KR-102962012-B1 - BATTERY SYSTEM AND VEHICLE INCLUDING THE BATTERY SYSTEM

Abstract

실시예에 따른 전지 시스템은, 전지 하우징과, 상기 전지 하우징 내에 복수의 전지 셀 그룹으로 배열된 복수의 전지 셀, 및 상기 전지 셀 그룹에 이웃하여 배치되는 분리 시트를 포함한다. 상기 각 전지 셀 그룹은, 상기 전지 셀로부터 배기 스트림을 배출하여 상기 전지 셀 그룹으로부터 빠져 나가도록 구성된 배기 출구를 갖는 배기측을 포함하고, 상기 분리 시트는 상기 배기측에 배치되고, 상기 전지 셀 그룹 각각에 대해 분리된 배기 챔버를 형성하고 상기 배기 출구를 빠져 나가는 상기 배기 스트림이 상기 분리 시트의 개구를 통해 상기 전지 셀 그룹으로부터 멀어지게 안내하도록 구성된다.

Inventors

• 하틀러 베른하르트

Assignees

• 삼성에스디아이 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20221026

Priority Date

20211028

Claims (11)

1. 전지 하우징; 상기 전지 하우징 내에 복수의 전지 셀 그룹으로 배열된 복수의 전지 셀; 상기 전지 셀 그룹에 이웃하여 배치되는 분리 시트; 상기 복수의 전지 셀을 커버하는 커버 부재; 및 상기 분리 시트와 상기 커버 부재 사이에 배치되는 배기 채널 을 포함하고, 상기 각 전지 셀 그룹은, 상기 전지 셀로부터 배기 스트림을 배출하여 상기 전지 셀 그룹으로부터 빠져 나가도록 구성된 배기 출구를 갖는 배기측을 포함하고 상기 커버 부재는 상기 전지 셀 그룹의 배기측을 마주하며, 상기 분리 시트는 상기 커버 부재와 상기 전지 셀 그룹의 배기측 사이에 배치되고, 상기 전지 셀 그룹 각각에 대해 분리된 배기 챔버를 형성하고 상기 배기 출구를 빠져 나가는 상기 배기 스트림이 상기 분리 시트의 개구를 통해 상기 전지 셀 그룹으로부터 멀어지게 안내하도록 구성되고, 상기 배기 채널은 상기 분리 시트의 개구를 통해 상기 전지 하우징의 시스템 출구와 상기 배기 챔버를 연결하고, 상기 분리 시트는 상기 개구를 향해 상기 배기 스트림을 안내하도록 구성된 안내면을 포함하고, 상기 안내면 중 제1 면은 상기 배기 챔버의 제1 단부에 있고, 상기 개구는 상기 제1 단부를 대향하는 제2 단부에 있으며, 상기 배기 스트림은 상기 배기 출구로부터 상기 개구를 향해 상기 배기측을 따라 안내되는 전지 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 커버 부재는 바닥 커버인 전지 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 바닥 커버는 상기 전지 하우징의 언더바디의 일부인 전지 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 전지 셀 그룹은 상기 분리 시트에 의해 지지되는 전지 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 분리 시트는 상기 전지 시스템의 구조적 부재인 전지 시스템.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 전지 셀 그룹 각각은 셀 스택이고, 상기 셀 스택은 서로 전기적으로 연결된 전지 셀을 포함하는 전지 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 전지 셀 그룹은 복수의 열로 배열되고, 상기 전지 셀 그룹의 각 열에 대해 상기 분리 시트는 상기 전지 셀 그룹의 배기측에 배열되고 상기 각 열에서 상기 각 전지 셀 그룹에 대해 분리된 배기 챔버를 형성하며, 상기 배기 출구를 빠져 나가는 배기 스트림이 상기 분리 시트의 개구를 통해 상기 전지 셀 그룹으로부터 멀어지게 안내하도록 구성되는 전지 시스템.
11. 제1항, 제3항 내지 제6항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항의 전지 시스템을 포함하는 전기 차량.

