KR20240045544A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

Abstract

에너지 밀도가 향상되고, 열적 이벤트가 발생된 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리와, 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하고, 적어도 일측에 개방부가 형성된 셀 케이스 및 상기 셀 케이스가 결합되고, 상기 개방부와 마주하는 벤팅 경로를 구비한 팩 하우징을 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 에너지 밀도가 향상되고, 열적 이벤트가 발생된 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.

하지만, 이와 같은 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 불리할 수 있다. 대표적으로, 다수의 배터리 셀을 모듈 케이스 내부에 수납하여 모듈화시키는 과정에서, 모듈 케이스 또는 적층용 프레임 등 여러 구성요소로 인해 배터리 팩의 부피가 불필요하게 증가하거나 배터리 셀이 차지하는 공간이 줄어들 수 있다. 더욱이, 모듈 케이스나 적층용 프레임 등의 구성요소 자체가 차지하는 공간은 물론이고, 이러한 구성요소들에 대한 조립 공차를 확보하기 위해 배터리 셀의 수납 공간이 줄어들 수 있다. 따라서, 종래 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도를 높이는데 한계가 생길 수 있다.

또한, 종래 배터리 팩의 경우, 조립성 측면에서도 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩을 제조하기 위해서는, 먼저 다수의 배터리 셀을 모듈화시켜 배터리 모듈을 구성한 후, 배터리 모듈을 팩 케이스에 수납하는 과정을 거치게 되므로, 배터리 팩의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 더욱이, 전술한 적층용 프레임 및 볼트, 플레이트 등을 이용하여 셀 적층체를 형성하는 공정 및 구조가 매우 복잡할 수 있다.

또한, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 모듈 케이스가 수납되고, 모듈 케이스 내부에 배터리 셀이 수납되므로, 우수한 냉각성을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. 특히, 모듈 케이스 내부에 수납된 배터리 셀들의 열을 모듈 케이스를 거쳐 팩 케이스 외부로 배출시키는 경우, 냉각 효율이 떨어지고, 냉각 구조도 복잡해질 수 있다.

또한, 배터리 팩의 경우 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, 에너지 밀도가 향상되고, 열적 이벤트가 발생된 경우에도 구조적 안정성이 확보될 수 있도록 구성된 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.

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 측면에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리와, 상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하고, 적어도 일측에 개방부가 형성된 셀 케이스 및 상기 셀 케이스가 결합되고, 상기 개방부와 마주하는 벤팅 경로를 구비한 팩 하우징을 포함한다.

바람직하게는, 상기 셀 케이스는 상기 팩 하우징에 결합되도록 구성된 결합부를 포함하고, 상기 결합부는 상기 팩 하우징에 면 접촉되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 결합부는, 상기 팩 하우징의 플로어 프레임 또는 상부 커버에 결합되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은 상호 결합되는 다수의 프레임들로 구성되고, 상기 다수의 프레임 중 적어도 일부는 상기 개방부와 마주하는 벤팅 경로를 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은 상기 벤팅 경로와 연통되는 유통홀을 포함하고, 상기 유통홀은 상기 셀 케이스의 개방부와 대응되는 위치에 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 개방부는, 상기 팩 하우징에서 상기 유통홀이 형성된 부분에 밀착되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 셀 케이스는, 상기 개방부에 형성되고, 상기 유통홀을 통해 벤팅 경로 내로 삽입되도록 구성된 삽입부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 삽입부는, 상기 개방부로부터 상기 벤팅 경로의 내측 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 개방부는, 상기 유통홀보다 큰 면적을 가지도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 개방부는 상기 셀 케이스의 양측에 한 쌍으로 형성되고, 상기 유통홀은 상기 한 쌍의 개방부와 대응되는 위치에 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 팩 하우징은, 상기 유통홀로부터 상기 벤팅 경로의 내측 방향으로 절곡되어 형성된 가이드부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는, 상기 개방부와 이격되게 상기 셀 케이스의 내부에 수용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 셀 케이스는 상기 개방부로부터 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡되어 형성된 흐름 방지부를 더 포함하고, 상기 흐름 방지부의 단부는 상기 벤팅 경로 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는 복수 개로 구비되고, 상기 셀 케이스는 상기 복수 개의 셀 어셈블리에 대응되게 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 팩은 상기 셀 케이스 사이에 배치되는 압축 패드를 더 포함하고, 상기 셀 케이스는, 상기 개방부로부터 복수 개의 셀 케이스의 적층 방향으로 연장되어 구성되고, 상기 팩 하우징과 상기 압축 패드 사이에 배치되는 연장부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 자동차는, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 셀 어셈블리에서 배터리 셀 간 열 폭주나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 일정 방향으로 유도함으로써 다수의 셀 어셈블리 간의 열 폭주 전파 및 동시다발적 발화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 모듈 케이스 없이, 적어도 하나의 배터리 셀이 팩 하우징 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 즉, 배터리 셀이 모듈 케이스 없이 셀 케이스에 의해 일부가 감싸진 형태로 팩 하우징에 안착될 수 있으므로, 셀 어셈블리의 안착 상태를 유지하기 위한 별도의 팩 크로스빔 등의 보강 부재 없어도 셀 어셈블리의 안착 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 모듈 케이스나 팩 크로스빔 등의 보강 부재가 요구되지 않으므로, 팩 하우징 내에서 모듈 케이스나 보강 부재가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리를 실장하기 위한 팩 하우징 내의 추가 공간 확보가 가능하므로, 배터리 팩의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 모듈 케이스나 팩 크로스빔 등의 보강 부재가 요구되지 않으므로, 배터리 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 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 1의 배터리 팩의 A-A' 방향 단면도이다.
도 4는 도 2의 배터리 팩의 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 셀 어셈블리를 커버하는 셀 케이스를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 팩에 구비된 팩 하우징을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 팩 하우징에 셀 케이스가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 케이스를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 셀의 열 폭주시, 벤팅 가스 또는 화염이 배출되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 배터리 팩을 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 1의 배터리 팩의 A-A' 방향 단면도이고(상세하게는, 도 3은 도 1의 배터리 팩(10)을 A-A' 선을 기준으로 XY평면에 대해 단면 처리하여 나타낸 도면이다), 도 4는 도 2의 배터리 팩(10)의 분해사시도이며, 도 5는 도 1의 배터리 팩(10)에 구비된 셀 어셈블리(100)를 나타낸 도면이다. 한편, 본 발명의 실시예에서 도 5 이외의 다른 도면에서는 후술되는 전극 리드(112)의 도시는 생략하도록 한다.

