WO2024123012A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024123012A1
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양창현
신주환
허남훈
성준엽
이형석
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    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack.
  • This application claims the benefit of Korean Application No. 10-2022-0168151, filed on December 5, 2022, and Korean Application No. 10-2023-0024931, filed on February 24, 2023, which are incorporated herein by reference. It is referenced in its entirety.
  • Secondary batteries can be charged and discharged multiple times.
  • Secondary batteries are widely used as an energy source for various wireless devices such as handsets, laptops, and cordless vacuum cleaners.
  • the manufacturing cost per unit capacity of secondary batteries has dramatically decreased due to improvements in energy density and economies of scale, and as the range of battery electric vehicles (BEVs) has increased to the same level as fuel vehicles, the main uses of secondary batteries are is moving from mobile devices to mobility.
  • BEVs battery electric vehicles
  • the problem to be solved by the technical idea of the present invention is to provide a battery pack with improved safety.
  • a battery pack includes a plurality of first battery devices mounted on a housing and spaced apart from each other; and a plurality of second battery devices mounted on the housing and interposed between the plurality of first battery devices, wherein each of the plurality of first battery devices includes a first positive electrode active material. Includes first battery cells, and each of the plurality of second battery devices includes a plurality of second battery cells including a second positive electrode active material different from the first positive electrode active material.
  • the first positive electrode active material includes nickel and manganese.
  • the second positive electrode active material includes iron and phosphorus.
  • the area of each of the plurality of first battery devices is different from the area of each of the second battery devices.
  • An area of each of the plurality of first battery devices is smaller than an area of each of the second battery devices.
  • An area of each of the plurality of first battery devices is larger than an area of each of the second battery devices.
  • Each of the plurality of first battery devices includes a first bus bar plate including a first positive terminal and a second negative terminal connected to each of the plurality of first battery cells.
  • Each of the plurality of second battery devices includes a second bus bar plate including a second positive terminal and a second negative terminal connected to each of the plurality of first battery cells.
  • Each of the plurality of first battery devices includes a thermal separator interposed between the plurality of first battery cells.
  • the thermal separator includes any of ceramic materials, coated glass fibers, calcium-silicates, aramids, and intumescent materials.
  • the thermal separator includes channels for coolant to flow.
  • the thermal separator is configured to release any one of a fire retarding material and a fire extinguishing agent when adjacent ones of the plurality of first battery cells are in a thermal runaway state.
  • Each of the plurality of second battery cells of each of the plurality of second battery devices contacts a neighboring one of the plurality of second battery cells.
  • Each of the plurality of second battery devices does not include a thermal separator.
  • Each of the plurality of first battery devices is spaced apart from each other with a neighboring one of the plurality of second battery devices in between.
  • second battery devices may be arranged between first battery devices including first battery cells containing nickel and manganese as positive active materials.
  • the second battery devices include second battery cells containing phosphoric acid and iron as positive active materials.
  • heat propagation within the battery pack may be delayed.
  • the first battery devices include a plurality of thermal separators interposed between the first battery cells, and the second battery devices do not include a thermal separator, the energy efficiency of the battery pack can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a battery pack according to example embodiments.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA-AA' in FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB-BB' in Figure 1.
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a battery pack according to example embodiments.
  • FIG. 5 is a plan view for explaining a battery pack according to example embodiments.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a battery pack according to example embodiments.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA-AA' in FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB-BB' in Figure 1.
  • the battery pack 100 includes a housing 110, a plurality of first battery devices 120, a plurality of second battery devices 130, a center beam 141, and a plurality of It may include cross beams 143, a plurality of exhaust devices 150, and a plurality of bus bars 160.
  • the battery pack 100 is the final form of a battery system installed in mobility, etc.
  • the housing 110 may provide a space for mounting the first battery devices 120 and the second battery devices 130.
  • the housing 110 may include a bottom plate 110B and a plurality of side walls 110W.
  • X direction and Y direction Two directions substantially parallel to the bottom plate 110B of the housing 110 are defined as the X direction and Y direction, and a direction substantially perpendicular to the bottom plate 110B of the housing 110 is defined as the Z direction.
  • Each of the X, Y, and Z directions may be substantially perpendicular to each other.
  • a plurality of first battery devices 120 and a plurality of second battery devices 130 may be disposed on the bottom plate 110B.
  • the bottom plate 110B may support a plurality of first battery devices 120 and a plurality of second battery devices 130.
  • the plurality of side walls 110W may horizontally surround the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • the plurality of side walls 110W may protect the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • Each of the first plurality of battery devices 120 and each of the plurality of second battery devices 130 may be of a modular type. Each of the first battery devices 120 and the second battery devices 130 may not include a module frame.
  • Each of the plurality of first battery devices 120 may include a plurality of first battery cells 121 and a first bus bar plate 125.
  • Each of the plurality of second battery devices 130 may include a plurality of second battery cells 131 and a second bus bar plate 135.
  • the plurality of first battery cells 121 and the plurality of second battery cells 131 are the basic units of a lithium ion battery, that is, a secondary battery.
  • Each of the first battery cells 121 and the second battery cells 131 includes an electrode assembly, an electrolyte, and a case.
  • the plurality of first battery cells 121 and the plurality of second battery cells 131 are classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode assembly and electrolyte. Lithium-ion polymer batteries are increasing their market share in secondary batteries because they are less likely to leak electrolyte and are easier to manufacture.
  • Each of the plurality of first battery cells 121 and the plurality of second battery cells 131 may be one of a cylindrical battery cell, a prismatic battery cell, and a pouch-type battery cell.
  • the electrode assembly of a cylindrical battery cell is embedded in a cylindrical metal can.
  • the electrode assembly of the prismatic battery cell is embedded in a prismatic metal can.
  • the electrode assembly of the pouch-type battery cell is embedded in a pouch case containing aluminum laminate sheets.
  • the electrode assembly built into the battery case includes an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode. Electrode assemblies are classified into jelly-roll type and stack type according to assembly type.
  • the jelly roll type is made by winding an anode, a cathode, and a separator sandwiched between them.
  • the stack type includes a plurality of sequentially stacked anodes, a plurality of cathodes, and a plurality of separators interposed between them.
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material.
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material.
  • the thickness of the positive electrode current collector may range from about 3 ⁇ m to about 500 ⁇ m (Ranges from about 3 ⁇ m to about 500 ⁇ m).
  • the positive electrode current collector may not cause chemical changes in the secondary battery that is ultimately manufactured and may have high conductivity.
  • the positive electrode current collector may include, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, and aluminum.
  • the positive electrode current collector may include stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc.
  • the surface of the positive electrode current collector may include a fine concavo-convex structure to increase the adhesion of the active material.
  • the positive electrode current collector may have a shape such as a film, sheet, foil, net, porous material, foam, or non-woven fabric.
  • the thickness of the negative electrode current collector may range from about 3 ⁇ m to about 500 ⁇ m.
  • the negative electrode current collector may not cause chemical changes in the secondary battery that is ultimately manufactured and may have high conductivity.
  • the negative electrode current collector may include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, and aluminum-cadmium alloy.
