WO2025053404A1

WO2025053404A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 ess

Info

Publication number: WO2025053404A1
Application number: PCT/KR2024/009475
Authority: WO
Inventors: 심창휘; 옥승민; 이정원; 정찬영; 조상현; 최여주
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2023-09-07
Filing date: 2024-07-04
Publication date: 2025-03-13
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: AU2024338250A1; CN120266329A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 상기 배터리 셀에서 생성되는 가스를 외부로 배출하도록 구성되는 벤팅부가 구비되는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스에 부착되어 상기 벤팅부를 개폐하도록 구성되는 커버 부재를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 ESS

본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 ESS에 관한 것이다.

본 출원은, 2023년09월07일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0119307호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

본 출원은, 2023년11월01일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0149469호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

본 출원은, 2023년09월07일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0119308호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

본 출원은, 2023년11월17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0159736호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 또는 ESS(Energy Storage System) 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 주목받고 있다.

전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 또는 ESS(Energy Storage System)가 요구하는 배터리 팩의 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 이때, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 또는, 최근에는, 복수 개의 배터리 셀을 모듈화하지 않고, 팩 하우징 등에 직접 수납하는 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩도 제조되고 있다.

그러나, 이처럼 많은 개수의 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 화재 및 폭발이 발생되는 경우 그 피해는 더욱 커질 수밖에 없다. 배터리 팩에서 발생되는 화재는, 내부에 배치된 배터리 셀의 비정상적인 온도 상승과 내부 가스 발생으로부터 시작된다. 이에 따라, 배터리 셀의 내압이 일정 수준 이상으로 상승하게 되면, 벤팅(venting)이 발생되고, 배터리 셀의 외부로 고온의 가스와 전극 활물질과 알루미늄 입자 등을 포함하는 고온의 스파크가 분출된다.

따라서, 배터리 팩의 사용상의 안정성을 확보하기 위해서는, 배터리 팩 내부에서 열 폭주(thermal runaway)와 같은 열적 이벤트가 발생할 때 더 이상 배터리 팩의 내압이 증가하지 않도록 벤팅 가스(venting gas)가 배터리 팩의 외부로 신속하게 배출되어야 한다. 이러한 벤팅 가스 등이 외부로 적절하게 배출되지 않는 경우, 배터리 셀들 간 열 폭주가 전이되는 속도가 높아질 수 있다. 또한, 배터리 팩이 폭발되는 등 보다 큰 문제를 야기할 수 있으므로 벤팅 가스를 외부로 배출하는 것이 매우 중요하다.

이에, 종래 배터리 팩의 경우, 특정 배터리 셀 또는 배터리 모듈에서 열적 이벤트 발생 시 고온의 벤팅 가스 등을 팩 케이스 외부로 배출하기 위해 팩 케이스에 벤팅부를 마련하였다. 이때, 벤팅부는 홀과 같이 관통된 형태로 마련되어 가스가 내부에서 외부로 배출되도록 유도하였다.

다만, 이러한 형태의 배터리 팩에 대해서는, 수분 등 외부 이물질이 벤팅부를 통해 침투하는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 종래 배터리 팩에 공랭식이 아닌 수냉식으로 냉각 매체가 공급되는 경우, 배터리 팩 외부에 구비되는 냉각 파이프에 결로가 발생하여 수분 등이 홀로 마련되는 벤팅부를 통해 배터리 팩 내부로 유입되어 배터리 팩의 방수 성능을 확보하는 것에 어려움이 있었다.

따라서, 배터리 팩의 정상 상태에서는 수분 등 이물질이 벤팅부를 통해 배터리 팩 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 기술의 필요성이 대두된다.

더불어, 배터리 팩 내부에서 열적 이벤트가 발생하는 경우에는, 고온의 가스 등이 벤팅부를 통해 배터리 팩 외부로 신속하게 배출되어 배터리 팩 내부에서 열이 축적 내지 전이되는 것을 방지하고, 화염이 발생되는 것을 억제하기 위한 기술의 필요성이 대두된다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 등을 해결하기 위해 마련된 것으로서, 배터리 셀이나 배터리 모듈의 이상 상황 시 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 ESS를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 상기 배터리 셀에서 생성되는 가스를 외부로 배출하도록 구성되는 벤팅부가 구비되는 팩 케이스; 및 상기 팩 케이스에 부착되어 상기 벤팅부를 개폐하도록 구성되는 커버 부재를 포함한다.

상기 커버 부재는 상기 팩 케이스 내부에서 특정 온도 및 압력 중 적어도 하나에 도달하는 경우 개방되어 상기 배터리 셀에서 생성되는 가스가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

상기 팩 케이스는 상기 벤팅부의 적어도 일부를 커버하도록 구성되는 리브를 포함할 수 있다.

상기 커버 부재는 상기 벤팅부의 둘레를 따라 상기 팩 케이스의 외측면에 부착될 수 있다.

상기 커버 부재는 상기 벤팅부의 둘레를 따라 상기 팩 케이스의 내측면에 부착되고, 상기 리브는 상기 팩 케이스의 내측면보다 내측으로 돌출되도록 구성될 수 있다.

상기 리브는 상기 팩 케이스의 내측면을 향할수록 두께가 작아지는 부분을 포함할 수 있다.

상기 리브는 상기 팩 케이스의 외측을 향해 경사지게 구비될 수 있다.

상기 벤팅부는 상기 리브에 의해 구획되는 복수 개의 벤팅홀을 포함하고, 상기 커버 부재는 상기 복수 개의 벤팅홀마다 두께가 다르게 구비될 수 있다.

상기 팩 케이스에 구비되어 상기 복수 개의 벤팅홀 중 적어도 하나를 개폐하도록 구성되는 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 벤팅부는 복수 개 구비되고, 복수 개의 상기 벤팅부 중 적어도 일부는 서로 크기가 다르게 구비될 수 있다.

상기 팩 케이스에 구비되어 냉각 매체가 유동하도록 구성되는 냉각 유닛을 더 포함하고, 상기 커버 부재는 상기 팩 케이스에서 상기 냉각 유닛이 위치하는 측면에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 벤팅부에 장착되어 개폐 가능하게 구성되는 벤팅 디바이스를 더 포함할 수 있다.

