KR20220163202A - 배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차를 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈; 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 수용하는 수용 공간이 형성되고, 상기 수용 공간에서 발생된 가스가 유입이 가능하도록 구성된 가스 유입구, 상기 가스 유입구와 연통되고 유입된 상기 가스가 이동하도록 구성된 가스 배출유로, 및 상기 가스 배출유로의 단부에 형성된 가스 배출구가 구비된 팩 하우징; 및 상기 가스 유입구를 밀폐하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되어 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구로 유입되도록 구성된 가스 벤팅유닛을 포함한다.

Description

배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차 {Battery Pack, and Vehicle Including the Same}
본 발명은, 배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 팩, 및 그것을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 이러한 리튬 이차전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 이러한 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
그리고, 리튬 이차전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
한편, 최근 전기 자동차 등에 적용되는 대용량의 배터리 팩의 수요가 증가하고 있다. 이러한 대용량의 배터리 팩은, 이차전지 셀을 구비한 배터리 모듈을 다수개 포함하였다. 이렇게 자동차에 탑재된 대용량의 배터리 팩은, 다수의 배터리 모듈의 전기 충방전 중에 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생될 수 있다. 이때, 배터리 모듈로부터 외부로 배출된 고온의 가스, 화염, 스파크가 인접한 다른 배터리 모듈로 이동되어, 다른 배터리 모듈의 열폭주나, 또는 2차 가스 폭발을 유발시키는 원인이 되었다. 이에 따라, 초기에 발생된 가스 폭발이, 연쇄 폭발로 이어지는 등의 사고의 규모와 위험이 더욱 커지는 문제가 발생되었다.
따라서, 다수의 배터리 모듈 중, 일부 배터리 모듈에서 가스 폭발이 발생하더라도, 인접한 다른 배터리 모듈로 가스가 이동되는 것을 최소화하기 위해 가스 배출을 원활하고 신속하게 수행될 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재나 가스 폭발에 대한 안전성을 높인 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은,
적어도 하나 이상의 배터리 모듈;
적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 수용하는 수용 공간이 형성되고, 상기 수용 공간에서 발생된 가스가 유입이 가능하도록 구성된 가스 유입구, 상기 가스 유입구와 연통되고 유입된 상기 가스가 이동하도록 구성된 가스 배출유로, 및 상기 가스 배출유로의 단부에 형성된 가스 배출구가 구비된 팩 하우징; 및
상기 가스 유입구를 밀폐하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되어 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구로 유입되도록 구성된 가스 벤팅유닛을 포함한다.
또한, 상기 팩 하우징은,
적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 일측을 커버하도록 일 방향으로 길게 연장된 형태를 가진 사이드 프레임을 구비하고,
상기 사이드 프레임은,
상기 가스 유입구가 상기 배터리 모듈과 대면하는 일면에 형성되고,
상기 가스 배출유로가 몸체를 따라 상기 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되며,
상기 가스 배출구가 상기 일 방향의 단부에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 사이드 프레임은,
플레이트 형상을 가지고, 상기 가스 배출유로의 상기 가스 배출구가 위치한 방향의 반대 방향의 단부를 밀폐하도록 구성된 가스 유로캡을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 벤팅유닛은,
상기 가스 유입구를 커버하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 적어도 일부분이 파열되도록 구성된 배출 디스크를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 가스 벤팅유닛은,
상기 배출 디스크의 타면에 결합되고, 상기 배출 디스크의 일부분이 타측으로 노출되도록 일부분이 개구된 결합 플레이트를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 가스 벤팅유닛은,
상기 배출 디스크를 적어도 둘 이상 구비하고,
적어도 둘 이상의 상기 배출 디스크는 서로 적층될 수 있다.
나아가, 상기 배터리 모듈은,
적어도 하나 이상의 배터리 셀;
상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및
상기 모듈 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 모듈 하우징 내부의 가스를 상기 가스 벤팅유닛을 향해 배출하도록 구성된 모듈 배출유닛을 구비할 수 있다.
