀의 면적이 적어도 부분적으로 변화하도록 구성되는 커버 부재를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2024년07월24일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0097948호에 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.
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.
종래 배터리 팩의 경우, 특정 배터리 셀 또는 배터리 모듈에서 이상 상황 발생 시 고온의 가스 등을 팩 케이스 외부로 배출하기 위해 팩 케이스에 마련되는 벤팅부를 통해 고온의 가스가 배출되도록 하는 경우가 많다.
이때, 스파크가 팩 케이스의 외부로 가스와 함께 노출되면 배터리 팩 외부의 산소와 반응하여, 배터리 팩 외부에서 화염이 생성되거나 화재로 발달될 수 있다. 더욱이, 특정 배터리 팩의 외부에서 화염이나 화재 등이 발생하면, 이는 인접한 다른 배터리 팩이나 해당 배터리 팩이 장착된 장치로 화재 등이 확산되어, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 스파크나 화염 등이 벤팅부를 통해 배터리 팩 외부로 노출되는 것을 방지하여 배터리 팩 외부에서 화염이나 화재가 발생 내지 확산되는 것을 억제하기 위한 기술의 필요성이 대두된다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 등을 해결하기 위해 마련된 것으로서, 배터리 셀이나 배터리 모듈의 이상 상황 시 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있는 배터리 팩 및 이를 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 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하도록 구성되며, 적어도 일측면에 상기 배터리 셀에서 생성되는 벤팅 가스를 외부로 배출시키도록 구성되는 벤팅 디바이스가 구비되는 팩 케이스; 및 상기 벤팅 디바이스를 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 벤팅 가스가 통과하도록 구성되는 다수의 관통홀이 형성되며, 상기 다수의 관통홀의 면적이 적어도 부분적으로 변화하도록 구성되는 커버 부재를 포함할 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 배터리 셀에서 생성되는 스파크가 상기 벤팅 디바이스를 향하는 것을 억제시키도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 벤팅 가스의 압력에 의해 상기 다수의 관통홀의 면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 벤팅 가스의 압력에 의해 연신 가능하게 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 연신되어 적어도 부분적으로 상기 벤팅 디바이스 측으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 복수 개의 배터리 셀과 상기 벤팅 디바이스 사이에 구비될 수 있다.
상기 팩 케이스는 상기 복수 개의 배터리 셀이 안착되는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에서 상방으로 연장되어 상기 벤팅 디바이스가 구비되는 사이드 프레임을 포함하고, 상기 커버 부재는 상기 벤팅 디바이스가 구비되는 상기 사이드 프레임과 대면하도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 다수의 관통홀을 형성하도록 구성되는 연신부와, 상기 연신부를 고정시키도록 구성되는 고정부를 구비할 수 있다.
상기 연신부는 메쉬 형태로 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 다수의 관통홀의 밀도가 적어도 부분적으로 점진적으로 달라지도록 구성될 수 있다.
상기 커버 부재는 상기 다수의 관통홀의 밀도가 적어도 부분적으로 하부에서 상부로 갈수록 증가하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 내부 공간에 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 상부 측에 상기 내부 공간과 연통되도록 벤팅홀이 형성된 모듈 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스는 상기 복수 개의 배터리 셀의 상부를 커버하도록 구성되는 팩 리드를 구비하고, 상기 커버 부재는 상기 팩 리드와 결합 가능하게 구성될 수 있다.
상기 커버 부재의 적어도 일측이 상기 팩 케이스의 내측면 측으로 절곡되도록 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 배터리 팩 내부에서 특정 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 이상 상황 시 배터리 셀에서 발생한 고온의 가스 등을 팩 케이스 외부로 신속하게 배출시킬 수 있다. 따라서, 다른 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들이 최대한 열적 데미지를 받지 않도록 하여 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 이상 상황 시 생성되는 스파크가 팩 케이스의 외부로 노출되는 것을 방지하여 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩 외부에서 화염 발달 억제를 통해, 팩 단위 열 전파(Thermal Propagation) 방지 성능이 효과적으로 확보될 수 있다.
이로써, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이나 이들이 장착된 장치의 열 폭주 현상에 따른 이벤트, 이를테면 화재나 폭발 등을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
특히, 전기 자동차의 경우, 배터리 셀 간 또는 배터리 모듈 간 열 폭주 전파를 억제하거나 지연시킴으로써, 탑승자가 탈출이나 운행할 수 있는 시간이 충분히 확보되도록 할 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 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 부분 단면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재의 정면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태의 정면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태의 배면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 정면에서 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 정면에서 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부에서 벤팅 가스 및 스파크가 배출되는 방향을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 부분 단면도이다. 예를 들어, 도 13은, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 단면도이다.