  • the negative electrode current collector may include stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc.
  • the surface of the negative electrode current collector may include a fine concave-convex structure to increase the adhesion of the active material.
  • the negative electrode current collector may have a shape such as a film, sheet, foil, net, porous material, foam, or non-woven fabric.
  • the negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphitic carbon.
  • the negative electrode active material is, for example, Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), LixWO 2 ( 0 ⁇ x ⁇ 1 ), Sn Any one of Pb and Ge, Me' is one of Al, B, P, Si, a group 1, 2, and 3 element of the periodic table, and halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1;; 1 ⁇ z ⁇ 8) and other metal complex oxides.
  • Negative active materials include, for example, lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloy; It may contain a tin-based alloy.
  • the negative electrode active material is, for example, SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , and other metal oxides.
  • Negative active materials include, for example, conductive polymers such as polyacetylene; It may include Li-Co-Ni based materials, etc.
  • each of the plurality of first battery cells 121 may include a first positive electrode active material.
  • each of the plurality of second battery cells 131 may include a second positive electrode active material.
  • the first positive electrode active material may be different from the second positive electrode active material.
  • the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are materials that can cause an electrochemical reaction.
  • the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be lithium transition metal oxide.
  • the first positive electrode active material may include a layered structure.
  • the first positive electrode active material may include nickel and manganese.
  • the first positive electrode active material may include, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Lithium nickel type represented by the formula LiNi 1-y M y O 2 (where M is any one of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn and Ga, 0.01 ⁇ y ⁇ 0.7) oxide; Like Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+zN i 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , Li 1+z Ni b Mn c Co 1-(b+c+d ) M d O (2-e) A e (where -0.5 ⁇ z ⁇ 0.5,
  • the second positive electrode active material may include an olivine structure.
  • the second positive electrode active material may include iron and phosphorus.
  • the second positive electrode active material has the formula Li 1+x M 1-y M'y PO 4- z Any one, M' is any one of Al, Mg and Ti, X is any one of F, S and N, -0.5 ⁇ x ⁇ +0.5, 0 ⁇ y ⁇ 0.5, 0 ⁇ z ⁇ 0.1 ) may include olivine-based lithium metal phosphate expressed as ).
  • the energy density of each of the plurality of first battery cells 121 may be greater than the energy density of each of the plurality of second battery cells 131.
  • the safety and stability of each of the plurality of second battery cells 131 may be higher than the safety and stability of each of the plurality of first battery cells 121.
  • the lifespan of each of the plurality of first battery cells 121 may be shorter than the lifespan of each of the plurality of second battery cells 131.
  • the second positive electrode active material with an olivine structure has a lattice structure in which crystal-shaped hexahedrons are organically connected to each other, and is superior to the first positive electrode active material in terms of lifespan and fire stability.
  • the first cathode active material has a higher energy density than the second cathode active material, and in particular has superior low-temperature performance compared to the second cathode active material.
  • Each of the plurality of first battery cells 121 may include a first positive electrode tab and a first negative electrode tab. Each of the plurality of first battery cells 121 may further include a first positive lead and a first negative lead for connection to the outside. The first negative lead of each of the plurality of first battery cells 121 may be connected to the first positive lead of the following first battery cell 121 . The first negative lead of each of the plurality of first battery cells 121 may be welded to the first positive lead of the subsequent first battery cell 121 . Accordingly, the plurality of first battery cells 121 may be connected in series, and each of the plurality of first battery devices 120 may be configured to output a high voltage.
  • Each of the plurality of second battery cells 131 may include a second positive electrode tab and a second negative electrode tab. Each of the plurality of second battery cells 131 may further include a second positive lead and a second negative lead for connection to the outside. The second negative lead of each of the plurality of second battery cells 131 may be connected to the second positive lead of the subsequent second battery cell 131. The second negative lead of each of the plurality of second battery cells 131 may be welded to the second positive lead of the subsequent second battery cell 131. Accordingly, the plurality of second battery cells 131 may be connected in series, and each of the plurality of second battery devices 130 may be configured to output a high voltage.
  • the first bus bar plate 125 may include a first positive electrode terminal and a first negative terminal.
  • the first positive terminal and the first negative terminal may have a bar shape (or a bar shape including a curved portion), such as a bus bar, but are not limited thereto.
  • the first positive terminal may be connected to the first positive lead of the leading one of the plurality of first battery cells 121 connected in series, and the first negative terminal may be connected to the first positive lead of the leading one of the plurality of first battery cells 121 connected in series ( 121) may be connected to the first negative lead of the last one.
  • Each of the plurality of first battery devices 120 may include one first bus bar plate 125.
  • the plurality of first battery cells 121 of each of the plurality of first battery devices 120 may be connected to the first bus bar plate 125 and may operate as one unit.
  • the second bus bar plate 135 may include a second positive electrode terminal and a second negative terminal.
  • the second positive terminal and the second negative terminal may have a bar shape, such as a bus bar, but are not limited thereto.
  • the second positive terminal may be connected to the second positive lead of the first one of the plurality of second battery cells 131 connected in series, and the second negative terminal may be connected to the second positive lead of the last one of the plurality of second battery cells 131 connected in series. It may be connected to the second cathode lead.
  • Each of the plurality of second battery devices 130 may include one second bus bar plate 135.
  • the plurality of second battery cells 131 of each of the plurality of second battery devices 130 may be connected to the second bus bar plate 135 and may operate as one unit.
  • each of the plurality of first battery devices 120 may further include a plurality of thermal separators 125.
  • a plurality of thermal separators 122 may be interposed between the plurality of first battery cells 121 . Accordingly, some of the plurality of first battery devices 120 may come into contact with the plurality of thermal separators 122 .
  • the plurality of thermal separators 122 divide the plurality of first battery cells 121 into two or more groups to prevent a thermal runaway event occurring in one group from propagating to another group. It can be delayed or prevented.
  • the plurality of thermal separators 122 may be a thermal barrier. According to example embodiments, each of the plurality of thermal separators 122 may have a high melting temperature. According to example embodiments, each of the plurality of thermal separators 122 may have a low thermal conductivity.
  • the melting temperature of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 300° C. or higher. According to example embodiments, the melting temperature of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 600° C. or higher. According to example embodiments, the melting temperature of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 1000° C. or higher. According to example embodiments, the melting temperature of each of the plurality of thermal separators 122 may be 1500° C. or higher.
  • the thermal conductivity of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 20 W/mK or less. According to example embodiments, the thermal conductivity of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 1 W/mK or less. According to example embodiments, the thermal conductivity of each of the plurality of thermal separators 122 may be about 0.3 W/mK or less. The thermal conductivity of each of the plurality of thermal separators 122 described above can be measured at room temperature (about 25° C.).
  • each of the plurality of thermal separators 122 includes ceramics such as aluminum oxide (alumina), magnesium oxide (magnesia), silicon dioxide (silica), silicon nitride, silicon carbide (carborundum), and alumina silicate. May contain substances.
  • each of the plurality of thermal separators 122 may include any one of calcium-silicate, calcium-magnesium-silicate, and aramid.