또한, 상기 모듈 배출유닛은,
상기 모듈 하우징의 일측에 구비되고,
상기 가스 벤팅유닛과 대면하도록 위치될 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 모듈로부터 배출된 가스의 이동 방향을 가이드 하도록 상기 가스 벤팅유닛의 외주부에 위치된 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가이드 부재는,
상기 배터리 모듈을 향해 연장된 관 형태를 가지고, 상기 배터리 모듈에 가까워질수록 상기 관 형태의 관경이 커지도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 가스 유입구를 밀폐하도록 플레이트 형상을 가지고, 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되어 수용 공간의 가스가 가스 유입구로 유입되도록 구성된 가스 벤팅유닛을 포함함으로써, 배터리 팩의 내부에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 가스 폭발 등의 비정상 작동할 경우, 배터리 모듈로부터 배출된 가스로 인해 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우, 가스 벤팅유닛이 가스 유입구를 개방 시켜 팩 하우징의 가스 배출유로를 통해 가스를 신속히 배출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩은, 안전성을 크게 높일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 후면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
도 6 및 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 좌측 사시도 및 우측 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛 및 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛의 배출 디스크 및 결합 플레이트의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈의 모습을 개략적으로 나타내는 우측면도이다.
도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 부분 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 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 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 후면도이다. 그리고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(110), 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈(110)을 수용하는 수용 공간이 형성된 팩 하우징(120), 및 가스 벤팅유닛(130)을 포함한다.
구체적으로, 상기 배터리 모듈(110)은, 복수의 배터리 셀(도 11의 111 참조), 및 모듈 하우징(112)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 배터리 셀은, 예를 들면, 에너지 밀도가 높고 적층이 용이한 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀들은, 적층된 형태로 상기 모듈 하우징(112) 내부에 수용될 수 있다. 상기 배터리 셀은 양극 리드 및 음극 리드가 구비될 수 있다. 그러나, 본 실시예와 달리, 본 발명의 배터리 셀은, 반드시 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니고, 직육면의 각형 배터리 셀들이나 원통형 배터리 셀이 사용될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 배터리 셀(도 11의 111 참조)들 각각의 전극 단자(111a)은, 전기 전도성의 금속을 구비한 버스바(보이지 않음)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 버스바의 형태를 금속 와이어 또는 금속 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 버스바는 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하도록 구성된 공지된 일반적인 접속 부재가 적용될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 이에 대해 구체적으로 서술하지 않는다.
더욱이, 상기 모듈 하우징(112)은, 복수 개의 배터리 셀들을 수납하기 위한 구성요소로서 상기 복수 개의 배터리 셀들을 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 소재로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈(110)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 8개의 배터리 모듈(110)이 팩 하우징(120)에 수용될 수 있다. 상기 복수의 배터리 모듈(110) 각각은, 상기 팩 하우징(120)과 결합될 수 있다. 여기서, 결합 방법은, 특정 결합 방법으로 한정되지 않으나, 볼트 결합 방식을 이용할 수 있다.
그리고, 상기 팩 하우징(120)은, 배터리 모듈(110)들을 수납 공간을 형성하기 위한 구성품으로서, 사이드 프레임들(121, 122), 상기 사이드 프레임들(121, 122) 각각의 하부와 결합되는 베이스 플레이트(126), 및 상기 사이드 프레임들(121, 122) 각각의 상부와 결합되는 탑 플레이트(125), 상기 팩 하우징(120)의 전면 벽체를 형성하는 프런트 커버(124), 및 후면 벽체를 형성하는 리어 커버(123)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 팩 하우징(120)은, 베이스 플레이트(126)를 기준으로 좌측에 위치한 제1 사이드 프레임(121), 및 우측에 위치한 제2 사이드 프레임(122)을 구비할 수 있다. 즉, 상기 제1 사이드 프레임(121)은, 상기 베이스 플레이트(126)의 좌측단과 결합될 수 있다. 상기 제2 사이드 프레임(122)은, 상기 베이스 플레이트(126)의 우측단과 결합될 수 있다.
나아가, 상기 팩 하우징(120)은, 가스 유입구(K), 가스 배출유로(P), 및 가스 배출구(T)가 형성될 수 있다.