도 15는 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 좌우 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(X-Y 평면)상에서 수직된 전후 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 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 부분 단면도이다. 예를 들어, 도 4는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 셀(100), 팩 케이스(200) 및 커버 부재(300)를 포함한다.
먼저, 도 2를 주로 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 복수 개 포함될 수 있다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이러한 복수 개의 배터리 셀(100)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(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 파우치 타입 이차 전지일 수 있다. 이러한 파우치 타입 이차 전지의 셀 케이스는 알루미늄 재질의 금속층이 폴리머층 사이에 개재된 파우치 형태로 구성될 수 있다.
복수 개의 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태에서 전후 방향(Y축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(100)은, 실링부가 좌우 방향(X축 방향) 및 상하 방향(Z축 방향)을 향하고, 수납부가 전후 방향(Y축 방향)을 향할 수 있다.
한편, 본 발명은 이러한 배터리 셀(100)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(100)이 본 발명의 배터리 팩(1)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(100)로 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 팩 케이스(200)는 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 즉, 팩 케이스(200)는 복수 개의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있도록 수용 공간을 제공할 수 있다.
팩 케이스(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100) 등을 안전하게 보호하기 위하여, 스틸이나 SUS와 같은 금속 내지 플라스틱과 같이 기계적 강성이 확보될 수 있는 재질로 이루어지거나 이러한 재질을 포함할 수 있다.
또한, 팩 케이스(200)는 벤팅 디바이스(V)를 구비할 수 있다. 벤팅 디바이스(V)는 내부에 수납된 배터리 셀(100)에서 생성되는 가스를 팩 케이스(200)의 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 벤팅 디바이스(V)는 팩 케이스(200)의 적어도 일측면에 구비될 수 있다.
벤팅 디바이스(V)는 팩 케이스(200)의 내부와 외부 사이를 관통하는 홀의 형태로 구비될 수 있다. 또는, 벤팅 디바이스(V)는 팩 케이스(200)의 홀에 장착 가능하도록 구성되어 팩 케이스(200) 내부에서 벤팅 가스가 발생되는 경우 작동되는 벤팅 디바이스의 형태로 구비될 수 있다.
예컨대, 벤팅 디바이스(V)는 벤팅 밸브 등을 구비하거나 이러한 벤팅 밸브로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 팩 케이스(200)의 적어도 일측면에 장착 홀이 형성되어 벤팅 디바이스(V)가 상기 장착 홀에 장착 가능하도록 구성될 수 있다. 벤팅 디바이스(V)가 벤팅 밸브를 구비하거나 이러한 벤팅 밸브 형태로 구현되는 경우, 팩 케이스(200)의 내압이 상승되는 경우 벤팅 밸브가 오픈되어 벤팅 가스를 팩 케이스(200)의 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)를 적어도 부분적으로 커버하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는, 벤팅 디바이스(V)의 전체 부분을 커버하는 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 커버 부재(300)는 배터리 셀(100)에서 생성되는 스파크가 벤팅 디바이스(V)를 향하는 것을 억제시키도록 구성될 수 있다.
직진성이 강한 스파크나 화염 등은 상기 배터리 셀(100)에서 배출되어 팩 케이스(200)의 내부 구조물에 부딪히며 벤팅 디바이스(V)로 이동할 수 있는데, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)에 의해 스파크가 팩 케이스(200)의 외부로 배출되는 것이 억제될 수 있다(도 4의 점선 화살표 참조). 이에 따라, 팩 케이스(200)의 외부에서 스파크와 산소가 반응하여 화염이 발생되는 것이 억제될 수 있다.
커버 부재(300)는 열전도성이 낮고, 내열 및/또는 내화 성능이 우수한 소재가 포함된 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 커버 부재(300)는 SUS 등 강성과 내열성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다.
또한, 커버 부재(300)는 벤팅 가스가 통과되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 커버 부재(300)는 관통홀(H)이 형성될 수 있다. 관통홀(H)은 다수로 구비될 수 있다. 관통홀(H)은 벤팅 가스가 통과하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 굵은 실선 화살표를 참조하면, 이러한 다수의 관통홀(H)을 통해 벤팅 가스가 팩 케이스(200)의 내측에서 벤팅 디바이스(V) 측으로 배출될 수 있다.
