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KR-102960218-B1 - Battery pack case, and Battery pack having the same

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 케이스와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리 팩 케이스를 구성하는 프레임들의 내부에 열폭주 상황시 발생하는 가스 등이 유동가능한 유로를 마련하여 유로를 통해 가스 등을 외부로 배출시킴으로써 트리거 모듈로부터 정상 모듈로의 열전파를 방지할 수 있는 배터리 팩 케이스와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Inventors

  • 강민송
  • 구본석
  • 박병준
  • 정준희
  • 조세훈
  • 한진수
  • 황재일

Assignees

  • 에스케이온 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210723

Claims (15)

  1. 배터리 모듈들이 놓이는 플레이트; 상기 플레이트의 외곽에 소정 높이로 형성되는 외곽 프레임; 및 상기 플레이트와 상기 외곽 프레임에 의해 형성되는 내부공간을 복수의 모듈공간으로 구획하는 파티션 프레임;을 포함하고, 상기 외곽 프레임 또는 상기 파티션 프레임 중 적어도 하나의 내부에는 유체가 유동 가능한 유로가 마련되고, 상기 파티션 프레임은 상기 플레이트 상에서 전후방향으로 배치되는 센터빔을 포함하고, 상기 센터빔의 내부에 센터빔 유로가 형성되며, 상기 센터빔 유로는 일단과 타단 중 적어도 하나가 외부와 연통되고, 상기 센터빔 유로는 복수의 센터빔 단위유로가 높이방향으로 적층된 다층구조로 이루어지고, 상기 복수의 센터빔 단위유로 각각은 좌우로 구획되어 있는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유로는 상호 분리된 제1 유로 및 제2 유로를 포함하는, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 모듈공간은 상호 이웃하는 제1 모듈공간 및 제2 모듈공간을 포함하고, 상기 제1 모듈공간은 상기 제1 유로와 연통되고, 상기 제2 모듈공간은 상기 제2 유로와 연통되는, 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체는 상기 배터리 모듈들의 열폭주 상황 시 발생하는 가스 등을 포함하며, 상기 외곽 프레임의 유로와 상기 파티션 프레임의 유로는 상호 연통되어 있는, 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 파티션 프레임은 상기 플레이트 상에서 좌우방향으로 배치되는 크로스빔을 포함하며, 상기 외곽 프레임은 상기 플레이트 상에서 좌우방향 양측에 각각 배치되는 사이드빔을 포함하고, 상기 크로스빔의 내부에 크로스빔 유로가 형성되며, 상기 사이드빔의 내부에 사이드빔 유로가 형성되고, 상기 크로스빔 유로는 상기 사이드빔 유로와 상호 연통되는, 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파티션 프레임은 상기 플레이트 상에서 전방에 배치되는 프론트빔과 후방에 배치되는 레어빔을 포함하고, 상기 프론트빔과 레어빔 중 적어도 하나의 내부에 프론트빔 유로와 레어빔 유로가 각각 형성되며, 상기 프론트빔 유로와 레어빔 유로는 각각 상기 사이드빔 유로와 상호 연통되는, 배터리 팩.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 외곽 프레임은 상기 플레이트의 좌우방향 양측에 각각 배치되는 사이드빔을 포함하고, 상기 사이드빔의 내부에 사이드빔 유로가 형성되며, 상기 사이드빔 유로는 일단과 타단 중 적어도 하나가 외부와 연통되는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파티션 프레임은 상기 플레이트 상에서 좌우방향으로 배치되는 크로스빔 유로를 포함하고, 상기 크로스빔의 내부에 크로스빔 유로가 형성되며, 상기 크로스빔 유로는 상기 사이드빔 유로와 상호 연통되는, 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서, 상기 파티션 프레임은 상기 플레이트 상에서 전방에 배치되는 프론트빔과 후방에 배치되는 레어빔을 포함하고, 상기 프론트빔과 레어빔 중 적어도 하나의 내부에 프론트빔 유로와 레어빔 유로가 각각 형성되며, 상기 프론트빔 유로와 레어빔 유로는 각각 상기 사이드빔 유로와 상호 연통되는, 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서, 상기 복수의 모듈공간의 상부 각각에 구비되어, 상기 각 모듈공간을 차폐하는 복수의 모듈공간 커버; 및 상기 복수의 모듈공간 커버의 상부이자 배터리 팩 케이스를 전체적으로 차폐하는 배터리 팩 커버;를 더 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 모듈공간 각각에 개별적으로 안착되는 배터리 모듈;을 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 파우치형 배터리셀로 이루어진 배터리셀 집합체와 상기 배터리셀 집합체를 고정하기 위한 모듈 케이스를 포함하되, 상기 파우치형 배터리셀은 열전도부재를 통해 상기 플레이트에 바로 안착되는, 배터리 팩.
  15. 제1항에 따른 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 모터;를 포함하는 전기자동차.

