KR20230146306A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

Abstract

열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징 및 상기 팩 하우징에 결합되어 상기 배터리 모듈의 상부를 감싸도록 구성된 보강부재를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY PACK AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

최근, 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 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 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, 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.

여기서, 파우치형 이차전지의 파우치는 하부 시트와 이를 덮는 상부 시트로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 파우치에는 양극 및 음극과 세퍼레이터가 적층 권취되어 형성된 전극조립체가 수납된다. 그리고, 상기 전극조립체를 수납한 다음 상부 시트와 하부 시트의 가장자리를 열융착 등에 의해 실링하게 된다. 또한, 각 전극에서 인출된 전극탭이 전극 리드에 결합되고, 상기 전극 리드에는 실링부와 접촉한 부분에 절연 필름이 부가될 수 있다.

이처럼, 파우치형 이차전지는 다양한 형태로 구성할 수 있는 융통성을 가질 수 있다. 또한, 파우치형 이차전지는 보다 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.

이러한 상기 리튬 이차전지는, 고전압 및 고전류를 제공할 수 있도록 여러 개의 배터리 셀들을 그 자체 또는 카트리지 등에 장착한 상태로 중첩 내지 적층해 밀집 구조로 만든 후, 이를 전기적으로 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩으로 이용이 되고 있다.

이러한 배터리 팩 구성에 있어서, 대표적으로 중요한 문제 중 하나는 안전성이다. 특히, 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀 중, 어느 하나의 배터리 셀에서 열적 이벤트가 발생한 경우, 이러한 이벤트가 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 셀 간 열적 전파가 제대로 억제되지 못하면, 이는 배터리 팩에 포함된 다른 배터리 셀의 열적 이벤트로 이어져, 배터리 팩의 발화나 폭발 등, 보다 큰 문제를 야기할 수 있다. 더욱이, 배터리 팩에서 발생한 발화나 폭발은, 주변의 인명이나 재산 상 큰 피해를 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 배터리 팩의 경우, 전술한 열적 이벤트를 적절하게 제어할 수 있는 구성이 요구된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열적 이벤트가 발생한 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징 및 상기 팩 하우징에 결합되어 상기 배터리 모듈의 상부를 감싸도록 구성된 보강부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은, 상기 배터리 모듈의 전후 방향에서의 양측을 지지하도록 구성되고, 상부에 상기 보강부재가 결합되는 지지 프레임을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보강부재는, 상기 지지 프레임의 상부에 밀착 결합되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 지지 프레임은 상기 팩 하우징 내부에 복수의 분할 공간을 형성하고, 상기 배터리 모듈은 복수 개로 구비되어 상기 각각의 분할 공간에 수용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈의 상부에 배치되고, 상기 셀 어셈블리의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성된 차단부재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차단부재는, 상기 배터리 모듈의 상부와 상기 보강부재 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은, 상기 팩 하우징의 측면을 구성하는 사이드 프레임 및 상기 사이드 프레임의 상부에 결합되고, 상기 보강부재의 상부에 배치되는 팩 커버를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 배터리 팩은, 상기 지지 프레임과 상기 배터리 모듈 사이에 배치되고, 상기 셀 어셈블리의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성된 차단부재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은, 상기 배터리 모듈의 좌우 방향에서의 양측을 지지하도록 구성되고, 상부에 상기 보강부재가 결합되는 엔드 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 팩 하우징에 화염 및 벤팅 가스 확산 방지를 위한 보강부재 구성이 결합되어 배터리 모듈을 감싸도록 구성되므로, 인접한 배터리 모듈로의 화염 및 벤팅 가스 확산이 지연될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 보강부재 구성에 의해 화염 및 벤팅 가스의 확산이 지연되므로, 배터리 팩의 구조적 안정성이 강화될 수 있다.

이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.

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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩에 구비된 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 배터리 팩에 구비된 보강부재를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 배터리 팩에 보강부재가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 A-A' 방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 배터리 팩에 구비된 보강부재를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9의 배터리 팩에 보강부재가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 배터리 팩의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 12의 배터리 팩에 보강부재가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.