즉, 커버 부재(300)는 스파크나 화염을 필터링하며, 벤팅 가스를 통과시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)에서 생성되는 스파크는 커버 부재(300)에 의해 차단될 수 있으며, 그와 동시에 벤팅 가스는 다수의 관통홀(H)을 통해 원활하게 배출될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(1) 내부에서 특정 배터리 셀(100)의 이상 상황 시, 배터리 셀(100)에서 발생한 고온의 벤팅 가스 등을 관통홀(H)을 통해 팩 케이스(200) 외부로 신속하게 배출시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 관통홀(H)의 벤팅 가스 등의 양에 따라 달라지도록 따라서, 다른 배터리 셀(100)들이 최대한 열적 데미지를 받지 않도록 하여 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(1)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 나타낸 부분 단면도이다.
더욱이, 도 5 및 도 6을 참조하면, 커버 부재(300)는 다수의 관통홀(H)의 면적이 적어도 부분적으로 변화하도록 구성될 수 있다. 관통홀(H)의 면적은 벤팅 가스 등이 관통홀(H)을 통과하면서 변화되도록 구성될 수 있다. 관통홀(H)의 면적은 통과되는 벤팅 가스 등의 양에 따라 달라지도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 같이, 벤팅 가스가 관통홀(H)을 통과하면서 다수의 관통홀(H) 중 적어도 일부의 면적이 변화될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 관통홀(H)의 면적이 변화될 수 있으므로, 팩 케이스(200)의 내압에 따라 관통홀(H)의 면적이 조절될 수 있다. 이에 따라, 팩 케이스(200)의 내압이 증가하는 경우 더 많은 양의 벤팅 가스를 외측으로 배출시킬 수 있다.
이로써, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 벤팅 디바이스(V)를 통해 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.
특히, 커버 부재(300)는 벤팅 가스의 압력에 의해 다수의 관통홀(H)의 면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 커버 부재(300)는 스파크나 화염을 필터링하며, 벤팅 가스를 통과시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 관통홀(H)보다 크기가 큰 스파크는 커버 부재(300)에 의해 차단될 수도 있지만, 관통홀(H)과 크기가 비슷한 스파크는 관통홀(H)을 막을 수 있다. 이러한 경우, 다수의 관통홀(H) 중 일부가 막혀 팩 케이스(200)의 내압이 증가할 수 있다.
그러나, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 관통홀(H)의 면적이 증가하도록 구성됨에 따라, 스파크가 관통홀(H)을 막을 위험이 최소화될 수 있다. 이로써, 벤팅 가스가 관통홀(H)을 통해 더욱 원활하게 배출될 수 있으므로, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 벤팅 디바이스(V)를 통해 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.
보다 구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 커버 부재(300)는 벤팅 가스의 압력에 의해 연신 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 벤팅 가스의 압력이 커버 부재(300)를 외측으로 밀어내도록 구성될 수 있다.
커버 부재(300)는 연신 가능한 재질을 포함할 수 있다. 커버 부재(300)는 신축성을 가지도록 구성될 수 있다. 커버 부재(300)는 유연성을 가지도록 구성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)의 연신율은 팩 케이스(200)나 벤팅 디바이스(V)의 형상을 고려하여 설계될 수 있다.
커버 부재(300)는 외측 방향으로 연신되도록 구성될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 연신되어 적어도 부분적으로 벤팅 디바이스(V) 측으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 연신 가능하게 구성됨에 따라, 관통홀(H)의 면적이 자연스럽게 증가할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스(200)는 베이스 프레임(210)과 사이드 프레임(220)을 포함할 수 있다.
상기 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(100)이 상부 표면에 안착되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 베이스 프레임(210)은, 평평한 상부 표면을 구비하여, 복수 개의 배터리 셀(100)이나 모듈 케이스(11)가 안정적으로 안착되도록 마련될 수 있다.
상기 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(100) 또는 배터리 모듈(10)을 둘러싸도록 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 사이드 프레임(220)은, 베이스 프레임(210)의 +Y 방향 측 단부에 위치하는 후방 벽체, +X 방향 측 단부에 위치하는 우측 벽체, -Y 방향 측 단부에 위치하는 전방 벽체 및 -X 방향 측 단부에 위치하는 좌측 벽체를 포함하여 팩 케이스(200)의 측면을 형성할 수 있다.
벤팅 디바이스(V)는 팩 케이스(200)의 측면, 즉 사이드 프레임(220)에 구비될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는, 사이드 프레임(220) 측에 위치하여 벤팅 디바이스(V)의 적어도 부분적으로 커버하도록 구비될 수 있다.