상기 가스 유입구(K)는, 상기 수용 공간에서 발생된 가스가 유입이 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 가스 유입구(K)는, 상기 사이드 프레임(121)의 일부분이 개구되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 사이드 프레임들(121, 122) 각각에는 4개의 가스 유입구(K)가 형성될 수 있다. 상기 가스 유입구(K)는, 상기 수용 공간에 수납된 배터리 모듈(110)과 대면하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 배출유로(P)는, 상기 가스 유입구(K)와 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 가스 배출유로(P)는, 상기 가스 유입구(K)로 유입된 상기 가스가 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 가스 배출유로(P)는, 상기 사이드 프레임의 길게 연장된 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에서와 같이, 상기 사이드 프레임은, 전후 방향으로 연장된 4개의 가스 배출유로(P)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 가스 배출구(T)는, 상기 가스 배출유로(P)의 단부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5에서와 같이, 제1 사이드 프레임(121) 및 제2 사이드 프레임(122) 각각은, 후단에 가스 배출구(T)가 형성될 수 있다. 상기 가스 배출구(T)는, 상기 가스 배출유로(P)의 후단부에 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 좌측 사시도 및 우측 사시도이다. 그리고, 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛 및 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
다시 도 2 및 도 5와 함께, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 가스 벤팅유닛(130)은, 상기 팩 하우징(120)의 수용 공간의 내측에 구비될 수 있다. 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 전체적으로 플레이트 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 플레이트 형상을 이용해 상기 가스 유입구(K)를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 상기 가스 유입구(K) 보다 큰 크기의 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되도록 구성될 수 있다. 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 상기와 같이 일부분이 파열될 경우, 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구(K)로 유입되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 일부분이 파열되면 상기 가스 유입구(K)가 개방될 수 있다. 이때, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 팩 하우징의 외부 대기압의 보다 크므로, 팩 하우징(120)의 수용 공간의 가스가 상기 가스 벤팅유닛(130)의 가스 유입구(K)로 유입되고, 가스 유입구(K)로 유입된 가스는 다시 가스 배출유로(P)를 따라 이동하고, 상기 가스(G)는 상기 가스 배출유로(P)의 말단부의 가스 배출구(T)를 통해 배터리 팩(100) 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 플레이트 형태에 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 때, 적어도 일부분이 파열되는 배출 디스크(131)를 구비할 수 있다. 하기에서, 좀더 배출 디스크(131)의 구성에 대한 구체적인 설명을 하도록 한다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가스 유입구(K)를 밀폐하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되어 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구(K)로 유입되도록 구성된 가스 벤팅유닛(130)을 포함함으로써, 배터리 팩(100)의 내부에 수용된 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(110)의 가스 폭발 등의 비정상 작동할 경우, 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스로 인해 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우, 상기 가스 벤팅유닛(130)이 상기 가스 유입구(K)를 개방 시켜, 팩 하우징(120)의 가스 배출유로(P)와 가스 배출구(T)를 통해 외부로 가스(G)를 신속히 배출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 안전성을 크게 높일 수 있다.
또한, 상기 사이드 프레임(121)은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(110)의 일측을 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 사이드 프레임(121)은, 일 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 사이드 프레임(121) 및 제2 사이드 프레임(122) 각각은 전후 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 사이드 프레임(121)은, 상기 가스 유입구(K)가 상기 배터리 모듈(110)과 대면하는 일면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5에서와 같이, 제1 사이드 프레임(121)의 내측면(우측면)에는 4개의 가스 벤팅유닛(130)이 구비될 수 있다. 상기 4개의 가스 벤팅유닛(130) 각각은, 4개의 배터리 모듈(110)과 대면하는 위치에 구비될 수 있다. 도 6에서와 같이, 제2 사이드 프레임(122)의 내측면(좌측면)에는 4개의 가스 벤팅유닛(130)이 구비될 수 있다. 상기 4개의 가스 벤팅유닛(130) 각각은, 4개의 배터리 모듈(110)과 대면하는 위치에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 가스 배출유로(P)는 상기 사이드 프레임(121)의 몸체를 따라 상기 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가스 배출유로(P)는, 상기 제1 사이드 프레임(121) 및 상기 제2 사이드 프레임(122) 각각의 전단에서 후단까지 길게 연장된 형태를 가질 수 있다.