상기 커버 부재는 상기 벤팅 디바이스의 외측에 부착되며, 상기 벤팅 디바이스가 개방되는 경우 함께 개방되어 상기 가스가 상기 팩 케이스의 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

상기 벤팅 디바이스는 상기 커버 부재를 향해 돌출되도록 구성되는 돌출부가 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 ESS는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 방수 및 방진 기능을 확보함으로써 배터리 팩 내부에 수분이나 먼지 등이 유입되는 것을 방지하고, 배터리 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 이상 상황 시 생성되는 벤팅 가스가 팩 케이스의 외부로 원활하게 배출되어 팩 단위 열 전파(Thermal Propagation) 방지 성능이 효과적으로 확보될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 팩 케이스 내부의 열 축적을 방지함으로써 다른 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들이 최대한 열적 데미지를 받지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 벤팅 가스가 팩 케이스 외부로 모두 배출되면 팩 케이스 내부로 산소가 유입되는 것을 차단하여 배터리 팩에서 화염이 생성되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.

이로써, 배터리 팩이나 이들이 장착된 장치의 열 폭주 현상에 따른 이벤트, 이를테면 화재나 폭발 등을 방지하거나 지연시킬 수 있다.

이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 커버 부재가 구비된 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에서 가스가 배출되는 방향을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 5는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 전방 측 일부분을 나타낸 도면일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 커버 부재가 구비된 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분을 확대한 사시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 정면도를 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분을 확대한 도면이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분을 확대한 도면이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전방 사시도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 후방 사시도이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 디바이스가 팩 케이스로부터 분리된 상태의 모습을 도시한 도면이다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 디바이스가 구비된 부분을 확대하여 도시한 사시도이다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스가 폐쇄된 것을 도시한 단면도이다. 예를 들어, 도 15는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 전방 측 일부분을 나타낸 도면일 수 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다. 예를 들어, 도 16은, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 전방 측 일부분을 나타낸 도면일 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스를 도시한 도면이다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스를 도시한 도면이다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스를 도시한 도면이다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 주요 부분의 정면도를 도시한 도면이다.

도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 단면도이다.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 주요 부분의 정면도를 도시한 도면이다.

도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 커버 부재가 구비된 부분을 확대하여 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에서 가스가 배출되는 방향을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 5는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 전방 측 일부분을 나타낸 도면일 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리 셀(100), 팩 케이스(200) 및 커버 부재(300)를 포함한다.

먼저, 도 2를 주로 참조하면, 배터리 셀(100)은, 복수 개 포함될 수 있다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이러한 복수 개의 배터리 셀(100)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 셀 케이스의 외측으로 인출되어 전극 단자로 기능하는 전극 리드를 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 배터리 셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다.

배터리 셀(100)은 파우치 타입 이차 전지일 수 있다. 이러한 파우치 타입 이차 전지의 셀 케이스는 알루미늄 재질의 금속층이 폴리머층 사이에 개재된 파우치 형태로 구성될 수 있다.

복수 개의 배터리 셀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태에서 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(100)은, 실링부가 전후 방향(Y축 방향) 및 상부 방향(+Z축 방향)을 향하고, 수납부가 좌우 방향(X축 방향)을 향할 수 있다.

복수 개의 배터리 셀(100)은 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 적층되어 한 개의 셀 어레이를 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어레이는 전후 방향(Y축 방향)으로 나란하게 복수 개 배치될 수 있다.

한편, 본 발명은 이러한 배터리 셀(100)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀(100)이 본 발명의 배터리 팩(10)을 구성하는데 채용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 내부에 수용된 복수 개의 배터리 셀(100)들과 전기적으로 연결된 버스바 어셈블리 및/또는 단자를 포함할 수 있다.

팩 케이스(200)는 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 즉, 팩 케이스(200)는 복수 개의 배터리 셀(100)이 수용될 수 있도록 수용 공간을 제공할 수 있다. 팩 케이스(200)는, 내부에 수용된 배터리 셀(100) 등을 안전하게 보호하기 위하여, 스틸이나 SUS와 같은 금속 내지 플라스틱과 같이 기계적 강성이 확보될 수 있는 재질로 이루어지거나 이러한 재질을 포함할 수 있다.

또한, 팩 케이스(200)는 벤팅부(V)를 구비할 수 있다. 벤팅부(V)는 내부에 수납된 배터리 셀(100)에서 생성되는 가스를 팩 케이스(200)의 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 벤팅부(V)는 팩 케이스(200)의 내부와 외부가 연통될 수 있도록 구비될 수 있다.

벤팅부(V)는 홀의 형태로 마련될 수 있다. 즉, 벤팅부(V)는 팩 케이스(200)에 형성되는 홀의 형태로 구비되어 팩 케이스(200)의 내부와 외부가 연통되도록 구성될 수 있다. 이를테면, 벤팅부(V)는 원형으로 구비될 수 있다. 이때, 벤팅부(V)가 팩 케이스(200)에 구비되는 위치나 형태, 구조 등은 팩 케이스(200) 내부 구조 등에 따라 다르게 설계될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 커버 부재(300)를 포함한다. 커버 부재(300)는 벤팅부(V)를 개폐하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 커버 부재(300)는 평소에는 벤팅부(V)를 커버하도록 팩 케이스(200)에 부착된 상태를 유지하다가 특정 상황에서 개방되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 벤팅부(V)를 커버하도록 구성됨에 따라, 먼지 등 이물질이 벤팅부(V)를 통해 팩 케이스(200) 내부로 유입되는 것이 차단될 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10)의 방진 기능이 확보될 수 있으므로 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.

구체적으로, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200) 내부의 온도 및/또는 압력이 특정 온도 및 압력 중 적어도 하나에 도달하는 경우 개방되도록 구성될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착된 상태가 해제되어 이탈되거나, 가스의 압력에 의해 커버 부재(300)의 일부가 파열되어 개방될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생시, 도 5에 도시된 굵은 화살표와 같이 커버 부재(300)가 개방되어, 배터리 셀(100)에서 생성된 가스가 벤팅부(V)의 노출된 일 부분을 통해 팩 케이스(200)의 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 이로써, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 팩 케이스(200) 내부의 압력이 상승되는 것이 방지되고, 다른 배터리 셀(100)들의 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 측면에 의하면 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.