  • each of the plurality of thermal separators 122 may include, for example, glass fiber coated with any of silicone, acrylic, vermiculite, graphite, and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • each of the plurality of thermal separators 122 may include an intumescent material.
  • an intumescent material is a material that increases in volume when exposed to heat.
  • the expandable material may isolate the object to be protected (eg, the plurality of first battery cells 121) from a fire source (eg, the battery cells 121 in which a thermal runaway event has occurred) due to expansion in volume.
  • Extinguishing by intumescent materials is generally referred to as passive extinguishing, and representative examples of intumescent materials are silicone and acrylic.
  • each of the plurality of thermal separators 122 in addition to physically and thermally separating the groups of the plurality of first battery cells 121, each of the plurality of thermal separators 122 includes a plurality of thermal separators, for example, a cooling plate. It may include a fluid circulation system for drawing or absorbing heat from the first battery cells 121. According to example embodiments, each of the plurality of thermal separators 122 may include a channel through which a fluid (i.e., coolant) such as water, glycol-water mixture, etc. flows.
  • a fluid i.e., coolant
  • each of the plurality of thermal separators 122 applies a fire retarding material and a fire extinguishing agent ( It may be configured to emit any one of a fire extinguishing agent).
  • the fire extinguishing agent is a substance that has a fire extinguishing effect, that is, preferably has a combustion suppressing effect and/or prevents the occurrence of fire.
  • Fire extinguishing is an action that prevents fire, and refers to an action that can suppress or weaken the continuation of a fire that has already occurred or the occurrence of a new fire.
  • a fire extinguishing agent is a substance that isolates chemical substances necessary for the continuation of a fire from the fire source or inhibits the chemical reactions necessary for ignition or continuation of the fire.
  • the extinguishing agent may preferably include an extinguishing additive and a solvent (or carrier material).
  • fire extinguishing agents may include carbon dioxide, nitrogen, and argon.
  • the fire extinguishing agent may include any one of fluoroform, haloform, halocarbon, heptanefluoropropane, bromotrifluoromethane, and bromochlorodifluoromethane.
  • first battery cells 121 form one group, and the groups are shown as being alternately arranged with a plurality of thermal separators 122, but this is for illustrative purposes only and does not in any way apply to the present invention. does not limit the technical ideas of
  • the plurality of first battery cells 121 may be grouped in an arbitrary number, and the number of first battery cells 121 included in each group may be different.
  • each of the plurality of second battery devices 130 may not include a thermal separator.
  • each of the plurality of second battery cells 131 may contact a neighboring one of the plurality of second battery cells 131 .
  • each of the plurality of second battery cells 131 may be spaced apart from the plurality of thermal separators 122 .
  • each of the plurality of second battery cells 131 may not be in contact with the plurality of thermal separators 122 .
  • a metal strap and a Thermal Interface Material may be further interposed between the bottom plate 110B and the bottom plate 110B.
  • a sheet containing an insulating material may be further disposed on the upper surface of the plurality of first battery cells 121, the upper surface of the plurality of thermal separators 125, and the upper surface of the plurality of second battery cells 131.
  • each of the plurality of first battery devices 120 may further include a first end plate covering the first bus bar plate 125 .
  • each of the plurality of second battery devices 130 may further include a second end plate covering the second bus bar plate 135 .
  • the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 may be alternately arranged along the X direction.
  • a plurality of second battery devices 130 may be interposed between neighboring ones of the plurality of first battery devices 120 .
  • the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 may be alternately arranged along the Y direction.
  • the number of the first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 arranged in the X direction is three
  • the number of the plurality of first battery devices 120 arranged in the Y direction is three.
  • the number of the plurality of first battery devices 120 arranged in the Y direction is three.
  • the number of the plurality of second battery devices 130 is two. Accordingly, the arrangement of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 can be said to be a 3 * 2 arrangement.
  • a corresponding one of the plurality of second battery devices 130 may be disposed between two neighboring ones of the plurality of first battery devices 120 .
  • a corresponding one of the plurality of first battery devices 130 may be disposed between two neighboring two of the plurality of second battery devices 130.
  • each of the plurality of first battery devices 120 may face one of the sidewall 110W and the plurality of second battery devices 130. Each of the plurality of first battery devices 120 may not face other first battery devices 120 .
  • each of the plurality of second battery devices 130 may face one of the sidewall 110W and the plurality of first battery devices 120. Each of the plurality of second battery devices 130 may not face other second battery devices 130 .
  • a plurality of exhaust devices 150 may be coupled to one of the side walls 110W.
  • the side wall 110W combined with the plurality of exhaust devices 150 may include ventilation holes.
  • the ventilation holes may be configured to provide a path for discharging gas and heat inside the battery pack 100.
  • the plurality of exhaust devices 150 operate on the battery pack 100 when at least one of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 is in a thermal runaway state. It can be configured to delay thermal propagation by discharging internal high-temperature gas to the outside.
  • the thermal runaway of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 is caused by the temperature change of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130. This is a state that further accelerates the temperature change, which is an uncontrollable positive feedback.
  • the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 in a thermal runaway state exhibit a rapid increase in temperature and emit a large amount of high-pressure gas and combustion debris.
  • the center beam 141 and the plurality of cross beams 143 may isolate elements mounted on the housing 110 from each other. Accordingly, the center beam 141 and the plurality of cross beams 143 protect the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 while preventing unwanted short circuits between them. can do.
  • the center beam 141 may extend between a pair of opposing side walls 110W.
  • the center beam 141 may extend in the X direction.
  • the center beam 141 may contact one of a pair of opposing side walls 110W.
  • the center beam 141 may isolate the first battery devices 120 from the second battery devices 130.
  • the center beam 141 may be interposed between the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • the plurality of cross beams 143 may extend in a direction perpendicular to the center beam 141 (eg, Y direction). According to example embodiments, the plurality of cross beams 143 may extend between the center beam 141 and the side walls 110W. According to example embodiments, the plurality of cross beams 143 may contact the center beam 141 and the side walls 110W. The plurality of cross beams 143 may isolate the first battery devices 120 from the plurality of second battery devices 130. The plurality of cross beams 143 may be interposed between the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • the arrangement of the first and cross beams 141 and 133 and the corresponding arrangement of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 disclosed in FIG. 1 are non-limiting examples, and any It does not limit the technical idea of the present invention in any way. A person skilled in the art will be able to easily arrive at a battery pack including various arrangements and numbers of first to cross beams and first and second battery devices based on what is described herein.
  • the battery pack 100 may further include electrical components. Electrical components may be mounted on the housing 110. Electrical components may be disposed between the side wall 110W where the exhaust devices 150 are installed and the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130. Electrical components may include any electronic elements necessary to drive the battery pack.
  • Electrical components may include, for example, a Battery Management System (BMS).
  • BMS Battery Management System
  • the BMS can be configured to monitor, balance, and control the battery pack.
  • Monitoring of the battery pack 100 involves measuring the voltage and current of specific nodes inside the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 and measuring the voltage and current of set locations inside the battery pack 100. May include measurement of temperature.
  • Battery pack 100 may include instruments for measuring the voltage, current, and temperature described above.