벤팅 디바이스(V) 및 커버 부재(300)는 각각, 복수 개 구비될 수 있다. 특히, 벤팅 디바이스(V)는 사이드 프레임(220)의 여러 단위 벽체 중 적어도 일부 단위 벽체에 위치할 수 있다. 또한, 벤팅 디바이스(V)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, 벤팅 디바이스(V)는, 전방 벽체와 후방 벽체에, 각각 복수 개 구비될 수 있다.
이때, 한 개 또는 복수의 벤팅 디바이스(V) 마다 그에 대응되는 커버 부재(300)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시 구성에 도시된 바와 같이, 전방 벽체와 후방 벽체에 각각 4개의 벤팅 디바이스(V)가 형성되며, 각각의 벤팅 디바이스(V)마다 커버 부재(300)가 마련되어, 총 8개의 커버 부재(300)가 배터리 팩에 포함될 수 있다. 복수 개의 벤팅 디바이스(V) 및 커버 부재(300) 각각은 사이드 프레임(220)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)의 이상 상황 시, 고온의 가스 등이 팩 케이스(200)의 양방향으로 배출될 수 있으므로, 가스를 보다 신속하게 팩 케이스(200)의 외부로 배출하기에 용이하다.
한편, 도 2의 실시예 등을 기준으로 설명된 벤팅 디바이스(V)와 커버 부재(300)의 설치 개수나 위치 등은 일례에 불과하며, 여러 다른 개수나 위치 등으로 변경될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 2에서는 벤팅 디바이스(V) 및 커버 부재(300)가 사이드 프레임(220)의 X축 방향 연장 벽체, 즉 전방 벽체 및 후방 벽체에 구비되어 있으나, Y축 방향 연장 벽체, 즉 좌측 벽체 및 우측 벽체에 구비되어 있어도 무방하다.
팩 케이스(200)는 팩 리드(230)를 더 구비할 수 있다. 팩 리드(230)는 복수 개의 배터리 셀(100)의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 팩 리드(230)는 사이드 프레임(220)의 상부에 결합되어 팩 케이스(200)의 상면을 형성하도록 구비될 수 있다.
팩 리드(230)는 배터리 셀(100)과 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호하고, 이러한 배터리 셀(100)에서 배출된 벤팅 가스 및/또는 스파크가 팩 케이스(200)의 외부, 특히 상부로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 팩 리드(230)는, 벤팅 가스와 스파크 등이 팩 케이스(200)의 내부 공간에서 벤팅 디바이스(V)를 향하도록 안내할 수 있다.
또한, 팩 케이스(200)는 크로스 빔(240)을 더 구비할 수 있다. 크로스 빔(240)은 복수 개의 배터리 셀(100) 또는 배터리 모듈(10) 사이를 구획하도록 구비될 수 있다. 크로스 빔(240)은 복수 개의 배터리 셀(100)과 벤팅 디바이스(V)가 구비되는 사이드 프레임(220) 사이에 구비될 수 있다.
예를 들어, 크로스 빔(240)은, 좌우 방향으로 길게 연장된 격벽 형태로 형성되어, 전후 방향으로 인접 배치된 배터리 모듈(10) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 크로스 빔(240)은, 전후 방향으로 길게 연장된 격벽 형태로 형성되어, 좌우 방향으로 인접 배치된 배터리 모듈(10) 사이에 개재될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 커버 부재(300)는 복수 개의 배터리 셀(100)과 벤팅 디바이스(V) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)의 내측에 구비될 수 있다. 또한, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)의 내측에 구비될 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(100)에서 발생되는 벤팅 가스 및/또는 스파크는 벤팅 디바이스(V)로 이동할 수 있다. 즉, 복수 개의 배터리 셀(100)과 벤팅 디바이스(V) 사이에 벤팅 가스 및/또는 스파크가 유동하는 벤팅 패스가 형성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 상기 벤팅 패스를 가로지르도록 구비될 수 있다. 다시 말해, 커버 부재(300)는 벤팅 패스에 구비되어, 스파크 등의 이동을 억제하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)로부터 분출된 스파크가 팩 케이스(200)의 벤팅 디바이스(V)에 도달되기 이전에 사전 차단되므로, 스파크의 외부 배출이 방지되어 팩 케이스(200)의 외부에서 화염이 발생되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)와 마주보도록 구비될 수 있다. 특히, 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)가 구비되는 사이드 프레임(220)과 대면하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 5에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 수직 방향으로 세워진 플레이트 형상으로 구비되어 사이드 프레임(220)과 평행하게 마주보도록 구비될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 디바이스(V)와 마주보도록 배치된 커버 부재(300)로 벤팅 가스가 이동하여 관통홀(H)을 통해 벤팅 디바이스(V)로 원활하게 배출될 수 있다.