그리고, 이러한 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착되어 벤팅부(V)를 전부 커버하도록 구성될 수 있다. 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 접착되어 구비될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 테이프를 구비하거나 테이프와 같은 형태로 접착면을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 평소에 커버 부재(300)가 팩 케이스(200)와의 접착력을 유지하여 벤팅부(V)를 커버할 수 있다. 반면, 특정 온도 및 압력 중 적어도 하나에 도달하면 커버 부재(300)가 쉽게 파열됨으로써 벤팅부(V)가 노출되어, 내부 가스가 팩 케이스(200)의 외부로 신속하게 배출될 수 있다.

커버 부재(300)는 수분 침투를 방지하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200) 내부로 수분이 침투되지 않도록 실링 부재를 구비할 수 있다. 또는, 커버 부재(300)는 수분 침투를 방지할 수 있는 어떠한 구조나 재질로 마련될 수 있다. 이를테면, 커버 부재(300)는 방수 테이프 등 방수성을 가지는 소재로 마련될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅부(V)를 통해 배터리 팩(10) 내부에 수분이 유입되는 것을 방지할 수 있으므로, 배터리 팩(10)의 방수 기능을 확보할 수 있다.

또한, 커버 부재(300)는 내열 성능을 가지는 소재로 마련될 수 있다. 배터리 팩(10)은 정상적인 구동 과정에서 충방전을 반복하면서 열이 발생될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)이 장착된 장치, 이를테면 에너지 저장 시스템의 경우, 여름과 같은 고온 상황에서 특히 열에 더 노출되는 상황에 놓일 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 정상 상태에서는 커버 부재(300)가 벤팅부(V)를 커버하는 것이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)에 포함된 일부 배터리 셀(100)에서 고온의 가스가 생성되더라도, 상기 가스가 특정 온도 미만인 경우, 특히 배터리 팩(10)에 열적 이벤트가 발생하지 않거나 정상적인 사용이 가능한 경우에는 커버 부재(300)가 개방되지 않을 수 있다.

한편, 도 3 등에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)에 포함되는 팩 케이스(200)는 리브(R)를 포함할 수 있다. 리브(R)는 벤팅부(V)의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 리브(R)는 커버 부재(300)를 지지하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 팩 케이스(200)에 접촉되는 면적이 확대됨으로써, 배터리 팩(10)의 정상 상태에서 커버 부재(300)가 팩 케이스(200)에 지지되거나 접착되는 상태가 더욱 잘 유지될 수 있다. 이로써, 커버 부재(300)에 의해 수분이나 먼지 등이 팩 케이스(200) 내부로 침투되는 것이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.

리브(R)는 벤팅부(V)를 가로지르도록 구비될 수 있다. 특히, 리브(R)는 벤팅부(V)의 일단에서 타단까지 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 이를테면, 리브(R)는 벤팅부(V)를 형성하는 홀의 좌측에서 우측까지 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 또한, 리브(R)는 벤팅부(V)를 형성하는 홀의 상단에서 하단까지 길게 연장된 형태를 가질 수 있다.

리브(R)는 하나의 벤팅부(V)에서 다수 구비될 수 있다. 이때, 다수의 리브(R)는 연장 방향이 서로 다를 수 있다. 특히, 하나의 벤팅부(V)에 2개의 리브(R)가 포함되며, 2개의 리브(R)는 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 연장될 수 있다. 더욱이, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 리브(R)는 십자 형상으로 구비될 수 있다. 상기 실시예와 달리 리브(R)의 크기나 면적 등은 가스의 조성에 따라 적합하게 설계될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 리브(R)가 커버 부재(300)를 보다 안정적으로 지지 및 보호할 수 있다. 더욱이, 이 경우, 크기가 큰 이물질이 커버 부재(300)를 파손하면서 벤팅부(V)를 통해 팩 케이스(200) 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10)의 제조 또는 사용 시, 안전성이 확보될 수 있다.

커버 부재(300)는 팩 케이스(200)의 일측면에 부착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)의 외측면에 부착될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)의 외측으로 유동하는 가스에 의해 팩 케이스(200)의 외측으로 더욱 신속하게 개방될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10) 제조 시 팩 케이스(200)를 모두 조립한 후 외측에서 커버 부재(300)를 부착하기만 하면 되므로 조립성이 향상될 수 있다.

커버 부재(300)의 테두리는 벤팅부(V)의 둘레를 따라 팩 케이스(200)에 부착될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)의 테두리 부분이 벤팅부(V)의 둘레를 따라 전체적으로 접착되게 구성될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 벤팅부(V)의 단면적보다 더 크게 구비되어 벤팅부(V)를 완전히 커버하도록 구성될 수 있다.

이때, 커버 부재(300)는 원형으로 구비될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성과 같이 벤팅부(V) 및 커버 부재(300)가 원형으로 구비되는 경우, 균일한 접착 면적이 확보될 수 있다. 이 경우 커버 부재(300)가 특정 온도 및 압력이 아닌 다른 온도 및 압력에서 가스에 의해 쉽게 해제되지 않을 수 있다. 또한, 벤팅부(V)나 커버 부재(300)가, 정상 또는 비정상 상황 시, 특정 부분에서 의도되지 않게 파손되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 커버 부재(300)는 벤팅부(V)의 둘레를 따라 팩 케이스(200)의 내측면에 부착될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 리브(R)와 직접 마주보도록 구성될 수 있다.

또한, 커버 부재(300)는 리브(R)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 리브(R)는 팩 케이스(200)의 내측면보다 내측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 이로써, 리브(R)의 돌출된 부분의 말단부가 커버 부재(300)와 접촉하도록 구성될 수 있다.

리브(R)는 팩 케이스(200)의 내측면을 향할수록 두께가 작아지는 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 리브(R)는 팩 케이스(200)의 내측면을 향할수록 좌우 방향 및/또는 상하 방향의 두께가 작아지는 부분을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생 시 리브(R)가 돌출되어 커버 부재(300)와 접촉되는 부분에서 커버 부재(300)가 더욱 쉽게 파열되도록 유도할 수 있다.

