KR20230134377A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230134377A
KR20230134377A KR1020220031683A KR20220031683A KR20230134377A KR 20230134377 A KR20230134377 A KR 20230134377A KR 1020220031683 A KR1020220031683 A KR 1020220031683A KR 20220031683 A KR20220031683 A KR 20220031683A KR 20230134377 A KR20230134377 A KR 20230134377A
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battery
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KR1020220031683A
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이승훈
임지훈
이태구
최양규
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에스케이온 주식회사
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Abstract

내부 공간을 갖는 팩 하우징, 및 복수의 배터리 셀을 포함하며 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈을 포함하고, 팩 하우징은 배터리 모듈의 적어도 일측에 대향하며 벤팅 통로가 형성된 지지 프레임을 포함하고, 지지 프레임은 배터리 모듈에 삽입되는 복수의 가이드 블록, 및 복수의 가이드 블록 사이에 배치되며 벤팅 통로 및 내부 공간과 연통되는 개구부를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 예컨대, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지는 출력이 우수하여, 복수 개를 직렬로 연결하여 전기자동차의 모터 구동에 사용된다.
전기자동차 등에 적용되는 배터리 모듈은 고출력 및 대용량의 필요성으로 인해 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 모듈화시킨 것이며, 전기자동차는 고전력을 얻기 위하여 이러한 배터리 모듈이 복수 개 수용되는 배터리 팩을 포함한다.
배터리 셀의 전극 조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의해 배터리 모듈의 내부 온도가 상승하여 전기적 성능이 저하되거나 발화되는 문제가 발생한다. 더욱이, 배터리 모듈 내에 많은 수의 이차 전지 셀이 장착된 경우에, 어느 한 배터리 셀의 발화에 의해 발생되는 화염이 주변의 다른 배터리 셀로 전이되어 연쇄적인 발화 또는 폭발이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 배터리 모듈에서 방출되는 고온 고압의 가스나 파티클이 배터리 모듈의 다른 부분이나 또는 인접한 다른 배터리 모듈로 전파되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 모듈이 배터리 팩 내부에 신속하고 정확하게 조립될 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 모듈에서 발생되는 고온 고압의 가스나 파티클이 안전하게 배터리 팩 외부로 배출될 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 내부 공간을 갖는 팩 하우징, 및 복수의 배터리 셀을 포함하며 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈을 포함하고, 팩 하우징은 배터리 모듈의 적어도 일측에 대향하며 벤팅 통로가 형성된 지지 프레임을 포함하고, 지지 프레임은 배터리 모듈에 삽입되는 복수의 가이드 블록, 및 복수의 가이드 블록 사이에 배치되며, 벤팅 통로 및 내부 공간과 연통되는 개구부를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 중 적어도 일부는 제1 방향으로 적층되며, 복수의 가이드 블록은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 가이드 블록 중 적어도 하나는 지지 프레임으로부터 배터리 모듈을 향하는 제2 방향으로 돌출되며, 제2 방향은 제1 방향과 수직할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 가이드 블록 중 적어도 하나의 제1 방향의 길이는 제3 방향의 양 단부에서 서로 다르며, 제3 방향은 제1 방향 및 제2 방향과 모두 수직할 수 있다.
실시예들에서, 벤팅 통로는 지지 프레임의 내부에서 제1 방향으로 연장될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 가이드 블록이 삽입되는 복수의 삽입 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 삽입 홈 사이에 배치되며 개구부와 대향하는 벤팅 홀을 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들과 대향하는 하나 이상의 엔드 플레이트를 더 포함하며, 삽입 홈은 하나 이상의 엔드 플레이트의 적어도 일측 단부에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들 중 적어도 일부가 제1 방향으로 적층된 서브 모듈을 복수 개 포함하며, 복수의 서브 모듈과 하나 이상의 엔드 플레이트는 제1 방향으로 교대로 배치될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 하나 이상의 엔드 플레이트와 서브 모듈 사이에 배치되는 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 단열 부재는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 팩은 하나 이상의 엔드 플레이트와 팩 하우징을 체결하는 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 체결 부재는 하나 이상의 엔드 플레이트를 제1 방향과 수직한 방향으로 관통하여 팩 하우징에 체결될 수 있다.
실시예들에서, 제1 방향으로 나란히 배치되는 복수의 서브 모듈을 포함하는 배터리 모듈; 및 배터리 모듈이 수용되는 내부 공간을 갖는 팩 하우징을 포함하고, 팩 하우징은 배터리 모듈의 적어도 일측에 대향하며 벤팅 통로가 형성된 지지 프레임을 포함하고, 지지 프레임은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 벤팅 통로 및 내부 공간과 연통되는 복수의 개구부; 및 복수의 개구부 사이에 배치되며, 배터리 모듈에 삽입되는 하나 이상의 가이드 블록을 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
실시예들에서, 하나 이상의 가이드 블록과 복수의 개구부는 제1 방향으로 교대로 배치될 수 있다.
실시예들에서, 상기 배터리 모듈은 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나와 제1 방향으로 대향하며, 하나 이상의 가이드 블록이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈에서 발생되는 가스나 파티클이 배터리 모듈의 다른 부분이나 또는 인접한 다른 배터리 모듈로 전파되는 것을 최소화할 수 있다
또한, 배터리 모듈에서 발생되는 가스나 파티클이 벤팅 통로로 신속하게 유입될 수 있으며, 배터리 팩의 내부 온도가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가이드 블록을 통해 배터리 모듈을 정확한 위치에 신속하게 배치시킬 수 있으므로, 배터리 팩의 제작 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 배터리 모듈이 배터리 팩에 수용되는 모습을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 배터리 모듈에 포함되는 엔드 플레이트의 사시도이다.