본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 후술되는 배터리 팩(10)의 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 배터리 팩(10)의 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, 셀 어셈블리(100), 셀 케이스(200) 및 팩 하우징(300)을 포함할 수 있다.

상기 셀 어셈블리(100)는, 적어도 하나의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 여기서 배터리 셀은 이차 전지를 의미할 수 있다. 이러한 배터리 셀(110)은, 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 마련될 수 있다. 일례로서, 배터리 셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 또한, 배터리 셀(110)의 양측 중 적어도 일측에는 전극 리드(112)가 구비될 수 있다.

상기 셀 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해 셀 케이스(200)에는 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다. 이러한 셀 케이스(200)는, 내열성 및 강성이 강한 재질을 포함할 수 있다.

일례로서, 셀 케이스(200)는, 대략 'n'자와 유사한 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 셀 케이스(200)는, 이와 같은 형상을 통해, 내부에 수용된 배터리 셀(110)에 대하여, 전극 리드(112)가 구비된 양측 및 하부측을 제외한 다른 부분을 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 셀 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)의 전후 방향(X축 방향) 양 측면과 상부 모서리 부분을 커버하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 셀 케이스(200)는, 적어도 일측에 개방부(O)가 형성될 수 있다. 일례로서 개방부(O)는, 셀 케이스(200)의 좌우 방향(Y축 방향) 양측 중 적어도 일측에 형성될 수 있다. 즉, 개방부(0)는, 셀 케이스(200)에서, 배터리 셀(110)의 전극 리드(112)가 구비된 부분에 대응되는 영역에 형성될 수 있다.

상기 팩 하우징(300)은, 셀 어셈블리(100)가 내부에 수용된 셀 케이스(200)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해 팩 하우징(300)은, 셀 케이스(200)를 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간을 포함할 수 있다. 그리고 팩 하우징(300)은, 내열성 및 강성이 강한 재질을 포함할 수 있다.

구체적으로, 팩 하우징(300)에는 셀 케이스(200)가 결합될 수 있다. 또한, 팩 하우징(300)은, 셀 케이스(200)의 개방부(0)와 마주하는 벤팅 경로(C)를 구비할 수 있다.

일반적인 배터리 팩에서는, 특정 배터리 셀에서 열 폭주 현상과 같은 이벤트가 발생할 수 있다. 이 경우, 특정 배터리 셀로부터 고온 및 고압의 벤팅 가스가 발생될 수 있고, 이러한 벤팅 가스가 산소와 만나게 되면 배터리 팩의 내부 또는 외부에서 화염이 발생될 수 있다.