Description

배터리 팩 케이스, 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery pack case, and Battery pack having the same} 본 발명은 배터리 팩 케이스와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리 팩 케이스를 구성하는 프레임들의 내부에 열폭주 상황시 발생하는 가스 등이 유동가능한 유로를 마련하여 유로를 통해 가스 등을 외부로 배출시킴으로써 트리거 모듈로부터 정상 모듈로의 열전파를 방지할 수 있는 배터리 팩 케이스와 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 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 주목 받고 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 ~ 4.6V이다. 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 복수의 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 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들은 일반적으로 용이하게 상호 적층할 수 있는 이점을 갖는 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 배터리 모듈의 경우, 과충전 등에 따라 케이스 내부에서 배터리 셀의 발화가 일어나는 열폭주 상황이 일어날 수 있는데, 이때 해당 트리거 셀 내지는 이를 포함하는 트리거 모듈에서 고온 고압의 가스, 화염 및 금속 파티클 등이 발생할 수 있다. 트리거 모듈에서 발생한 화염 등이 케이스 밖으로 노출될 경우, 더 큰 2차 피해로 이어질 수 있으며, 고온 고압의 가스가 케이스 밖으로 빠져나가지 못할 경우, 케이스 내부 압력 상승에 따라 배터리 모듈의 폭발 등으로 이어질 수 있는 위험이 있다. 이를 해결하기 위해, 종래에는 배터리 팩 케이스의 일정 영역에 벤팅밸브 등을 구비하여 이슈 발생시 트리거 모듈에서 발생하는 가스 등을 팩 외부로 배출하였다. 그러나, 이러한 종래 팩 케이스의 구조에 의하면, 해당 벤팅밸브는 팩 케이스의 전체 내부공간에서 공통으로 사용되기 때문에, 트리거 모듈에서 발생하는 위해 물질이 팩 내부 전체로 퍼져나간 이후에야 벤팅밸브를 통해 외부로 배출될 수 있게 되어, 트리거 모듈이 아닌 다른 정상 모듈에 악영향을 미치는 문제점이 있다. 도 1은 본 발명의 일 예에 따른 배터리 팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1을 상부에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 배터리 팩 케이스를 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 다른 예에 따른 배터리 팩 케이스를 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 배터리 팩 케이스를 나타낸 것이다. 도 6은 도 1의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이고, 도 7은 도 6의 분해 사시도이다. 도 8은 도 1의 B 영역을 확대하여 나타낸 것이고, 도 9는 도 8의 분해사시도이다. 도 10은 모듈공간과 센터빔 단위유로 간 연결관계를 개념적으로 도시한 것이다. 도 11은 하나의 센터빔 단위유로, 연통홀, 및 가이드 부재를 나타내는 도면이다. 도 12는 각 센터빔 단위유로를 층별로 나타낸 케이스의 분해도이다. 도 13은 본 발명의 일 예에 따른 배터리 팩과 그 분해사시도이다. 도 14는 본 발명의 일 예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 예에 따른 배터리 팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1을 상부에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 것으로, 본 발명의 배터리 팩 케이스(10)는 크게 플레이트(100), 외곽 프레임(200), 및 파티션 프레임(300)을 포함하여 이루어질 수 있다. 플레이트(100)는 배터리 모듈들이 놓이는 공간을 제공하는 것으로서, 대략 넓은 면적을 가진 편평한 판 형태로 구성될 수 있으며, 배터리 모듈들의 하부에 위치되어 각 배터리 모듈의 하부를 커버할 수 있다. 외곽 프레임(200)은 플레이트(100)의 외곽에 소정 높이로 형성되는 것으로서, 외곽 프레임(200)은 플레이트 상에서 좌우방향(도 1의 x방향, 이하 같다) 양측에 각각 배치되는 사이드 빔(210)과, 전후방향(도 1의 y방향, 이하 같다) 양측에 각각 배치되는 프론트빔(220)과 레어빔(230)으로 이루어질 수 있으며, 이들은 각각 플레이트의 앞, 옆, 뒤에 배치되어 배터리 모듈들의 측면을 커버할 수 있다. 