KR100852727B1

KR100852727B1 - 배터리 팩

Info

Publication number: KR100852727B1
Application number: KR1020070017393A
Authority: KR
Inventors: 김만식
Original assignee: 주식회사 에이티티알앤디
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-19

Abstract

본 발명의 배터리 팩은, 복수의 전지 셀이 수용되는 케이스와, 케이스의 내주면에 도포되는 내화도료와, 케이스 일부에 포함되는 단열재와, 복수의 전지 셀 각각이 격리 수용되게 하는 격벽을 구비한다. 이에 의하면, 배터리 팩 내부가 과열되거나 발화되더라도 내부 부품들 사이 및 배터리 팩 외부로의 화염 및 열이 전달되는 것을 억제하여, 배터리 팩의 화재에 의한 사고를 예방할 수 있게 된다.

배터리 팩, 전지 셀, 단열, 발포, 내화도료, 소화제

Description

배터리 팩{Battery Pack}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 도시해 보인 분리 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 조립된 상태를 도 1의 II-II 단면선을 따라 도시해 보인 단면도,

도 3은 도 2의 케이스 몸체의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 단면도,

도 4는 도 2의 격벽의 일부를 발췌하여 확대 도시해 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 배터리 팩 110 : 케이스

111a : 외벽 111b : 내벽

113 : 커버 140 : 전선

141 : 제 1 단열재 145 : 격벽(제 2 단열재)

160 : 실링부재 171 : 소화용기

175 : 소화제

본 발명은 배터리 팩에 관련된 것으로서, 더 상세하게는 화재 또는 폭발사고의 방지가 가능한 배터리 팩에 관련된 것이다.

통상적으로 사용하는 재료에 따라 수천 종류 이상의 서로 다른 전지의 제작이 가능하다. 리튬 전지는 여러 종류의 리튬 화합물을 이용한 전지의 종류를 통칭하는 것으로, 납축전지에 비해 에너지 밀도가 높아 여러 용도에 다양하게 사용되고 있다.

특히, 최근에는 복수의 전지 셀(Battery Cell)을 구비하는 배터리 팩(Battey Pack)으로 구성되어, 소형 가전기기뿐만 아니라 전기자동차, 하이브리드 자동차와 같이 대용량 전원이 필요한 기기에 충전이 가능한 2차 전지(Secondary Battery)로서 설치되기도 한다.

하지만, 상술한 바와 같이 배터리 팩에 설치되는 전지 셀은 과충전 또는 전기적/물리적인 충격에 의해 과열되는 경우가 빈번하며, 이러한 전지 셀의 과열은 배터리 팩의 화재 또는 폭발을 야기하여, 사용자에게 재산상의 손해 및 안전을 위협 등 문제점을 발생시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 다양한 방법이 강구되고 있으나, 현재까지 개발된 방법들은 배터리 팩의 구조를 복잡하게 함과 아울러 제조비용을 상승시키며, 그 효능 또한 미미한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재/폭발을 보다 간단하고 효율적으로 예방할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 케이스 내부에 설치되는 복수의 전지 셀과, 상기 케이스의 내면에 도포되는 내화도료를 포함하며, 상기 내화도료는 인근 온도가 소정 온도 이상으로 높아지면 팽창하는 온도반응형 발포성 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 케이스는 순차적으로 적층된 외벽, 단열재, 내벽을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 복수의 전지 셀들이 상호 격리되게 수용되도록 별도의 격벽이 상기 케이스 내부에 설치되고, 상기 격벽은 단열재로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 격벽 외면에도 주변 온도가 기 설정된 온도보다 높게 상승될 경우 부피가 팽창되는 내화도료가 도포되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 케이스는, 내부에 상기 복수의 전지 셀을 수용하는 공간이 형성된 케이스 몸체; 상기 케이스 몸체의 일측을 폐쇄시키는 커버; 및 상기 커버와 케이스 몸체 사이에 설치되어 상기 케이스 내외부 간에 공기유동을 억제하는 실링부재;를 포함하며, 상기 실링부재는 단열재로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배터리 팩은, 상기 케이스 내부에 설치되는 소화용기; 및 상기 소화용기 내부에 수용되는 소화제;를 더 포함하며, 상기 소화용기는 주변온도가 일정 온도 이상이 되면 파괴되는 재질로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 케이스(110)와, 케이스(110) 내부에 복수로 설치되는 파우치형 전지 셀(120)들과, 상기 전지 셀(120)을 및 상기 케이스(110)의 외부단자부(115)를 전기적으로 연결하는 전선(140)을 포함한다. 케이스(110)는 일측이 개방된 내부공간을 형성시키는 케이스 몸체(111)와, 케이스 몸체(111)의 개방된 일측을 개폐하는 커버(113)를 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은, 여러 요인에 의해 배터리 팩(100)의 내부가 과열될 경우 화재/폭발의 예방 또는 발전을 억제시키기 위한 예방수단을 더 구비한다. 본 실시예에서는 예방수단으로서, 단열재(141,145), 내화도료(150), 실링부재(160), 소화제(175), 피복부재 등이 사용된다.