그리고, 하나의 배터리 셀에서 발생된 화염은 하나의 배터리 셀과 인접한 다른 배터리 셀로 전이될 위험성이 높고, 이에 따라 다수의 배터리 셀의 동시다발적 발화가 발생될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩(10)에서는, 셀 케이스(200)의 개방부(0)와 팩 하우징(300)의 벤팅 경로(C)가 마주하도록 구성함으로써 전술한 문제점을 해결할 수 있다. 이 때, 상기 벤팅 경로(C)는, 개방부(0)와 연통되고, 벤팅 가스 및/또는 화염의 팩 하우징(300) 외부로의 배출을 가이드하도록 구성될 수 있다. 즉, 이러한 벤팅 경로(C)는, 개방부(0)를 통해 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염이 팩 하우징(300)의 외부로 배출될 수 있도록 유동 공간을 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 배터리 팩(10)에서는, 셀 케이스(200)의 노출된 부분인 개방부(0)를 통해 벤팅 가스 및/또는 화염의 배출 방향을 유도할 수 있다. 즉, 셀 케이스(200)는, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염을 팩 하우징(300)의 벤팅 경로(C) 내로 유입시켜 그 흐름을 일정 방향으로 유도할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 하나의 셀 어셈블리(100)에서 배터리 셀(110) 간 열 폭주나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 일정 방향으로 유도함으로써 다수의 셀 어셈블리(100) 간의 열 폭주 전파 및 동시다발적 발화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 별도의 모듈 케이스 없이, 적어도 하나의 배터리 셀(110)이 팩 하우징(300) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)이 모듈 케이스 없이 셀 케이스(200)에 의해 일부가 감싸진 형태로 팩 하우징(300)에 안착될 수 있으므로, 셀 어셈블리(100)의 안착 상태를 유지하기 위한 별도의 팩 크로스빔 등의 보강 부재 없어도 셀 어셈블리(100)의 안착 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스나 팩 크로스빔 등의 보강 부재가 요구되지 않으므로, 팩 하우징(300) 내에서 모듈 케이스나 보강 부재가 차지하는 공간이나 그로 인한 공차 확보를 위한 공간이 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)를 실장하기 위한 팩 하우징(300) 내의 추가 공간 확보가 가능하므로, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도가 보다 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 구성에 의하면, 모듈 케이스나 팩 크로스빔 등의 보강 부재가 요구되지 않으므로, 배터리 팩의 부피나 무게가 감소되고, 제조 공정이 간소화될 수 있다.

더욱이, 셀 케이스(200)는, 스틸 재질, 특히 SUS(Stainless Steel) 재질을 포함하거나 이러한 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같은 실시 구성에 의하면, 고온의 화염 등에도 셀 케이스(200)가 쉽게 용융되지 않도록 함으로써, 셀 어셈블리(100) 간 화염 전파가 방지될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하면, 화염 등의 발생 시에도 셀 케이스(200)의 구조가 붕괴되지 않고 일정하게 유지됨으로써, 배터리 팩(10)의 내부 구성들이 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 상기 팩 하우징(300)은, 일체형으로 구성될 수도 있고, 복수의 부재들의 조립체로 구성될 수도 있다.

일 실시예에서, 도 4를 참조하면, 팩 하우징(300)은, 상호 결합되는 다수의 프레임들로 구성될 수 있다. 즉, 팩 하우징(300)은, 소정 사이즈의 내부 수용 공간을 형성할 수 있게 상호 결합되는 다수의 프레임들로 구성될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 프레임 중 적어도 일부는, 개방부(0)와 마주하는 벤팅 경로(C)를 구비할 수 있다. 따라서, 팩 하우징(300) 내에서의 셀 케이스(200)의 개방부(0)의 배치 방향에 따라, 다수의 프레임 전체가 벤팅 경로(C)를 구비할 수도 있고, 다수의 프레임 중 일부만 벤팅 경로(C)를 구비할 수도 있다.

구체적으로, 팩 하우징(300)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 사이드 프레임(310), 플로어 프레임(320), 상부 커버(330) 및 보강 프레임(340)을 포함할 수 있다.

상기 사이드 프레임(310)은, 팩 하우징(300)의 측면을 구성할 수 있다. 일례로서, 사이드 프레임(310) 중 팩 하우징(300)의 전후 방향(X축 방향)을 따라 형성된 사이드 프레임(310)에는, 팩 하우징(300)의 전후 방향을 따라 전술한 벤팅 경로(C)가 형성될 수 있다. 즉, 사이드 프레임(310)의 벤팅 경로(C)는, 셀 케이스(200)의 개방부(O)와 마주하도록 구성될 수 있다.

또한, 상세히 도시되지는 않았으나, 사이드 프레임(310)은 배출구를 포함할 수 있다. 이러한 배출구는 벤팅 경로(C)와 연통되어 벤팅 가스 및/또는 화염을 팩 하우징(300)의 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.

상기 플로어 프레임(320)은, 팩 하우징(300)의 하부를 구성하고, 사이드 프레임(310)의 하부에 결합될 수 있다.

이 때, 플로어 프레임(320)에는 히트 싱크(미도시)가 구비될 수 있다. 일례로서, 셀 케이스(200) 내부에 수용된 셀 어셈블리(100)의 하부는, 플로어 프레임(320)에 안착될 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 열이 플로어 프레임(320)에 구비된 히트 싱크를 통해 팩 하우징(300)의 외부로 배출될 수 있다.

즉, 셀 어셈블리(100)가 별도의 모듈 케이스 없이 팩 하우징(300)과 직접 면 접촉될 수 있으므로, 셀 어셈블리(100)로부터 방출된 열이 팩 하우징(300)으로 직접 전달되어 배터리 팩(10)의 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 상부 커버(330)는, 사이드 프레임(310)의 상부에 결합되고, 팩 하우징(300) 내부에 수용된 셀 케이스(200)를 커버할 수 있다.