Description

전지 시스템 및 전지 시스템을 포함하는 차량{BATTERY SYSTEM AND VEHICLE INCLUDING THE BATTERY SYSTEM} 본 발명은 전지 시스템 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다. 최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되고 있다. 전기 차량은 이차 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 차량이다. 전기 차량은 전지로만 구동되거나 가령 가솔린 발전기에 의해 적어도 부분적으로 구동되는 하이브리드 차량일 수 있다. 또한, 전기 차량은 전기 모터와 기존 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 차량 전지(EVB) 또는 견인 전지는 전지 전기 차량(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 차량 전지는 지속적인 시간 동안 전원을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전과 방전을 반복할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적으로 변환할 뿐이다. 일반적으로 휴대전화, 노트북, 캠코더 등의 소형 전자기기의 전원은 소용량 이차 전지가 사용되고, 하이브리드 차량 등의 전원은 고용량 이차 전지가 사용된다. 일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학 반응을 통해 전지의 충전과 방전이 가능하도록 전해액이 케이스에 주입된다. 케이스의 형상(예: 원통형 또는 직사각형)은 전지의 용도에 따라 다르다. 노트북 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬 이온 (및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 가장 최근의 전기 차량 그룹에서 가장 두드러진다. 이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위하여(예: 하이브리드 차량의 모터 구동용) 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 단위 전지 셀로 형성되는 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 부합하고, 예컨대, 전기 차량의 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여, 다수의 단위 전지의 전극 단자를 서로 연결하여 형성된다. 전지 모듈은 블록형(block) 구조 또는 모듈형(module) 구조로 구성될 수 있다. 블록형 구조에서, 각 전지 셀은 공통된 집전체 구조와 공통된 전지 관리 시스템에 연결된다. 모듈형 구조에서는, 서브 모듈이 다수의 전지 셀을 연결하여 형성되고, 전지 모듈은 다수의 서브 모듈을 연결하여 형성된다. 차량 애플리케이션에서 전지 시스템은 원하는 전압을 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 전지 모듈로 구성되는 경우가 많다. 여기서 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층된 서브 모듈을 포함할 수 있으며, 전지 모듈에서 병렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 직렬로 연결되거나(XpYs) 직렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 병렬로 연결될 수 있다(XsYp). 전지 팩은 여러 개의 (일반적으로 동일한) 전지 모듈 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지를 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다. 관련 기술에 따른 전지 시스템은 임의의 모듈 구조에도 불구하고, 일반적으로 주위 환경에 대해 전지 시스템을 밀폐시키기 위한 인클로저(enclosure)로서 작용하고 전지 시스템의 구성 요소의 구조적인 보호를 제공하기 위한 전지 하우징을 포함한다. 내장된 전지 시스템은 일반적으로 전기 차량과 같은 애플리케이션 환경에 전체적으로 장착된다. 전지 팩의 열적 제어를 제공하기 위해, 이차 전지로부터 발생된 열을 효율적으로 발산, 방출 및/또는 소산함으로써 적어도 하나의 전지 모듈을 안전하게 사용하기 위한 열 관리 시스템이 필요하다. 전지 셀의 특정 조건에서 내부 온도가 상승하면 전지 셀에서 비정상적인 반응이 발생할 수 있다. 이러한 비정상적인 작동 조건의 예로는 전지 셀의 열 폭주가 있으며, 이 열 폭주는 과도하게 과열되거나 과충전된 셀에 의해 일어날 수 있다. 열 폭주는 전지 셀 내부의 자체 가속 화학 반응으로, 사용 가능한 모든 물질이 소진될 때까지 다량의 열과 배기 가스를 생성한다. 배기 물질(예: 배기 부산물)은 예를 들어 흑연 분말 및 금속 조각과 같은 전도성 고형물은 물론 고온이면서 독성이 있는 배기 가스를 포함할 수 있다. 배기 가스를 포함한 배기 부산물의 온도는 특히 여러 전지 셀이 동시에 또는 단 시간 내에 열 폭주 상태에 빠지게 되면 약 1000°C 이상에 도달할 수 있다. 시스템 배기 부재를 통해 배기 부산물이 전지 시스템의 외부로 배출될 때에도 배기 부산물의 온도는 일반적으로 여전히 매우 높다. 이에 고온의 배기 부산물이 화상을 입거나 발화하여 화재를 일으킬 수 있기 때문에 사용자에게 위험을 줄 수 있다. 