도 6은 도 2의 I-I' 부분에 따른 단면도이다.
도 7은 도 2의 II-II' 부분에 따른 단면도이다
도 8은 배터리 팩의 격리 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 배터리 팩(10)의 사시도이다. 도 2는 배터리 팩(10)의 분해 사시도이다.
배터리 팩(10)은 전기적 에너지를 출력하거나 저장할 수 있는 하나 이상의 배터리 모듈(100) 및 배터리 모듈(100)이 수용되는 내부 공간을 가지는 팩 하우징(700)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 충전 및 방전이 가능한 배터리 셀(예를 들어, 도 3의 210)을 하나 이상 포함하여 전기 에너지를 저장하거나 방출할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(도 3의 210)은 리튬 이온 전지 또는 니켈-수소 전지 등의 이차 전지로 구성될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 육면체의 형상으로 구비될 수 있다. 다만, 배터리 모듈(100)의 외형은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
배터리 팩(10)에 수용되는 배터리 모듈(100)은 하나 이상의 서브 모듈(예를 들어, 도 3의 200)을 포함할 수 있다. 각 서브 모듈(도 3의 200)은 배터리 셀(도 3의 210)을 복수 개 포함할 수 있다. 복수의 서브 모듈(도 3의 200)은 일 방향(예를 들어, 도3 의 Z축 방향)으로 나란히 배열되어 배터리 모듈(100)의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 제작자는 배터리 모듈(100)에 요구되는 전력 값에 맞춰 필요한 서브 모듈(도 3의 200)의 개수를 결정하고, 이 서브 모듈들(도 3의 200)을 서로 조립하여 배터리 모듈(100)을 제작할 수 있다. 서브 모듈(도 3의 200) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(100)에 관한 상세한 설명은 도 3을 참고하여 후술한다.
계속해서, 도 2를 참고하여 설명하면, 배터리 팩(10)의 팩 하우징(700)은 배터리 모듈(100)이 안착되는 하부 프레임(710), 하부 프레임(710)에 결합되며 배터리 모듈(100)의 적어도 일측과 대향하는 복수의 지지 프레임(720), 내부 공간을 덮는 커버 프레임(750)을 포함할 수 있다.
하부 프레임(710)은 팩 하우징(700)의 하부면을 형성할 수 있다. 하부 프레임(710)에는 복수의 배터리 모듈(100)이 안착될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(710)은 사각 판형 부재나 또는 다각의 판형 부재로 제공될 수 있다. 다만, 하부 프레임(710)의 구체적인 형상은 이에 한정되지 않는다.
하부 프레임(710)은 강성 가지는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(710)의 적어도 일부는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 등의 금속을 포함할 수 있다. 하부 프레임(710)이 알루미늄을 포함하는 경우, 알루미늄의 뛰어난 열 전도성으로 인하여 배터리 모듈(100)에서 발생된 열 에너지가 배터리 팩(10) 외부로 신속하게 방열되는 효과를 기대할 수 있다.
방열 효과를 높이기 위해, 하부 프레임(710)은 냉각 부재(740)를 포함할 수 있다. 냉각 부재(740)는 하부 프레임(710)의 외부에 배치되거나, 또는 하부 프레임(710)의 내부에 배치될 수 있다. 냉각 부재(740)에는 공기 또는 냉각 유체가 흐르는 통로가 형성될 수 있다.
하부 프레임(710)에는 배터리 팩(10)을 구조적으로 지지하는 하나 이상의 지지 프레임(720)이 결합될 수 있다. 지지 프레임(720)은 하부 프레임(710)의 가장자리에 결합되는 복수의 사이드 프레임(720a), 사이드 프레임(720a) 사이에 배치되어 내부 공간을 구획하는 격벽 프레임(720b)을 포함할 수 있다.
팩 하우징(700)은 지지 프레임(720)의 단부에 배치되는 엔드 프레임(730)을 더 포함할 수 있다. 엔드 프레임(730)은 지지 프레임(720)과 서로 결합되어 팩 하우징(700)의 측벽을 형성할 수 있다.
지지 프레임(720)과 엔드 프레임(730)은 일정 이상의 강성을 가지는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 높은 방열 효과를 위해 지지 프레임(720)의 적어도 일부는 열 전도율이 높은 알루미늄을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하부 프레임(710), 지지 프레임(720) 및 엔드 프레임(730) 중 적어도 둘은 일체로 형성되거나 또는 모두 별도의 부재로 제공되어 서로 결합될 수 있다.
배터리 모듈(100)이 가혹한 조건에서 충전 및 방전됨에 따라, 배터리 모듈(100)에서 화염 또는 고온의 가스가 발생될 수 있다. 이러한 화염이나 가스를 배터리 모듈(100) 외부로 안전하게 배출하기 위해, 배터리 팩(10)은 내부 공간과 연통되는 하나 이상의 배출구(760)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 배출구(760)는 팩 하우징(700)의 적어도 일면에 배치될 수 있으며, 지지 프레임(720)에 배치되는 개구부(723)를 통해 배터리 팩(10) 내부 공간과 연통될 수 있다.
팩 하우징(700)은 내부 공간을 덮어서 폐쇄하는 커버 프레임(750)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 프레임(750)은 하부 프레임(710)과 반대되는 쪽에서 지지 프레임(720)과 결합되어 배터리 팩(10)의 내부 공간을 덮을 수 있다.