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 팩(10)을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩(10)의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 배터리 팩(10)에 구비된 배터리 모듈(100)을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 배터리 팩(10)에 구비된 보강부재(500)를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 2의 배터리 팩(10)에 보강부재(500)가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향을 의미할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈(100), 팩 하우징(300) 및 보강부재(500)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 모듈(100)은, 셀 어셈블리(120) 및 모듈 케이스(140)를 포함할 수 있다.

상기 셀 어셈블리(120)는, 다수의 배터리 셀(122)들을 포함할 수 있다. 여기서 각각의 배터리 셀(122)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 상기 각각의 배터리 셀(122)은, 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 마련될 수 있다. 일례로서, 상기 각각의 배터리 셀(122)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(122)은, 일 방향(예: 전후 방향)에 대해 적층되게 배열될 수 있다.

상기 모듈 케이스(140)는, 상기 셀 어셈블리(120)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(140)에는 상기 셀 어셈블리(120)를 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다.

이러한 상기 배터리 모듈(100)은, 배터리 팩(10) 내에 하나로 구비될 수도 있고, 둘 이상의 복수 개로 구비될 수도 있다.

상기 팩 하우징(300)은, 상기 배터리 모듈(100)을 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 하우징(300)에는 상기 배터리 모듈(100)을 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다.

상기 보강부재(500)는, 강성이 강한 금속 재질로 구성될 수 있다. 이러한 상기 보강부재(500)는, 상기 팩 하우징(300)에 결합되어 상기 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 보강부재(500)는, 상기 팩 하우징(300) 내의 모든 배터리 모듈(100)들의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 보강부재(500)는, 상기 팩 하우징(300) 내의 배터리 모듈(100)의 크기나 개수 등에 따라 다수 개로 구비되어, 각각 하나의 배터리 모듈(100)의 상부 또는 둘 이상의 배터리 모듈(100)의 상부들을 감싸도록 구성될 수 있다.

본 발명과 같은 배터리 팩(10)에서는, 상기 셀 어셈블리(120) 내부에 있는 특정 배터리 셀(122)에서 열 폭주 현상과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 셀(122)에서 발생된 열 폭주 현상에 따라 화염이나 스파크 등이 발생하게 되면, 특정 배터리 모듈(100)과 인접한 다른 배터리 모듈(100)로 화염이나 스파크 등이 전이될 위험성이 있다.

또한, 상기 셀 어셈블리(120)의 열 폭주 시, 일부 배터리 셀(122)로부터 고온의 벤팅 가스가 발생될 수 있다. 이러한 고온의 벤팅 가스가 인접한 다른 배터리 모듈(100)에 전달되는 경우, 다수의 배터리 모듈(100)들의 동시다발적 발화 및 배터리 팩(10) 외부로의 화염 전이 가능성이 높아지는 위험성이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 보강부재(500)는, 전술한 바와 같이 상기 팩 하우징(300)에 결합되어 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 상기 배터리 모듈(100)에서 발생된 상기 화염 및 벤팅 가스는, 팩 하우징(300) 및 보강부재(500)에 의해 외부로 확산되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 팩 하우징(300)에 화염 및 벤팅 가스 확산 방지를 위한 보강부재(500) 구성이 결합되어 배터리 모듈(100)을 감싸도록 구성되므로, 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스 확산이 지연될 수 있다.

또한, 전술한 보강부재(500) 구성에 의해 화염 및 벤팅 가스의 확산이 지연되므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성이 강화될 수 있다.

이하, 전술한 팩 하우징(300) 및 보강부재(500)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴본다.

도 6은 도 1의 A-A' 방향 단면도이다. 이 때, 상기 도 6은 도 1의 도 1의 배터리 팩(10)을 A-A'선을 기준으로 XZ평면에 대해 단면처리하여 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 팩 하우징(300)은 지지 프레임(320)을 포함할 수 있다.

상기 지지 프레임(320)은, 상기 배터리 모듈(100)의 전후 방향에서의 양측을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 지지 프레임(320)의 상부에는, 상기 보강부재(500)가 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 지지 프레임(320)은, 상기 배터리 모듈(100)의 좌우 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

이 때, 상기 보강부재(500)는, 별도의 체결부재(B, 예: 볼트)를 통해 지지 프레임(320)에 단단히 조립될 수 있다.