상기 보강 프레임(340)은, 팩 하우징(300)의 강성을 보강하기 위한 구성일 수 있다. 이 때, 보강 프레임(340)의 하부에는 플로어 프레임(320)이 배치될 수 있다. 또한, 보강 프레임(340)의 전후 방향(X축 방향) 양단은 사이드 프레임(310) 중 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 사이드 프레임(310)에 결합될 수 있다. 그리고, 보강 프레임(340)은 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)에서 볼 때, 팩 하우징(300)의 대략 중앙에 구비될 수 있다.

또한, 보강 프레임(340)에는, 팩 하우징(300)의 전후 방향을 따라 전술한 벤팅 경로(C)가 형성될 수 있다. 즉, 보강 프레임(340)의 벤팅 경로(C)는, 셀 케이스(200)의 개방부(O)와 마주하도록 구성될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 내부에 수용될 셀 케이스(200)의 개방부(0)의 배치 방향에 따라 다수의 프레임 내의 벤팅 경로(C)를 구성할 수 있으므로, 팩 하우징(300)의 제조 시간 및 비용 절감이 가능한 장점이 있다.

이하, 본 발명의 배터리 팩(10)의 상세 구조에 대해 보다 더 자세히 살펴보도록 한다.

도 6은 도 5의 셀 어셈블리(100)를 커버하는 셀 케이스(200)를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 1의 배터리 팩(10)에 구비된 팩 하우징(300)을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7의 팩 하우징(300)에 셀 케이스(200)가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 3, 도 4, 도 6 및 도 8을 참조하면, 셀 케이스(200)는, 케이스 바디(210) 및 결합부(220)를 포함할 수 있다.

상기 케이스 바디(210)는, 팩 하우징(300)의 내부 공간에서, 셀 어셈블리(100)의 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 더욱이, 케이스 바디(210)는, 셀 어셈블리(100)의 전후 방향(X축 방향) 양 측면과 상부 모서리 부분을 커버하도록 구성될 수 있다. 특히, 이러한 케이스 바디(210)는, 대략 'n'자 형태로 형성될 수 있다. 또한, 케이스 바디(210)의 적어도 일측에는 개방부(O)가 형성될 수 있다.

상기 결합부(220)는, 팩 하우징(300)에 결합되도록 구성될 수 있다. 구체적으로 결합부(220)는, 케이스 바디(210)의 하단으로부터 팩 하우징(300)의 전후 방향(X축 방향) 양측으로 연장되어 구성될 수 있다.

이러한 결합부(220)는, 팩 하우징(300)에 면 접촉되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 결합부(220)는, 팩 하우징(300)의 플로어 프레임(320)에 면 접촉되도록 구성될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(200) 및 그 내부에 수용된 셀 어셈블리(100)가 팩 하우징(300) 내부에 보다 안정적으로 수납될 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 보다 안정되게 일 방향으로 유도할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 케이스(202)를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 셀 케이스(202)는, 앞선 실시예의 상기 셀 케이스(200)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 9를 참조하면, 상기 셀 케이스(202)는, 대략 'U'자와 유사한 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 셀 케이스(202)는, 이와 같은 형상을 통해, 내부에 수용된 배터리 셀(110)에 대하여, 전극 리드(112)가 구비된 양측 및 상부측을 제외한 다른 부분을 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 셀 케이스(202)는, 셀 어셈블리(100)의 전후 방향(X축 방향) 양 측면과 하부 모서리 부분을 커버하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 셀 케이스(202)는, 적어도 일측에 개방부(O)가 형성될 수 있다. 일례로서 개방부(O)는, 셀 케이스(202)의 좌우 방향(Y축 방향) 양측 중 적어도 일측에 형성될 수 있다. 즉, 개방부(0)는, 셀 케이스(202)에서, 배터리 셀(110)의 전극 리드(112)가 구비된 부분에 대응되는 영역에 형성될 수 있다.

또한, 셀 케이스(202)의 결합부(220)는, 팩 하우징(300)의 상부 커버(330)에 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 셀 케이스(202)의 결합부는, 상부 커버(330)에 면 접촉되도록 구성될 수 있다.

이 때, 상부 커버(330)의 하부에는 열 전달 물질(미도시)이 구비될 수 있다. 일례로서, 셀 케이스(202) 내부에 수용된 셀 어셈블리(100)의 상부는, 상부 커버(330) 측에 안착될 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 열이 상부 커버(330)에 구비된 열 전달 물질을 통해 팩 하우징(300)의 외부로 배출될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 팩 하우징(300) 내에서 상부 커버(330) 측에 안착될 수 있게 셀 케이스(202)의 형상을 구성하는 것도 가능하므로, 배터리 팩(10) 설치 환경에 따라 다양한 형태로 셀 케이스(202)를 구성할 수 있다.