리브(R)는 팩 케이스(200)의 외측을 향해 경사지게 구비될 수 있다. 구체적으로, 수직 방향으로 연장되는 리브(R)는 가스가 팩 케이스(200)의 양측면을 향해 배출되도록 경사지게 구비될 수 있다. 즉, 리브(R)를 상부 측에서 바라보는 경우, 리브(R)의 단면이 팩 케이스(200)의 외측을 향해 경사지게 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 리브(R)가 경사지게 구비됨에 따라, 커버 부재(300)가 개방되어 배출되는 가스가 팩 케이스(200)의 중앙부가 아닌 외측부로 향하도록 가이드될 수 있다. 이러한 경우, 어느 벤팅부(V)에서 배출된 가스가 인접하는 다른 벤팅부(V)를 통해 팩 케이스(200)의 내부로 다시 유입되는 것이 방지될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 정면도를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 부분을 확대한 도면이다.

벤팅부(V)는 리브(R)에 의해 구획되는 복수 개의 벤팅홀(H)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서와 같이, 리브(R)가 십자 형상으로 구비되어 벤팅홀(H)이 4개로 구획되도록 구성될 수 있다.

이때, 커버 부재(300)는 복수 개의 벤팅홀(H) 중 적어도 2개의 벤팅홀(H)에서 개방되는 압력 또는 온도가 다르게 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 개방되는 압력 또는 온도를 복수 개의 벤팅홀(H) 중 일부마다 다르게 구비함으로써, 사용자가 벤팅 방향을 원하는대로 설계할 수 있다. 이로써, 같은 배터리 팩(10)에서도 사용 환경이나 위치 등에 따라 가스가 배출되는 방향을 다르게 설계할 수 있으므로, 비용이 절감되어 생산성이 향상될 수 있다.

예를 들면, 커버 부재(300)는 복수 개의 벤팅홀(H) 중 적어도 2개의 벤팅홀(H)마다 두께가 다르게 구비될 수 있다. 즉, 하나의 커버 부재(300)에서 벤팅홀(H)의 위치에 따라 두께가 다르게 구비될 수 있다. 커버 부재(300)의 일부분에만 다중으로 커버 부재(300)를 부착할 수도 있고, 커버 부재(300)의 일부분의 두께만 두껍게 제작하여 커버 부재(300)의 두께를 조절할 수 있다.

이로써, 커버 부재(300) 중 두께가 상대적으로 두꺼운 부분은 특정 압력이나 온도에 도달하더라도 개방되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 벤팅홀(H) 중 상부에 위치하는 벤팅홀(H)을 커버하는 커버 부재(300)의 두께는 두껍게 구비되어 특정 압력이나 온도에서 개방되지 않고 벤팅홀(H)을 폐쇄하는 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 하부에 위치하는 벤팅홀(H)을 커버하는 커버 부재(300)만 파열 등으로 개방되어 가스 등이 하부를 향해 벤팅될 수 있다.

또는, 상기 실시예와 달리, 커버 부재(300)가 팩 케이스(200)에 접착되는 접착 강도가 다르게 구비될 수 있다. 즉, 하나의 커버 부재(300)에서 벤팅홀(H)의 위치에 따라 접착력이 다르게 구비될 수 있다. 이로써, 커버 부재(300) 중 접착 강도가 상대적으로 약한 부분은 특정 압력이나 온도에 도달하면 개방되고, 접착 강도가 상대적으로 강한 부분은 특정 압력이나 온도에서도 개방되지 않을 수 있다. 이에 따라, 사용자는 커버 부재(300)의 접착력을 조절하여 벤팅 방향을 원하는대로 설정할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 개폐 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 개폐 부재(500)는 복수 개의 벤팅홀(H) 중 적어도 하나를 개폐하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 벤팅홀(H) 중 적어도 일부를 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 구성될 수 있다.

개폐 부재(500)는 팩 케이스(200)에 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 개폐 부재(500)는 팩 케이스(200)의 외측면에 구비되어 리브(R) 및 커버 부재(300)보다 외측에 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 사용자는 개폐 부재(500)를 통해 선택적으로 가스가 배출되는 벤팅홀(H)의 개수 또는 위치를 조절할 수 있으므로 원하는 방향으로 가스를 벤팅시킬 수 있다.

개폐 부재(500)는 여러 개의 벤팅홀(H)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있는 어떠한 구조로 이루어져도 무방하다. 일 실시예에 따르면, 개폐 부재(500)는 팩 케이스(200)에 결합되어 하나의 벤팅홀(H)을 커버하도록 구성되는 케이스와 상기 케이스 내부에 구비되어 케이스 외부로 인출 가능하게 구성되는 커버를 포함할 수 있다. 상기 커버는 선택적으로 상기 케이스 내부에 구비되어 하나의 벤팅홀(H)만 커버하도록 구성되거나, 상기 케이스 외부로 인출되어 나머지 벤팅홀(H) 중 적어도 하나를 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 커버를 케이스 외부로 인출하기 위해 커버에는 돌출부가 구비될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서는, 벤팅부(V)가 복수 개 구비되고, 복수 개의 벤팅부(V) 중 어느 벤팅부(V)는 개폐 부재(500)를 모두 개방하여 가스가 많이 배출되도록 하고, 다른 어느 벤팅부(V)는 개폐 부재(500)의 커버를 인출하여 벤팅홀(H)을 모두 폐쇄하여 가스가 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다. 이로써, 개폐 부재(500)가 개방된 측의 벤팅부(V)에서만 가스가 배출되도록 함으로써 벤팅 방향을 자유롭게 조절할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전방 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 후방 사시도이다.

도 2, 도 11 및 도 12 등을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스(200)는 베이스 플레이트(210)와 사이드 플레이트(220)를 포함할 수 있다.

베이스 플레이트(210)는 복수 개의 배터리 셀(100)이 상부 표면에 안착되도록 구성될 수 있다. 베이스 플레이트(210)는 팩 케이스(200)의 하부면을 형성할 수 있으며, 사각판 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 베이스 플레이트(210)는 평평한 상부 표면을 구비하여, 복수 개의 배터리 셀(100)이 안정적으로 안착되도록 마련될 수 있다.

사이드 플레이트(220)는 베이스 플레이트(210)의 각 모서리(테두리부)에서 상방으로 연장될 수 있다. 사이드 플레이트(220)는, 다수의 단위 벽체를 구비하여, 복수 개의 배터리 셀(100)의 측면을 커버하도록 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 사이드 플레이트(220)는, 베이스 플레이트(210)의 -Y 방향 측 단부에 위치하며 배터리 셀(100)들의 전면을 커버하도록 구성되는 프론트 플레이트(221), +Y 방향 측 단부에 위치하며 배터리 셀(100)들의 후면을 커버하도록 구성되는 리어 플레이트(222) 및 +X 방향 및 -X 방향 측 단부에 위치하며 배터리 셀(100)들의 양측면을 커버하도록 구성되는 엔드 플레이트(223)를 포함할 수 있다.

