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KR-20260061117-A - Battery unit structure and Vehicle comprising the same

KR20260061117AKR 20260061117 AKR20260061117 AKR 20260061117AKR-20260061117-A

Abstract

본 발명은 기존 벤팅홀이 막히더라도, 내부 압력 증가에 의한 파단으로 벤팅 영역이 확장되어 가스는 배출하고 물질 및 화염의 분출은 방지할 수 있도록 구성된 배터리 단위 구조체를 개시한다. 발명의 일 측면에 따른 배터리 단위 구조체는, 배터리 셀; 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 수용공간을 구비하고, 적어도 일 측에 상기 배터리 셀에서 발생하는 가스를 배출시키도록 구성된 벤팅부를 구비하는 배터리 하우징; 및 상기 배터리 셀을 커버하도록 구성된 배터리 커버를 포함하며, 상기 벤팅부는, 상기 가스를 배출시키도록 구성된 벤팅홀 및 상기 수용공간의 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 파단되도록 구성된 파단부를 구비하는 배출부; 및 상기 배출부를 사이에 두고 상기 수용공간과 대면하도록 위치하는 메쉬부;를 포함하고, 상기 메쉬부는, 상기 벤팅홀 및 상기 파단부를 커버하도록 구성될 수 있다.

Inventors

  • 정세윤
  • 강달모
  • 지호준
  • 권우용
  • 김승준
  • 김인수
  • 박진용

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20260408

Claims (11)

  1. 배터리 셀; 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 수용공간을 구비하고, 적어도 일 측에 상기 배터리 셀에서 발생하는 가스를 배출시키도록 구성된 벤팅부를 구비하는 배터리 하우징; 및 상기 배터리 셀을 커버하도록 구성된 배터리 커버를 포함하며, 상기 벤팅부는, 상기 가스를 배출시키도록 구성된 벤팅홀 및 상기 수용공간의 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 파단되도록 구성된 파단부를 구비하는 배출부; 및 상기 배출부를 사이에 두고 상기 수용공간과 대면하도록 위치하는 메쉬부; 를 포함하고, 상기 메쉬부는, 상기 벤팅홀 및 상기 파단부를 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 벤팅홀은, 상기 메쉬부의 일부와 중첩되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 파단부는, 상기 메쉬부의 일부와 중첩되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 메쉬부는, 상기 배터리 셀의 벤팅 시에 발생되는 물질들 중 가스는 배출하고 전극을 구성하는 금속 및 활물질을 포함하는 스파크 물질은 배출하지 못하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 파단부는, 상기 벤팅홀에 인접하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 파단부는, 주변보다 강도가 낮도록 구성된 복수개의 취약부을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 복수개의 취약부는, 적어도 하나의 일정 길이를 갖는 직선을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 복수개의 취약부는, 일정 간격 서로 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 벤팅부는, 상기 가스를 상기 벤팅홀에서 상기 메쉬부로 가이드 하도록 구성된 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 벤팅홀의 둘레를 따라 상기 메쉬부를 향하는 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 배터리 단위 구조체.
  11. 제1 항 내지 10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 단위 구조체을 포함하는 자동차.