  • Balancing the battery pack 100 is an operation to reduce the deviation between the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • Control of the battery pack 100 includes preventing the occurrence of overcharge, overdischarge, and overcurrent. Through monitoring, balancing, and control, the battery pack 100 can operate under optimal conditions, thereby preventing the lifespan of each of the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130 from being shortened. It can be.
  • Electrical components may further include a cooling device, Power Relay Assembly (PRA), safety plug, etc.
  • the cooling device may include a cooling fan.
  • the cooling fan may prevent each of the first battery devices 120 and the second battery devices 130 from overheating by circulating air inside the battery pack 100.
  • the PRA may be configured to supply or block power from the high-voltage battery to an external load (eg, a motor).
  • the PRA blocks the power supply to an external load (e.g., a motor) in a situation where an abnormal voltage such as a voltage surge occurs, thereby protecting the plurality of first battery devices 120, the plurality of second battery devices 130, and the external load. (eg, motor) can be protected.
  • the plurality of bus bars 160 may be electrically connected to the plurality of first battery devices 120 and the plurality of second battery devices 130.
  • the plurality of bus bars 160 may be connected to a first positive terminal and a first negative terminal of the first bus bar plate 125 and to a second positive terminal and a second negative terminal of the second bus bar plate 135.
  • Each of the plurality of bus bars 160 may connect the plurality of first battery devices 120 to two adjacent ones of the plurality of second battery devices 130. Each of the plurality of bus bars 160 may connect the plurality of first battery devices 120 to two adjacent ones of the plurality of second battery devices 130.
  • the battery devices 120 may be configured to electrically connect two adjacent battery devices 130 among the plurality of second battery devices 130 .
  • a plurality of first battery devices 120 and a plurality of second battery devices 130 may be connected in series by a plurality of bus bars 160, and accordingly, the battery pack 100 may transmit a high voltage to an external device. It can be withdrawn.
  • the battery pack 100 may further include a lead plate coupled to the housing 110.
  • the lead plate may cover elements mounted inside the battery pack 100, such as battery modules 120 and electrical components.
  • the lead plate may be fixed to the battery pack 100 by, for example, a mechanical coupling means such as a bolt.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the battery pack 100a according to example embodiments.
  • the battery pack 100a includes a housing 110, a plurality of first battery devices 120a, a plurality of second battery devices 130a, a center beam 141, and a plurality of cross beams ( 143), a plurality of exhaust devices 150, and a plurality of bus bars 160.
  • the housing 110, the center beam 141, the plurality of cross beams 143, the plurality of exhaust devices 150, and the plurality of bus bars 160 are substantially the same as those described with reference to FIGS. 1 to 3. Therefore, duplicate descriptions of these will be omitted.
  • the plurality of first battery devices 120a may include a plurality of first battery cells 121 (see FIG. 2), thermal separators 122 (see FIG. 2), and a first busbar plate 125a.
  • the plurality of second battery devices 130a may include a plurality of second battery cells 131 (see FIG. 3) and a first bus bar plate 125a.
  • the plurality of second battery devices 130a may not include thermal separators.
  • the plurality of first battery devices 120a and the plurality of second battery devices 130a are, except for size, the plurality of first battery devices 120a and the plurality of second battery devices 130a. It is substantially the same as the battery devices 130a.
  • the horizontal area of each of the plurality of first battery devices 120a may be different from the horizontal area of each of the plurality of second battery devices 130a.
  • the horizontal area of each of the plurality of first battery devices 120a may be smaller than the horizontal area of each of the plurality of second battery devices 130a.
  • the plurality of first battery devices 120a can ensure isolation between Accordingly, the safety of the battery pack 100a can be improved.
  • the battery pack 100b includes a housing 110, a plurality of first battery devices 120b, a plurality of second battery devices 130b, a center beam 141, and a plurality of cross beams ( 143), a plurality of exhaust devices 150, and a plurality of bus bars 160.
  • the housing 110, the center beam 141, the plurality of cross beams 143, the plurality of exhaust devices 150, and the plurality of bus bars 160 are substantially the same as those described with reference to FIGS. 1 to 3. Therefore, duplicate descriptions of these will be omitted.
  • the plurality of first battery devices 120b may include a plurality of first battery cells 121 (see FIG. 2), thermal separators 122 (see FIG. 2), and a first busbar plate 125b.
  • the plurality of second battery devices 130b may include a plurality of second battery cells 131 (see FIG. 3) and a first bus bar plate 125b.
  • the plurality of second battery devices 130b may not include thermal separators.
  • the plurality of first battery devices 120b and the plurality of second battery devices 130b are, except for size, the plurality of first battery devices 120b and the plurality of second battery devices 130b. It is substantially the same as the battery devices 130b.
  • the horizontal area of each of the plurality of first battery devices 120b may be different from the horizontal area of each of the plurality of second battery devices 130b.
  • the horizontal area of each of the plurality of first battery devices 120b may be larger than the horizontal area of each of the plurality of second battery devices 130b.
  • the stability of the battery pack 100b is improved by disposing the plurality of second battery devices 130b between the plurality of first battery devices 120b, and the plurality of second battery devices 120b are disposed between the plurality of second battery devices 130b.
  • the energy density of the battery pack 100b can be improved.

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은, 하우징 상에 실장되고 서로 이격된 복수의 제1 배터리 장치들; 및 상기 하우징 상에 실장되고, 상기 복수의 제1 배터리 장치들 사이에 개재된 복수의 제2 배터리 장치들;을 포함하되 상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 제1 양극 활물질을 포함하는 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하고, 상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 제1 양극 활물질과 다른 제2 양극 활물질을 포함하는 복수의 제2 배터리 셀들을 포함한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 12월 5일에 출원된, 한국 출원 번호 10-2022-0168151 및 2023년 2월 24일에 출원된, 한국 출원 번호 10-2023-0024931의 이익을 주장하며, 해당 출원들은 여기에 전체로서 참조된다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속거리가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
이차전지가 모빌리티에 사용되면서, 이차전지의 안전성에 대한 요구가 높아지고 있다. 모빌리티에 사용된 이차전지에 화재 등의 사고가 발생한 경우, 운전자의 생명을 위험하게 할 수 있는바, 이차전지의 안전성을 제고하는 기술에 대한 연구는 필수 불가결하다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 안전성이 제고된 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은, 하우징 상에 실장되고 서로 이격된 복수의 제1 배터리 장치들; 및 상기 하우징 상에 실장되고, 상기 복수의 제1 배터리 장치들 사이에 개재된 복수의 제2 배터리 장치들;을 포함하되 상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 제1 양극 활물질을 포함하는 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하고, 상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 제1 양극 활물질과 다른 제2 양극 활물질을 포함하는 복수의 제2 배터리 셀들을 포함한다.
상기 제1 양극 활물질은 니켈 및 망간을 포함한다.
상기 제2 양극 활물질은 철 및 인을 포함한다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적과 다르다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적보다 작다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적보다 크다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 각각과 연결된 제1 양극 단자 및 제2 음극 단자를 포함하는 제1 버스 바 플레이트를 포함한다.