벤팅부(V)는 팩 케이스(200)의 측면, 즉 사이드 플레이트(220)에 구비될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 벤팅부(V)를 커버하도록 사이드 플레이트(220)에 부착될 수 있다.

벤팅부(V) 및 커버 부재(300)는 각각 복수 개 구비될 수 있다. 특히, 벤팅부(V)는 사이드 플레이트(220)의 여러 단위 벽체 중 적어도 일부 단위 벽체에 위치할 수 있다. 벤팅부(V)는 사이드 플레이트(220)의 양측면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에 도시된 바를 참조하면, 벤팅부(V)는 프론트 플레이트(221)와 리어 플레이트(222)에 각각 구비될 수 있다.

또한, 벤팅부(V)는 둘 이상의 단위 벽체에 각각 별도로 형성될 수도 있고, 하나의 단위 벽체에 둘 이상 형성될 수도 있다. 벤팅부(V)는 사이드 플레이트(220)의 양측면에 각각 복수 개 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에 도시된 바를 참조하면, 벤팅부(V)는 프론트 플레이트(221)와 리어 플레이트(222)에 각각 2개씩 구비될 수 있다.

이때, 각 벤팅부(V) 마다 그에 대응되는 커버 부재(300)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12의 실시 구성에 도시된 바와 같이, 프론트 플레이트(221)와 리어 플레이트(222)에 각각 2개의 벤팅부(V)가 형성되며, 각 벤팅부(V)마다 별도의 커버 부재(300)가 마련되어, 총 4개의 커버 부재(300)가 배터리 팩(10)에 포함될 수 있다.

복수 개의 벤팅부(V) 및 커버 부재(300)는, 하나의 단위 벽체에서, 수평 방향(이를 테면, 좌우 방향)으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 벤팅부(V) 및 커버 부재(300) 각각은 프론트 플레이트(221) 및 리어 플레이트(222)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(100)의 이상 상황 시, 고온의 가스 등이 팩 케이스(200)의 양측면에 대칭되어 구비되는 벤팅부(V)를 통해 팩 케이스(200)의 양방향으로 배출될 수 있다. 특히, 하나의 단위 벽체에서 2개의 벤팅부(V)가 위치하는 단부에는, 다수의 배터리 셀(100)의 전극 리드 내지 빈 공간이 위치할 수 있다. 이로써, 배터리 셀에서 생성되어 팩 케이스(200) 내부에 존재하는 가스를 보다 신속하게 상기 팩 케이스(200)의 외부로 배출하기에 용이하다.

한편, 도 2, 도 11 및 도 12의 실시예 등을 기준으로 설명된 벤팅부(V)와 커버 부재(300)의 설치 개수나 위치 등은 일례에 불과하며, 여러 다른 개수나 위치 등으로 변경될 수 있음은 물론이다.

또한, 복수 개의 벤팅부(V) 중 적어도 일부는 서로 크기가 다르게 구비될 수 있다. 예를 들어, 프론트 플레이트(221)에 구비되는 벤팅부(V)와 리어 플레이트(222)에 구비되는 벤팅부(V)의 크기가 다르게 구성될 수 있다. 또는, 같은 프론트 플레이트(221) 또는 리어 플레이트(222)에 구비되는 벤팅부(V)의 크기가 서로 다르게 구성될 수도 있다.

상대적으로 크기가 작게 구비되는 벤팅부(V)는 가스가 배출되는 면적이 작아지므로 배출되는 속도가 빨라질 수 있다. 이로써, 특정 압력 또는 온도에 도달하는 경우 상대적으로 크기가 작게 구비되는 벤팅부(V)를 커버하는 커버 부재(300)가 개방될 확률이 높아지므로, 상대적으로 크기가 작게 구비되는 벤팅부(V)를 향해 가스가 배출될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 사용자가 배터리 팩(10)이 구비되는 방향이나 위치 등에 따라 가스가 배출되는 방향을 설정할 수 있다. 이로써, 같은 배터리 팩(10)에서도 사용 환경이나 위치 등에 따라 가스가 배출되는 방향을 다르게 설계할 수 있으므로, 비용이 절감되어 생산성이 향상될 수 있다.

예를 들면, 배터리 팩(10)의 전방 측이 전면으로 향하도록 구비되는 경우, 프론트 플레이트(221)에 구비되는 벤팅부(V)의 면적보다 리어 플레이트(222)에 구비되는 벤팅부(V)의 면적이 더 크게 구비될 수 있다. 이로써, 리어 플레이트(222)에 구비되는 벤팅부(V)를 통해 가스가 더 원활하게 배출될 수 있으므로 배터리 팩(10)의 전면에 있는 사용자 등이 보호될 수 있다.

한편, 도 1, 도 11 및 도 12를 주로 참조하면, 팩 케이스(200)는 탑 플레이트(230)를 더 포함할 수 있다.

탑 플레이트(230)는 복수 개의 배터리 셀(100)의 상부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 탑 플레이트(230)는 사이드 플레이트(220)의 상부에 결합되어 팩 케이스(200)의 상면을 형성하도록 구비될 수 있다. 탑 플레이트(230)는 배터리 셀(100)과 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호하고, 이러한 배터리 셀(100)에서 배출된 벤팅 가스가 팩 케이스(200)의 외부, 특히 상부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 탑 플레이트(230)는 벤팅 가스와 스파크 등이 팩 케이스(200)의 내부 공간에서 벤팅부(V)를 향하도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 도 5에서 굵은 화살표로 표시된 바와 같이, 벤팅 가스 등이 팩 케이스(200)의 상부 내측 표면을 따라 벤팅부(V) 측으로 이동할 수 있다. 상부를 향해 이동한 가스는 벤팅부(V)가 구비되는 프론트 플레이트(221) 및 리어 플레이트(222) 측으로 유도되어 벤팅부(V)를 통해 팩 케이스(200)의 외부로 배출될 수 있다. 이로써, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생 시, 배터리 셀(100)에서 생성된 가스가 사방으로 확산되지 않고, 벤팅부(V)를 통해 신속하게 외부로 배출됨으로써, 배터리 셀(100)들 간의 열 전파를 방지할 수 있다.

