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WO2024076075A1 - 전지팩 및 그를 포함하는 자동차 - Google Patents

전지팩 및 그를 포함하는 자동차 Download PDF

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WO2024076075A1
WO2024076075A1 PCT/KR2023/014702 KR2023014702W WO2024076075A1 WO 2024076075 A1 WO2024076075 A1 WO 2024076075A1 KR 2023014702 W KR2023014702 W KR 2023014702W WO 2024076075 A1 WO2024076075 A1 WO 2024076075A1
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WO
WIPO (PCT)
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insulating member
battery module
gasket
battery
battery pack
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2023/014702
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English (en)
French (fr)
Inventor
김해진
홍세인
민병두
신제환
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN202380068594.7A priority patent/CN119948685A/zh
Priority to JP2025517650A priority patent/JP2025532180A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack that can prevent damage to gaskets from flames and gases generated during thermal runaway, and to a vehicle including the same.
  • secondary batteries refer to batteries that can be charged and discharged, unlike primary batteries that cannot be recharged. These secondary batteries are widely used in phones, laptop computers, camcorders, and electric vehicles.
  • secondary batteries may be classified according to their structure.
  • the secondary battery can be classified into a cylindrical secondary battery and a pouch-type secondary battery.
  • the cylindrical secondary battery is manufactured by manufacturing an electrode assembly by winding a long sheet-shaped electrode unit multiple times in the form of a bulk jelly roll with a separator sheet interposed therebetween, and storing the manufactured electrode assembly in a cylindrical can, etc.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured by stacking and folding electrode units of a predetermined size with a separator sheet interposed between them to manufacture an electrode assembly, and storing the manufactured electrode assembly in a pouch.
  • secondary batteries are proposed as a solution to air pollution from existing gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels, such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and plug-in hybrid electric vehicles. It is also attracting attention as a power source for (Plug-In HEV).
  • these secondary batteries are used in the form of a battery pack containing a plurality of battery modules.
  • the battery pack includes a battery module in which a plurality of secondary batteries are connected in series or parallel, and a pack housing for accommodating the battery module.
  • the pack housing includes a pack case for accommodating the battery module, and an opening of the pack case. It includes a pack cover coupled to the pack cover, and a gasket that seals between the pack case and the pack cover.
  • the conventional battery pack had a problem in that the gasket was damaged as it was directly exposed to flame and gas generated during thermal runaway. In particular, damage to the gasket caused flame and gas to escape between the pack case and the pack cover. There was a problem with accidents occurring due to eruption.
  • the present invention is characterized by including a protective member that blocks the gasket from being directly exposed to flames and gases generated during thermal runaway. Due to this feature, damage to the gasket can be prevented, and thus the pack case and The goal is to provide a battery pack and a vehicle including the battery pack that can prevent flames and gases from being ejected between the pack cover and, as a result, prevent accidents.
  • the battery pack of the present invention includes a battery module; and a pack housing for accommodating the battery module, wherein the pack housing includes: a lower case for accommodating the battery module; an upper case coupled to cover the upper opening of the lower case; A gasket provided at the interface between the lower case and the upper case; And it may include an insulating member disposed between the battery module and the gasket.
  • the insulating member may be disposed between the gasket and an end of the battery module located in the overall length direction of the battery module.
  • the insulating member may surround the gasket toward the end of the battery module.
  • the insulating member may have a larger area than the end of the battery module.
  • One side of the insulating member may be attached and fixed to the inner wall of the lower case.
  • the other side of the insulating member may be attached and fixed to the top of the battery module.
  • the insulating member may be formed of flexible insulating paper.
  • the insulating paper may be made of mica (MICA).
  • An elastic member that maintains the outer shape of the insulating member may be attached to the surface of the insulating member facing the gasket.
  • the elastic member has heat resistance and can be attached to the entire surface of the insulating member.
  • One end of the insulating member may extend to the bottom surface of the lower case.
  • An insulating layer may be coated on an end of the gasket located inside the pack housing.
  • the insulating layer may be made of the same material as the insulating member.
  • the vehicle of the present invention may include a battery pack.