상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 각각과 연결된 제2 양극 단자 및 제2 음극 단자를 포함하는 제2 버스 바 플레이트를 포함한다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 사이에 개재된 열적 분리기를 포함한다.
상기 열적 분리기는 세라믹 물질, 코팅된 유리 섬유, 칼슘-실리케이트, 아라미드 및 팽창성 물질 중 어느 하나를 포함한다.
상기 열적 분리기는 냉각제가 유동하기 위한 채널을 포함한다.
상기 열적 분리기는 상기 복수의 제1 배터리 셀들 중 인접한 것들이 열폭주 상태에 있을 때, 화재 억제 물질(fire retarding material) 및 소화 약제(fire extinguishing agent) 중 어느 하나를 방출하도록 구성된다.
상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각의 상기 복수의 제2 배터리 셀들 각각은 상기 복수의 제2 배터리 셀들 중 이웃한 것(Neighboring one)과 접한다.
상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 열적 분리기를 포함하지 않는다.
상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제2 배터리 장치들 중 이웃한 것을 사이에 두고 서로 이격된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 양극 활물질로서 니켈 및 망간을 포함하는 제1 배터리 셀들을 포함하는 제1 배터리 장치들 사이에 제2 배터리 장치들을 배열시킬 수 있다. 제2 배터리 장치들은 양극 활물질로서 인산과 철을 포함하는 제2 배터리 셀들을 포함한다. 이때, 제2 배터리 셀들은 상대적으로 높은 화재 안정성을 갖는바, 배터리 팩 내에서의 열 전파가 지연될 수 있다. 나아가, 제1 배터리 장치들은 제1 배터리 셀들 사이에 개재된 복수의 열적 분리기들을 포함하고, 제2 배터리 장치들은 열적 분리기를 포함하지 않는 바, 배터리 팩의 에너지 효율이 제고될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도다.
도 2는 도 1의 절단선 AA-AA'를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 BB-BB'를 따라 취한 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 AA-AA'를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 BB-BB'를 따라 취한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 팩(100)은 하우징(110), 복수의 제1 배터리 장치들(120), 복수의 제2 배터리 장치들(130), 센터 빔(141), 복수의 크로스 빔들(143), 복수의 배기 장치들(150), 및 복수의 버스 바들(160)을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 모빌리티 등에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태이다.
하우징(110)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)이 실장되기 위한 공간을 제공할 수 있다. 하우징(110)은 바닥 판(110B) 및 복수의 측벽들(110W)을 포함할 수 있다.
하우징(110)의 바닥 판(110B)에 실질적으로 평행한 두 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 정의하고, 하우징(110)의 바닥 판(110B)에 실질적으로 수직한 방향을 Z 방향으로 정의한다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향 각각은 서로 실질적으로 수직할 수 있다.
바닥 판(110B) 상에 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)이 배치될 수 있다. 바닥 판(110B)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)을 지지할 수 있다.
복수의 측벽들(110W)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)을 수평적으로 둘러쌀 수 있다. 복수의 측벽들(110W)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)을 보호할 수 있다.
복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 모듈리스 타입일 수 있다. 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)은 모듈 프레임을 포함하지 않을 수 있다.
복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 복수의 제1 배터리 셀들(121), 제1 버스 바 플레이트(125)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 복수의 제2 배터리 셀들(131), 및 제2 버스 바 플레이트(135)를 포함할 수 있다.
복수의 제1 배터리 셀들(121) 및 복수의 제2 배터리 셀들(131)은 리튬 이온 배터리, 즉 이차 전지의 기본 단위이다. 복수의 제1 배터리 셀들(121) 및 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 전극 어셈블리, 전해액 및 케이스를 포함한다. 복수의 제1 배터리 셀들(121) 및 복수의 제2 배터리 셀들(131)은 전극 어셈블리와 전해액의 구성에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류된다. 리튬 이온 폴리머 전지는 전해액의 유출 가능성이 적고 제조가 용이하여 이차 전지 내에서의 점유율을 늘려가고 있다.
복수의 제1 배터리 셀들(121) 및 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 원통형 배터리 셀, 각형 배터리 셀 및 파우치 형 배터리 셀 중 어느 하나일 수 있다. 원통형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 원통형 금속 캔에 내장된다. 각형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 각형 금속 캔에 내장된다. 파우치 형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 알루미늄 라미네이트 시트를 포함하는 파우치 케이스에 내장된다.
전지케이스에 내장되는 전극 어셈블리는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다. 전극 어셈블리는 조립 형태에 따라 젤리-롤 타입 및 스택 타입으로 분류된다. 젤리 롤 타입은 양극, 음극 및 그들 사이에 개재된 분리막을 권취한 것이다. 스택 타입은 순차로 적층된 복수의 양극들, 복수의 음극들 및 그들 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함한다.
양극은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다. 음극은 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 집전체의 두께는 약 3 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위에 있을 수 있다(Ranges from about 3 ㎛ to about 500 ㎛). 양극 집전체는 최종적으로 제조되는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않을 수 있고, 높은 도전성을 가질 수 있다. 양극 집전체는, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 및 알루미늄을 포함할 수 있다. 양극 집전체는, 카본, 니켈, 티탄, 은 등에 의해 표면 처리된 스테리인레스 스틸을 포함할 수도 있다. 양극 집전체의 표면은 활물질의 접착력을 높이기 위한 미세 요철 구조를 포함할 수 있다. 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질, 발포체, 부직포 등의 형상을 가질 수 있다.
음극 집전체의 두께는 약 3 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 음극 집전체는 최종적으로 제조되는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않을 수 있고, 높은 도전성을 가질 수 있다. 음극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 및 알루미늄-카드뮴 합금을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 카본, 니켈, 티탄, 은 등에 의해 표면 처리된 스테인레스 스틸을 포함할 수도 있다. 음극 집전체의 표면은 활물질의 접착력을 높이기 위한 미세 요철 구조를 포함할 수 있다. 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질, 발포체, 부직포 등의 형상을 가질 수 있다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소를 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (여기서, Me은 Mn, Fe, Pb 및 Ge 중 어느 하나이고, Me'은 Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소 및 할로겐 중 어느 하나이며; 0<x≤1 이고; 1≤y≤3 이며; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각은 제1 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 제2 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 양극 활물질은 제2 양극 활물질과 다를 수 있다. 여기서 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질이다. 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 양극 활물질은 층상 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 양극 활물질은 니켈 및 망간을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 양극 활물질은, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 및 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 및 Ga 중 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.7)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5 이고, 0.1≤b≤0.8 이며, 0.1≤c≤0.8 이고, 0≤d≤0.2 이며, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 이고, M 은 Al, Mg, Cr, Ti, Si 및 Y 중 어느 하나이고, A 은 F, P 및 Cl 중 어느 하나)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 양극 활물질은 올리빈 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 양극 활물질은 철 및 인을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 양극 활물질은 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M은 전이금속으로 보다 구체적으로 Fe, Mn, Co 및 Ni 중 어느 하나이고, M'은 Al, Mg 및 Ti 중 어느 하나이며, X은 F, S 및 N 중 어느 하나이고, -0.5≤x≤+0.5 이며, 0≤y≤0.5 이고, 0≤z≤0.1)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각의 에너지 밀도는 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각의 에너지 밀도보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각의 안정성(Safety) 및 안정성(Stability)은 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각의 안전성 및 안정성보다 더 높을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각의 수명은 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각의 수명보다 더 짧을 수 있다.