한편, 탑 플레이트(230)와 베이스 플레이트(210)는 사이드 플레이트(220)보다 외측으로 돌출되도록 구비될 수 있다. 이를테면, 도 5, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 탑 플레이트(230)와 베이스 플레이트(210)는 프론트 플레이트(221)와 리어 플레이트(222)보다 더 외측으로 돌출되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생 시, 커버 부재(300)가 개방되어 벤팅부(V)를 통해 배출된 가스가 배터리 팩(10)의 상부 또는 하부로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 본 발명의 배터리 팩(10)이 다른 장치에 복수 개 포함되는 경우, 인접하는 배터리 팩(10)에 열 전파되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 냉각 유닛(400)을 더 포함할 수 있다. 냉각 유닛(400)은 냉각 매체가 유동하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 냉각 유닛(400)은 유입 포트(410) 및 배출 포트(420)를 포함할 수 있다. 유입 포트(410)는 냉각 매체가 팩 케이스(200) 내부로 유입되도록 구성될 수 있고, 배출 포트(420)는 냉각 매체가 팩 케이스(200) 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

유입 포트(410) 및 배출 포트(420)는 팩 케이스(200)의 일측에 구비될 수 있다. 이를테면, 도 11에 도시된 바와 같이, 유입 포트(410) 및 배출 포트(420)는 프론트 플레이트(221)가 위치하는 측에 구비될 수 있다. 이때, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에서 냉각 유닛(400)이 위치하는 측면에 구비될 수 있다.

유입 포트(410)와 배출 포트(420)에는 냉각 매체가 유동하는 호스가 연결될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 냉각 매체에 의해 결로가 발생하기 쉬운 부분에 커버 부재(300)가 구비됨에 따라 결로로 인해 생성되는 수분이 팩 케이스(200)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 디바이스가 팩 케이스로부터 분리된 상태의 모습을 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 디바이스가 구비된 부분을 확대하여 도시한 사시도이다. 또한, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스가 폐쇄된 것을 도시한 단면도이다. 그리고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 벤팅 디바이스가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다. 예를 들어, 도 15 및 도 16은, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'단면의 전방 측 일부분을 나타낸 도면일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 벤팅 디바이스(600)를 포함할 수 있다. 벤팅 디바이스(600)는 팩 케이스(200)에 장착될 수 있다. 벤팅 디바이스(600)는 벤팅부(V)에 장착 가능하게 구성될 수 있다.

벤팅 디바이스(600)는 사이드 플레이트(220)의 일측면에서 결합될 수 있다. 이를테면, 벤팅 디바이스(600)는 사이드 플레이트(220)의 외측면에 결합될 수 있다. 이러한 경우, 벤팅 디바이스(600)는 사이드 플레이트(220)의 외측면에 볼팅 결합될 수 있다. 상기 실시예에서는 벤팅 디바이스(600)의 크기가 벤팅부(V)의 크기보다 작게 구비되어 벤팅 디바이스(600)가 벤팅부(V)를 완전히 커버하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 복잡한 팩 케이스(200)의 내부에서 벤팅 디바이스(600)를 조립하는 대신 팩 케이스(200) 완성 후 외부에서 벤팅 디바이스(600)를 조립함으로써 생산성을 높일 수 있다.

또한, 벤팅 디바이스(600)는 개폐 가능하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 도 15와 같이, 벤팅 디바이스(600)는 특정 압력 미만인 경우에는 개방되지 않고 폐쇄된 상태를 유지할 수 있으며, 도 16과 같이, 벤팅 디바이스(600)는 배터리 팩(10)에 열적 이벤트가 발생하여 가스의 압력이 특정 압력 이상일 때에만 개방되도록 구성될 수 있다.

벤팅 디바이스(600)는 가스의 압력에 의해 개방되어, 내부에 수납된 배터리 셀(100)에서 생성되는 가스를 팩 케이스(200)의 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생시, 도 16에 도시된 굵은 화살표와 같이, 벤팅 디바이스(600)가 개방되어 배터리 셀(100)에서 생성되는 가스가 벤팅 디바이스(600)의 개방된 부분을 통해 팩 케이스(200)의 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 이로써, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 팩 케이스(200) 내부의 내압이 상승되는 것이 방지되고 다른 배터리 셀(100)들의 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 측면에 의하면 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 벤팅 가스가 팩 케이스(200) 외부로 모두 배출되면 폐쇄된 벤팅 디바이스(600)에 의해 팩 케이스(200) 내부로 산소가 유입되는 것이 차단될 수 있다. 이로써, 배터리 팩(10)에서 화염이 생성되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.

그리고, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 외부로 배출된 벤팅 가스가 다시 팩 케이스(200) 내부로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

구체적으로, 도 16을 참조하면, 배터리 팩(10)에 열적 이벤트가 발생하여 배터리 팩(10) 내부의 가스의 압력이 특정 압력 이상이 되는 경우, 벤팅 디바이스(600)는 배터리 셀(100)에서 생성된 가스의 압력에 의해 일 방향으로 개방되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 벤팅 디바이스(600)는 일 방향으로만 개방되도록 구성될 수 있으며, 상기 일 방향이란 팩 케이스(200)의 내부에서 외부를 향하는 방향(팩 케이스(200)의 외측 방향)으로 정의될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 일 방향으로만 개방되는 벤팅 디바이스(600)에 의해 팩 케이스(200) 내부의 가스를 특정 방향, 즉 팩 케이스(200)의 외측으로 벤팅되도록 유도할 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 케이스(200)의 외부로 배출된 가스가 다시 팩 케이스(200)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 이러한 벤팅 디바이스(600)가 방향성만 가진다면 벤팅 디바이스(600)의 구체적인 종류나 형태에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 벤팅 디바이스(600)가 본 발명의 배터리 팩(10)을 구성하는데 채용될 수 있다.

도 15 및 도 16과 함께 도 17을 더 참조하여 벤팅 디바이스(600)의 상세한 구조를 설명한다. 벤팅 디바이스(600)는 안착부(610), 커버부(620) 및 힌지부(630)를 포함할 수 있다.