  • the battery pack of the present invention is characterized in that an insulating member is disposed between the battery module and the gasket. Due to this feature, it is possible to prevent flames and gases generated during thermal runaway from being directly exposed to the gasket, thereby preventing damage to the gasket, and as a result, flames and gases are emitted between the pack case and the pack cover. It is possible to prevent accidents such as
  • the insulating member in the battery pack of the present invention is characterized in that it is disposed between the gasket and an end of the battery module located in the full length direction of the battery module. Due to these features, the gasket can be reliably protected from flames and gases generated during thermal runaway.
  • the insulating member in the battery pack of the present invention is characterized by surrounding the gasket toward the end of the battery module. Due to these features, the gasket can be reliably protected from flames and gases generated during thermal runaway.
  • the insulating member in the battery pack of the present invention is characterized in that one side is attached and fixed to the inner wall of the lower case, and the other side is attached and fixed to the top of the battery module. Due to these features, the fixing force of the insulating member disposed in the pack housing can be increased and the insulating member can be prevented from being deformed by being folded.
  • the battery pack of the present invention is characterized in that an elastic member is attached to the surface of the insulating member. Due to these characteristics, the appearance of the insulating member can be maintained.
  • one end of the insulating member extends to the bottom of the lower case. Due to this feature, flame and gas generated during thermal runaway can be prevented from flowing between one end of the insulating member and the bottom surface of the lower case, and as a result, damage to the gasket can be prevented.
  • Figure 1 is a perspective view showing a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side view of Figure 1.
  • Figure 3 is a plan view of Figure 1.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1.
  • Figure 5 is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 1.
  • Figure 6 is an enlarged view of portion C shown in Figure 4.
  • Figure 7 is an enlarged view of portion D shown in Figure 6.
  • Figure 8 is an enlarged view of portion E shown in Figure 6.
  • Figure 9 is a cross-sectional view showing a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a cross-sectional view showing a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a side view schematically showing a vehicle according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A shown in FIG. 1.
  • Figure 5 is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 1
  • Figure 6 is an enlarged view of part C shown in Figure 4
  • Figure 7 is an enlarged view of part D shown in Figure 6
  • Figure 8 is an enlarged view of part E shown in Figure 6.
  • the battery pack 1 includes a battery module 10 and a pack housing 20 that accommodates the battery module 10, as shown in FIGS. 1 to 5. .
  • the battery module 10 has a structure in which a plurality of battery cells are connected in series and/or in parallel.
  • the battery cell includes an electrode assembly and a case in which the electrode assembly is accommodated, and the electrode assembly has a structure in which electrodes and separators are alternately arranged.
  • the electrode may be an anode and a cathode.
  • the battery module 10 may further include a sensing unit and electrical components.
  • the sensing unit serves to transmit sensing information about electrical characteristics, such as the voltage of a battery cell, to a device such as a BMS.
  • BMS can control battery cells based on voltage information transmitted from the sensing unit.
  • the sensing unit can be mounted on the frame to be electrically connected to the electrode lead of the battery cell.
  • the electrical equipment may include at least one of a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse.
  • the BMS Battery Management System
  • the current sensor is a component that senses the charge/discharge current of the battery cell
  • the relay is a switching component that selectively opens and closes the charge/discharge path through which the charge/discharge current of the battery cell flows.
  • a fuse is a component that blocks the flow of charging and discharging current when an abnormality occurs in a battery cell.
  • the pack housing 20 has a structure to accommodate one or more battery modules 10, preferably two or more battery modules 10.
  • the pack housing 20 serves as an exterior material for the battery pack and protects the battery module 10 from external shock.
  • the pack housing 20 includes a lower case 21, an upper case 22, and a gasket 23.
  • the lower case 21 is for accommodating the battery module 10. That is, the upper case 22 has a structure with an open upper receiving space, and the battery module 10 is accommodated in the receiving space.
  • the upper case 22 is combined to cover the upper opening of the lower case 21 and closes the upper opening of the lower case 21. At this time, the upper case 22 and the lower case 21 may be coupled to each other through fastening means such as bolts and nuts.
  • the gasket 23 is provided at the interface between the lower case 21 and the upper case 22 and seals the space between the lower case 21 and the upper case 22.
  • the material of the gasket 23 may be one or more selected from the group consisting of synthetic rubber, natural rubber, silicone, and PVC (Polyvinyl Chloride).