단열재(141,145)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100) 내부의 온도를 외부로 전달시키는 것을 억제하기 위한 제 1 단열재(141)와, 배터리 팩(100) 내부의 발열원으로부터 다른 부품으로 열이 전달되는 것을 방지하는 제 2 단열재(145)를 포함한다. 제 1 단열재(141)는 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 외벽(111a) 및 내벽(111b) 사이에 충전된다. 여기서, 내벽(111b) 및 외벽(111a)은 금속재 또는 합성수지재로 형성될 수 있으며, 배터리 팩(100) 내부의 압력에 견디고 기밀성이 유지되도록 틈새가 없는 한몸으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 케이스의 제작방법으로, 다이캐스팅(die-casting), 초소성가공(Super-plastic forming), 하이드로 포밍(Hydro forming) 등이 사용될 수 있다. 제 2 단열재(145)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 전지 셀(120) 각각을 격리시키기 위해 케이스(110) 내부에 설치되는 격벽(145)으로 형성된다. 이러한 격벽(145)은 전지 셀(120) 각각의 외곽을 둘러싸는 형상으로 형성되어 전지 셀(120)들 사이의 열교환을 억제시키는 기능을 수행한다. 이러한 단열재(141,145)는 세라믹 보드(ceramic board) 또는 세라믹 화이버(ceramic fiber)등으로 형성되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 격벽(145)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전선(140)을 제외한 배터리 팩(100)의 내부 구성품들 각각이 상호간에 격리될 수 있는 형태로 형성되며, 격벽(145)에 형성된 전선(140) 통과용 구멍(146)은 전선(140)의 통과 후 기밀성이 유지되도록 소정의 밀봉재(148)로 마감되는 것이 바람직하다. 이러한 밀봉재(148)도 단열재로 구성되어 배터리 팩(100)의 화재/폭발을 방지할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.

내화도료(150)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 내면 및 격벽(145)의 외면에 도포된다. 이러한 내화도료(150)는 주변 온도가 기 설정된 온도보다 높아지면 원래 부피의 수십배로 발포되는 온도 반응형 발포성 내화도료가 사용되는 것이 바람직하다. 내화도료(150)는 일반적으로 건축물의 강구조물에 도포되는 상용화된 발포성 내화도료가 사용되는 것도 무방하다. 이에 의하면, 배터리 팩(100) 내부의 화재 또는 발열시 발포된 내화도료에 의해 외부 공기의 유입이 억제되고, 화염이 번지는 것을 방지할 수 있게 된다.