안착부(610)는 팩 케이스(200)에 결합될 수 있다. 상술한 바와 같이, 안착부(610)가 팩 케이스(200)의 벤팅부(V)에 삽입되거나, 팩 케이스(200)의 일측면에 결합되어 벤팅 디바이스(600)가 팩 케이스(200)에 장착될 수 있다. 안착부(610)에는 벤팅 가스가 배출되는 배출홀(611)이 형성될 수 있다. 즉, 안착부(610)는 링 형상으로 구비될 수 있다.

커버부(620)는 배출홀(611)을 커버하도록 구성될 수 있다. 커버부(620)는 플레이트 형상으로 구비될 수 있다. 커버부(620)는 안착부(610)에 결합되어 구비될 수 있다. 커버부(620)는 안착부(610)보다 내측에 구비되어 안착부(610)에 안착되도록 구비될 수 있다.

벤팅 디바이스(600)는 힌지부(630)를 구비하여, 힌지부(630)에 의해 커버부(620)가 안착부(610)에 결합될 수 있다. 힌지부(630)는 커버부(620)의 일측에 회동 가능하게 구성될 수 있다. 이로 인해, 커버부(620)는 회동 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 힌지부(630)는 탄성력을 가지는 탄성체를 구비하거나 이러한 탄성체로 구현될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 팩(10)에 열적 이벤트가 발생하지 않은 정상 상태에서는 힌지부(630)의 탄성력에 의해 커버부(620)가 배출홀(611)을 커버하도록 유지될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)에 작용하는 외력이나 진동 등에 의해서도 벤팅 디바이스(600)가 개방되지 않을 수 있다.

한편, 배터리 팩(10)에 열적 이벤트가 발생하는 경우에는, 커버부(620)는 가스의 압력에 의해 일 방향으로 개방되도록 구성될 수 있다. 즉, 팩 케이스(200) 내부의 가스로 인해 내압이 특정 압력 이상이 되면, 힌지부(630)가 폐쇄 상태를 유지하려는 탄성력보다 내압이 더 커져 힌지부(630)가 회전되어 커버부(620)가 개방될 수 있다. 이를 위해, 힌지부(630)의 탄성 계수 또는 소재 등은 상기 특정 압력 이상이 되면 개방되도록 설계될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 평소에는 커버부(620)의 폐쇄를 유지하여 배터리 팩(10)의 방수 내지 방진을 비롯한 이물질 투입 방지 성능을 유지하면서도, 열적 이벤트가 발생하면 커버부(620)가 개방되도록 하여 배터리 팩(10) 내부의 열 축적을 방지할 수 있다.

도 15 및 도 17을 참조하면, 안착부(610)는 경사부(612)를 포함할 수 있다. 경사부(612)는 배출홀(611)의 테두리에서 하방으로 경사지게 구비될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 특정 압력 이상이 되어 커버부(620)가 개방될 때, 안착부(610)에 의해 커버부(620)의 개방 동작이 방해받지 않도록 하거나, 경사부(612)가 커버부(620)의 개방 방향을 가이드할 수 있다.

도 18을 참조하면, 벤팅 디바이스(600)는 내측 실링 부재(640)를 더 포함할 수 있다. 내측 실링 부재(640)는 배출홀(611)의 둘레를 따라 구비될 수 있다. 내측 실링 부재(640)는 커버부(620)와 안착부(610) 사이에 구비될 수 있다. 내측 실링 부재(640)는 실리콘 등 탄성력을 가지는 재질로 마련될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 내측 실링 부재(640)가 구비됨에 따라 커버부(310)가 안착부(610)에서 개방되지 않는 경우, 커버부(620)와 안착부(610) 사이의 이격된 공간으로 가스가 누출되는 것이 원천적으로 방지될 수 있다.

도 19를 참조하면, 벤팅 디바이스(600)는 걸림 돌기(650)를 더 포함할 수 있다. 걸림 돌기(650)는 안착부(610)에서 상방으로 돌출되도록 구비될 수 있다. 이때, 커버부(620)는 걸림 돌기(650)보다 내측에 구비될 수 있다. 이로써, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버부(620)가 폐쇄된 상태에서 커버부(620)가 걸림 돌기(650)에 의해 고정됨에 따라 커버부(620)가 특정 압력 미만일 때 또는 진동 등이 발생하는 상황에서 쉽게 개방되지 않도록 할 수 있다.

걸림 돌기(650)는 탄성력을 가지는 소재로 마련될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버부(620)가 개방될 때에는 외측으로 절곡되어 커버부(620)를 고정하는 것이 해제될 수 있다. 또는, 걸림 돌기(650)는 파손에 의해 커버부(620) 고정이 해제될 수 있다.

또는, 상기 실시예와 달리, 걸림 돌기(650)는 커버부(620)가 배출홀(611)을 커버하고 있는 상태에서는 안착부(610)에서 외측으로 돌출되어 커버부(620)를 고정시킬 수 있으며, 특정 압력에서는 커버부(620)가 개방될 수 있도록 걸림 돌기(650)가 안착부(610)의 내측으로 이동할 수 있다. 이로써, 커버부(620)가 개방될 때에는 걸림 돌기(650)가 커버부(620)를 고정하는 것이 해제될 수 있다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 주요 부분의 정면도를 도시한 도면이고, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 단면도이고, 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(600)를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착될 수 있다. 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(600)의 외측에 부착될 수 있다. 즉, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착되어 벤팅 디바이스(600)의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이때, 도 20에 도시된 바와 같이, 커버 부재(300)의 너비는 벤팅 디바이스(600)의 너비보다 더 크게 구비되어 벤팅 디바이스(600)를 수평 방향으로 완전히 커버하도록 구성될 수 있다. 또는 커버 부재(300)는 벤팅 디바이스(600), 이를테면 안착부(610)에 부착될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(600)가 쉽게 개방되는 것을 방지함으로써, 벤팅 디바이스(600)가 특정 온도 및 압력이 아닌 다른 온도 및 압력에서 가스에 의해 쉽게 개방되지 않을 수 있다.