또한, 상기 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(202)의 하부가 팩 하우징(300)의 플로어 프레임(320)에 안정적으로 안착될 수 있다. 따라서 셀 케이스(202) 및 그 내부에 수용된 셀 어셈블리(100)의 적층, 안착 및 조립 등의 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서 배터리 셀(110)의 열 폭주시, 벤팅 가스 또는 화염이 배출되는 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 도 10에서 후술되는 벤팅 가스 및 화염은 각각 참조부호 'V' 및 'F'로 표기하기로 한다.

도 7, 도 8 및 도 10을 참조하면, 팩 하우징(300)은, 유통홀(H)을 더 포함할 수 있다.

상기 유통홀(H)은, 벤팅 경로(C)와 연통되도록 구성될 수 있다. 또한, 유통홀(H)은, 셀 케이스(200)의 개방부(0)와 대응되는 위치에 구성될 수 있다. 이 때, 유통홀(H)은, 팩 하우징(300)의 전후 방향(X축 방향)을 따라 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 예시적으로, 이러한 유통홀(H)은, 사이드 프레임(310) 또는 보강 프레임(340)에 구비될 수 있다.

일례로서, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용하는 복수 개의 셀 케이스(200)의 개방부(0) 각각은, 복수의 유통홀(H) 각각에 대응되도록 구성될 수 있다.

즉, 셀 케이스(200)의 개방부(0)는, 유통홀(H)과 마주하도록 구성됨으로써, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 보다 신속하게 벤팅 경로(C) 내로 유입시킬 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 보다 안정적으로 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 가이드할 수 있을 뿐 아니라, 복수의 셀 케이스(200)의 개방부(0)를 통해 보다 신속하게 벤팅 가스 및/또는 화염을 팩 하우징(300)의 외부로 배출할 수 있다.

특히, 개방부(O)는, 팩 하우징(300)에서, 유통홀(H)이 형성된 부분에 밀착되도록 구성될 수 있다.

즉, 개방부(0)는, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 개방부(0)와 유통홀(H) 사이에 틈이 형성되지 않도록, 팩 하우징(300)에서 유통홀(H)이 형성된 부분에 밀착될 수 있다.

이에 따라, 하나의 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 벤팅 가스 및/또는 화염이 인접한 셀 케이스(200) 내에 수용된 다른 셀 어셈블리(100) 측으로 향하는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 다수의 셀 어셈블리(100) 간의 동시다발적 발화를 보다 억제할 수 있다.

도 3, 도 4, 도 6, 도 8 및 도 10을 참조하면, 셀 케이스(200)의 개방부(0)는, 셀 케이스(200)의 양측에 한 쌍으로 형성될 수 있다.

또한, 팩 하우징(300)의 유통홀(H)은, 셀 케이스(200)의 한 쌍의 개방부(0)와 대응되는 위치에 구성될 수 있다.

일례로서, 셀 케이스(200)의 한 쌍의 개방부(0)는, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 마주보게 배치된 사이드 프레임(310)의 유통홀(H)에 각각 대응되는 위치에 구비될 수 있다.

다른 예에서, 전술한 바와 같이 팩 하우징(300)에는 보강 프레임(340)이 구성될 수도 있다. 이 경우, 셀 케이스(200)의 한 쌍의 개방부(0) 중 일측은, 사이드 프레임(310)의 유통홀(H)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 그리고, 셀 케이스(200)의 한 쌍의 개방부(0) 중 타측은, 보강 프레임(340)의 유통홀(H)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 또한, 팩 하우징(300)에 보강 프레임(340)이 구성되는 경우, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용한 셀 케이스(200)는, 보강 프레임(340)의 양측에 각각 배치될 수 있다.

이 때, 도 3 및 도 10에서와 같이 보강 프레임(340)의 내부에는 팩 하우징(300)의 전후 방향(X축 방향)으로 연장되어 구성된 격벽(W)이 구비될 수 있다. 이러한 격벽(W)은, 보강 프레임(340)의 일측에 배치된 셀 케이스(200)의 개방부(0)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염이 보강 프레임(340)의 타측에 배치된 셀 케이스(200)의 개방부(0)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 셀 케이스(200)의 양측에 형성된 개방부(0)를 통해 셀 어셈블리(100)로부터 보다 신속하게 열적 이벤트를 제거할 수 있다.

도 3 및 도 10을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는, 개방부(O)와 이격되게 셀 케이스(200)의 내부에 수용될 수 있다.

즉, 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향(Y축 방향)에서의 길이는, 셀 케이스(200)의 좌우 방향에서의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.

이에 따라, 셀 어셈블리(100)에서 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 개방부(0)와 인접한 셀 케이스(200)의 내측 단부에 부딪히면서 벤팅 경로(C)로 배출될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름에 확실하게 방향성을 부여할 수 있을 뿐 아니라, 다수의 셀 어셈블리(100) 간의 동시다발적 발화를 보다 확실하게 억제할 수 있다.