한편, 상기 지지 프레임(320)은, 상기 배터리 모듈(100)의 스웰링 현상 발생 시, 상기 셀 어셈블리(120)의 전면 및 후면을 안정적으로 가압할 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(100)에서 야기될 수 있는 스웰링 현상이 효과적으로 억제될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 양측을 지지하는 지지 프레임(320)의 상부에 보강부재(500) 구성이 결합되므로, 상기 배터리 모듈(100)이 보다 더 확실히 밀폐되어 특정 배터리 모듈(100)의 열 이벤트 발생 시 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스 확산이 지연될 수 있을 뿐 아니라, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성이 더욱더 확보될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 보강부재(500)는, 바디부(520) 및 결합부(540)를 포함할 수 있다.

상기 바디부(520)는, 전술한 배터리 모듈(100)의 상부에 배치될 수 있다.

이 때, 상기 바디부(520)는, 상기 배터리 모듈(100)과 상하 방향에 대해 이격되어 나란히 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 바디부(520)는, 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염 및 벤팅 가스의 상측 방향으로의 확산을 방지할 수 있다.

상기 결합부(540)는, 상기 바디부(520)의 양측에 형성되고, 상기 지지 프레임(320)의 상부에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 결합부(540)는, 상기 바디부(520)의 양 단부로부터 상하 방향으로 연장되어 형성되며, 상기 배터리 모듈(100)의 상부 측면을 감쌀 수 있다.

즉, 상기 결합부(540)는, 상기 지지 프레임(320)에 의해 지지되지 않는 상기 배터리 모듈(100)의 상부 측면을 감싸도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 결합부(540)는 플랜지부(542)를 더 포함할 수 있다. 상기 플랜지부(542)는, 상기 결합부(540)의 단부로부터 수평방향으로 연장되어 형성되고, 상기 지지 프레임(320)의 상부에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 플랜지부(542)는, 전술한 체결부재(B)를 통해 상기 지지 프레임(320)의 상부에 결합될 수 있다.

이에 따라, 상기 보강부재(500)는, 상기 지지 프레임(320)의 상부에 밀착 결합되도록 구성될 수 있고, 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염 및 벤팅 가스의 측면 방향으로의 확산을 방지할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 보강부재(500)와 지지 프레임(320) 간의 결합이 보다 안정적으로 이루어지므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다.

또한, 보강부재(500)를 통해 배터리 모듈(100)의 상부를 안정적으로 감쌀 수 있으므로, 특정 배터리 모듈(100)의 열 이벤트 발생 시 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스 확산을 효과적으로 지연시킬 수 있다.

도 1 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 지지 프레임(320)은, 상기 팩 하우징(300) 내부에 복수의 분할 공간을 형성할 수 있다.

또한, 상기 배터리 모듈(100)은, 복수 개로 구비되어 상기 각각의 분할 공간에 수용될 수 있다. 이 때, 상기 보강부재(500) 또한 복수 개로 구비되어 각각의 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 보강부재(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이 예시적으로, 둘 이상의 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 지지 프레임(320)에 의해 형성된 복수의 분할 공간에 배터리 모듈(100)이 각각 독립되게 수용되므로, 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스의 확산을 보다 더 효과적으로 지연시킬 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 차단부재(700)를 더 포함할 수 있다.

상기 차단부재(700)는, 상기 배터리 모듈(100)의 상부에 배치되고, 상기 셀 어셈블리(120)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 상기 차단부재(700)는, 열 차단 코팅(thermal barrier coating)의 형태로 구비될 수 있다. 이를 위해, 상기 차단부재(700)에는 열 차단 코팅제가 도포되거나 부착될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 차단부재(700)는, 전술한 셀 어셈블리(120)를 내부에 수용하는 모듈 케이스(140)의 상부에 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 상기 셀 어셈블리(120)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하기 위한 차단부재(700)가 배터리 모듈(100)의 상부에 추가적으로 배치되므로, 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스의 확산을 보다 더 효과적으로 지연시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 배터리 팩(10)의 일부 조립 순서는 다음과 같다.

먼저, 팩 하우징(300) 내부에 배터리 모듈(100)이 지지 프레임(320) 사이에 위치하도록 배치한다.