나아가, 상기 가스 배출구(T)는 상기 가스 배출유로(P)의 상기 사이드 프레임(121)의 연장 방향인 상기 일 방향의 단부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5에서와 같이, 상기 제1 사이드 프레임(121) 및 상기 제2 사이드 프레임(122) 각각의 후단부에는 상기 가스 배출구(T)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 상기 사이드 프레임(121)에 가스 유입구(K), 가스 배출유로(P), 및 상기 가스 배출구(T)를 형성시킴으로써, 팩 하우징(120) 내부에 수납되는 배터리 모듈(110)의 일측 또는 타측을 상기 사이드 프레임(121)을 통해 외부 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 모듈(110)의 비정상 작동 시, 배출되는 가스를 상기 사이드 프레임(121)을 통해 배터리 팩(100) 외부로 배출 시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 별도의 가스 배출 부재 없이도, 팩 하우징(120)을 구성하는 사이드 프레임(121)을 통해 내부의 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 바, 배터리 팩(100)의 부품을 간소화 하여 배터리 팩(100)의 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 배터리 팩(100)의 수용 공간을 보다 확보할 수 있어, 부피당 전기 용량을 보다 늘릴 수 있다.
한편 다시, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 가스 유로캡(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 가스 유로캡(140)은, 상기 가스 배출유로(P)의 단부를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 상기 가스 유로캡(140)은, 바닥을 기준으로 직립된 형태의 플레이트 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 가스 유로캡(140)은, 상기 가스 배출유로(P)의 상기 가스 배출구(T)가 위치한 방향의 반대 방향의 단부에 구비될 수 있다. 즉, 상기 가스 유로캡(140)은, 상기 가스 배출유로(P)의 일단부를 밀폐시킬 경우, 상기 가스 배출유로(P)의 타단부가 가스 배출구(T) 역할을 수행할 수 있다. 상기 가스 유로캡(140)은, 상기 가스 배출유로(P)를 이동하는 가스가 상기 가스 배출구(T)가 아닌 상기 가스 배출유로(P)의 상기 가스 배출구(T)가 위치한 방향의 반대 방향의 단부를 통해 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 사이드 프레임(121) 및 상기 제2 사이드 프레임(122) 각각의 전단부에는 가스 유로캡(140)이 구비될 수 있다. 2개의 가스 유로캡(140)은, 상기 제1 사이드 프레임(121) 및 상기 제2 사이드 프레임(122) 각각의 가스 배출유로(P)의 전단부를 밀폐하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가스 배출유로(P)의 상기 가스 배출구(T)가 위치한 방향의 반대 방향의 단부를 밀폐하도록 구성된 가스 유로캡(140)을 더 포함함으로써, 배터리 팩(100)의 가스 배출구(T)가 아닌 의도되지 않은 곳을 통해 내부 가스가 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 의도된 곳(가스 배출구)을 통해 내부에 발생된 가스를 배출 시킬 수 있는 바, 배터리 팩(100)의 의도되지 않은 곳을 통해 배출된 가스로 인해 배터리 팩(100)에 인접한 다른 물건 내지 사람에게 손상을 입히는 것을 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛 및 사이드 프레임의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다. 그리고, 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
한편, 다시 도 2 및 도 3과 함께 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 가스 배출유닛(113)은 배출 디스크(131)를 구비할 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는, 상기 가스 유입구(K)를 커버하도록 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 적어도 일부분이 파열되도록 구성될 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는 볼트에 의해 상기 사이드 프레임(121)에 고정될 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는, 두께가 얇은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는, 일면은 상기 사이드 프레임(121)의 내측면과 평행할 수 있다. 상기 배출 디스크(131)는, 상기 가스 유입구(K)의 크기보다 큰 크기를 가질 수 있다. 상기 배출 디스크(131)의 외주부는, 상기 사이드 프레임(121)에 형성된 상기 가스 유입구(K)의 주변부에 고정될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 6개의 볼트(B)를 사용해, 상기 배출 디스크(131)를 상기 사이드 프레임(121)의 내측면에 고정 시킬 수 있다.
또한, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 두께가 얇은 알루미늄 또는 플라스틱 소재를 구비할 수 있다. 그러나, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 소재가 반드시 이러한 소재들로 한정되는 것은 아니고, 상기 팩 하우징(120)의 내부의 소정의 가스 압력에 의해 파열될 수 있는 소재라면 어떠한 것이라도 무방하다.