한편, 커버 부재(300)는 연신될 때 부피 확보를 위해 사이드 프레임(220) 및 벤팅 디바이스(V)와 소정 간격 이격되도록 구비될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)와 사이드 프레임(220) 사이의 간격은 스파크나 파티클 등이 유입되지 않을 만큼의 간격일 수 있다. 더욱이, 커버 부재(300)는 4개의 측면 중 적어도 하나에 커버 부재(300)와 사이드 프레임(220) 사이 공간을 커버할 수 있는 측면 커버를 더 구비할 수 있다.
커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)와 대면하도록 사이드 프레임(220)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버 부재(300)는 볼트 등 체결 부재에 의해 사이드 프레임(220)에 결합될 수 있다.
커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(V) 측으로 연신되는 경우, 벤팅 가스의 압력에 의해 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(V) 측으로 이동하거나 변형될 수 있다. 그러나, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)와 사이드 프레임(220)에 결합됨에 따라, 벤팅 가스나 화염 등의 압력에 의해 커버 부재(300)가 이동하거나 변형되는 것이 억제될 수 있다. 이로써, 커버 부재(300)와 사이드 프레임(220)가 안정적으로 결합될 수 있으므로, 커버 부재(300)의 스파크 차단 및 벤팅 가스 배출의 기능이 안정적으로 담보될 수 있다.
또는, 상기 실시예와 달리, 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)와 일체로 구비될 수 있다. 이러한 경우, 커버 부재(300)를 별도로 결합할 필요 없이 벤팅 디바이스(V)를 팩 케이스(200)에 장착하면 되므로, 조립성이 확보될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재의 정면 사시도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태의 정면 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태의 배면 사시도이다.
커버 부재(300)는 플레이트 형상으로 구비될 수 있다. 커버 부재(300)가 플레이트 형상으로 제작됨에 따라, 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(V) 또는 사이드 프레임(220)과 평행하게 대면하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(V)를 더욱 용이하게 커버할 수 있다.
보다 구체적으로, 커버 부재(300)는 연신부(310)와 고정부(320)를 구비할 수 있다. 연신부(310)는 연신 가능한 재질로 구성될 수 있다. 또한, 연신부(310)는 내화성 및 내열성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 이를테면, 연신부(310)는 SUS 등 금속 재질을 포함할 수 있다. 연신부(310)의 두께는 0.5t 내외로 구성될 수 있다.
또한, 연신부(310)는 벤팅 가스의 통과가 가능하도록 구성될 수 있다. 연신부(310)는 다수의 관통홀(H)을 형성하도록 구성될 수 있다. 이때, 관통홀(H)은 팩 케이스(200)의 외부로 배출되는 스파크나 화염을 필터링할 수 있는 사이즈로 구성될 수 있다. 이를테면, 관통홀(H)은 0.1mm ~1mm 내외의 폭을 가지도록 구성될 수 있다.
관통홀(H)의 형상은 다양하게 구성될 수 있다. 이를테면, 관통홀(H)은 원형 또는 다각형 형태로 구성될 수 있다. 관통홀(H)은 벌집 형상으로 구성될 수 있다.
이를테면, 연신부(310)는 메쉬(mesh) 형태로 구성될 수 있다. 즉, 연신부(310)는, 다수의 와이어가 그물망과 같이 짜여진 형태로 구성될 수 있다. 이러한 연신부(310)는 스파크나 화염 등을 포집하여 이들이 외부로 방출되는 것을 지연 또는 차단할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 케이스(200) 외부로 스파크나 화염이 노출되는 것을 최소화될 수 있을 뿐 아니라, 벤팅 가스가 신속하게 배출될 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 메쉬 부재(310)는 단열 공기층을 형성함으로써, 열이 전파되는 것을 지연 또는 차단시킬 수 있다.