일부 전지 시스템 배기 개념은 열 폭주 상태에서 전지 셀로부터 배출된 고온의 배기 부산물이 전지 하우징으로 확장되어 시스템 배기 부재를 통해 전지 하우징의 외부로 전지 시스템을 빠져나가게 하는 것이다. 배기 부산물이 전지 시스템을 빠져나가게 되면 전지 시스템 내부의 압력이 안전한 범위로 유지될 수 있다. 시스템 배기 부재는 예를 들어, ISO 4126-6에 따라 치수가 정해질 수 있다. 그런데, 이러한 배기 설계에 있어서는 배기 스트림이 열 및/또는 입자를 다른 셀 또는 전기 전도성 부품으로 전달할 수 있고, 이는 열 전파 또는 단락을 초래하여 다른 셀의 열 폭주를 일으켜 전체 전지 팩 및 나아가 차량을 손상시킬 수 있다. 본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 도 1은 일 실시예에 따른 전지 시스템의 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 전지 시스템의 분리 시트를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 II-II선을 따라 절단한 분리 시트의 부분 절개 사시도로서, 전지 셀 그룹이 분리 시트 상에 배치된 상태를 도시한 것이다. 도 4는 도 3의 III-III선을 따라 절단한 단면도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 동일한 인용 부호는 첨부된 도면 및 기재 설명 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소를 나타내므로 그 설명은 반복되지 않을 수 있다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 예시된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하고 본 개시의 측면 및 특징을 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 측면 및 특징에 대한 완전한 이해를 위해 필요하다고 생각되지 않는 프로세스, 요소 및 기술에 대해서는 설명하지 않을 수 있다. 도면에서, 요소, 층 및 영역의 상대적인 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 각 구성 요소의 크기 또는 두께는 예시를 위해 임의로 표시한 것일 수 있으므로, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서에서 사용된 "및(그리고)/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 나열된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명할 때 "할 수 있다"라는 용어는 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 단수형의 용어는 문맥상 달리 명시되지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다. 비록 제1, 제2, 제3 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션이 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 용어는 한 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션과 구별하는데 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "적어도 하나"와 같은 표현은 구성 요소 목록 앞에 있을 때, 전체 구성 요소 목록을 수식하고 목록의 개별 요소를 수식하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "사용하다", "사용", "사용된"은 각각 "활용하다", "활용" 및 "활용된"라는 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 이와 유사한 용어는 정도가 아닌 근사치로 사용되며, 통상의 기술자에 의해 인식될 측정된 또는 계산된 값의 내재적 편차를 설명하고자 하는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 이와 유사한 용어는 정도가 아닌 근사치로 사용되며, 통상의 기술자에 의해 인식될 측정된 또는 계산된 값의 내재적 편차를 설명하고자 하는 것이다. 또한, "실질적으로"라는 용어가 수치를 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되는 경우, "실질적으로"라는 용어는 값을 중심으로 한 값의 ±5 %의 범위를 나타낸다. 용어 "포함하다"는 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합을 특정하지만 다른 특성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 구성 요소 및 이들의 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 일 구성 요소 또는 층이 다른 일 구성 요소 또는 층의 "위에", "연결되어" 또는 "결합한" 것으로 표현할 경우, 이는 다른 일 구성 요소 또는 층에 직접 연결될 수 있거나, 구성 요소 사이에 하나 이상의 개재된 또 다른 구성 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 또한, 일 구성 요소 또는 층이 2개의 다른 구성 요소 또는 층 "사이에" 있는 것으로 언급될 때, 2개의 구성 요소 또는 층 사이에 단지 구성 요소 또는 층이 있거나, 적어도 하나 이상의 중간 구성 요소 또는 층이 존재하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성