더욱이, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 결합 플레이트(132)를 더 구비할 수 있다. 상기 결합 플레이트(132)는, 상기 배출 디스크(131)의 타면에 결합될 수 있다. 상기 결합 플레이트(132)는, 상기 배출 디스크(131)의 일부분이 타측으로 노출되도록 일부분이 개구된 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 결합 플레이트(132)의 개구(O)는, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 배출 디스크(131)의 파열되도록 구성된 적어도 일부분이 외측 방향으로 노출되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 배출 디스크(131)의 타면의 일부는, 상기 결합 플레이트(132)의 개구(O)를 통해 노출되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 결합 플레이트(132)의 개구(O)는 상기 가스 유입구(K)와 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 결합 플레이트(132)는, 상기 배출 디스크(131)를 상기 배터리 모듈(110)이 위치한 내측으로 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 결합 플레이트(132)는, 상기 배출 디스크(131)의 외측면을 내측 방향(배터리 모듈이 위치한 방향)으로 지지하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 결합 플레이트(132)는, 상기 배출 디스크(131)의 외주부를 내측 방향으로 지지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 상기 배출 디스크(131)의 타면에 결합되고, 상기 배출 디스크(131)의 일부분이 타측으로 노출되도록 일부분이 개구된 결합 플레이트(132)를 더 구비함으로써, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 결합 플레이트(132)의 개구(O)를 통해 노출된 상기 배출 디스크(131)의 일부분이 신뢰도 높게 파열될 수 있도록 유도할 수 있다. 반대로, 상기 결합 플레이트(132)의 개구되지 않은 부분은, 상기 배출 디스크(131)를 내측으로 지지할 수 있는 바, 상기 배출 디스크(131)의 상기 결합 플레이트(132)에 의해 지지된 부분은, 안정적으로 고정된 반면에, 상기 결합 플레이트(132)의 개구(O)를 통해 외측으로 노출된 상기 배출 디스크(131)의 일부분은 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 발생으로 인한 가스 압력 변화에 의해 변형이 일어나가 쉽다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 상기 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 가스 벤팅유닛(130)이 신뢰도 높게 개구(O)에 의해 노출된 일부분이 파열되어 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구(K)로 유입되도록 할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 가스 벤팅유닛의 배출 디스크 및 결합 플레이트의 모습을 개략적으로 나타내는 후면 사시도이다.
다시 도 8 및 도 9와 함께 도 10을 참조하면, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 상기 배출 디스크(131)를 적어도 둘 이상 구비할 수 있다. 적어도 둘 이상의 상기 배출 디스크(131)는 서로 적층되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 2개의 배출 디스크(131)는 서로 적층된 형태로 배치될 수 있다. 상기 2개의 배출 디스크(131)는 상기 결합 플레이트(132)의 내측면에 대면하도록 위치될 수 있다. 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 가스 배출이 이뤄지는 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력의 설정된 크기에 따라 상기 배출 디스크(131)의 개수를 변경할 수 있다. 즉, 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 상대적으로 큰 크기에서, 가스 벤팅유닛(130)의 배출 디스크(131)가 파열되도록 설계할 경우, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 더 많은 수의 배출 디스크(131)를 구비할 수 있다. 반대로, 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력이 상대적으로 작은 크기에서, 가스 벤팅유닛(130)의 배출 디스크(131)가 파열되도록 설계할 경우, 상기 가스 벤팅유닛(130)은, 더 적은 개수의 배출 디스크(131)를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 배터리 팩(100)의 가스 벤팅유닛(130)은, 외부로 가스를 배출하는 팩 하우징(120)의 내부 가스 압력의 설정된 크기에 따라 배출 디스크(131)의 개수를 설정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 배터리 팩(100)의 용량 변화에 따라 가스 폭발에 대한 가스 압력 값이 변경될 경우, 새로운 가스 벤팅유닛(130)을 제작할 필요 없이, 상기 배출 디스크(131)의 개수를 변경하는 것으로, 신뢰성 높은 가스 배출 기능을 발휘할 수 있다. 궁극적으로, 본 발명은, 안전성 높은 배터리 팩(100)을 낮은 제조 비용으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 배터리 모듈의 모습을 개략적으로 나타내는 우측면도이다.