커버 프레임(750)과 배터리 모듈(100) 사이에는 열 전파 방지 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 열 전파 방지 부재(미도시)는 운모, 세라믹울, 에어로 겔 중 적어도 어느 하나를 포함하는 판상형 부재로 제공될 수 있다. 열 전파 방지 부재(미도시)는 배터리 모듈(100)에서 발생되는 화염이나 고온의 가스가 커버 프레임(750)의 하부면을 따라 다른 배터리 모듈(100)로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 열 전파 방지 부재(미도시)는 배터리 모듈(100)에서 발생되는 화염이나 고온의 가스가 배터리 팩(10) 상부로 분출되는 것을 방지할 수 있다.
지지 프레임(720)에는 배터리 모듈(100)을 향해 돌출되는 가이드 블록(721)이 하나 이상 배치될 수 있다. 예를 들어, 사이드 프레임(720a)에는 일 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 이격되어 배터리 모듈(100)을 향해 돌출된 복수의 가이드 블록(721)이 배치될 수 있다.
가이드 블록(721)은 적어도 일부가 배터리 모듈(100)에 삽입될 수 있다. 가이드 블록(721)은 배터리 팩(10)의 제작 과정에서 배터리 모듈(100)이 하부 프레임(710)에 정확히 안착되도록 가이드할 수 있다. 또한, 가이드 블록(721)은 배터리 모듈(100)의 일부분에서 발생되는 고온 고압의 가스나 화염이 배터리 모듈(100)의 다른 부분이나 다른 배터리 모듈에 전파되는 것을 차단할 수 있다.
배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100)을 팩 하우징(700)에 단단히 고정시키는 제1 체결 부재(510)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 체결 부재(510)는 배터리 모듈(100)을 관통하여 하부 프레임(710)에 체결될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(100)이 하부 프레임(710)에 단단히 고정될 수 있다. 다만, 제1 체결 부재(510)의 구성은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(100)을 팩 하우징(700)에 고정시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 것으로도 가능하다.
도 3은 배터리 모듈(100)의 분해 사시도이다. 도 3에서 설명되는 배터리 모듈(100)은 앞서 도 1 및 도 2에서 설명되는 배터리 모듈(100)의 특징을 모두 포함하는 바, 중복되는 설명은 생략한다.
배터리 모듈(100)은 하나 이상의 서브 모듈(200), 서브 모듈(200)의 적어도 일측에 대향하는 복수의 엔드 플레이트(300)를 포함할 수 있다.
서브 모듈(200)은 나란히 적층된 배터리 셀들(210) 및 적층된 배터리 셀들(210)의 적어도 일측을 커버하는 커버 어셈블리(220)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(210)은 양극과 음극 및 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 포함하여, 전기적 에너지를 충전 및 방전할 수 있다.
커버 어셈블리(220)는 적층된 배터리 셀들(210)의 적어도 일측에 결합되어 배터리 셀들(210)을 보호할 수 있다. 복수의 배터리 셀들(210)은 커버 어셈블리(220)의 내부에 배치되는 버스바(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 셀들(210)이 충전 및 방전을 반복함에 따라, 배터리 셀(210) 내부에서 화염 또는 고온의 가스가 발생될 수 있으며, 이러한 화염이나 가스는 커버 어셈블리(220)에 배치되는 벤팅 홀(230)을 통해 배터리 모듈(100) 외부로 방출될 수 있다. 벤팅 홀(230)은 지지 프레임(720)과 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(210)이 제1 방향(Z축 방향)으로 적층되어 제1 방향(Z축 방향)과 수직한 제2 방향(X축 방향)으로 지지 프레임(720)과 마주본다면, 벤팅 홀(230)은 적층된 배터리 셀들(210)과 지지 프레임(720) 사이에 배치되어 제2 방향으로 지지 프레임(720)과 대향할 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 서브 모듈(200)의 적어도 일측과 마주보게 배치될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(300)는 서브 모듈들(200) 사이에 배치되거나 또는 배터리 모듈(100)의 양 단부에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(100)의 서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300)는 제1 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 교대로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 제1 방향(Z 축 방향) 일측 단부에서 타측 단부에 이르기까지, 엔드 플레이트(300)와 서브 모듈(200)이 교대로 배치될 수 있다.
배터리 모듈(100)의 엔드 플레이트(300)는 팩 하우징(700)에 체결될 수 있다. 예를 들어, 제1 체결 부재(510)는 복수의 엔드 플레이트(300) 중 적어도 일부를 관통하여 팩 하우징(700)의 하부 프레임(710)에 체결될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(100)이 팩 하우징(700)에 고정될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 강성을 가지는 재료를 포함하여, 배터리 모듈(100)을 구조적으로 지지할 수 있다. 복수의 엔드 플레이트(300) 중 적어도 일부는 서브 모듈(200) 사이에 배치되어, 서브 모듈들(200) 사이에 고온의 열이나 화염이 전이되는 것을 차단할 수 있다. 엔드 플레이트(300)와 서브 모듈(200) 사이에는 단열 부재(예를 들어, 도 5의 320)가 배치될 수 있으며, 이에 따라 열이나 화염을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 단열 부재(도 5의 320)는 바인더 등의 접착 재료를 통해 엔드 플레이트(300)에 부착될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 지지 프레임(720)의 가이드 블록(721)과 조립되어 각 서브 모듈들(200) 사이에서 격리 구조를 형성할 수 있으며, 이에 따라 어느 한 서브 모듈(200)에서 다른 서브 모듈(200)로 고온의 가스나 화염의 전파되는 것을 방해하거나 차단할 수 있다.
배터리 모듈(100)이 복수의 서브 모듈(200)을 가지는 경우, 어느 한 서브 모듈(200)과 다른 서브 모듈(200)은 연결 부재(600)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(600)는 도전성 재료를 포함하며, 이웃하는 두 서브 모듈(200)에 모두 접촉되도록 배치될 수 있다.