  • the battery pack (1) does not effectively remove the heat of the battery module (10) generated during the charging and discharging process, thermal runaway may occur, and the gasket (23) may be damaged by the flame and gas generated during thermal runaway. Damage may occur due to direct exposure, and as a result, flame and gas may be ejected from the part of the pack housing 20 where the gasket 23 is damaged, resulting in an accident.
  • the battery pack 1 according to the first embodiment of the present invention has a structure that can prevent damage to the gasket 23 from flames and gases generated during thermal runaway.
  • the battery pack 1 includes an insulating member 24 disposed between the battery module 10 and the gasket 23. That is, the insulating member 24 can block the gasket 23 from being directly exposed to flame and gas when the battery module 10 thermally runs away, thereby preventing damage to the gasket 23, As a result, accidents can be prevented and safety can be ensured.
  • the insulating member 24 is located at the end of the battery module 10 located in the full length direction of the battery module 10 (the upper part of the battery module 10 when viewed in FIG. 5). It may be placed between the lower part) and the gasket 23. In more detail, the insulating member 24 may be disposed between the gasket 23 and the electrode lead of the battery cell included in the battery module 10.
  • the sealing part of the pouch where the electrode lead is drawn out of the battery cell has a weaker sealing force than the other sealing parts, and therefore, when overcharging, there is a high possibility that flame and gas will erupt first from the sealing part of the pouch where the electrode lead is located.
  • the insulating member 24 is disposed between the end of the battery module 10 where the electrode lead is located and the gasket 23, thereby effectively blocking flame and gas in the event of thermal runaway of the battery module 10, and as a result, the gasket ( 23) Damage can be greatly prevented.
  • the insulating member 24 surrounds the gasket 23 toward the end of the battery module 10. That is, the insulating member 24 surrounds only a portion of the gasket 23 facing the end of the battery module 10 out of the entire gasket 23. Accordingly, the insulating member 24 is provided in a form that surrounds the gasket 23, thereby stably protecting the gasket 23 from flame and gas generated during thermal runaway.
  • one side of the insulating member 24 (the lower part of the insulating member 24 as seen in FIG. 7) may be attached and fixed to the inner wall of the lower case 21, as shown in FIG. 7. .
  • one side of the insulating member 24 may be attached to the inner wall of the lower case 21 using an adhesive 25. Accordingly, the flow phenomenon on one side of the insulating member 24 can be prevented.
  • the lower part of the insulating member 24 can be brought into close contact with the inner wall of the lower case 21, and as a result, flame and gas can be blocked from flowing between the lower part of the insulating member 24 and the inner wall of the lower case 21. .
  • the other side of the insulating member 24 (the upper part of the insulating member 24 as seen in FIG. 8) may be attached and fixed to the top of the battery module 10.
  • the other side of the insulating member 24 may be attached to the top of the battery module 10 using an adhesive 25. Accordingly, the insulating member 24 can be maintained in an unfolded state.
  • the entire other side of the insulating member 24 can be attached to the top of the battery module 10, and as a result, folding of the edge of the other end of the insulating member 24 can be prevented.
  • the insulating member 24 may be formed of flexible insulating paper. Accordingly, the insulating member 24 can be modified and arranged to fit the inner space of the pack housing 20, and as a result, ease of use and installation can be improved.
  • the insulating paper is made of mica (MICA).
  • MICA mica has good thermal conductivity, excellent electrical insulation, and mechanical processability.
  • the insulating member 24 may be made of a material that does not conduct electricity or heat.
  • the insulating member 24 may be an electrical insulator or a thermal insulator.
  • one end of the insulating member 24 (lower end of the insulating member 24 as seen in FIG. 7) extends in close contact with the bottom surface of the lower case 21. Accordingly, when the battery module 10 thermally runs away, flame and gas can be prevented from leaking between the lower end of the insulating member 24 and the lower case 21.
  • the battery pack 1 disposes the insulating member 24 between the battery module 10 and the gasket 23, thereby generating flame and gas generated during thermal runaway of the battery module 10. It is possible to prevent the gasket 23 from being directly exposed to the gasket 23, thereby preventing damage to the gasket 23, and as a result, safety can be improved by preventing accidents.
  • Figure 9 is a cross-sectional view showing a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes a battery module 10 and a pack housing 20, as shown in FIG. 9.