파티션 프레임(300)은 플레이트(100)와 외곽 프레임(200)에 의해 형성되는 내부공간, 즉 플레이트와 외곽 프레임에 의해 박스 형태로 한정되는 내부공간을 복수개로 구획하는 것으로서, 파티션 프레임(300)은 하나 이상의 센터빔(310)과 크로스빔(320)이 격자형으로 배치되어 이루어질 수 있다. 센터빔(310)은 플레이트 상에서 전후방향으로 배치되고 크로스빔(320)은 플레이트 상에서 좌우방향으로 배치되는 프레임을 의미할 수 있다. 도시된 배터리 팩 케이스에서는, 센터빔이 1개 구비되고 크로스빔이 3개 구비된 것으로 도시되어 있으나, 센터빔 또한 크로스빔과 같이 복수개가 구비될 수 있고, 크로스빔 또한 1개가 구비될 수 있다. 이와 같이 파티션 프레임(300), 즉 센터빔(310)과 크로스빔(320)에 의해 케이스의 내부공간이 복수개의 구역으로 구획될 수 있으며, 해당 각 구역에 배터리 모듈들이 개별적으로 안착될 수 있다. 이때 해당 각 구역을 본 발명에서는 모듈공간(M)이라 정의하기로 한다. 이때, 본 발명의 배터리 팩(10)은, 외곽 프레임(200)과 파티션 프레임(300) 중 적어도 하나의 내부에, 배터리 모듈들의 열폭주 상황시 발생하는 가스나 화염 등이 유동가능한 유로가 마련될 수 있다. 상술한 바와 같이 배터리 모듈은 과충전 등에 따라 배터리셀의 발화가 일어나는 열폭주 상황이 일어날 수 있고, 이때 배터리셀의 발화가 일어나는 트리거 셀 내지는 이를 포함하는 배터리 모듈인 트리거 모듈에서 고온 고압의 가스, 화염, 및 금속 파티클 등이 발생할 수 있는데, 본 발명은 이러한 열폭주 상황시 발생하는 가스나 화염 등이 유동할 수 유로를 배터리 팩 케이스를 구성하는 프레임들의 내부에 마련하여, 해당 유로를 통해 가스나 화염 등을 유도하여 외부로 배출시킬 수 있게 구성되는 것이다. 여기서, 각 모듈공간(M)은 파티션 프레임(300)에 의해 측면이 둘러쌓인 구조로 이루어지거나(예를 들어, 센터빔과 크로스빔이 각각 두개 이상 구비되는 경우, 센터빔과 크로스빔으로 둘러쌓인 모듈공간), 외곽 프레임(200)과 파티션 프레임(300)에 의해 측면이 둘러쌓인 구조로 이루어질 수 있으며, 이때 각 모듈공간(M)을 둘러싸는 프레임들(200, 300) 중 적어도 하나에는 일측에 각 모듈공간과 유로를 연통시키기 위한 연통홀(203)이 하나 이상 형성될 수 있다. 이에 따라, 각 모듈공간(M) 내에 안착되는 배터리 모듈에서 이슈 발생시 발생하는 가스나 화염 등이 연통홀(203)을 통해 프레임들(200, 300) 내부에 형성된 유로로 유입될 수 있다. 이때, 각 모듈공간(M)은, 플레이트(100)와, 각 모듈공간의 측면을 둘러싸는 프레임들(200, 300)과, 후술하는 바와 같은 각 모듈공간의 상부를 폐쇄하는 모듈공간 커버(20)와 배터리 팩 케이스 커버(30) 등에 의해 폐쇄된 공간으로 구성되어, 각각의 모듈공간이 다른 모듈공간들과 공간적으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 하나의 모듈공간 내에 안착되는 특정 배터리 모듈에 이슈가 발생할 경우, 해당 트리거 모듈에서 발생하는 가스나 화염 등이 다른 모듈공간으로 침범하지 않고 해당 모듈공간에 구비된 연통홀을 통해 프레임들 내부에 마련된 유로를 통해 외부로 배출될 수 있게 됨으로써, 다른 정상 모듈로의 열전파를 차단하여 정상 모듈에 미치는 악영향을 최소화할 수 있다. 이때, 본 발명의 유로는 상호 분리된 제1 유로와 제2 유로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외곽 프레임 중 사이드빔 내부에 유로가 형성되는 경우, 사이드빔 내부의 유로는 서로 분리된 복수의 단위유로로 구성될 수 있는데, 이때 복수의 단위유로 중 두 단위유로를 각각 제1 유로와 제2 유로라 할 수 있다. 복수의 단위유로는 후술하는 바와 같이 서로 적층된 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 각 단위유로가 서로 분리된 구조로 이루어지는 어떠한 형태도 가능하다. 또한, 본 발명에서 복수의 모듈공간은 상호 이웃하는 제1 모듈공간과 제2 모듈공간을 포함할 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 도 2의 배터리 팩은 총 8개의 모듈공간으로 이루어질 수 있는데, 이 중 상호 이웃한 두 모듈공간을 각각 제1 모듈공간과 제2 모듈공간이라 할 수 있다. 예를 들어 도면상 가장 좌측 상부의 모듈공간이 제1 모듈공간에 해당할 수 있고, 상기 제1 모듈공간과 수평방향으로 이웃하는 상기 제1 모듈공간의 바로 우측에 위치한 모듈공간이 제2 모듈공간에 해당할 수 있다. 또는, 도면상 가장 좌측 상부의 모듈공간이 제1 모듈공간에 해당할 수 있고, 상기 제1 모듈공간과 수직방향으로 이