서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300)의 상측(예를 들어, Y축 양의 방향)에는 커버 플레이트(400)가 결합될 수 있다. 서브 모듈(200)과 커버 플레이트(400)의 결합, 또는 엔드 플레이트(300)와 커버 플레이트(400)의 결합에는 제2 체결 부재(520)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 체결 부재(520)는 커버 플레이트(400)를 관통하여 서브 모듈(200)과 체결되는 볼트일 수 있다.
배터리 모듈(100)은 커버 플레이트(400) 외에, 서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300) 중 적어도 하나와 결합되는 보강 부재(410)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300)의 하측(예를 들어, Y축 음의 방향) 모서리를 커버하는 보강 부재(410)가 체결될 수 있다. 보강 부재(410)는 커버 플레이트(400)와 마찬가지로 제2 체결 부재(520)를 통해 서브 모듈(200)이나 엔드 플레이트(300)와 결합될 수 있다.
방열 효율을 높이기 위해, 배터리 모듈(100)은 방열 부재(800)를 더 포함할 수 있다. 방열 부재(800)는 배터리 모듈(100)에서 하부 프레임(710) 또는 커버 프레임(750)을 향하는 쪽에 배치될 수 있으며, 배터리 셀들(210) 중 적어도 일부와 접촉될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 적층된 배터리 셀들(210)의 하부에 방열 부재(800)가 배치될 수 있다. 방열 부재(800)는 배터리 셀(210)과 하부 프레임(710) 사이의 갭을 메우도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(100)과 팩 하우징(700) 사이에 전도에 의한 열 전달 경로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 방열 부재(800)는 열 전도 접착제(Thermal adhesive)일 수 있다.
배터리 모듈(100)은 팩 하우징(700)의 하부 프레임(710)에 안착되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)에 포함되는 복수의 엔드 플레이트들(300)이 하부 프레임(710)과 체결되어, 배터리 모듈(100)이 하부 프레임(710)에 고정될 수 있다. 배터리 모듈(100)이 안착되는 과정에서, 엔드 플레이트(300)는 팩 하우징(700)의 가이드 블록(721)과 조립되어, 배터리 모듈(100)이 정확한 위치에 안착되도록 가이드 할 수 있다. 이와 동시에, 엔드 플레이트(300)와 가이드 블록(721)은 배터리 모듈(100)에 포함되는 복수의 서브 모듈들(200)을 서로 격리시키는 구조를 형성할 수 있다. 이하에서는 도 4 내지 도 8을 참고하여, 이러한 격리 구조에 관해 설명한다.
도 4는 배터리 모듈(100)이 배터리 팩(10)에 수용되는 모습을 설명하기 위한 예시도이다. 도 5는 배터리 모듈(100)에 포함되는 엔드 플레이트(300)의 사시도이다. 도 6은 도 2의 I-I' 부분에 따른 단면도이며, 도 7은 도 2의 II-II' 부분에 따른 단면도이다. 도 4 내지 도 7에서 설명되는 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩(10)은 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명된 배터리 모듈(100) 및 배터리 팩(10)과 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
배터리 모듈(100)은 팩 하우징(700)의 내부 공간(R)에 안착될 수 있다. 예를 들어, 팩 하우징(700)은 지지 프레임(720)에 의해 구획되는 하나 이상의 내부 공간(R)을 가질 수 있으며, 각 내부 공간(R)에 하나 이상의 배터리 모듈(100)이 수용될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 팩 하우징(700)의 하부 프레임(710)과 결속될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)은 제1 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 교대로 적층된 서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300)를 포함할 수 있으며, 제1 체결 부재(510)가 제1 방향(Z축 방향)과 수직한 제3 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 엔드 플레이트(300)를 관통하여 하부 프레임(710)에 체결됨으로써 배터리 모듈(100)이 하부 프레임(710)에 고정될 수 있다. 하부 프레임(710)에 안착된 배터리 모듈(100)은 지지 프레임(720)과 제1 방향(Z축 방향)과 수직한 제2 방향(예를 들어, X축 방향)으로 대향할 수 있다.
배터리 모듈(100)에서 지지 프레임(720)과 마주보는 면에는 벤팅 홀(230)이 배치될 수 있다.
지지 프레임(720)에는 벤팅 통로(722)가 형성될 수 있다. 벤팅 통로(722)는 가스나 미세한 파티클들이 유동할 수 있는 유로일 수 있다. 예를 들어, 벤팅 통로(722)는 사이드 프레임(720a)이나 격벽 프레임(720b)의 내부에서 제1 방향(Z축 방향)으로 연장되는 관형 유로일 수 있다. 벤팅 통로(722)는 지지 프레임(720)의 높이 방향(예를 들어, 도 4의 Y축 방향)으로 단층 또는 복층인 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6의 단면도를 참고하면, 벤팅 통로(722)는 3개의 층으로 나뉘어 형성될 수 있다. 이 경우, 각 층은 서로 연통되거나, 혹은 서로 연통되지 않도록 구성될 수 있다. 다만, 벤팅 통로(722)의 구체적인 형상이나 경로는 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 팩 하우징(700)의 내부 공간(R)으로부터 배출구(760)까지 이어지는 유로이기만 하면 어떠한 형상으로도 제공될 수 있다.