도 21 및 도 22를 참조하면, 커버 부재(300)는 평소에는 벤팅 디바이스(600)를 커버하도록 팩 케이스(200)에 부착된 상태를 유지하다가 특정 상황에서 개방되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200) 내부의 압력이 특정 압력에 도달하는 경우 벤팅 디바이스(600)가 개방되면 함께 개방되도록 구성될 수 있다. 이를테면, 도 22에 도시된 바와 같이, 커버 부재(300)는 팩 케이스(200)에 부착된 상태가 해제되어 이탈됨으로써 개방될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 평소에는 배터리 팩(10)에 수분이 침투되는 것을 방지하다가, 배터리 팩(10)의 이상 상황 발생시, 도 22에 도시된 굵은 화살표와 같이 벤팅 디바이스(600) 및 커버 부재(300)가 개방되어, 배터리 셀(100)에서 생성된 가스가 벤팅 디바이스(600)의 개방된 부분을 통해 팩 케이스(200)의 외부로 원활하게 배출될 수 있다.

이로써, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생시, 팩 케이스(200) 내부의 내압이 상승되는 것이 방지되고 다른 배터리 셀(100)들의 추가 연쇄 발화를 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 측면에 의하면 배터리 팩(10)의 안전성과 신뢰성이 보장될 수 있다.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커버 부재가 적용된 배터리 팩의 주요 부분의 정면도를 도시한 도면이고, 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 커버 부재가 개방된 상태의 일 형태를 도시한 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 23 및 도 24에 도시된 실시예와 같이, 커버 부재(300)는 파단선(310)을 구비할 수 있다. 파단선(310)은 벤팅 디바이스(600)가 개방되는 부분을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 파단선(310)은 벤팅 디바이스(600)의 커버부(620)의 둘레를 따라 형성될 수 있다.

이로써, 도 16에 도시된 바와 같이, 팩 케이스(200) 내부의 압력이 특정 압력에 도달하여 벤팅 디바이스(600)가 개방되는 경우, 파단선(310)을 따라 커버 부재(300)가 파단되어 더욱 쉽게 개방될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(600)의 면적에 대응되도록 구비되는 경우 또는 커버 부재(300)의 접착력이 강하게 구비되는 경우에도, 커버 부재(300)가 쉽게 파단되어 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있다.

또는, 도 25에 도시된 실시예와 같이, 벤팅 디바이스(600)는 커버 부재(300)를 향해 돌출되도록 구성되는 돌출부(660)가 형성될 수 있다. 돌출부(660)는 커버부(620)의 하단부에 구비될 수 있다. 돌출부(660)는 커버부(620)의 적어도 일부가 돌출되어 구비될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 팩 케이스(200) 내부의 압력이 특정 압력에 도달하여 벤팅 디바이스(600)가 개방되는 경우, 돌출부(660)가 커버 부재(300)를 향해 밀어내는 힘이 작용하여 커버 부재(300)가 벤팅 디바이스(600)가 개방되는 영역과 대응하여 쉽게 파단될 수 있다. 이로써, 가스가 팩 케이스(200)의 외부로 더욱 신속하게 배출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)은, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함한다. 상기 ESS는, 예를 들어 복수의 배터리 팩(10) 및 내부에 복수의 배터리 팩(10)이 적층될 수 있도록 구성된 컨테이너 하우징을 포함하는 배터리 컨테이너를 포함할 수 있다. 상기 ESS는 이러한 배터리 시스템을 하나 또는 복수 개 포함할 수 있다.

이 밖에도, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함하는 다양한 배터리 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 충전 시스템, 배터리 교환 시스템, 배터리 수리 시스템 등이 본 발명에 따른 배터리 시스템일 수 있다.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함하는 자동차를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자동차는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함할 수 있다. 상기 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)으로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

10: 배터리 팩

100: 배터리 셀

200: 팩 케이스

V: 벤팅부

H: 벤팅홀

R: 리브

210: 베이스 플레이트

220: 사이드 플레이트

221: 프론트 플레이트

222: 리어 플레이트

223: 엔드 플레이트

230: 탑 플레이트

300: 커버 부재

310: 파단선

400: 냉각 유닛

410: 유입 포트

420: 배출 포트

500: 개폐 부재

600 : 벤팅 디바이스

610: 안착부

611: 배출홀

612: 경사부

620: 커버부

630: 힌지부

640: 내측 실링 부재

650: 걸림 돌기

660: 돌출부

Claims

복수 개의 배터리 셀;

상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며, 상기 배터리 셀에서 생성되는 가스를 외부로 배출하도록 구성되는 벤팅부가 구비되는 팩 케이스; 및

상기 팩 케이스에 부착되어 상기 벤팅부를 개폐하도록 구성되는 커버 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 커버 부재는 상기 팩 케이스 내부에서 특정 온도 및 압력 중 적어도 하나에 도달하는 경우 개방되어 상기 배터리 셀에서 생성되는 가스가 외부로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 팩 케이스는

상기 벤팅부의 적어도 일부를 커버하도록 구성되는 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,

상기 커버 부재는

상기 벤팅부의 둘레를 따라 상기 팩 케이스의 외측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,

상기 커버 부재는 상기 벤팅부의 둘레를 따라 상기 팩 케이스의 내측면에 부착되고, 상기 리브와 직접 마주보도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제5항에 있어서,

상기 리브는 상기 팩 케이스의 내측면을 향할수록 두께가 작아지는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,

상기 리브는 상기 팩 케이스의 외측을 향해 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,

상기 벤팅부는 상기 리브에 의해 구획되는 복수 개의 벤팅홀을 포함하고,

상기 커버 부재는 상기 복수 개의 벤팅홀 중 적어도 2개의 벤팅홀에서 개방되는 압력 또는 온도가 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서,

상기 벤팅부는 상기 리브에 의해 구획되는 복수 개의 벤팅홀을 포함하고,

상기 팩 케이스에 구비되어 상기 복수 개의 벤팅홀 중 적어도 하나를 개폐하도록 구성되는 개폐 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 벤팅부는 복수 개 구비되고,

복수 개의 상기 벤팅부 중 적어도 일부는 서로 크기가 다르게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 팩 케이스에 구비되어 냉각 매체가 유동하도록 구성되는 냉각 유닛을 더 포함하고,

상기 커버 부재는 상기 팩 케이스에서 상기 냉각 유닛이 위치하는 측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 벤팅부에 장착되어 개폐 가능하게 구성되는 벤팅 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제12항에 있어서,

상기 커버 부재는 상기 벤팅 디바이스의 외측에 부착되며, 상기 벤팅 디바이스가 개방되는 경우 함께 개방되어 상기 가스가 상기 팩 케이스의 외부로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제12항에 있어서,

상기 벤팅 디바이스는 상기 커버 부재를 향해 돌출되도록 구성되는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 ESS.