더욱이, 도 8에 도시된 실시예와 같이, 연신부(310)는 관통홀(H)에 스파크가 막히는 등 팩 케이스(200)의 내압이 증가하는 상황에서 벤팅 가스의 압력에 의해 연신될 수 있다. 이에 따라, 연신부(310)가 늘어나 관통홀(H)의 면적이 증가할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 케이스(200)의 내압이 증가하는 경우, 증가한 관통홀(H)의 면적에 의해 벤팅 가스가 신속하고 원활하게 외측으로 배출될 수 있다. 이에 따라, 팩 케이스(200)의 내압이 감소되어 열 폭주가 지연 내지 억제될 수 있다.
고정부(320)는 연신부(310)를 고정시키도록 구성될 수 있다. 고정부(320)는 연신부(310)의 모서리를 고정시키도록 구성될 수 있다. 이를테면, 고정부(320)는 프레임 형태로 구성될 수 있다.
또한, 고정부(320)는 강성체로 구성될 수 있다. 고정부(320)는 내화성 및 내열성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 이를테면, 고정부(320)는 SUS 등 금속 재질을 포함할 수 있다. 고정부(320)의 두께는 1t 이상으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 고정부(320)는 벤팅 가스나 화염 등의 열에 의해 손상되는 것이 방지되어 연신부(310)를 안정적으로 고정시켜 연신부(310)의 형태를 유지시킬 수 있다.
한편, 커버 부재(300)는 복합 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고정부(320)가 연신부(310)의 전후 방향 양측에 구비되어, 커버 부재(300)가 3중 구조로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 고정부(320)는 연신부(310)를 양측에서 고정시킬 수 있으므로, 연신부(310)가 벤팅 가스의 압력에 의해 연신되는 경우, 구조적 안정성이 확보될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재를 정면에서 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 커버 부재가 연신된 상태를 정면에서 도시한 도면이다.
커버 부재(300)는 다수의 관통홀(H)의 밀도가 적어도 부분적으로 점진적으로 달라지도록 구성될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 다수의 관통홀(H)의 면적이 적어도 부분적으로 차등되게 구성될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)에서 벤팅 디바이스(V)와 대면하는 부분은 관통홀(H)의 면적이 크게 구성되며, 그 외 나머지 부분은 관통홀(H)의 면적이 작게 구성될 수 있다. 이러한 경우, 관통홀(H)의 밀도 내지 면적이 방사형으로 차등되게 구성될 수 있다.
특히, 커버 부재(300)는 다수의 관통홀(H)의 밀도가 적어도 부분적으로 하부에서 상부로 갈수록 증가하도록 구성될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 다수의 관통홀(H)의 면적이 적어도 부분적으로 하부에서 상부로 갈수록 작아지도록 구성될 수 있다.
이를테면, 도 10 및 도 11에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 상단부의 다수의 관통홀(H)의 밀도가 하단부의 다수의 관통홀(H)의 밀도보다 크게 구성될 수 있다. 즉, 상단부의 다수의 관통홀(H)의 크기가 하단부의 다수의 관통홀(H)의 크기보다 작게 구성될 수 있다. 이에 따라, 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)의 상단부 측을 더욱 촘촘하게 커버하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(100)에서 배출된 스파크 등은 고온 상태로서, 상부 측으로 향하는 성질이 강할 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 커버 부재(300)의 상단부에 구비된 관통홀(H)의 면적이 하단부에 구비된 관통홀(H)의 면적보다 작게 구성되는 경우, 직진성이 강한 스파크가 커버 부재(300)에 반드시 부딪히도록 함으로써, 스파크의 외부 배출이 보다 확실하게 억제될 수 있다. 이와 동시에, 벤팅 가스는 내압에 의해 비교적 면적이 큰 관통홀(H)을 통해 팩 케이스(200)의 외부로 원활하게 배출될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에서 벤팅 가스 및 스파크가 배출되는 방향을 나타내는 도면이다.