도 4를 참고하여 계속 설명한다. 벤팅 통로(722)가 지지 프레임(720)의 내부에 형성되는 경우, 벤팅 통로(722)는 개구부(723)를 통해 배터리 팩(10) 내부 공간(R)과 연통될 수 있다. 개구부(723)는 배터리 모듈(100)의 벤팅 홀(230)과 마주보게 배치될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 홀(230)은 지지 프레임(720)에 배치되는 개구부(723)와 제2 방향(X축 방향)으로 대향할 수 있다. 이에 따라 벤팅 홀(230)에서 방출되는 가스나 파티클은 개구부(723)를 통해 벤팅 통로(722)로 유입될 수 있다. 도면에 도시되지는 않으나, 개구부(723)에는 화염을 감소시킬 수 있는 화염 방지 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 화염 방지 부재(미도시)는 한 겹 이상의 메시(Mesh) 부재를 포함할 수 있다. 벤팅 홀(230)에서 방출된 고온의 가스나 화염은 화염 방지 부재(미도시)를 통과하면서 온도가 감소할 수 있으며, 이에 따라 화염의 규모나 강도가 줄어들거나 또는 화염이 제거될 수 있다. 벤팅 통로(722)로 유입된 가스나 파티클은 벤팅 통로(722)를 따라 흐르면서 열 에너지나 운동 에너지가 점차 낮아져 팩 하우징(700)의 배출구(760)를 통해 배터리 팩(10) 외부로 안전하게 배출될 수 있다.
배터리 모듈(100)이 정확한 위치에 조립될 수 있도록, 팩 하우징(700)에는 배터리 모듈(100)에 삽입되는 가이드 블록(721)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 팩 하우징(700)의 사이드 프레임(720a) 및 격벽 프레임(720b)에는 각각 배터리 팩(10)의 내부 공간(R)을 향해 돌출되는 복수의 가이드 블록(721)이 배치될 수 있으며, 배터리 모듈(100)에는 가이드 블록(721)이 삽입되는 삽입 홈(310)이 배치될 수 있다.
삽입 홈(310)은 배터리 모듈(100)의 엔드 플레이트(300)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(300)의 제2 방향(X축 방향) 양 단부에는 제2 방향(X축 방향)으로 함몰된 형상의 삽입 홈(310)이 배치될 수 있다. 삽입 홈(310)은 가이드 블록(721)의 수에 대응하여 복수 개가 제1 방향(Z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.
삽입 홈(310)과 벤팅 홀(230)은 배터리 모듈(100)의 적어도 일측에서 제1 방향(Z축 방향)으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방향(Z축 방향)으로 이격된 복수의 삽입 홈(310)들 사이에는 벤팅 홀(230)이 배치될 수 있다.
가이드 블록(721)은 배터리 모듈(100)이 정확한 위치에 조립될 수 있도록 가이드할 수 있다. 예를 들어, 제작자는 배터리 모듈(100)을 팩 하우징(700)에 안착시키는 과정에서, 가이드 블록(721)이 삽입 홈(310)에 삽입되도록 하여, 배터리 모듈(100)을 정확한 위치에 안착시킬 수 있다.
팩 하우징(700)의 내부 공간(R)에 수용된 배터리 모듈(100)과 지지 프레임(720) 사이에는 틈새가 존재할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)이 안전하게 삽입될 수 있도록, 배터리 모듈(100)의 제2 방향(X축 방향)의 길이는 팩 하우징(700)의 내부 공간(R)의 제2 방향(X축 방향)의 너비보다 좀 더 작게 구성될 수 있다. 또는 제작 상의 공차 등에 의해서도 배터리 모듈(100)과 지지 프레임(720) 사이에 틈새가 존재할 수 있다. 가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)에 삽입되어 이러한 틈새를 커버할 수 있다. 이에 따라 엔드 플레이트(300)에서 지지 프레임(720)까지 이어지는 격리 구조가 형성될 수 있다. 이하에서는 가이드 블록(721)에 관해 상세히 설명한다.
가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)에서 내부 공간(R)을 향해 돌출될 수 있다. 또는 가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)에서 배터리 모듈(100)을 향해 돌출될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(720) 중 사이드 프레임(720a)이 하부 프레임(710)의 가장자리에서 제1 방향(Z축 방향)으로 연장된다고 할 때, 가이드 블록(721)은 사이드 프레임(720a)에서 제1 방향과 수직한 제2 방향(X축 방향)으로 내부 공간(R)을 향해 돌출될 수 있다.
복수의 가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)에서 제1 방향(Z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 여기서 제1 방향(Z축 방향)은 배터리 모듈(100)에 포함되는 배터리 셀들(210)이 적층된 방향과 동일일 수 있다. 복수의 가이드 블록(721)들 사이에는 지지 프레임(720)의 개구부(723)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드 블록(721)과 개구부(723)는 지지 프레임(720)에서 내부 공간(R)을 향하는 면에 제1 방향(Z축 방향)으로 교대로 배치될 수 있다.
어느 두 가이드 블록(721) 사이에 배치되는 개구부(723)의 수는 다양할 수 있다. 도 4에서는 이웃하는 두 가이드 블록(721) 사이에 하나의 개구부(723)가 배치된 모습을 나타내지만, 이는 예시일 뿐이며, 이웃하는 두 가이드 블록(721) 사이에 복수의 개구부(723)가 배치될 수도 있다.
도 4에는 어느 한 지지 프레임(예를 들어, 사이드 프레임(420))에 4 개의 가이드 블록(721)이 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 가이드 블록(721)은 수량은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 가이드 블록(721)은 어느 한 지지 프레임에 1 개 내지 3개 또는 5개 이상 배치될 수도 있다. 가이드 블록(721)이 1개 배치되는 경우, 가이드 블록(721)은 제1 방향(Z축 방향)으로 이격되는 두 개구부(723) 사이에 배치될 수 있다.