  • the pack housing 20 includes a lower case 21, an upper case 22, a gasket 23, and an insulating member 24.
  • an elastic member 26 is attached to the surface of the insulating member 24 facing the gasket 23 to maintain the outer shape of the insulating member 24.
  • the elastic member 26 maintains the external shape of the insulating member 24, so that it can be restored to its original form even if the insulating member 24 is deformed due to external shock, and as a result, when the battery module 10 undergoes thermal runaway.
  • the gasket 23 can be reliably protected from generated flames and gases.
  • the elastic member 26 has heat resistance and is attached to the entire surface of the insulating member 24. Accordingly, the elastic member 26 can reinforce the strength of the entire insulating member 24 and restore the entire insulating member 24 to its original form.
  • the material of the elastic member 26 may be polypropylene.
  • the battery pack 1 according to the second embodiment of the present invention can maintain the external shape of the insulating member 24 by including the elastic member 26.
  • Figure 10 is a cross-sectional view showing a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes a battery module 10 and a pack housing 20, as shown in FIG. 10.
  • the pack housing 20 includes a lower case 21, an upper case 22, a gasket 23, and an insulating member 24.
  • an insulating layer 27 is coated on the end of the gasket 23 located inside the pack housing 20. Accordingly, the insulating layer 27 can protect the gasket 23 from flames and gases generated during thermal runaway of the battery module 10.
  • the insulating layer 27 may be made of the same material as the insulating member 24.
  • the battery pack 1 includes an insulating layer 27 to primarily block flame and gas generated during thermal runaway of the battery module 10 through the insulating member 24. , It can be blocked secondarily through the insulating layer 27. As a result, damage to the gasket 23 can be greatly prevented.
  • Figure 11 is a side view schematically showing a vehicle according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a vehicle according to a fourth embodiment of the present invention includes a battery pack 1 and a vehicle body 2 on which the battery pack 1 is installed.
  • the safety of the automobile according to the fourth embodiment of the present invention can be improved by installing the battery pack 1 including the insulating member 24.

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Abstract

본 발명의 전지팩은, 전지모듈; 및 상기 전지모듈을 수용하는 팩 하우징을 포함하며, 상기 팩 하우징은, 상기 전지모듈이 수용되는 하부 케이스; 상기 하부 케이스의 상부 개방부를 덮는 형태로 결합되는 상부 케이스; 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스의 계면에 구비되는 가스켓; 및 상기 전지모듈과 상기 가스켓 사이에 배치되는 절연부재를 포함할 수 있다.

Description

전지팩 및 그를 포함하는 자동차
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 10월 07일자 한국특허출원 제10-2022-0129123호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 열 폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓의 손상을 방지할 수 있는 전지팩 및 그를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 및 전기자동차 등에 널리 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 구조에 따라 분류될 수도 있다. 예를 들어, 상기 이차전지는 원통형 이차전지와, 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 상기 원통형 이차전지는 긴 시트형의 전극 단위체를 분리막 시트가 개재된 상태에서 대량 젤리 롤(jelly roll) 형태로 다수회 권취하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 원통형 캔 등에 수납하여 제작된다. 상기 파우치형 이차전지는 소정 크기 단위의 전극 단위체들을 분리막 시트를 개재한 상태로 적층하고 폴딩하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 파우치에 수납하여 제작된다.
한편, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다. 즉, 이러한 이차전지는 다수의 전지모듈을 포함하는 전지팩의 형태로 이용되고 있다.
예로, 상기 전지팩은, 복수개의 이차전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 전지모듈과, 전지모듈을 수용하는 팩 하우징을 포함하고, 상기 팩 하우징은, 전지모듈을 수용하는 팩 케이스와, 팩 케이스의 개구부에 결합되는 팩 커버, 및 팩 케이스와 팩 커버 사이에 밀봉하는 가스켓을 포함한다.