한편, 도 2 및 도 12를 참조하면, 복수 개의 배터리 셀(100)은 하나 또는 그 이상의 배터리 모듈(10)로 모듈화될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 하나 이상의 배터리 모듈(10)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수 개의 배터리 셀(100)은, 하나 또는 그 이상의 배터리 모듈(10)의 구성요소로 포함될 수 있다. 이때, 배터리 모듈(10) 내부에 포함된 여러 배터리 셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 모듈(10)은 팩 케이스(200) 내부에 복수 개 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은(1), 다수의 배터리 모듈(10)을 포함하며, 배터리 팩(1)에 포함된 복수 개의 배터리 셀(100)은, 다수의 배터리 모듈(10)에 분할하여 포함될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 모듈 케이스(11)를 포함할 수 있다. 상기 모듈 케이스(11)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 내부 공간에 복수 개의 배터리 셀(100) 중 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 특히, 모듈 케이스(11)는, 각각의 배터리 모듈(10)마다 포함되어, 복수 개의 배터리 셀(100)을 여러 개의 배터리 모듈(10)로 그룹핑하며, 각 배터리 모듈(10)의 내부 공간을 물리적으로 한정하는 경계가 될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 배터리 모듈(10)은 내부에 수용된 복수 개의 배터리 셀(100)들과 전기적으로 연결된 버스바 어셈블리 및/또는 모듈 단자를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은 벤팅홀(12)을 포함할 수 있다. 상기 벤팅홀(12)은, 모듈 케이스(11)의 내부에 수납된 배터리 셀(100)에서 생성된 가스가 모듈 케이스(11)의 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 벤팅홀(12)은 모듈 케이스(11)에 구비되어 특정 방향으로의 디렉셔널 벤팅이 가능하도록 할 수 있다. 이를테면, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 벤팅홀(12)은 모듈 케이스(11)의 상부에 구비될 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스 및/또는 스파크가 배터리 모듈의 상부 측으로 배출되도록 유도될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 도 12에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스나 스파크 등이 팩 케이스(200)의 상부 측으로 유도될 수 있다. 따라서, 벤팅 가스나 스파크 등이 팩 케이스(200)의 상부 내측 표면을 따라 벤팅 디바이스(V) 측으로 이동할 때, 도 10 및 도 11에 도시된 실시예와 같이, 벤팅 디바이스(V)의 상단부를 더 촘촘하게 커버하는 커버 부재(300)에 의해 그 흐름이 더욱 확실하게 차단될 수 있다. 따라서, 스파크가 팩 케이스(200)의 외부로 배출되는 것이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.
또한, 크로스 빔(240)은 팩 리드(230)와 소정 간격 이격되도록 구비될 수 있다. 즉, 크로스 빔(240)은, 상단의 적어도 일부분이 팩 리드(230)의 하면에 접촉하지 않고, 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 크로스 빔(240)에 의해 수납 공간이 분리된 배터리 셀(100) 또는 배터리 모듈(10) 간 열이나 화염이 직접 향하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시 구성에 의하면, 크로스 빔(240)과 팩 리드(230) 사이의 이격 공간으로 인해, 배터리 셀(100)에서 생성되는 가스나 스파크 등이 팩 케이스의 내부 공간에서 상부 측으로 이동하는 것이 더욱 유도될 수 있다.
예를 들어, 도 12에서 점선 화살표로 표시된 부분과 같이, 가스나 스파크 등이 상기 크로스 빔(240)과 팩 리드(230) 사이의 이격된 공간으로 이동되어 팩 리드(230)에 반사되거나 팩 리드(230)의 하면을 따라 벤팅 디바이스(V)를 향해 흐르다가 벤팅 디바이스(V)의 상단부를 커버하는 커버 부재(300)에 도달할 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)는 배터리 셀(100)에서 배출된 스파크를 더욱 확실하게 차단할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 부분 단면도이다. 예를 들어, 도 13은, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 13을 참조하면, 커버 부재(300)는 팩 리드(230)와 결합 가능하게 구성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 팩 리드(230)에 볼트 결합되어 고정될 수 있다. 또는, 커버 부재(300)는 팩 리드(230)와 일체로 제작될 수도 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 팩 리드(230)에 미리 결합된 형태로 제작됨으로써, 팩 리드(230)가 사이드 프레임(220)에 결합되면, 커버 부재(300)가 자동적으로 사이드 프레임(220)의 벤팅 디바이스(V) 측에 설치될 수 있다. 따라서, 커버 부재(300)를 사이드 프레임(220)에 별도로 결합하는 과정이 생략될 수 있다. 그러므로, 배터리 팩(1)을 제조하는 데 있어 시간 및 비용이 절감되어 생산성이 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, 커버 부재(300)는 리드 결합부(330)를 구비할 수 있다. 리드 결합부(330)는 고정부(320)에서 연장되어 구비될 수 있다. 구체적으로, 리드 결합부(330)는 팩 리드(230)와 대면 접촉 가능하도록 고정부(320)의 상단에서 수평 방향으로 절곡되어 연장된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 리드 결합부(330)는 고정부(320)와 직각을 이루도록 구성될 수 있다. 리드 결합부(330)는 플레이트 형상으로 구비되어 팩 리드(230)에 결합될 수 있다. 리드 결합부(330)는 팩 리드(230)에 볼트 결합되어 고정될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 간단한 구조로 커버 부재(300)와 팩 리드(230) 사이의 결합 고정 구성이 달성될 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 팩의 조립이 용이해지고, 커버 부재(300)에 의한 팩 케이스(200)의 내부 공간 차지를 최소화하며, 벤팅 디바이스(V)에 대한 스파크 등의 차단 효과가 보다 안정적으로 달성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 상부에서 바라본 단면도이다.