Description

배터리 단위 구조체 및 이를 포함하는 자동차{Battery unit structure and Vehicle comprising the same} 본 발명은 배터리 단위 구조체, 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열 폭주 등과 같은 이벤트에 의해 발생하는 물질(예: 전극을 구성하는 금속 및 활물질을 포함하는 스파크 물질)에 의해 메쉬부가 막히더라도, 내부 압력 증가에 의한 파단으로 벤팅 영역이 확장되어 가스는 배출하고 물질 및 화염의 분출은 방지할 수 있도록 구성된 배터리 단위 구조체 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 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 에너지저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수도 있고 이러한 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀이 에너지 밀도를 높이기 위해 좁은 공간에 전기적으로 다시 연결되어 배터리 팩을 구성한다. 그런데, 이와 같이 다수의 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집된 상태로 존재하는 경우, 화재나 폭발 등의 사고에 취약할 수 있다. 따라서, 기존의 배터리 모듈 또는 배터리 팩과 같은 배터리 단위 구조체는 내부에서 열 폭주(Thermal runaway) 등과 같은 이벤트가 발생하는 경우 가스를 배출하기 위한 벤팅홀과 벤팅 시 발생되는 전극을 구성하는 금속 및 활물질을 포함하는 스파크 물질과 같은 물질의 배출을 막기 위한 메쉬 부재를 구비하였다. 다만, 열 폭주(Thermal runaway) 등과 같은 이벤트가 발생하는 경우 발생하는 물질에 의하여 벤팅홀 및 메쉬 부재가 막혀 내부의 압력이 과도하게 증가하여 배터리 단위 구조체에 화재가 발생하거나 폭발하는 문제가 있었다. 따라서 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 새로운 구조의 배터리 단위 구조체의 개발이 요구되는 실정이다. 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 발명을 그러한 도면에 기재한 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 도 1은 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체에 포함되는 배터리 하우징을 나타내는 도면이다. 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체에 포함되는 배터리 하우징을 정면에서 바라본 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체에 포함되는 배터리 하우징을 나타내는 도면이다. 도 9는 도 8의 A-A'을 따라 절단한 단면의 예시적 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 10은 본 발명에 따른 자동차는 나타내는 도면이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 첨부되는 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. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장될 수 있다. 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. 본 명세서에서 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. 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 발명에 따른 배터리 단위 구조체의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체에 포함되는 배터리 하우징을 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체(2)는 배터리 셀(10), 배터리 하우징(20) 및 배터리 커버(30)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(10)은 복수개 구비될 수 있다. 배터리 셀(10)은 이차전지를 의미할 수 있다. 배터리 셀(10)은 전극 조립체, 전해질, 전극 조립체와 전해질을 수용하는 전지 케이스 및 전극 조립체와 연결되어 전지 케이스의 외측으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드를 포함할 수 있다. 배터리 셀(10)은 예를 들어 파우치형 이차 전지일 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를 테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 배터리 셀(10)로서 채용될 수 있다. 배터리 하우징(20)은 수용공간(21) 및 벤팅부(22)를 구비할 수 있다. 수용공간(21)은 배터리 셀(10)을 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 벤팅부(22)는 배터리 하우징(20)의 적어도 일 측에 구비될 수 있다. 벤팅부(22)는 배터리 셀(10)에서 발생하는 가스를 배터리 하우징(20)의 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 벤팅부(22)는 배터리 단위 구조체(2)의 내부에 발생된 가스의 배출이 이루어지기를 원하는 위치에 구비될 수 있다. 벤팅부(22)는 복수개가 구비될 수 있다. 배터리 커버(30)는 배터리 셀(10)을 커버하도록 구성될 수 있다. 배터리 커버(30)는 플레이트 형태를 가질 수 있다. 배터리 커버(30)는 배터리 하우징(20)과 결합하여 배터리 셀(10)을 커버하도록 구성될 수 있다. 배터리 커버(30)는 배터리 하우징(20)과 결합하여 수용공간(21)을 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 결합은 볼팅 결합 또는 용접 결합일 수 있다. 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 배터리 단위 구조체에 포함되는 배터리 하우징을 정면에서 바라본 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 벤팅부(22)는 배출부(220) 및 메쉬부(230)를 구비할 수 있다. 배출부(220)는 벤팅홀(221) 및 파단부(222)를 구비할 수 있다. 벤팅홀(221)은 가스를 배출시키도록 구성될 수 있다. 벤팅홀(221)은 배터리 하우징(20)을 관통하는 형태로써 단순한 홀 형태일 수 있다. 다만, 벤팅홀(221)이 완전히 개방되어 있는 홀 형태로 한정되는 것은 아니다. 벤팅홀(221)은, 완전히 개방되지 않고, 정상적인 상태에서는 폐쇄되어 있다가 압력이나 온도 등의 변화에 따라 개방 가능하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어 벤팅홀(221)은 일 방향 밸브의 적용에 의해 배터리 하우징(20)의 내부에서 발생된 가스의 압력에 따라 개폐되도록 구성되는 홀일 수 있다. 파단부(222)는 수용공간(21)의 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 파단되도록 구성될 수 있다. 파단부(222)는 주변보다 강도가 낮도록 구성될 수 있다. 파단부(222)는 주변보다 강도가 낮도록 구성된 특정 영역을 의미할 수 있다. 메쉬부(230)는 배출부(220)를 사이에 두고 수용공간(21)과 대면할 수 있다. 메쉬부(230)는 배터리 하우징(20)의 최외측에 구비될 수 있다. 메쉬부(230)는 벤팅홀(221) 및 파단부(222)에 대응되는 영역 각각에 구비되는 메쉬 부재일 수 있다. 메쉬부(230)는 벤팅홀(221) 및 파단부(222)에 대응되는 영역 전체를 커버하도록 구성될 수 있다. 메쉬부(230)는 배출부(220)와 대면하도록 배치되는 플레이트 형태를 가질 수 있다. 메쉬부(230)는 배출부(220)와 별도로 구비되는 부재일 수 있다. 메쉬부(230)는 벤팅홀(221) 및 파단부(222)에 대응되는 영역 각각에 위치하는 메쉬 부재를 구비할 수 있다. 메쉬부(230)와 벤팅홀(221) 사이에는 일정 공간이 형성될 수 있다. 메쉬부(230)는 배터리 셀(10)의 벤팅 시에 발생되는 물질들 중 가스는 배출하고 전극을 구성하는 금속 및 활물질을 포함하는 스파크 물질은 배출하지 못하도록 구성될 수 있다. 메쉬부(230)는 촘촘한 격자 형태로 구성된 메쉬망일 수 있다. 벤팅홀(221)은 메쉬부(230)의 일부와 중첩되도록 구성될 수 있다. 벤팅홀(221)은 메쉬부(230)에 의해서 전체가 커버될 수 있다. 메쉬부(230)의 전체 영역 중 벤