그러나 종래의 전지팩은, 열 폭주시 발생하는 화염과 가스에 상기 가스켓이 직접 노출되면서 상기 가스켓이 손상되는 문제점이 있었으며, 특히 상기 가스켓의 손상으로 인해 팩 케이스와 팩 커버 사이로 화염 및 가스가 외부로 분출되면서 사고가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 열 폭주시 발생하는 화염과 가스에 상기 가스켓이 직접 노출되지 않게 차단하는 보호부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 가스켓의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 팩 케이스와 팩 커버 사이로 화염 및 가스가 분출되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 사고 발생을 방지할 수 있는 전지팩 및 그를 포함하는 자동차을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 전지팩은, 전지모듈; 및 상기 전지모듈을 수용하는 팩 하우징을 포함하며, 상기 팩 하우징은, 상기 전지모듈이 수용되는 하부 케이스; 상기 하부 케이스의 상부 개방부를 덮는 형태로 결합되는 상부 케이스; 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스의 계면에 구비되는 가스켓; 및 상기 전지모듈과 상기 가스켓 사이에 배치되는 절연부재를 포함할 수 있다.
상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 전장방향에 위치한 상기 전지모듈의 단부와 상기 가스켓 사이에 배치될 수 있다.
상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 단부를 향하는 상기 가스켓을 감싸고 있을 수 있다.
상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 단부 보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 절연부재의 일측은, 상기 하부 케이스의 내벽에 부착되면서 고정될 수 있다.
상기 절연부재의 타측은, 상기 전지모듈의 상단에 부착되면서 고정될 수 있다.
상기 절연부재는, 유연성을 가진 절연지로 형성될 수 있다.
상기 절연지는, 마이카(MICA)로 형성될 수 있다.
상기 가스켓을 향하는 상기 절연부재의 표면에는, 상기 절연부재의 외형을 유지시키는 탄성부재가 부착될 수 있다.
상기 탄성부재는, 내열성을 가지고, 상기 절연부재의 표면 전체에 부착될 수 있다.
상기 절연부재의 일측 끝단은, 상기 하부 케이스의 바닥면까지 연장되어 있을 수 있다.
상기 팩 하우징의 내부에 위치한 상기 가스켓의 단부에는, 절연층이 코팅되어 있을 수 있다.
상기 절연층은, 상기 절연부재와 동일한 소재로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 자동차는 전지팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 전지팩은, 전지모듈과 가스켓 사이에 절연부재가 배치되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 열 폭주시 발생하는 화염과 가스가 상기 가스켓에 직접 노출되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 가스켓의 손상을 방지할 수 있으며, 그 결과 팩 케이스와 팩 커버 사이로 화염 및 가스가 분출되는 등의 사고 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지팩에서 절연부재는, 상기 전지모듈의 전장방향에 위치한 상기 전지모듈의 단부와 상기 가스켓 사이에 배치되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 열 폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지팩에서 절연부재는, 전지모듈의 단부를 향하는 가스켓을 감싸고 있는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 열 폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지팩에서 절연부재는, 일측이 하부 케이스의 내벽에 부착되면서 고정되고, 타측이 전지모듈의 상단에 부착되면서 고정되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 팩 하우징에 배치되는 절연부재의 고정력을 높일 수 있고, 절연부재가 접히면서 변형되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 전지팩에서 상기 절연부재의 표면에는, 탄성부재가 부착되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 절연부재의 외형을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 전지팩에서 상기 절연부재의 일측 끝단은, 상기 하부 케이스의 바닥면까지 연장되어 있는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 열 폭주시 발생하는 화염과 가스가 절연부재의 일측 끝단과 하부 케이스의 바닥면 사이로 유입되는 것을 차단할 수 있고, 그 결과 가스켓의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 1에 표시된 A-A선 단면도.
도 5는 도 1에 표시된 B-B선 단면도.
도 6은 도 4에 표시된 C부분 확대도.
도 7은 도 6에 표시된 D부분 확대도.
도 8은 도 6에 표시된 E부분 확대도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자동차를 대략적으로 도시한 측면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4는 도 1에 표시된 A-A선 단면도이며, 도 5는 도 1에 표시된 B-B선 단면도이고, 도 6은 도 4에 표시된 C부분 확대도이며, 도 7은 도 6에 표시된 D부분 확대도이고, 도 8은 도 6에 표시된 E부분 확대도이다
본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩(1)은 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈(10) 및 상기 전지모듈(10)을 수용하는 팩 하우징(20)을 포함한다.