커버 부재(300)의 적어도 일측이 팩 케이스(200)의 내측면 측으로 절곡되도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 14에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 절곡부(340)를 구비할 수 있다.
절곡부(340)는 고정부(320)의 적어도 일측에서 연장되어 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 절곡부(340)는 고정부(320)의 양측에서 사이드 프레임(220) 측으로 절곡되도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 실시예와 같이, 절곡부(340)는 고정부(320)의 좌우 방향(X축 방향) 양단부에서 후방 측(+Y축 방향)으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 절곡부(340)는 벤팅 디바이스(V)의 측면을 차단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(V)의 정면뿐만 아니라 측면을 향하는 스파크까지 차단하여 스파크가 팩 케이스(200)의 외부로 배출되는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 절곡부(340)는 단부가 사이드 프레임(220)에 접촉되도록 구비될 수 있다. 즉, 고정부(320)와 사이드 프레임(220) 내면 사이의 간격은 절곡부(340)가 고정부(320)에서 연장된 길이와 같게 구비될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 고정부(320)와 사이드 프레임(220) 사이 간격으로 스파크가 배출되는 것을 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 절곡부(340)에 의해 사이드 프레임(220)에 확실하게 지지될 수 있으므로 팩 케이스(200)에 충격 발생시 강성이 확보될 수 있다. 또한, 고정부(320)와 사이드 프레임(220) 내면 사이의 이격된 간격을 유지할 수 있다. 또한, 이 경우, 고정부(320)와 사이드 프레임(220) 사이의 각도가 변형되지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 그러므로, 벤팅 가스가 벤팅 디바이스(V)를 통해 팩 케이스(200)의 외부로 원활하게 배출되고, 커버 부재(300)에 의한 스파크 등의 차단 효과도 안정적으로 확보될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 자동차의 개략적인 사시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(3)는, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩(1)을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자동차(3)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차(3)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(3)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1) 내지 배터리 모듈(10)로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 복수 개의 배터리 셀;
    상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하도록 구성되며, 적어도 일측면에 상기 배터리 셀에서 생성되는 벤팅 가스를 외부로 배출시키도록 구성되는 벤팅 디바이스가 구비되는 팩 케이스; 및
    상기 벤팅 디바이스를 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 벤팅 가스가 통과하도록 구성되는 다수의 관통홀이 형성되며, 상기 다수의 관통홀의 면적이 적어도 부분적으로 변화하도록 구성되는 커버 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 배터리 셀에서 생성되는 스파크가 상기 벤팅 디바이스를 향하는 것을 억제시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 벤팅 가스의 압력에 의해 상기 다수의 관통홀의 면적이 증가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 벤팅 가스의 압력에 의해 연신 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 연신되어 적어도 부분적으로 상기 벤팅 디바이스 측으로 돌출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는 상기 복수 개의 배터리 셀과 상기 벤팅 디바이스 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는
    상기 복수 개의 배터리 셀이 안착되는 베이스 프레임과,
    상기 베이스 프레임에서 상방으로 연장되어 상기 벤팅 디바이스가 구비되는 사이드 프레임을 포함하고,
    상기 커버 부재는 상기 벤팅 디바이스가 구비되는 상기 사이드 프레임과 대면하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는
    상기 다수의 관통홀을 형성하도록 구성되는 연신부와,
    상기 연신부를 고정시키도록 구성되는 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연신부는 메쉬 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는
    상기 다수의 관통홀의 밀도가 적어도 부분적으로 점진적으로 달라지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는
    상기 다수의 관통홀의 밀도가 적어도 부분적으로 하부에서 상부로 갈수록 증가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    내부 공간에 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 상부 측에 상기 내부 공간과 연통되도록 벤팅홀이 형성된 모듈 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는
    상기 복수 개의 배터리 셀의 상부를 커버하도록 구성되는 팩 리드를 구비하고,
    상기 커버 부재는 상기 팩 리드와 결합 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재의 적어도 일측이 상기 팩 케이스의 내측면 측으로 절곡되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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