올리빈 구조를 갖는 제2 양극 활물질은 크리스털 형태의 육면체들이 서로 유기적으로 연결된 격자 구조를 갖는바, 제1 양극 활물질에 비해 수명 및 화재 안정성에서 더 우수하다. 반면 제1 양극 활물질은 제2 양극 활물질에 비해 에너지 밀도가 높고, 특히 제2 양극 활물질에 비해 월등한 저온 성능을 갖는다.
복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각은 제1 양극 탭 및 제1 음극 탭을 포함할 수 있다. 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각은 외부와의 접속을 위한 제1 양극 리드 및 제1 음극 리드를 더 포함할 수 있다. 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각은 제1 음극 리드는 후속하는(Following) 제1 배터리 셀(121)의 제1 양극 리드와 연결될 수 있다. 복수의 제1 배터리 셀들(121) 각각은 제1 음극 리드는 후속하는 제1 배터리 셀(121)의 제1 양극 리드와 용접될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 배터리 셀들(121)은 직렬로 연결될 수 있고, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 높은 전압을 출력하도록 구성될 수 있다.
복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 제2 양극 탭 및 제2 음극 탭을 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 외부와의 접속을 위한 제2 양극 리드 및 제2 음극 리드를 더 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 제2 음극 리드는 후속하는 제2 배터리 셀(131)의 제2 양극 리드와 연결될 수 있다. 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 제2 음극 리드는 후속하는 제2 배터리 셀(131)의 제2 양극 리드와 용접될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제2 배터리 셀들(131)은 직렬로 연결될 수 있고, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 높은 전압을 출력하도록 구성될 수 있다.
제1 버스 바 플레이트(125)는 제1 양극 단자 및 제1 음극 단자를 포함할 수 있다. 제1 양극 단자 및 제1 음극 단자는 버스 바와 같이, 막대 형상(또는, 굽은 부분을 포함하는 막대 형상)을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 양극 단자는 직렬로 연결된 복수의 제1 배터리 셀들(121) 중 앞선 것(Leading one)의 제1 양극 리드와 연결될 수 있고, 및 제1 음극 단자는 직렬로 연결된 복수의 제1 배터리 셀들(121) 중 마지막 것(Last one)의 제1 음극 리드와 연결될 수 있다.
복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 하나의 제1 버스 바 플레이트(125)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각의 복수의 제1 배터리 셀들(121)은 제1 버스 바 플레이트(125)에 연결될 수 있고, 일체로서 동작할 수 있다.
제2 버스 바 플레이트(135)는 제2 양극 단자 및 제2 음극 단자를 포함할 수 있다. 제2 양극 단자 및 제2 음극 단자는 버스 바와 같이, 막대 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 양극 단자는 직렬로 연결된 복수의 제2 배터리 셀들(131) 중 앞선 것의 제2 양극 리드와 연결될 수 있고, 및 제2 음극 단자는 직렬로 연결된 복수의 제2 배터리 셀들(131) 중 마지막 것의 제2 음극 리드와 연결될 수 있다.
복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 하나의 제2 버스 바 플레이트(135)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각의 복수의 제2 배터리 셀들(131)은 제2 버스 바 플레이트(135)에 연결될 수 있고, 일체로서 동작할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 복수의 열적 분리기들(Thermal separator)(125)을 더 포함할 수 있다. 복수의 열적 분리기들(122)은 복수의 제1 배터리 셀들(121)의 사이에 개재될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 중 일부는 복수의 열적 분리기들(122)과 접할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122)은 복수의 제1 배터리 셀들(121)을 둘 이상의 그룹들로 나눔으로써, 하나의 그룹에서 발생한 열 폭주 이벤트가 다른 그룹으로 전파되는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.
<열적 장벽 실시예>
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122)은 열적 장벽(Thermal Barrier)일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 낮은 열 전도율을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 용융 온도는 약 300℃ 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 용융 온도는 약 600℃ 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 용융 온도는 약 1000℃ 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 용융 온도는 1500℃ 이상일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 열 전도율은 약 20 W/mK이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 열 전도율은 약 1 W/mK 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 열 전도율은 약 0.3 W/mK이하일 수 있다. 상술된 복수의 열적 분리기들(122) 각각의 열 전도율은 상온(약 25℃)에서 측정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 산화알루미늄(알루미나), 산화마그네슘(마그네시아), 이산화규소(실리카), 질화규소, 탄화규소(카보런덤) 및 규산알루미나와 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 칼슘-실리케이트, 칼슘-마그네슘-실리케이트 및 아라미드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은, 예를 들어 실리콘, 아크릴, 버미큘라이트, 흑연 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 어느 하나로 코팅된 유리 섬유를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 팽창성 물질을 포함할 수도 있다. 여기서 팽창성 물질은 열 노출시에 부피가 증가하는 물질이다. 팽창성 물질은 부피의 팽창으로 인해 보호 대상(예컨대, 복수의 제1 배터리 셀들(121))을 화원(fire source)(예컨대, 열폭주 이벤트가 발생한 배터리 셀들(121))으로부터 격리시킬 수 있다. 팽창성 물질에 의한 소화를 일반적으로 수동 소화라고 하며, 팽창성 물질의 대표적인 예시는 실리콘 및 아크릴이다.
<냉각 부재 실시예>
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 셀들(121)의 그룹들을 물리적으로 및 열적으로 분리하는 데 더해, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은, 예컨대, 쿨링 플레이트와 같이, 복수의 제1 배터리 셀들(121)로부터 열을 끌어내거나 흡수하기 위한 유체 순환 시스템을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 물, 글리콜-물 혼합물등과 같은 유체(즉, 냉각제)가 유동하기 위한 채널을 포함할 수 있다.
<소화 부재 실시예>
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 열적 분리기들(122) 각각은 복수의 제1 배터리 셀들(131) 중 인접한 것에 열 폭주 이벤트가 발생하는 경우, 화재 억제 물질(fire retarding material) 및 소화 약제(fire extinguishing agent) 중 어느 하나를 방출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 소화 약제란 소화 작용, 즉 바람직하게는 연소 억제 작용을 하고 및/또는 화재 발생을 저지하는 물질이다. 소화 작용은 화재를 저지하는 작용으로서, 이미 발생한 화재의 연속 또는 새로운 화재의 발생을 억제하거나 또는 약화시킬 수 있는 작용을 의미한다. 소화 약제는 화재의 지속에 필요한 화학 반응 물질을 화원으로부터 격리하거나, 발화 또는 화재의 지속에 필요한 화학 반응을 억제하는 물질이다. 소화 약제는 바람직하게 소화 첨가제 및 용매(또는 캐리어 물질)를 포함할 수 있다.