전지모듈
전지모듈(10)은, 복수의 전지셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 구조를 가진다. 여기서 전지셀은, 전극조립체, 전극조립체가 수용되는 케이스를 포함하고, 상기 전극조립체는 전극과 분리막이 교대로 배치되는 구조를 가진다. 한편, 전극은 양극 및 음극일 수 있다.
한편, 전지모듈(10)은, 센싱부와 전장품을 더 포함할 수 있다.
상기 센싱부는, 전지셀의 전압과 같은 전기적인 특정에 대한 센싱 정보를 BMS와 같은 장치에 전송하는 역할을 한다. BMS는 센싱부에서 전송된 전압 정보를 바탕으로 전지셀들을 제어할 수 있다. 그리고 센싱부는 전지셀의 전극리드와 전기적으로 연결되도록 프레임에 장착될 수 있다.
상기 전장품은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 BMS(Battery Management System)는 전지셀의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 이차전지의 관리 장치를 말한다. 한편, 전장품의 상단에는 후술하는 절연부재의 상단이 부착되면서 절연부재의 상단을 고정할 수 있다. 상기 전류센서는 전지셀의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이는 전지셀의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 퓨즈는 전지셀에 이상 발생시 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다.
팩 하우징
팩 하우징(20)은, 하나 이상의 전지모듈(10), 바람직하게는 둘 이상의 전지모듈(10)을 수용하기 위한 구조를 가진다. 여기서 팩 하우징(20)은 전지팩의 외장재 역할을 하며, 외부 충격으로부터 전지모듈(10)을 보호하는 역할을 한다.
즉, 팩 하우징(20)은, 하부 케이스(21), 상부 케이스(22), 및 가스켓(23)을 포함한다.
상기 하부 케이스(21)는, 상기 전지모듈(10)을 수용하기 위한 것이다. 즉, 상부 케이스(22)는 상부가 개방된 수용공간을 가진 구조를 가지며, 상기 수용공간에 전지모듈(10)이 수용된다.
상기 상부 케이스(22)는, 상기 하부 케이스(21)의 상부 개방부를 덮는 형태로 결합되면서 상기 하부 케이스(21)의 상부 개방부를 마감한다. 이때 상부 케이스(22)와 하부 케이스(21)는 볼트와 너트 등의 체결 수단을 통해 상호 결합될 수 있다.
상기 가스켓(23)은 상기 하부 케이스(21)와 상기 상부 케이스(22)의 계면에 구비되면서 상기 하부 케이스(21)와 상기 상부 케이스(22) 사이를 밀폐한다. 특히 가스켓(23)의 소재는 합성 고무, 천연 고무, 실리콘, 및 PVC(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
한편, 전지팩(1)은 충방전 과정에서 고온의 열이 발생할 경우 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려울 수 있다.
특히 전지팩(1)은 충방전 과정에서 발생한 전지모듈(10)의 열을 효과적으로 제거되지 못하면, 열폭주(thermal runaway)가 발생할 수 있으며, 열폭주시 발생하는 화염과 가스에 상기 가스켓(23)이 직접 노출되면서 손상이 발생할 수 있으며, 그 결과 가스켓(23)이 손상된 팩 하우징(20)의 부분으로 화염 및 가스가 분출되면서 사고가 발생할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩(1)은 열 폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓(23)의 손상을 방지할 수 있는 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩(1)은 상기 전지모듈(10)과 상기 가스켓(23) 사이에 배치되는 절연부재(24)를 포함한다. 즉, 상기 절연부재(24)는 전지모듈(10)의 열 폭주시 화염과 가스에 상기 가스켓(23)이 직접 노출되지 않게 차단할 수 있고, 이에 따라 가스켓(23)의 손상을 방지할 수 있으며, 그 결과 사고 발생을 방지하고, 안전성을 확보할 수 있다.
특히 절연부재(24)는, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 전지모듈(10)의 전장방향에 위치한 상기 전지모듈(10)의 단부(도 5에서 보았을 때 전지모듈(10)의 상부와 하부)와 상기 가스켓(23) 사이에 배치될 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 절연부재(24)는, 전지모듈(10)에 포함된 전지셀의 전극리드와 가스켓(23) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 전지셀은 전극리드가 인출된 파우치의 실링부가 나머지 실링부 보다 실링력이 약하며, 이에 따라 과충전시 전극리드가 위치한 파우치의 실링부에서 먼저 화염과 가스가 분출될 가능성이 높다. 이에 따라 절연부재(24)는 전극리드가 위치한 전지모듈(10)의 단부와 가스켓(23) 사이에 배치됨으로써 전지모듈(10)의 열폭주시 화염과 가스를 효과적으로 차단할 수 있고, 그 결과 가스켓(23)의 손상을 크게 방지할 수 있다.