가이드 블록(721)은 서로 마주보는 두 지지 프레임(720)에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 사이드 프레임(720a)과 격벽 프레임(720b)에는 서로 마주보는 방향으로 돌출되는 가이드 블록(721)이 배치될 수 있다. 사이드 프레임(720a)에서 제1 방향(Z축 방향)으로 이격되는 복수의 가이드 블록(721)들과 격벽 프레임(720b)에서 제1 방향으로 이격되는 복수의 가이드 블록(721)들은 서로 제1 방향(Z축 방향)과 수직한 제2 방향(X축 방향)으로 마주볼 수 있다. 즉, 팩 하우징(700)에는 제2 방향(X축 방향)으로 마주보는 한 쌍의 가이드 블록(721)이 제1 방향(Z축 방향)으로 이격되어 복수 개 배치될 수 있다. 제2 방향(X축 방향)으로 마주보는 한 쌍의 가이드 블록(721)은 배터리 모듈(100)의 서로 반대되는 면에 삽입될 수 있다.
가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)과 일체로 형성될 수 있다. 또는 가이드 블록(721)은 별도의 부재로 형성되어, 지지 프레임(720)에 결합될 수 있다. 가이드 블록(721)이 별도의 부재로 제공되는 경우, 가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)에 용접되어 결합될 수 있다. 이 경우, 레이져 용접을 비롯한 다양항 용접 방법이 적용될 수 있다.
가이드 블록(721)은 배터리 모듈(100)의 엔드 플레이트(300)에 삽입될 수 있다.
도 5를 참고하면, 엔드 플레이트(300)는 양 단부에 가이드 블록(721)이 삽입될 수 있는 삽입 홈(310)을 가진 파티션 형상의 부재일 수 있다. 다만, 엔드 플레이트(300)의 구체적인 형상은 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
엔드 플레이트(300)는 제1 방향(Z축 방향)으로 서브 모듈(200)과 마주볼 수 있으며, 제2 방향(X축 방향) 양 단부에 삽입 홈(310)을 가질 수 있다. 삽입 홈(310)은 엔드 플레이트(300)의 단부에서 제2 방향으로 함몰된 홈의 형상을 가질 수 있다.
삽입 홈(310)에는 접촉 돌기(미도시)가 배치될 수 있다. 접촉 돌기(미도시)는 가이드 블록(721)과 접촉되어, 가이드 블록(721)과 삽입 홈(310)의 결합 강도를 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 접촉 돌기(미도시)는 삽입 홈(310)의 서로 마주보는 면에서 각각 돌출되는 돌기의 형상으로 제공될 수 있다. 접촉 돌기(미도시)는 복수 개가 제3 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 접촉 돌기(미도시)는 삽입 홈(310)에 삽입된 가이드 블록(721)을 가압하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 엔드 플레이트(300)와 가이드 블록(721)의 결합 강도가 더욱 증가할 수 있다. 다만, 접촉 돌기(미도시)는 생략될 수 있다. 예를 들어, 삽입 홈(310)은 접촉 돌기(미도시) 없이 평탄한 면을 가지도록 구성될 수도 있다.
엔드 플레이트(300)는 이웃하는 두 서브 모듈(예를 들어, 도 3 및 도 4의 200) 사이에 배치되어, 서브 모듈(도 3 및 도 4의 200) 사이에 열 전파가 이루어지는 것을 방해하거나 차단할 수 있다. 열 차단율을 높이기 위해, 엔드 플레이트(300)의 적어도 일부 면에는 단열 부재(320)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(300)의 양 면에는 단열 부재(320)가 배치될 수 있다.
단열 부재(320)는 엔드 플레이트(300)와 서브 모듈(도 3 및 도 4의 200) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(320)의 일면은 엔드 플레이트(300)와 마주볼 수 있으며, 일면과 반대되는 타면은 서브 모듈(도 3 및 도 4의 200)과 마주볼 수 있다.
단열 부재(320)는 바인더 등의 접착 재료에 의해 엔드 플레이트(300)에 접착될 수 있다. 다만, 단열 부재(320)와 엔드 플레이트(300)의 결합 방식은 상술한 바에 한정되지는 않으며, 양 구성을 서로 고정시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 가능하다.
단열 부재(320)는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내열성은 섭씨 600도 이상의 온도에서도 용융되지 않고 형상이 변하지 않는 성질을 의미할 수 있으며, 단열성은 열 전도도가 1.0W/mK 이하인 성질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(320)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 운모(Mica), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다. 다만, 단열 부재(320)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(210)의 열 폭주 상황에서 그 형상을 유지하고, 인접한 다른 배터리 셀(210)에 열이나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다. 다만, 실시예들의 배터리 모듈(예를 들어, 도 2 내지 도 4의 100)에 있어서, 상술한 단열 부재(320)는 생략될 수도 있다.
엔드 플레이트(300)는 배터리 모듈(100)이 팩 하우징(700)에 결합되는 체결 영역으로 활용됨과 동시에, 서브 모듈(200) 사이에 열 전파가 이루어지는 것을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
서브 모듈(200)에서 방출된 가스나 파티클은 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이의 틈새로 빠져나갈 위험이 있다. 가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)와 결합하여 이러한 틈새를 막으며, 가스나 파티클이 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이로 빠져나가지 않도록 차단할 수 있다.
도 6을 참고하면, 하부 프레임(710)에 체결되는 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이에 이격 공간(P)이 형성될 수 있다. 가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)에 삽입되어, 이격 공간(P)의 적어도 일부를 메울 수 있다. 가이드 블록(721)은 이격 공간(P)으로 유입되는 가스나 파티클을 차단할 수 있다.