도 3 및 도 10을 참조하면, 셀 어셈블리(100)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 또한, 셀 케이스(200)는, 복수 개의 셀 어셈블리(100)에 대응되게 복수 개로 구비될 수 있다.

또한, 배터리 팩(10)은, 셀 케이스(200) 사이에 배치되는 압축 패드(P)를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 압축 패드(P)는, 스폰지 등과 같이 탄성을 갖는 소재를 포함할 수 있다. 더불어, 압축 패드(P)는, 단열 소재를 포함할 수 있다.

상기 압축 패드(P)는, 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향(X축 방향)에서 마주하는 셀 케이스(200)들과 밀착되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 압축 패드(P)는, 셀 어셈블리(100)에서 야기될 수 있는 스웰링 현상을 억제하도록 구성될 수 있다. 이러한 압축 패드(P)의 셀 케이스(200)와 마주하는 면의 크기는, 셀 케이스(200)의 적층 방향(X축 방향)에서의 측면과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

이에 따라, 셀 어셈블리(100)의 열 폭주에 따른 화염의 확산을 지연시킴과 동시에 셀 어셈블리(100)에서 야기될 수 있는 스웰링 현상을 억제할 수 있으므로, 배터리 팩(10)의 구조적 안정성을 더욱 확보할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 팩(11)을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(11)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 11을 참조하면, 상기 배터리 팩(11)에서, 셀 케이스(200)는, 삽입부(230)를 더 포함할 수 있다.

상기 삽입부(230)는, 개방부(0)에 형성되고, 유통홀(H)을 통해 팩 하우징(300)의 벤팅 경로(C) 내로 삽입되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 삽입부(230)는, 개방부(0)로부터 연장 형성될 수 있다. 특히, 삽입부(230)는, 케이스 바디(210)의 좌측 및/또는 우측 단부가 연장 형성된 형태로 구성될 수 있다.

그리고, 삽입부(230)는, 팩 하우징(300)의 전후 방향(X축 방향)으로 유통홀(H)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 하나의 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 벤팅 가스 및/또는 화염이 팩 하우징(300)의 벤팅 경로(C) 내로만 유입되도록 하고 인접한 셀 케이스(200) 내에 수용된 다른 셀 어셈블리(100) 측으로 향하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(11)에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 팩 하우징(300) 내부에 보다 더 안정적으로 수납될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름이 보다 더 안정되게 특정 방향으로 유도되도록 할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리 팩(12)을 나타낸 도면이다. 이 때, 도 12에서 벤팅 가스 및 화염은 각각 참조부호 'V' 및 'F'로 표기하기로 한다.

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 12를 참조하면, 상기 배터리 팩(12)에서 전술한 삽입부(230)는, 개방부(0)로부터 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다.

구체적으로, 삽입부(230)는, 개방부(0)로부터 연장 형성될 수 있다. 그리고, 삽입부(230)는, 유통홀(H)을 통해 벤팅 경로(C) 내에 삽입된 상태에서 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다.

이 때, 절곡되어 형성된 삽입부(230)의 벤팅 경로(C) 내로의 삽입이 용이하도록, 삽입부(230)는 탄성 소재 또는 탄성을 갖는 형태로 형성될 수도 있다. 이러한 탄성부(230)는 벤팅 경로(C) 내에 삽입된 상태에서 팩 하우징(300)의 내측면(사이드 프레임(310) 또는 보강 프레임(340)의 내측면)에 접촉될 수 있다. 이에 따라, 팩 하우징(300)에 대한 셀 케이스(200)의 결합이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로 절곡된 삽입부(230)를 따라 벤팅 경로(C) 내로 자연스럽게 유입될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(12)에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 팩 하우징(300) 내부에 보다 더 안정적으로 수납될 수 있다. 또한, 삽입부(230)를 따라 벤팅 가스 및/또는 화염의 배출 방향을 좀 더 안정적으로 가이드할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 배터리 팩(13)을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(13)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 13을 참조하면, 상기 배터리 팩(13)에서, 셀 케이스(200)의 개방부(0)는, 팩 하우징(300)의 유통홀(H)보다 큰 면적을 가지도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 셀 케이스(200)의 개방부(0)는, 마주하는 팩 하우징(300)의 유통홀(H)보다 더 크게 형성될 수 있다. 따라서, 하나의 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 인접한 셀 케이스(200) 내에 수용된 다른 셀 어셈블리(100) 측으로 향하는 것이 보다 더 최소화될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(13)에 의하면, 다수의 셀 어셈블리(100) 간의 동시다발적 발화를 보다 확실하게 억제할 수 있다.

도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 배터리 팩(14)을 나타낸 도면이다. 이 때, 도 14에서 벤팅 가스 및 화염은 각각 참조부호 'V' 및 'F'로 표기하기로 한다.

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 14를 참조하면, 상기 배터리 팩(14)에서, 팩 하우징(300)은, 가이드부(D)를 더 포함할 수 있다.