한편, 다시 도 2와 함께 도 11를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 배터리 모듈(110)은, 모듈 배출유닛(113)을 더 포함할 수 있다. 상기 모듈 배출유닛(113)은, 상기 모듈 하우징(112)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 모듈 하우징(112) 내부의 가스를 상기 가스 벤팅유닛(130)을 향해 배출하도록 구성될 수 있다. 상기 모듈 배출유닛(113)은, 예를 들면, 상기 배터리 모듈(110)의 일측에 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 11에서와 같이, 상기 모듈 배출유닛(113)은, 상기 배터리 모듈(110)의 모듈 하우징(112)의 우측에 위치할 수 있다. 상기 모듈 배출유닛(113)은, 상기 가스 벤팅유닛(130)과 대면하도록 위치될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 배터리 팩(100)은, 8개의 배터리 모듈(110)을 구비하고 있다. 이때, 배터리 팩(100)의 좌우 방향의 중심을 기준으로 좌측에 배치된 4개의 배터리 모듈(110) 각각은, 모듈 하우징(112)의 좌측에 위치한 모듈 배출유닛(113)을 구비할 수 있다. 그리고, 나머지 우측에 배치된 4개의 배터리 모듈(110) 각각은, 모듈 하우징(112)의 우측에 위치한 모듈 배출유닛(113)을 구비할 수 있다.
또한, 상기 모듈 배출유닛(113)은, 예를 들면, 상기 모듈 하우징(112)의 내부 가스 압력이 소정 이상일 될 경우, 일부분이 개구를 형성하거나, 또는 일부분이 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 모듈 배출유닛(113)은, 상기 모듈 하우징(112)에 형성된 개구를 밀폐하고, 소정 이상의 압력을 받을 경우, 개방되는 벤팅 캡을 구비할 수 있다. 여기서, 적용되는 벤팅 캡(13은, 일반적으로 내부 압력에 의해 외부로 가스를 배출하는 이미 공지된 벤팅 장치가 적용될 수 있다. 이에 따라, 상기 벤팅 캡에 대해 구체적으로 서술하지 않는다.
도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성들의 부분 사시도이다.
다시 도 2와 함께 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 도 2의 배터리 팩(100)과 비교할 경우, 가이드 부재(150)를 더 포함할 수 있다. 그외 다른 구성들은, 도 2의 배터리 팩(100)의 구성들과 동일할 수 있다.
구체적으로, 상기 가이드 부재(150)는, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스의 이동 방향을 가이드 하도록 구성될 수 있다. 상기 가이드 부재(150)는, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 외주부에 위치될 수 있다. 상기 가이드 부재(150)는, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 상기 가스 벤팅유닛(130)이 위치한 방향으로 이동 방향을 전환할 수 있도록 유도할 수 있다. 이를 위해, 상기 가이드 부재(150)는, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 외주부로부터 연장된 구조를 가질 수 있다. 상기 가이드 부재(150)의 연장된 구조는, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 외주부로부터 바깥 방향으로 경사진 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스의 이동 방향을 가이드 하도록 상기 가스 벤팅유닛(130)의 외주부에 위치된 가이드 부재(150)를 더 포함함으로써, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 상기 가스 벤팅유닛(130)을 향해 이동되도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 다른 곳으로 퍼지지 않고 상기 가스 벤팅유닛(130)으로 이동되는 양을 좀더 늘릴 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(110)은, 좀더 신뢰도 높게 상기 가스 벤팅유닛(130)이 개방되어, 발생된 고온의 가스를 신속하게 외부로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(100)의 다른 배터리 모듈(110)에 영향을 줄여, 2차 폭발이나 2차 열폭주가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2 및 도 11과 함께 도 12를 참조하면, 상기 가이드 부재(150)는, 상기 배터리 모듈(110)을 향해 연장된 관 형태(151)를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 12에서와 같이, 상기 가이드 부재(150)는, 상기 가스 벤팅유닛(130)의 외주부로부터 상기 배터리 모듈(110)의 상기 모듈 배출유닛(113)을 향해 연장된 관 형태(151)를 가질 수 있다. 