실링부재(160)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 커버(113)와 케이스(110)의 사이에 설치되며, 이 역시 단열재로 형성된다. 이에 의하면, 배터리 팩(100) 내부의 화염 또는 열이 배터리 팩(100) 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있음과 아울러 배터리 팩(100) 내부 및 외부 사이의 공기유동을 억제시킬 수 있게 된다. 한편, 커버(113)는 클램프, 볼트 등과 같은 체결부재(119)들에 의해 케이스(110)에 고정되어, 배터리 팩(100) 내부의 압력에 의해 분리되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 소화제(175)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100) 내부의 소정 공간에 별도로 마련되는 소화용기(171) 내부에 수용된다. 상기 소화용기는 주변 온도가 일정 온도(본 실시예에서는 섭씨 100도) 이상일 경우 녹아서 스스로 파괴될 수 있는 열 가소성 폴리머 등의 재질로 형성된다. 이에 의하면, 배터리 팩(100) 내부의 화재 또는 발열에 의해 주변 온도가 높아질 경우 소화제(175)가 배터리 팩(100) 내부로 쏟아져서 화재 및 폭발에 의한 사고를 조기에 예방할 수 있게 된다. 이러한 소화제(175)는 통상의 소화기에 사용되는 ABC 분말, 발포성 고온 단열재 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 본 실시예에서는, 소화용 기(171)가 복수로 설치되는 것을 일례로 도시하였으나, 본 발명은 꼭 이에 한정되지 않고, 예를 들어 배터리 팩(100)의 각 구성품에 동시에 소화제(175)를 공급할 수 있는 위치에 단위개로 설치될 수도 있다. 특히, 격벽(145)이 설치되지 않는 경우에는 화재발생 예방을 탁월하게 수행할 수 있다.

피복부재는 복수의 전지 셀(120) 또는 전지 셀(120)과 외부단자부(119)를 연결하는 전선(140)에 피복되며, 주변 온도가 기 설정된 온도보다 높게 상승될 경우 부피가 팽창되는 내화도료가 함유되는 방화코팅재로 형성되어 열에 의한 손상이 최소화될 뿐만 아니라 전선(140)을 타고 열이나 화재가 이동되는 것을 방지한다.

이상에서 설명된 본 발명에 따르면, 전지 셀 사이에 단열재로 형성된 격벽이 배치됨으로써 특정 전지 셀이 과열되더라도 여기서 발생된 열이 다른 전지 셀로 전달되는 것을 억제할 수 있게 된다.

아울러, 전지 팩 내부가 과열될 경우 전지 팩 내부에 도포된 내화도료에 의해 외기의 유입이 차단되어 화재발생을 막을 수 있고, 소화분말이 더 설치되는 경우에는 배터리 팩 내부의 화제를 조기에 진압할 수 있는 효과가 있다.

Claims

케이스 내부에 설치되는 복수의 전지 셀을 구비하는 배터리 팩에 있어서,

상기 케이스의 내면에 도포되는 내화도료를 포함하며,

상기 내화도료는 상기 케이스 내면측 온도가 소정 온도 이상으로 높아지면 팽창하는 온도반응형 발포성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
케이스 내부에 설치되는 복수의 전지 셀을 구비하는 배터리 팩에 있어서,

상기 케이스는 순차적으로 적층된 외벽, 단열재, 내벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 전지 셀들이 상호 격리되게 수용되도록 상기 케이스 내부에 형성된 격벽을 더 포함하며, 상기 격벽은 단열재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 3 항에 있어서,

상기 케이스의 내면 및 상기 격벽 중 적어도 하나에 도포되며, 주변 온도가 기 설정된 온도보다 높게 상승될 경우 부피가 팽창되는 내화도료를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 2 항에 있어서, 상기 케이스는,

내부에 상기 복수의 전지 셀을 수용하는 공간이 형성된 케이스 몸체;

상기 케이스 몸체의 일측을 폐쇄시키는 커버; 및

상기 커버와 케이스 몸체 사이에 설치되어 상기 케이스 내외부 간에 공기유동을 억제하는 실링부재;를 포함하며,

상기 실링부재는 단열재로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이스 내부에 설치되는 소화용기; 및

상기 소화용기 내부에 수용되는 소화제;를 포함하며,

상기 소화용기는 주변온도가 일정 온도 이상이 되면 파괴되는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.