가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)에 삽입되어, 엔드 플레이트(300)에서 지지 프레임(720)까지 이어지는 일종의 격벽 구조를 형성할 수 있다. 이러한 격벽 구조에 의해, 어느 한 서브 모듈(200)에서 방출되는 가스나 파티클이 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이의 이격 공간(P)을 통해 다른 서브 모듈(200)로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
가이드 블록(721)에 의해 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이의 이격 공간(P)의 적어도 일부가 메워지므로, 어느 한 서브 모듈(200)에서 방출되는 가스나 파티클은 지지 프레임(720)의 벤팅 통로(722)로 집중적으로 유입될 수 있다.
엔드 플레이트(300)에 가이드 블록(721)이 쉽게 삽입될 수 있도록, 가이드 블록(721)의 적어도 일부면은 경사면으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참고하면, 제1 방향(Z축방향)으로 서로 이격되는 두 개구부(723) 사이에 배치된 가이드 블록(721)은 제1 방향(Z축방향)과 수직한 제3 방향(Y축 방향)의 양 단부에서 서로 다른 폭을 가지도록 구성될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 가이드 블록(721)의 적어도 일부 면은 제3 방향(Y축 방향)에 대해 경사지게 구성될 수 있다. 여기서 '폭'은 제1 방향(Z축방향)의 길이를 의미할 수 있다. 여기서 제1 방향(Z축방향)은 배터리 모듈(예를 들어, 도 2 내지 도 4의 100)에 포함되는 배터리 셀들(예를 들어, 도 3의 210)이 적층된 방향과 동일일 수 있다. 또한, 제3 방향(Y축 방향)은 제1 방향(Z축방향) 및 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720)이 서로 마주보는 제2 방향(X축방향)과 모두 수직한 방향일 수 있다.
배터리 모듈(도 2 내지 도 4의 100)이 하부 프레임(710)에 안착되는 구조에 있어서, 가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)의 삽입 홈(310)에 용이하게 삽입되기 위해 상측(예를 들어, Y축 양의 방향) 단부의 폭(D1)이 하측(예를 들어, Y축 음의 방향) 단부의 폭(D2)보다 더 좁게 형성될 수 있다. 가이드 블록(721)은 상대적으로 더 좁은 상측 단부를 통해 엔드 플레이트(300)의 삽입 홈(310)에 쉽게 진입할 수 있다. 가이드 블록(721)이 삽입 홈(310)에 진입한 후, 배터리 모듈(도 2 내지 도 4의 100)은 가이드 블록(721)의 경사면을 타고 내려오면서 정확한 위치에 안착 될 수 있다.
다만, 가이드 블록(721)의 구체적인 형상은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가이드 블록(721)은 경사면을 가지지 않고, 사각형의 단면을 가질 수도 있다. 가이드 블록(721)은 삽입 홈(310)에 삽입될 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로도 구성될 수 있다.
가이드 블록(721)이 엔드 플레이트(300)에 삽입됨에 따라, 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이의 틈새를 통해 가스나 파티클이 빠져 나가는 것을 차단하는 격리 구조가 형성될 수 있다. 따라서 배터리 모듈(도 2 내지 도 4의 100)의 어느 일 부분에서 발생된 가스나 파티클은 지지 프레임(720)의 벤팅 통로(722)로 집중적으로 유입될 수 있다.
이하에서는 도 8을 참고하여, 이러한 격리 구조에 의해 형성되는 배터리 팩(10) 내부의 가스 또는 파티클의 유동을 설명한다.
도 8은 배터리 팩(10)의 격리 구조를 설명하기 위한 예시도이다. 도 8에서 설명되는 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩(10)은 앞서 도 1 내지 도 7에서 설명된 배터리 모듈(100) 및 배터리 팩(10)과 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
열 폭주 상황에서, 서브 모듈(200) 내부에서 발생된 가스 또는 연소 파티클은 팩 하우징(700)을 향해 방출될 수 있다. 서브 모듈(200)로부터 방출된 가스 또는 연소 파티클은 지지 프레임(720)에 형성되는 벤팅 통로(722)로 유입될 수 있으며, 벤팅 통로(722)를 따라 흘러 배출구(760)를 통해 배터리 팩(10) 외부로 배출될 수 있다.
벤팅 통로(722)는 지지 프레임(720)의 길이 방향(예를 들어, Z축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 사이드 프레임(720a) 및 격벽 프레임(720b)의 내부에는 제1 방향(Z축 방향)으로 연장되는 벤팅 통로(722)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅 통로(722)는 지지 프레임(720) 내부에서 제1 방향(Z축 방향)으로 관통된 중공 형상으로 제공될 수 있으며, 제2 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 단층 또는 복층인 구조를 가질 수 있다.
벤팅 통로(722)는 지지 프레임(720)의 개구부(예를 들어, 도 2 및 도 4의 723)를 통해 배터리 팩(10)의 내부 공간(R)과 연통될 수 있다. 개구부(723)는 서브 모듈(200)과 마주보게 배치될 수 있다. 배터리 모듈(100)의 서브 모듈(200)과 엔드 플레이트(300)가 제1 방향(Z축 방향)으로 교대로 배열되는 경우, 개구부(도 2 및 도 4의 723)는 지지 프레임(720)에서 서브 모듈(200)과 제2 방향(X축 방향)으로 마주보는 면에 배치될 수 있다. 서브 모듈(200)에서 분출되는 가스 또는 연소 파티클은 개구부(도 2 및 도 4의 723)를 통해 벤팅 통로(722)로 유입될 수 있다.