다음으로, 차단부재(700)를 배터리 모듈(100)의 상부에 배치한다.

다음으로, 보강부재(500)를 지지 프레임(320)의 상부에 체결부재(B)를 통해 결합한다. 이 때, 상기 보강부재(500)는, 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다.

이와 같은 배터리 팩(10)의 조립 과정에서, 전술한 차단부재(700)는 상기 배터리 모듈(100)의 상부와 상기 보강부재(500) 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 상부에 배치된 차단부재(700)를 통해 1차적으로 화염 및 벤팅 가스의 배출을 지연시키고, 차단부재(700)의 상부에 배치된 보강부재(500)를 통해 2차적으로 화염 및 벤팅 가스의 배출을 지연시킬 수 있으므로, 보다 효과적인 화염 및 벤팅 가스 확산의 지연이 가능하다.

또한, 차단부재(700)에 의해 1차적으로 화염 및 벤팅 가스의 배출 지연이 이루어지므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다.

도 1 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 팩 하우징(300)은, 사이드 프레임(340), 팩 커버(360) 및 베이스 프레임(380)을 더 포함할 수 있다.

상기 사이드 프레임(340)은, 상기 팩 하우징(300)의 측면을 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 사이드 프레임(340)은 상기 배터리 모듈(100)의 전후 방향 및 좌우 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 이 때, 전술한 지지 프레임(320)은, 상기 배터리 모듈(100)의 좌우 방향에 대해 상기 사이드 프레임(340)과 결합될 수 있다.

상기 팩 커버(360)는, 상기 사이드 프레임(340)의 상부에 결합되고, 상기 보강부재(500)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 이러한 상기 팩 커버(360)는, 팩 하우징(300) 내부에 수용된 배터리 모듈(100)의 상부를 커버할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 보강부재(500)에 의해 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염 및 벤팅 가스의 배출 지연이 이루어지므로, 보강부재(500)의 상부에 배치된 팩 커버(360)의 변형이 방지될 수 있다.

또한, 보강부재(500)에 의해 팩 커버(360)의 변형이 방지되므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다.

상기 베이스 프레임(380)은, 상기 지지 프레임(320), 사이드 프레임(340)에 결합되고, 상기 팩 하우징(300)의 하부를 구성할 수 있다. 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 배터리 모듈(100)과 상기 베이스 프레임(380) 사이에는 열전달 물질이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(100)로부터 발생된 열이 베이스 프레임(380)을 통해 외부로 용이하게 전달될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩(12)을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(12)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 7을 참조하면, 상기 배터리 팩(12)은, 배터리 모듈(100), 팩 하우징(300) 및 보강 유닛(500)을 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(12)은, 단일의 배터리 모듈(100)을 팩 하우징(300) 내부에 수용할 수도 있다.

상기 보강부재(500)는, 상기 팩 하우징(300)에 결합되어 상기 단일의 배터리 모듈(100)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩(12)은 차단부재(700)를 더 포함하며, 상기 차단부재(700)는 상기 배터리 모듈(100)의 상부에 배치되고 상기 셀 어셈블리(120)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(12)과 같이, 단일의 배터리 모듈(100)이 배치되는 경우에도, 배터리 팩(12)의 구조적 안정성 확보 및 화염 및 벤팅 가스의 배출 지연이 가능하므로, 소형의 배터리 팩에도 전술한 구조가 적용이 가능한 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩(14)을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(14)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 8을 참조하면, 상기 배터리 팩(14)은, 앞선 실시예와 달리 지지 프레임(320)과 배터리 모듈(100) 사이에 배치된 차단부재(702)를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 차단부재(702)는, 셀 어셈블리(120)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 차단부재(702)는, 상기 지지 프레임(320) 방향으로의 화염 및 벤팅 가스의 확산을 지연시킬 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩(14)은, 앞선 실시예와 마찬가지로, 상기 배터리 모듈(100)의 상부와 상기 보강부재(500) 사이에 배치되는 차단부재(700)를 포함한다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(14)의 경우, 지지 프레임(320)과 배터리 모듈(100) 사이에도 차단부재(702)가 배치되므로, 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스의 확산을 보다 더 효과적으로 지연시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩(16)을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 배터리 팩(16)에 구비된 보강부재(502)를 나타낸 도면이며, 도 11은 도 9의 배터리 팩(16)에 보강부재(502)가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(16)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 배터리 팩(16)은, 배터리 모듈(100), 팩 하우징(300) 및 보강부재(502)를 포함할 수 있다.