한편, 절연부재(24)는, 상기 전지모듈(10)의 단부를 향하는 상기 가스켓(23)을 감싸고 있다. 즉, 절연부재(24)는 가스켓(23) 전체 중 상기 전지모듈(10)의 단부를 향하는 가스켓(23)의 일부만 감싸고 있다. 이에 따라 절연부재(24)는 가스켓(23)을 감싸는 형태로 구비됨으로써 열 폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓(23)을 안정적으로 보호할 수 있다.
한편, 상기 전지모듈(10)의 단부 보다 큰 면적을 가지고 있다. 이에 따라 전지모듈(10)의 열 폭주시 화염과 가스를 효과적으로 차단할 수 있고, 그 결과 가스켓(23)을 안정적으로 보호할 수 있다.
한편, 상기 절연부재(24)의 일측(도 7에서 보았을 때 절연부재(24)의 하부)은, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 하부 케이스(21)의 내벽에 부착되면서 고정될 수 있다. 특히 상기 절연부재(24)의 일측은 접착제(25)를 이용하여 상기 하부 케이스(21)의 내벽에 부착될 수 있다. 이에 따라 절연부재(24) 일측의 유동현상을 방지할 수 있다. 특히 절연부재(24)의 하부를 하부 케이스(21)의 내벽에 밀착시킬 수 있고, 그 결과 절연부재(24)의 하부와 하부 케이스(21)의 내벽 사이로 화염 및 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 상기 절연부재(24)의 타측(도 8에서 보았을 때 절연부재(24)의 상부)은 전지모듈(10)의 상단에 부착되면서 고정될 수 있다. 특히 절연부재(24)의 타측은 접착제(25)를 이용하여 전지모듈(10)의 상단에 부착될 수 있다. 이에 따라 절연부재(24)를 펼쳐진 상태로 유지시킬 수 있다. 여기서 절연부재(24)의 타측 전체가 전지모듈(10)의 상단에 부착될 수 있고, 그 결과 절연부재(24)의 타단 모서리의 접힘 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 절연부재(24)는 유연성을 가진 절연지로 형성될 수 있다. 이에 따라 절연부재(24)는 팩 하우징(20) 내부 공간에 맞게 변형시켜서 배치시킬 수 있으며, 그 결과 사용과 설치의 용이성을 높일 수 있다.
한편, 상기 절연지는, 마이카(MICA, 운모)로 형성된다. 여기서 마이카는 열 전도도가 좋고, 전기 절연성, 기계적 가공성이 우수한 성질을 가진다. 또한, 절연부재(24)는, 전기 또는 열을 통하지 않는 소재로 마련될 수 있다. 예로 절연부재(24)는, 전기 부도체 또는 열 부도체일 수 있다.
한편, 상기 절연부재(24)의 일측 끝단(도 7에서 보았을 때 절연부재(24)의 하단)은, 상기 하부 케이스(21)의 바닥면에 밀착되게 연장되어 있다. 이에 따라 전지모듈(10)의 열 폭주시 절연부재(24)의 하단과 하부 케이스(21) 사이로 화염과 가스가 유출되는 것을 차단할 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지팩(1)은 전지모듈(10)과 가스켓(23) 사이에 절연부재(24)를 배치함으로써 전지모듈(10)의 열폭주시 발생하는 화염과 가스에 가스켓(23)이 직접 노출되는 것을 차단할 수 있고, 이에 따라 가스켓(23)의 손상을 방지할 수 있으며, 그 결과 사고 발생을 방지하여 안전성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩]
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(1)은 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈(10)과 팩 하우징(20)을 포함한다. 상기 팩 하우징(20)은 하부 케이스(21), 상부 케이스(22), 가스켓(23) 및 절연부재(24)를 포함한다.
여기서 상기 가스켓(23)을 향하는 상기 절연부재(24)의 표면에는, 상기 절연부재(24)의 외형을 유지시키는 탄성부재(26)가 부착되어 있다.