배터리 모듈(100)과 지지 프레임(720) 사이에는 소정의 이격 공간(예를 들어, 도 6의 P)이 형성될 수 있으며, 이 이격 공간을 따라 어느 한 서브 모듈(200)에서 발생된 가스나 파티클이 유동할 수 있다. 가이드 블록(721)은 이러한 이격 공간(도 6의 P)을 가로질러 구획할 수 있다. 예를 들어, 가이드 블록(721)은 지지 프레임(720)에서 배터리 모듈(100)을 향하는 방향으로 돌출되어 배터리 모듈(100)의 엔드 플레이트(300)에 삽입될 수 있다. 엔드 플레이트(300)에는 가이드 블록(721)이 삽입될 수 있는 삽입 홈(310)이 배치될 수 있다. 엔드 플레이트(300)의 삽입 홈(310)과 가이드 블록(721)은 요철 형상의 결합 구조를 이룰 수 있다.
가이드 블록(721)은 엔드 플레이트(300)와 지지 프레임(720) 사이의 간격을 메워, 어느 한 서브 모듈(200)에서 발생된 가스나 파티클이 인접한 다른 서브 모듈(200)로 흘러 나가는 것을 차단할 수 있다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 어느 한 서브 모듈(200)에서 발생되는 가스나 파티클은 지지 프레임(720)의 벤팅 통로(722)에 집중적으로 유입될 수 있으며, 이웃한 다른 서브 모듈(200)로 넘어가지 않을 수 있다.
가이드 블록(721)과 엔드 플레이트(300)가 형성하는 격리 구조에 의해, 어느 한 서브 모듈(200)에서 발생되는 가스나 파티클이 인접한 다른 서브 모듈(200)로 흘러 들어 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(100) 내부에서 연쇄적 열 폭주 또는 발화가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100)에서 발생되는 가스나 파티클이 팩 하우징(700) 내부에 오래 머무르지 않고, 벤팅 통로(722)를 통해 신속하게 흘러 나갈 수 있으므로, 배터리 팩(10)의 내부 온도가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가이드 블록(721)을 통해 배터리 모듈(100)을 정확한 위치에 신속하게 배치시킬 수 있으므로, 배터리 팩(10)의 제작 효율이 증대될 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
10... 배터리 팩 100... 배터리 모듈
200... 서브 모듈 300... 엔드 플레이트
310... 삽입 홈 320... 단열 부재
700... 팩 하우징 710... 하부 프레임
720... 지지 프레임 720a... 사이드 프레임
720b... 격벽 프레임 721... 가이드 블록
722... 벤팅 통로 723... 개구부
740... 냉각 부재 750... 커버 프레임

Claims (16)

  1. 내부 공간을 갖는 팩 하우징; 및
    복수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 팩 하우징은
    상기 배터리 모듈의 적어도 일측에 대향하며 벤팅 통로가 형성된 지지 프레임을 포함하고,
    상기 지지 프레임은
    상기 배터리 모듈에 삽입되는 복수의 가이드 블록; 및
    상기 복수의 가이드 블록 사이에 배치되며, 상기 벤팅 통로 및 상기 내부 공간과 연통되는 개구부를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 일부는 제1 방향으로 적층되며,
    상기 복수의 가이드 블록은 상기 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되는 배터리 팩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 가이드 블록 중 적어도 하나는 상기 지지 프레임으로부터 상기 배터리 모듈을 향하는 제2 방향으로 돌출되며,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직한 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 가이드 블록 중 적어도 하나의 상기 제1 방향의 길이는 제3 방향의 양 단부에서 서로 다르며,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 모두 수직한 배터리 팩.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 벤팅 통로는 상기 지지 프레임의 내부에서 상기 제1 방향으로 연장되는 배터리 팩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 복수의 가이드 블록이 삽입되는 복수의 삽입 홈을 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 복수의 삽입 홈 사이에 배치되며 상기 개구부와 대향하는 벤팅 홀을 더 포함하는 배터리 팩.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 복수의 배터리 셀과 대향하는 하나 이상의 엔드 플레이트를 더 포함하며,
    상기 삽입 홈은 상기 하나 이상의 엔드 플레이트의 적어도 일측 단부에 배치되는 배터리 팩.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 일부가 제1 방향으로 적층된 서브 모듈을 복수 개 포함하며,
    복수의 상기 서브 모듈과 상기 하나 이상의 엔드 플레이트는 상기 제1 방향으로 교대로 배치되는 배터리 팩.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 하나 이상의 엔드 플레이트와 상기 서브 모듈 사이에 배치되는 단열 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 단열 부재는 운모(Mica), 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 엔드 플레이트와 상기 팩 하우징을 체결하는 체결 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 체결 부재는 상기 하나 이상의 엔드 플레이트를 상기 제1 방향과 수직한 방향으로 관통하여 상기 팩 하우징에 체결되는 배터리 팩.
  14. 제1 방향으로 나란히 배치되는 복수의 서브 모듈을 포함하는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈이 수용되는 내부 공간을 갖는 팩 하우징을 포함하고,
    상기 팩 하우징은
    상기 배터리 모듈의 적어도 일측에 대향하며 벤팅 통로가 형성된 지지 프레임을 포함하고,
    상기 지지 프레임은
    상기 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되며, 상기 벤팅 통로 및 상기 내부 공간과 연통되는 복수의 개구부; 및
    상기 복수의 개구부 사이에 배치되며, 상기 배터리 모듈에 삽입되는 하나 이상의 가이드 블록을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가이드 블록과 상기 복수의 개구부는 상기 제1 방향으로 교대로 배치되는 배터리 팩.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나와 상기 제1 방향으로 대향하며, 상기 하나 이상의 가이드 블록이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 엔드 플레이트를 더 포함하는 배터리 팩.
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