앞선 실시예와 달리, 본 실시예에 따른 배터리 팩(16)에서 팩 하우징(300)은, 엔드 프레임(390)을 더 포함할 수 있다.

상기 엔드 프레임(390)은, 상기 배터리 셀(122)의 적층 방향이 아닌, 상기 배터리 모듈(100)의 좌우 방향에서의 양측을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 엔드 프레임(390)의 상부에는, 보강부재(502)가 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 엔드 프레임(390)은, 상기 배터리 모듈(100)의 전후 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 특히, 상기 엔드 프레임(390)은, 전술한 지지 프레임(320)과 연결되어 형성될 수 있다.

상기 보강부재(502)는, 바디부(520) 및 결합부(540)를 포함할 수 있다.

상기 바디부(520)는, 앞선 실시예와 같이 전술한 배터리 모듈(100)의 상부에 배치될 수 있다.

이 때, 상기 바디부(520)는, 상기 배터리 모듈(100)과 상하 방향에 대해 이격되어 나란히 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 바디부(520)는, 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염 및 벤팅 가스의 상하 방향으로의 확산을 방지할 수 있다.

상기 결합부(540)는, 상기 바디부(520)의 모서리에 형성되며, 상기 지지 프레임(320) 및 상기 엔드 프레임(390)의 상부에 결합될 수 있다. 이 때, 상기 결합부(540)는, 상기 바디부(520)의 모서리로부터 상하 방향으로 연장되어 형성되며, 상기 배터리 모듈(100)의 상부 측면 전체를 감쌀 수 있다.

즉, 상기 결합부(540)는, 상기 지지 프레임(320) 및 상기 엔드 프레임(390)에 의해 지지되지 않는 상기 배터리 모듈(100)의 상부 측면 전체를 감싸도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 결합부(540)는 플랜지부(542)를 더 포함할 수 있다. 상기 플랜지부(542)는, 상기 결합부(540)의 단부로부터 수평방향으로 연장되어 형성되고, 상기 지지 프레임(320) 및 엔드 프레임(390)의 상부에 결합될 수 있다.

이에 따라, 상기 보강부재(502)는, 상기 지지 프레임(320) 및 상기 엔드 프레임(390)의 상부에 밀착 결합되도록 구성될 수 있고, 배터리 모듈(100)에서 발생된 화염 및 벤팅 가스의 측면 방향으로의 확산을 보다 더 효과적으로 지연시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(16)의 경우, 보강부재(502)가 지지 프레임(320) 뿐만 아니라 엔드 프레임(390)에도 결합되므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다. 또한, 보강부재(502)를 통해 배터리 모듈(100)의 상부 전체를 안정적으로 감쌀 수 있으므로, 인접한 배터리 모듈(100)로의 화염 및 벤팅 가스 확산을 보다 더 효과적으로 지연시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 배터리 팩(18)을 나타낸 도면이고, 도 13 및 도 14는 도 12의 배터리 팩(18)의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 12의 배터리 팩(18)에 보강부재(504)가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 상기 도 15에서 차단부재(700)의 도시는 생략하도록 한다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(18)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 12 내지 도 15를 참조하면, 상기 배터리 팩(18)은, 복수 개의 배터리 셀(122)을 포함하는 셀 모듈(110), 팩 하우징(300) 및 보강부재(504)를 포함할 수 있다.

앞선 실시예와 달리, 본 실시예에 따른 배터리 팩(18)은, 배터리 모듈(100)이 아닌 셀 모듈(110)을 포함할 수 있다.

상기 셀 모듈(110)은, 앞선 실시예의 배터리 모듈(100)과 달리, 별도의 모듈 케이스(140) 없이 각각의 배터리 셀(122)들이 팩 하우징(300)에 직접적으로 결합된 집합체일 수 있다.

상기 팩 하우징(300)은, 지지 프레임(320)을 포함할 수 있다.