즉, 탄성부재(26)는 절연부재(24)의 외형을 유지시킴으로써 외부 충격으로 인해 절연부재(24)가 변형되더라도 원래의 형태로 복원시킬 수 있으며, 그 결과 전지모듈(10)의 열폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓(23)을 안정적으로 보호할 수 있다.
특히, 탄성부재(26)는 내열성을 가지고, 상기 절연부재(24)의 표면 전체에 부착되어 있다. 이에 따라 탄성부재(26)는 절연부재(24) 전체의 강도를 보강하여 절연부재(24)의 전체를 원래의 형태로 복원시킬 수 있다.
한편, 탄성부재(26)의 소재는 폴리프로필렌일 수 있다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(1)은 탄성부재(26)를 포함함으로써 절연부재(24)의 외형을 유지시킬 수 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩]
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩(1)은 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 전지모듈(10)과 팩 하우징(20)을 포함한다. 상기 팩 하우징(20)은 하부 케이스(21), 상부 케이스(22), 가스켓(23) 및 절연부재(24)를 포함한다.
여기서, 상기 팩 하우징(20)의 내부에 위치한 상기 가스켓(23)의 단부에는, 절연층(27)이 코팅되어 있다. 이에 따라 상기 절연층(27)은 전지모듈(10)의 열폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 가스켓(23)을 보호할 수 있다.
한편, 상기 절연층(27)은, 상기 절연부재(24)와 동일한 소재로 마련될 수 있다.
따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 전지팩(1)은 절연층(27)을 포함함으로써 전지모듈(10)의 열폭주시 발생하는 화염과 가스로부터 절연부재(24)를 통해 1차로 차단하고, 절연층(27)을 통해 2차로 차단할 수 있다. 그 결과 가스켓(23)의 손상을 크게 방지할 수 있다.
[본 발명의 제4 실시예에 따른 자동차]
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자동차를 대략적으로 도시한 측면도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 자동차는 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 전지팩(1)과, 상기 전지팩(1)이 설치되는 차체(2)를 포함한다.
따라서 본 발명의 제4 실시예에 따른 자동차는 절연부재(24)가 포함된 전지팩(1)이 설치됨으로써 안전성을 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전지팩 및 그를 포함하는 자동차를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
1: 전지팩
2: 차체
10: 전지모듈
20: 팩 하우징
21: 하부 케이스
22: 상부 케이스
23: 가스켓
24: 절연부재
25: 접착제
26: 탄성부재
27: 절연층

Claims (14)

  1. 전지모듈; 및
    상기 전지모듈을 수용하는 팩 하우징을 포함하며,
    상기 팩 하우징은,
    상기 전지모듈이 수용되는 하부 케이스;
    상기 하부 케이스의 상부 개방부를 덮는 형태로 결합되는 상부 케이스;
    상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스의 계면에 구비되는 가스켓; 및
    상기 전지모듈과 상기 가스켓 사이에 배치되는 절연부재를 포함하는 전지팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 전장방향에 위치한 상기 전지모듈의 단부와 상기 가스켓 사이에 배치되는 전지팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 단부를 향하는 상기 가스켓을 감싸고 있는 전지팩.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연부재는, 상기 전지모듈의 단부 보다 큰 면적을 가지는 전지팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부재의 일측은, 상기 하부 케이스의 내벽에 부착되면서 고정되는 전지팩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부재의 타측은, 상기 전지모듈의 상단에 부착되면서 고정되는 전지팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부재는, 유연성을 가진 절연지로 형성되는 전지팩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 절연지는, 마이카(MICA)로 형성되는 전지팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스켓을 향하는 상기 절연부재의 표면에는, 상기 절연부재의 외형을 유지시키는 탄성부재가 부착되는 전지팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 탄성부재는, 내열성을 가지고, 상기 절연부재의 표면 전체에 부착되는 전지팩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부재의 일측 끝단은, 상기 하부 케이스의 바닥면까지 연장되어 있는 전지팩.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 팩 하우징의 내부에 위치한 상기 가스켓의 단부에는, 절연층이 코팅되어 있는 전지팩.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 절연부재와 동일한 소재로 마련되는 전지팩.
  14. 청구항 1에 따른 전지팩을 포함하는 자동차.
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