일 예로, 소화 약제는, 이산화 탄소, 질소, 및 아르곤을 포함할 수 있다. 다른 예로, 소화 약제는 플루오르포름, 할로포름, 할로카본, 헵탄플루오르프로판, 브로모트리플루오르메탄, 브로모클로르디플루오르메탄 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 2에서, 4개의 제1 배터리 셀들(121)이 하나의 그룹을 이루고, 상기 그룹들은 복수의 열적 분리기들(122)과 교대로 배열된 것으로 도시되었으나, 이는 예시를 위한 것으로서 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 복수의 제1 배터리 셀들(121)은 임의의 개수로 그룹핑될 수 있고, 그룹들 각각이 포함하는 제1 배터리 셀들(121)의 개수는 서로 다를 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 열적 분리기를 포함하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 복수의 제2 배터리 셀들(131) 중 이웃한 것과 접할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 복수의 열적 분리기들(122)로부터 이격될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 셀들(131) 각각은 복수의 열적 분리기들(122)과 접하지 않을 수 있다.
명확히 도시되지 않았으나, 복수의 제1 배터리 셀들(121)과 바닥 판(110B)의 사이, 복수의 열적 분리기들(125)과 바닥 판(110B)의 사이, 및 복수의 제2 배터리 셀들(131)과 바닥 판(110B)의 사이에 메탈 스트랩 및 TIM(Thermal Interface Material)이 더 개재될 수 있다. 또한, 복수의 제1 배터리 셀들(121)의 상면, 복수의 열적 분리기들(125)의 상면 및 복수의 제2 배터리 셀들(131)의 상면 상에 절연 물질을 포함하는 시트가 더 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 제1 버스 바 플레이트(125)를 커버하는 제1 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 제2 버스 바 플레이트(135)를 커버하는 제2 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)은 X 방향을 따라서 교대로 배열될 수 있다. 복수의 제1 배터리 장치들(120) 중 이웃한 것들 사이에 복수의 제2 배터리 장치들(130)이 개재될 수 있다. 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)은 Y 방향을 따라서 교대로 배열될 수 있다. 도 1에서, X 방향으로 배치된 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 개수는 셋이고, Y 방향으로 배치된 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 개수는 둘이다. 따라서, 이러한 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 배열은 3 * 2의 배치라고 할 수 있다.
당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 M * N으로 배치된 (여기서, M, N 각각은 2 이상의 정수) 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 따르면, X 방향에서, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 중 이웃한 둘 사이에 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 대응하는 것이 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, X 방향에서, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 이웃한 둘 사이에 복수의 제1 배터리 장치들(130) 중 대응하는 것이 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, Y 방향에서, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 중 이웃한 둘 사이에 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 대응하는 것이 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, Y 방향에서, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 이웃한 둘 사이에 복수의 제1 배터리 장치들(130) 중 대응하는 것이 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 측벽(110W) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 어느 하나를 대면할 수 있다. 복수의 제1 배터리 장치들(120) 각각은 다른 제1 배터리 장치들(120)을 대면하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 측벽(110W) 및 복수의 제1 배터리 장치들(120) 중 어느 하나를 대면할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각은 다른 제2 배터리 장치들(130)을 대면하지 않을 수 있다.
측벽들(110W) 중 어느 하나에 복수의 배기 장치들(150)이 결합될 수 있다. 복수의 배기 장치들(150)과 결합된 측벽(110W)은 환기 홀들을 포함할 수 있다. 환기 홀들은 배터리 팩(100) 내부의 가스 및 열을 배출하기 위한 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
복수의 배기 장치들(150)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 적어도 어느 하나가 열 폭주(Thermal Runway) 상태에 있는 경우 배터리 팩(100) 내부의 고온의 가스를 외부로 방출함으로써 열 전파(Thermal Propagation)를 지연시키도록 구성될 수 있다.
여기서 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 열폭주는 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 온도 변화가 그 온도 변화를 더욱 가속시키는 상태로서, 통제 불가능한 양성 피드백이다. 열폭주 상태의 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)은 급격한 온도 상승을 나타내며, 다량의 고압 가스 및 연소 잔해를 배출한다.
센터 빔(141) 및 복수의 크로스 빔들(143)은 하우징(110) 상에 실장되는 요소들을 서로 격리시킬 수 있다. 이에 따라, 센터 빔(141) 및 복수의 크로스 빔들(143)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)을 보호하는 동시에 이들 사이의 원치 않는 단락을 방지할 수 있다.
센터 빔(141)은 대향하는 한쌍의 측벽들(110W) 사이에서 연장될 수 있다. 센터 빔(141)은 X 방향으로 연장될 수 있다. 센터 빔(141)은 대향하는 한쌍의 측벽들(110W) 중 어느 하나에 접할 수 있다. 센터 빔(141)은 복수의 제1 배터리 장치들(120)을 복수의 제2 배터리 장치들(130)로부터 격리시킬 수 있다. 센터 빔(141)은 복수의 제1 배터리 장치들(120)과 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 사이에 개재될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 크로스 빔들(143)은 센터 빔(141)에 수직한 방향(예컨대, Y 방향)으로 연장될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 크로스 빔들(143)은 센터 빔(141)과 측벽들(110W)의 사이에서 연장될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 크로스 빔들(143)은 센터 빔(141) 및 측벽들(110W)에 접할 수 있다. 복수의 크로스 빔들(143)은 복수의 제1 배터리 장치들(120)을 복수의 제2 배터리 장치들(130)로부터 격리시킬 수 있다. 복수의 크로스 빔들(143)은 복수의 제1 배터리 장치들(120)과 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 사이에 개재될 수 있다.
도 1에 개시된 제1 및 크로스 빔들(141, 133)의 배치 및 이에 따른 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 배치는 비제한적인 예시로서, 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 다양한 배치 및 개수의 제1 내지 크로스 빔들 및 제1 및 제2 배터리 장치들을 포함하는 배터리 팩에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
배터리 팩(100)은 전장 부품들을 더 포함할 수 있다. 전장 부품들은 하우징(110) 상에 실장될 수 있다. 전장 부품들은 배기 장치들(150)이 설치되는 측벽(110W)과 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 사이에 배치될 수 있다. 전장 부품들은 배터리 팩을 구동시키기 위해 필요한 임의의 전자 소자를 포함할 수 있다.
전장 부품들은 예컨대, BMS(Battery Management System)를 포함할 수 있다. BMS는 배터리 팩의 모니터링, 밸런싱 및 제어 등을 수행하도록 구성될 수 있다. 배터리 팩(100)의 모니터링은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 내부의 특정 노드들의 전압 및 전류의 측정 및 배터리 팩(100) 내부의 설정된 위치들의 온도의 측정을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 상술된 전압, 전류 및 온도를 측정하기 위한 계측기들을 포함할 수 있다.
배터리 팩(100)의 밸런싱은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)의 사이의 편차를 줄이는 동작이다. 배터리 팩(100)의 제어는 과충전, 과방전 및 과전류의 발생을 방지하는 것을 포함한다. 모니터링, 밸런싱 및 제어를 통해 배터리 팩(100)은 최적 조건에서 동작할 수 있으며, 이에 따라 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각의 수명 단축이 방지될 수 있다.