상기 지지 프레임(320)은, 상기 셀 모듈(110)의 전후 방향에서의 양측을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 지지 프레임(320)의 상부에는, 상기 보강부재(500)가 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 지지 프레임(320)은, 상기 셀 모듈(110)의 좌우 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

상기 보강부재(500)는, 상기 팩 하우징(300)에 결합되어 상기 셀 모듈(110)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 보강부재(500)는, 도 12 내지 도 15에서와 같이 셀 모듈(110)의 복수 개의 배터리 셀(122)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 지지 프레임(320)은 상기 셀 모듈(110)의 전후 방향에서의 양측을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 지지 프레임(320)의 상부에는, 상기 보강부재(500)가 결합될 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩(18)은, 차단부재(700)를 더 포함할 수 있다. 상기 차단부재(700)는, 상기 셀 모듈(110)의 상부에 배치되고, 상기 셀 모듈(110)의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성될 수 있다.

한편, 도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 지지 프레임(320)은, 상기 팩 하우징(300) 내부에 복수의 분할 공간을 형성할 수 있다.

또한, 상기 셀 모듈(110)은, 복수 개로 구비되어 상기 각각의 분할 공간에 수용될 수 있다. 이 때, 상기 보강부재(504) 또한 복수 개로 구비되어 각각의 셀 모듈(110)의 상부를 감싸도록 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(18)의 경우, 복수의 배터리 셀(122)의 집합체로 구성된 셀 모듈(110)을 포함하는 경우에도, 배터리 팩(18)의 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 외부로의 화염 및 벤팅 가스의 확산을 효과적으로 지연시킬 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 팩 하우징(300)에 화염 및 벤팅 가스 확산 방지를 위한 보강부재(500, 502, 504) 구성이 결합되어 배터리 모듈(100) 또는 셀 모듈(110)을 감싸도록 구성되므로, 인접한 배터리 모듈(100) 또는 셀 모듈(110)로의 화염 및 벤팅 가스 확산이 지연될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 보강부재(500, 502, 504) 구성에 의해 화염 및 벤팅 가스의 확산이 지연되므로, 배터리 팩(10, 12, 14, 16, 18)의 구조적 안정성이 강화될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 12, 14, 16, 18)은 전술한 구성 이외에, 배터리 팩(10, 12, 14, 16, 18)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예를 들어 BMS(Battery Management System), 전류 센서 및 퓨즈 등을 더 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 12, 14, 16, 18)은 전기 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 12, 14, 16, 18)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.

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.

한편, 본 발명에서 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.

10, 12, 14, 16, 18 : 배터리 팩
100 : 배터리 모듈
120 : 셀 어셈블리
300 : 팩 하우징
320 : 지지 프레임
340 : 사이드 프레임
360 : 팩 커버
390 : 엔드 프레임
500, 502, 504 : 보강부재
700, 702 : 차단부재

Claims (10)

1. 셀 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈;
   상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징; 및
   상기 팩 하우징에 결합되어 상기 배터리 모듈의 상부를 감싸도록 구성된 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은,
   상기 배터리 모듈의 전후 방향에서의 양측을 지지하도록 구성되고, 상부에 상기 보강부재가 결합되는 지지 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 보강부재는,
   상기 지지 프레임의 상부에 밀착 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 지지 프레임은,
   상기 팩 하우징 내부에 복수의 분할 공간을 형성하고,
   상기 배터리 모듈은,
   복수 개로 구비되어 상기 각각의 분할 공간에 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 모듈의 상부에 배치되고, 상기 셀 어셈블리의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성된 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 차단부재는,
   상기 배터리 모듈의 상부와 상기 보강부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은,
   상기 팩 하우징의 측면을 구성하는 사이드 프레임; 및
   상기 사이드 프레임의 상부에 결합되고, 상기 보강부재의 상부에 배치되는 팩 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제 2항에 있어서,
   상기 지지 프레임과 상기 배터리 모듈 사이에 배치되고, 상기 셀 어셈블리의 열 폭주에 따른 화염을 차단하도록 구성된 차단부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은,
   상기 배터리 모듈의 좌우 방향에서의 양측을 지지하도록 구성되고, 상부에 상기 보강부재가 결합되는 엔드 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

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