상기 가이드부(D)는, 유통홀(H)로부터 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 가이드부(D)는, 유통홀(H)에서 벤팅 경로(C)를 향하는 영역으로부터 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로 연장되어 절곡될 수 있다.

이러한 가이드부(D)는, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염의 배출 방향에 좀 더 방향성을 부여할 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 유통홀(H)을 통과하여 가이드부(D)를 따라 벤팅 경로(C) 내로 자연스럽게 유입될 수 있다.

또한, 벤팅 경로(C) 내로 유입된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 가이드부(D)에 부딪히게 되어 셀 케이스(200) 내부로 역유입되는 것이 최소화될 수 있다. 이 때, 가이드부(D)의 유통홀(H)로부터 벤팅 경로(C)의 내측 방향으로의 절곡 정도는, 벤팅 가스 및/또는 화염의 셀 케이스(200) 내부로의 역유입을 억제할 수 있을 정도의 각도로 설정될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(14)에 의하면, 좀 더 안정적으로 벤팅 가스 및/또는 화염의 흐름을 가이드할 수 있을 뿐 아니라, 하나의 셀 어셈블리(100)에서 배출된 벤팅 가스/또는 화염이 다른 셀 어셈블리(100)로 역유입되어 다른 셀 어셈블리(100)에서 발화가 발생되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 배터리 팩(15)을 나타낸 도면이다. 이 때, 도 15에서 벤팅 가스 및 화염은 각각 참조부호 'V' 및 'F'로 표기하기로 한다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(15)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 15를 참조하면, 상기 배터리 팩(15)에서, 셀 케이스(200)는, 흐름 방지부(M)를 더 포함할 수 있다.

상기 흐름 방지부(M)는, 셀 케이스(200)의 개방부(O)로부터 셀 어셈블리(100) 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 흐름 방지부(M)는, 셀 어셈블리(100)를 향하도록 셀 케이스(200)의 내측 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다.

또한, 흐름 방지부(M)의 단부는 벤팅 경로(C) 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다. 구체적으로, 흐름 방지부(M)는 셀 케이스(200)의 개방부(0)로부터 셀 어셈블리(100) 방향으로 절곡되어 형성되다가 그 단부가 벤팅 경로(C) 방향으로 절곡되어 구성될 수 있다. 일례로서, 흐름 방지부(M)의 단부는, 벤팅 경로(C) 방향으로 다수 절곡되어 구성될 수 있다.

이 때, 개방부(0)를 통해 벤팅 경로(C) 내로 유입된 벤팅 가스 및/또는 화염은, 흐름 방지부(M)의 외측면에 부딪히면서 셀 케이스(200) 내로 유입되는 것이 최소화될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(15)에 의하면, 하나의 셀 어셈블리(100)에서 배출된 벤팅 가스/또는 화염의 셀 어셈블리(100)로의 역유입에 의해 발화가 발생되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.

도 16 및 도 17은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 배터리 팩(16)을 나타낸 도면이다. 이 때, 도 16은 셀 어셈블리(100)의 스웰링 전의 배터리 팩(16)의 상태를 나타낸 도면이고, 도 17은 셀 어셈블리(100)의 스웰링 후의 배터리 팩(16)의 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 16 및 도 17을 참조하면, 상기 배터리 팩(16)에서, 셀 케이스(200)는, 연장부(240)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 연장부(240)는, 개방부(0)로부터 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향(X축 방향)으로 연장되어 구성될 수 있다. 또한, 연장부(240)는, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 팩 하우징(300)과 압축 패드(P) 사이에 배치될 수 있다.

특히, 압축 패드(P)를 사이에 두고 인접한 셀 케이스(200)들의 연장부(240)는, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 팩 하우징(300)과 압축 패드(P) 사이에 중첩되어 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 셀 어셈블리(100)에서 스웰링 현상이 발생하는 경우, 셀 어셈블리(100)가 팽창할 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)를 내부에 수용하는 셀 케이스(200) 또한, 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향(X축 방향)에서의 측면이 팽창할 수 있다. 이에 따라, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 팩 하우징(300)과 연장부(240) 사이가 벌어질 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(16)에서는, 전술한 바와 같이 셀 케이스(200)의 연장부(240)가 팩 하우징(300)과 압축 패드(P) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이 셀 어셈블리(100)에서 스웰링 현상이 발생하더라도, 압축 패드(P)를 사이에 두고 인접한 셀 케이스(200)들의 연장부(240)들이 상호 중첩된 상태로 절곡되면서 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향에서의 틈을 밀폐할 수 있다.

또한, 압축 패드(P)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 팽창에 따른 셀 케이스(200)들의 측면이 팽창함에 따라 압축될 수 있다. 이 때, 압축 패드(P)는 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향으로 압축되면서, 팩 하우징(300)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 신장될 수 있다. 이에 따라, 압축 패드(P)는, 압축 패드(P)를 사이에 두고 인접한 셀 케이스(200)들의 연장부(240)들을 팩 하우징(300) 방향으로 가압할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 셀 케이스(200)의 적층 방향에서의 틈, 특히 셀 케이스(200)와 팩 하우징(300) 사이의 틈이 보다 확실하게 밀폐될 수 있다.

