KR-20260060851-A - BATTERY ASSEMBLY

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Abstract

배터리 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 어셈블리는 내부에 공간을 제공하고, 커버를 구비하는 케이스; 그리고, 상기 케이스의 내부에 위치하는 배터리 셀을 포함하고, 상기 커버는: 제1 내부 공간과 제2 내부 공간을 제공하고, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간의 사이에 위치하는 토출구를 구비하는 바디; 상기 제1 내부 공간에 배치되는 제1 물질; 상기 제2 내부 공간에 배치되는 제2 물질; 그리고, 상기 토출구를 커버하고, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 구획하는 트리거 부재를 포함할 수 있다.

Inventors

이병준
이혜영
조영민
한민희

Assignees

주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241025

Claims (13)

내부에 공간을 제공하고, 커버를 구비하는 케이스; 그리고, 상기 케이스의 내부에 위치하는 배터리 셀을 포함하고, 상기 커버는: 제1 내부 공간과 제2 내부 공간을 제공하고, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간의 사이에 위치하는 토출구를 구비하는 바디; 상기 제1 내부 공간에 배치되는 제1 물질; 상기 제2 내부 공간에 배치되는 제2 물질; 그리고, 상기 토출구를 커버하고, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 구획하는 트리거 부재를 포함하는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 트리거 부재는, 열적 이벤트 발생 시, 손상되도록 구성되는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 트리거 부재는, 유리 벌브를 포함하는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 트리거 부재는, 멜팅 부재를 포함하는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 트리거 부재는, 복수로 구비되는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 제1 물질과 상기 제2 물질은 반응하여 팽창하도록 구성되는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 토출구는, 상기 케이스의 내부를 향해 형성되는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 토출구는, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 연통시키는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 커버는, 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 구획하는 파티션을 더 포함하는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 케이스는, 상기 배터리 셀의 아래에 배치되는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 커버는, 상기 베이스 플레이트의 상면에 설치되는 사이드 커버인 배터리 어셈블리.
제10 항에 있어서, 상기 제1 내부 공간은, 상기 제2 내부 공간의 위에 위치하고, 상기 제1 물질의 밀도는, 상기 제2 물질의 밀도보다 높게 구성되는 배터리 어셈블리.
제1 항에 있어서, 상기 케이스는, 상기 배터리 셀의 아래에 배치되는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 커버는, 상기 배터리 셀의 위에 배치되는 탑 커버인 배터리 어셈블리.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 배터리 어셈블리를 포함하는 자동차.