전장 부품들은 냉각 장치, PRA(Power Relay Assembly), 안전 플러그 등을 더 포함할 수 있다. 냉각 장치는 냉각 팬을 포함할 수 있다. 냉각 팬은 배터리 팩(100) 내부의 공기를 순환시킴으로써 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 각각의 과열을 방지할 수 있다. PRA는 고전압 배터리의 전력을 외부 부하(예컨대, 모터)로 공급하거나 차단하도록 구성될 수 있다. PRA는 전압 서지 등과 같은 이상 전압이 발생하는 상황에서 외부 부하(예컨대, 모터)로의 전원 공급을 차단함으로써 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130) 및 외부 부하(예컨대, 모터)를 보호할 수 있다.
복수의 버스 바들(160)은 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)과 전기적으로 연결시킬 수 있다. 복수의 버스 바들(160)은 제1 버스 바 플레이트(125)의 제1 양극 단자 및 제1 음극 단자 및 제2 버스 바 플레이트(135)의 제2 양극 단자 및 제2 음극 단자에 연결될 수 있다.
복수의 버스 바들(160) 각각은 복수의 제1 배터리 장치들(120)을 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 인접한 둘과 연결될 수 있다 복수의 버스 바들(160) 각각은 복수의 제1 배터리 장치들(120)을 복수의 제2 배터리 장치들(130) 중 인접한 둘과 전기적으로 연결시키도록 구성될 수 있다. 복수의 버스 바들(160)에 의해 복수의 제1 배터리 장치들(120) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130)은 직렬로 연결될 수 있고, 이에 따라, 배터리 팩(100)은 높은 전압을 외부로 인출할 수 있다.
배터리 팩(100)은 하우징(110)에 결합되는 리드 플레이트를 더 포함할 수 있다. 리드 플레이트는 배터리 모듈들(120) 및 전장 부품과 같이 배터리 팩(100) 내부에 실장되는 요소들을 커버할 수 있다. 리드 플레이트는 예컨대 볼트와 같은 기계적인 결합 수단에 의해 배터리 팩(100)에 고정될 수 있다.
(제2 실시예)
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩(100a)을 설명하기 위한 평면도다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(100a)은 하우징(110), 복수의 제1 배터리 장치들(120a), 복수의 제2 배터리 장치들(130a), 센터 빔(141), 복수의 크로스 빔들(143), 복수의 배기 장치들(150), 및 복수의 버스 바들(160)을 포함할 수 있다.
하우징(110), 센터 빔(141), 복수의 크로스 빔들(143), 복수의 배기 장치들(150), 및 복수의 버스 바들(160)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
복수의 제1 배터리 장치들(120a)은 복수의 제1 배터리 셀들(121, 도 2 참조), 열적 분리기들(122, 도 2 참조) 및 제1 버스바 플레이트(125a)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130a)은 복수의 제2 배터리 셀들(131, 도 3 참조) 및 제1 버스바 플레이트(125a)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130a)은 열적 분리기들을 포함하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130a)은 크기를 제외하고, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130a)과 실질적으로 동일하다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 각각의 수평 면적은 및 복수의 제2 배터리 장치들(130a) 각각의 수평 면적과 다를 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 각각의 수평 면적은 및 복수의 제2 배터리 장치들(130a) 각각의 수평 면적보다 더 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 각각의 수평 면적보다 더 큰 수평 면적을 갖는 복수의 제2 배터리 장치들(130a)을 제공함으로써, 복수의 제1 배터리 장치들(120a) 사이의 격리를 보장할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(100a)의 안전성이 제고될 수 있다.
(제3 실시예)
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 배터리 팩(100b)을 설명하기 위한 평면도다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(100b)은 하우징(110), 복수의 제1 배터리 장치들(120b), 복수의 제2 배터리 장치들(130b), 센터 빔(141), 복수의 크로스 빔들(143), 복수의 배기 장치들(150), 및 복수의 버스 바들(160)을 포함할 수 있다.
하우징(110), 센터 빔(141), 복수의 크로스 빔들(143), 복수의 배기 장치들(150), 및 복수의 버스 바들(160)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
복수의 제1 배터리 장치들(120b)은 복수의 제1 배터리 셀들(121, 도 2 참조), 열적 분리기들(122, 도 2 참조) 및 제1 버스바 플레이트(125b)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130b)은 복수의 제2 배터리 셀들(131, 도 3 참조) 및 제1 버스바 플레이트(125b)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 배터리 장치들(130b)은 열적 분리기들을 포함하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120b) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130b)은 크기를 제외하고, 복수의 제1 배터리 장치들(120b) 및 복수의 제2 배터리 장치들(130b)과 실질적으로 동일하다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120b) 각각의 수평 면적은 및 복수의 제2 배터리 장치들(130b) 각각의 수평 면적과 다를 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120b) 각각의 수평 면적은 및 복수의 제2 배터리 장치들(130b) 각각의 수평 면적보다 더 클 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 제1 배터리 장치들(120b)의 사이에 복수의 제2 배터리 장치들(130b)을 배치시킴으로써 배터리 팩(100b)의 안정성을 제고하는 동시에, 복수의 제2 배터리 장치들(130b) 각각의 수평 면적보다 더 큰 수평 면적을 갖는 복수의 제1 배터리 장치들(120b)을 제공함으로써, 배터리 팩(100b)의 에너지 밀도를 제고할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 하우징 상에 실장되고 서로 이격된 복수의 제1 배터리 장치들; 및
    상기 하우징 상에 실장되고, 상기 복수의 제1 배터리 장치들 사이에 개재된 복수의 제2 배터리 장치들;을 포함하되
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 제1 양극 활물질을 포함하는 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하고,
    상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 제1 양극 활물질과 다른 제2 양극 활물질을 포함하는 복수의 제2 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 양극 활물질은 니켈 및 망간을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 양극 활물질은 철 및 인을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적과 다른 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각의 면적은 상기 제2 배터리 장치들 각각의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 각각과 연결된 제1 양극 단자 및 제1 음극 단자를 포함하는 제1 버스 바 플레이트를 포함하고, 및
    상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 각각과 연결된 제2 양극 단자 및 제2 음극 단자를 포함하는 제2 버스 바 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제1 배터리 셀들 사이에 개재된 열적 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열적 분리기는 세라믹 물질, 코팅된 유리 섬유, 칼슘-실리케이트, 아라미드 및 팽창성 물질 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 열적 분리기는 냉각제가 유동하기 위한 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 열적 분리기는 상기 복수의 제1 배터리 셀들 중 일부가 열폭주 상태에 있을 때, 화재 억제 물질(fire retarding material) 및 소화 약제(fire extinguishing agent) 중 어느 하나를 방출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제2 배터리 셀들 사이에
    개재된 가압 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가압 패드의 열 전도율은 상기 열적 분리기의 열 전도율보다 높고; 및
    상기 가압 패드의 용융 온도는 상기 열적 분리기의 용융 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 배터리 장치들 각각의 상기 복수의 제2 배터리 셀들 각각은 상기 복수의 제2 배터리 셀들 중 이웃한 것(Neighboring one)과 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 배터리 장치들 각각은 상기 복수의 제2 배터리 장치들 중 이웃한 것을 사이에 두고 서로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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