본 실시예에 따른 배터리 팩(16)에 의하면, 셀 어셈블리(100)에서 스웰링 현상이 발생함과 동시에 열 폭주 현상이 발생하는 경우에, 하나의 셀 어셈블리(100)로부터 배출되는 벤팅 가스 및/또는 화염이 인접한 셀 케이스(200) 내에 수용된 다른 셀 어셈블리(100) 측으로 향하는 것을 최소화할 수 있다.

한편, 앞선 도 10 내지 도 17의 여러 실시예들에서, 팩 하우징(300)의 유통홀(H)은 개방된 것처럼 도시되어 있으나, 정상적인 상태에서 유통홀(H)은 개방되지 않고 폐쇄된 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 팩 하우징(300)의 유통홀(H)에는, 별도의 도어 부재(미도시)가 구비되어 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가, 특정 셀 어셈블리(100)로부터 벤팅 가스 등이 발생한 경우, 해당 셀 어셈블리(100)에 대응하는 유통홀(H)이 압력이나 열 등에 의해 오픈되도록 구성될 수 있다. 일례로, 유통홀(H)은 마이카(mica) 시트와 같은 부재에 의해 막혀진 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 이러한 마이카 시트는, 특정 부분이 미리 절개되거나 노치와 같은 구성으로, 압력 등에 의해 오픈 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 벤팅 경로(C)를 흐르는 벤팅 가스나 화염 등이 유통홀(H)을 통해 다른 셀 어셈블리(100) 측으로 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩(10, 11, 12, 13, 14, 15, 16)은 전기 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10, 11, 12, 13, 14, 15, 16)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, 11, 12, 13, 14, 15, 16 : 배터리 팩
100 : 셀 어셈블리
200, 202 : 셀 케이스
220 : 결합부
230 : 삽입부
240 : 연장부
O : 개방부
M : 흐름 방지부
300 : 팩 하우징
310 : 사이드 프레임
320 : 플로어 프레임
330 : 상부 커버
340 : 보강 프레임
H : 유통홀
C : 벤팅 경로
D : 가이드부
M : 흐름 방지부
P : 압축 패드

Claims (15)

1. 셀 어셈블리;
   상기 셀 어셈블리를 내부에 수용하고, 적어도 일측에 개방부가 형성된 셀 케이스; 및
   상기 셀 케이스가 결합되고, 상기 개방부와 마주하는 벤팅 경로를 구비한 팩 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 셀 케이스는,
   상기 팩 하우징에 결합되도록 구성된 결합부를 포함하고,
   상기 결합부는,
   상기 팩 하우징에 면 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 팩 하우징의 플로어 프레임 또는 상부 커버에 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은,
   상호 결합되는 다수의 프레임들로 구성되고,
   상기 다수의 프레임 중 적어도 일부는,
   상기 개방부와 마주하는 벤팅 경로를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 팩 하우징은,
   상기 벤팅 경로와 연통되는 유통홀을 포함하고,
   상기 유통홀은,
   상기 셀 케이스의 개방부와 대응되는 위치에 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 개방부는,
   상기 팩 하우징에서, 상기 유통홀이 형성된 부분에 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 셀 케이스는,
   상기 개방부에 형성되고, 상기 유통홀을 통해 벤팅 경로 내로 삽입되도록 구성된 삽입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 삽입부는,
   상기 개방부로부터 상기 벤팅 경로의 내측 방향으로 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 개방부는,
   상기 유통홀보다 큰 면적을 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. 제 5항에 있어서,
    상기 개방부는,
    상기 셀 케이스의 양측에 한 쌍으로 형성되고,
    상기 유통홀은,
    상기 한 쌍의 개방부와 대응되는 위치에 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
11. 제 5항에 있어서,
    상기 팩 하우징은,
    상기 유통홀로부터 상기 벤팅 경로의 내측 방향으로 절곡되어 형성된 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는,
    상기 개방부와 이격되게 상기 셀 케이스의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 케이스는,
    상기 개방부로부터 상기 셀 어셈블리 방향으로 절곡되어 형성된 흐름 방지부를 더 포함하고,
    상기 흐름 방지부의 단부는, 상기 벤팅 경로 방향으로 절곡되어 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는,
    복수 개로 구비되고,
    상기 셀 케이스는,
    상기 복수 개의 셀 어셈블리에 대응되게 복수 개로 구비되며,
    상기 배터리 팩은,
    상기 셀 케이스 사이에 배치되는 압축 패드를 더 포함하고,
    상기 셀 케이스는,
    상기 개방부로부터 복수 개의 셀 케이스의 적층 방향으로 연장되어 구성되고, 상기 팩 하우징과 상기 압축 패드 사이에 배치되는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

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