상기 가이드 부재(150)의 관 형태(151)는, 상기 배터리 모듈(110)이 위치한 방향으로 점진적으로 관경이 커지는 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 가이드 부재(150)는, 연장된 방향으로 점진적으로 벌어지는 테이퍼 구조를 가진 관 형태(151)를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가이드 부재(150)는, 상기 배터리 모듈(110)을 향해 연장된 관 형태(151)를 가지고, 상기 모듈 배출유닛(113)에 가까워질수록 상기 관 형태(151)의 관경이 커지도록 구성됨으로써, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 상기 가스 벤팅유닛(130)을 향해 이동되도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 다른 곳으로 퍼지지 않고 상기 가스 벤팅유닛(130)으로 이동되는 양을 좀더 늘릴 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(110)은, 좀더 신뢰도 높게 상기 가스 벤팅유닛(130)이 개방되어, 발생된 고온의 가스를 신속하게 외부로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 어느 하나의 배터리 모듈(110)로부터 배출된 가스가 다른 배터리 모듈(110)로 유입되어 발생하는 2차 폭발이나 또는 2차 열폭주가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1과 함께 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(10)는, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 팩(100)을 포함할 수 있다. 상기 자동차는 예를 들면, 적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 탑재한 배터리 팩(100)을 수용하는 수용 공간을 가진 차체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 자동차는, 전기 자동차, 전기 스쿠터, 전기 휠체어, 또는 전기 바이크 등일 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 팩 110: 배터리 모듈
120: 팩 하우징
121, 122: 제1 사이드 프레임, 제2 사이드 프레임
123: 리어 커버 124: 프런트 커버
125: 탑 플레이트 126: 베이스 플레이트
K: 가스 유입구 P: 가스 배출유로
T: 가스 배출구
130: 가스 벤팅유닛
131, 132: 배출 디스크, 결합 플레이트
140: 가스 유로캡
111: 배터리 셀 112: 모듈 하우징
113: 모듈 배출유닛 O: 개구
150: 가이드 부재 151: 관 형태
10: 자동차

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 모듈;
    적어도 하나 이상의 상기 배터리 모듈을 수용하는 수용 공간이 형성되고, 상기 수용 공간에서 발생된 가스가 유입이 가능하도록 구성된 가스 유입구, 상기 가스 유입구와 연통되고 유입된 상기 가스가 이동하도록 구성된 가스 배출유로, 및 상기 가스 배출유로의 단부에 형성된 가스 배출구가 구비된 팩 하우징; 및
    상기 가스 유입구를 밀폐하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상이 될 경우 적어도 일부분이 파열되어 상기 수용 공간의 가스가 상기 가스 유입구로 유입되도록 구성된 가스 벤팅유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팩 하우징은,
    적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 일측을 커버하도록 일 방향으로 길게 연장된 형태를 가진 사이드 프레임을 구비하고,
    상기 사이드 프레임은,
    상기 가스 유입구가 상기 배터리 모듈과 대면하는 일면에 형성되고,
    상기 가스 배출유로가 몸체를 따라 상기 일 방향으로 길게 연장된 형태로 형성되며,
    상기 가스 배출구가 상기 일 방향의 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은,
    플레이트 형상을 가지고, 상기 가스 배출유로의 상기 가스 배출구가 위치한 방향의 반대 방향의 단부를 밀폐하도록 구성된 가스 유로캡을 더 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가스 벤팅유닛은,
    상기 가스 유입구를 커버하도록 플레이트 형상을 가지고, 상기 팩 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 적어도 일부분이 파열되도록 구성된 배출 디스크를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 벤팅유닛은,
    상기 배출 디스크의 타면에 결합되고, 상기 배출 디스크의 일부분이 타측으로 노출되도록 일부분이 개구된 결합 플레이트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 벤팅유닛은,
    상기 배출 디스크를 적어도 둘 이상 구비하고,
    적어도 둘 이상의 상기 배출 디스크는 서로 적층된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    적어도 하나 이상의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징의 내부 가스 압력이 소정 이상일 경우, 상기 모듈 하우징 내부의 가스를 상기 가스 벤팅유닛을 향해 배출하도록 구성된 모듈 배출유닛을 구비하고,
    상기 모듈 배출유닛은,
    상기 모듈 하우징의 일측에 구비되고,
    상기 가스 벤팅유닛과 대면하도록 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈로부터 배출된 가스의 이동 방향을 가이드 하도록 상기 가스 벤팅유닛의 외주부에 위치된 가이드 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 부재는,
    상기 배터리 모듈을 향해 연장된 관 형태를 가지고, 상기 배터리 모듈에 가까워질수록 상기 관 형태의 관경이 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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