Description

배터리 어셈블리{BATTERY ASSEMBLY} 본 발명은 배터리 어셈블리에 관한 것이다. 스마트폰이나 태블릿 PC, 스마트 워치와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 크게 증대되고, 전기 자동차가 점차 널리 보급되면서, 이에 탑재되는 배터리, 특히 반복적인 충방전이 가능한 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다. 일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 이때, 하나의 배터리 모듈에 포함된 각각의 이차 전지를 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다. 그런데, 이와 같이 배터리 팩 내부에 다수의 배터리 모듈이 포함되고, 각각의 배터리 모듈에 다수의 배터리 셀이 포함된 경우, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 연쇄 반응에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈 내부에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 이러한 열폭주는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀로 전파(propagation)되는 것이 억제될 필요가 있다. 만일, 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열폭주 전파가 제대로 억제되지 못하면, 특정 배터리 모듈이나 배터리 셀에서 발생한 이벤트는 다른 배터리 모듈이나 다른 배터리 셀의 연쇄적인 열적 반응을 일으키게 되어, 폭발이나 화재를 일으키거나 그 규모를 크게 할 우려가 있다. 특히, 어느 하나의 배터리 모듈에서 열폭주 등 이벤트가 발생하는 경우, 가스나 화염 등이 외부로 랜덤하게 배출될 수 있다. 이때, 가스나 화염 등의 배출을 적절하게 제어하지 못하면, 다른 배터리 모듈을 향해 가스나 화염 등이 배출되어, 다른 배터리 모듈의 열적 연쇄 반응을 일으킬 우려가 있다. 특히, 배터리 모듈의 전방 측으로는 모듈 단자가 존재하여 다른 배터리 모듈 내지 배터리 팩과 전기적으로 연결되기 위한 구성, 이를테면 모듈 버스바 등이 존재할 수 있다. 따라서, 만일 이러한 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배터리 팩 내에서 모듈 단자를 파손시키고 전기적인 쇼트(short)를 일으킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 전방 측으로는, 다른 배터리 모듈이 존재할 수 있으므로, 특정 배터리 모듈의 전방 측으로 화염이 배출되는 경우, 배출된 화염이 다른 배터리 모듈로 향하게 되어, 배터리 모듈 간 화재 확산이 일어나기 쉽다. 배터리 모듈 간 또는 배터리 셀 간 열적 전파가 일어나는 것을 제대로 제어하지 못하면, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 전압 강하가 급격하게 일어날 수 있다. 그리고 이는, 배터리 모듈이나 배터리 팩이 장착된 장치의 갑작스런 중단을 가져와 예기치 못한 피해를 입힐 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 운행 중 배터리 팩의 전압 강하가 갑자기 발생하면, 전기 자동차를 안전한 장소에 이동시킬만한 시간을 확보할 수가 없다. 뿐만 아니라, 배터리 모듈이나 배터리 셀 간 열적 전파를 제대로 제어하지 못해 화재나 폭발이 갑작스럽게 발생하면, 사용자에 대하여 인명 피해를 입힐 가능성이 높다. 예를 들어, 전기 자동차에서 열 폭주 등이 발생하는 경우, 본격적인 화재로 진행되기까지 일정 수준 이상의 시간을 확보하지 못하면, 탑승자가 안전하게 탈출하지 못할 수 있다. 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 배터리 어셈블리를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 제2 배터리 어셈블리의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 3은 도 2의 제1 배터리 어셈블리를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 제1 배터리 어셈블리의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 5는 도 4의 제1 탑 커버의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 6은 도 4의 제1 탑 커버를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 절단선 C-C'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 6의 절단선 D-D'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 6의 절단선 E-E'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 10은 열적 이벤트 발생 시, 도 9의 변화를 나타낸 도면이다. 도 11은 도 4의 제1 사이드 커버의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 12는 도 4의 제1 사이드 커버를 나타낸 도면이다. 도 13은 도 12의 절단선 F-F'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 14 도 12의 절단선 G-G'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 15는 열적 이벤트 발생 시, 도 14의 변화를 나타낸 도면이다. 도 16은 도 3의 절단선 B-B'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 17은 열적 이벤트 발생 시, 도 16의 변화를 나타낸 도면이다. 도 18은 도 2의 제2 탑 커버의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 19는 도 2의 제2 탑 커버를 나타낸 도면이다. 도 20은 도 19의 절단선 H-H'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 21은 도 19의 절단선 I-I'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 22는 도 19의 절단선 J-J'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 23은 열적 이벤트 발생 시, 도 22의 변화를 나타낸 도면이다. 도 24는 도 2의 제2 사이드 커버의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 25는 도 2의 제2 사이드 커버를 나타낸 도면이다. 도 26은 도 25의 절단선 K-K'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 27은 도 25의 절단선 L-L'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 28은 열적 이벤트 발생 시, 도 27의 변화를 나타낸 도면이다. 도 29는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 30은 열적 이벤트 발생 시, 도 29의 변화를 나타낸 도면이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 배터리 어셈블리(1000)를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 제2 배터리 어셈블리(1000)의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 배터리 어셈블리(1000)는 제1 배터리 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 제1 배터리 어셈블리(200)는 제2 케이스(100)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 배터리 어셈블리(200)는 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 어셈블리(200)는 6개로 구비될 수 있다. 이 때, 제1 배터리 어셈블리(200)를 배터리 모듈(200)이라고 칭할 수도 있다. 이 때, 제2 배터리 어셈블리(1000)를 배터리 팩(1000)이라고 칭할 수도 있다. 도 3은 도 2의 제1 배터리 어셈블리(200)를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 제1 배터리 어셈블리(200)의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 5는 도 4의 제1 탑 커버(210a)의 일부 구성을 분리한 도면이다. 도 6은 도 4의 제1 탑 커버(210a)를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 절단선 C-C'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 6의 절단선 D-D'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 6의 절단선 E-E'에 따른 단면 구성을 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 9를 참조하면, 제1 배터리 어셈블리(200)는 제1 케이스(201)를 포함할 수 있다. 제1 케이스(201)는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 제1 케이스(201)는 제1 배터리 어셈블리(200)의 외관을 형성할 수 있다. 제1 케이스(201)는 내부에 공간을 제공할 수 있다. 배터리 셀(220)은 제1 케이스(201)의 내부에 위치할 수 있다. 제1 배터리 어셈블리(200)는 복수의 배터리 셀(220)을 포함할 수 있다. 이 때, 배터리 셀(220)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 특히, 배터리 셀(220)은 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 배터리 셀(220)의 형상은 파우치 형상에 한정되지 않으며, 원통 형상 또는 직육면체 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 케이스(201)는 커버를 포함할 수 있다. 커버는 복수로 구비될 수 있다. 제1 케이스(201)는 제1 탑