KR101282473B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기체가 배출되는 벤트부를 가지며 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀로 구성된 적어도 하나의 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈을 수용하며, 차량 내부 공기의 유입구 및 배출구를 구비한 하우징 및 상기 유입구에 설치되는 유입구 개폐장치를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 배터리 셀로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
상기 배터리 팩은 고출력의 모터 구동용 전원에 사용되어 충전 또는 방전 동작에 의해 많은 열을 발생시키며, 이러한 열은 배터리 셀을 열화 시킬 수 있다. 이에 따라, 차량 내부의 공기를 냉각 매체로 이용하는 구조의 배터리 팩이 사용되고 있다.
이와 같은 구조의 배터리 팩이 차량 실내 또는 트렁크 룸에 탑재될 경우, 배터리 셀의 발열, 발화나 이상작동으로 인하여 배터리 셀로부터 발생한 유해한 성분의 기체나 분진이 차량 실내로 급속하게 유입될 수 있다. 이러한 경우, 차량 운전자의 시야 미확보로 인한 안전사고나 유해 기체 흡입에 의한 신체 손상 등의 심각한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 유해 기체가 검출되거나 배터리 셀의 온도가 지정 온도 이상일 경우, 차량 내부와 연결된 유입구의 입구를 차폐함으로써 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기체가 배출되는 벤트부를 가지며 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀로 구성된 적어도 하나의 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈을 수용하며, 차량 내부 공기의 유입구 및 배출구를 구비한 하우징 및 상기 유입구에 설치되는 유입구 개폐장치를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
상기 배터리 셀의 상부에 벤트부를 덮는 디개싱 커버를 더 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩에는 상기 배터리 팩 내부의 온도를 측정하는 온도측정센서가 더 포함될 수 있다.
상기 온도측정센서는 상기 배터리 셀과 접촉하도록 장착될 수 있다.
상기 배터리 팩에는 상기 배터리 팩 내부의 기체 발생 여부를 감지하거나 또는 상기 기체의 농도를 측정하는 기체측정센서가 더 포함될 수 있다.
상기 기체측정센서는 상기 디개싱 커버의 내부에 장착될 수 있다.
상기 배터리 팩에는 상기 유입구 개폐장치를 개방 또는 폐쇄하여 상기 차량 내부와 상기 유입구 사이의 공기 순환을 조절하는 제어부가 더 포함될 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도측정센서로부터 상기 배터리 팩 내부가 일정 온도 이상인 신호를 받는 경우, 상기 유입구 개폐장치를 폐쇄할 수 있다.
상기 제어부는 상기 기체측정센서로부터 상기 배터리 팩 내부가 일정 기체 농도 이상인 경우, 상기 유입구 개폐장치를 폐쇄할 수 있다.
상기 배터리 팩에는 상기 제어부와 연결되어 상기 배터리 팩 내부가 일정 온도 이상이거나 또는 일정 기체 농도 이상인 경우, 이를 차량 운전자에게 알려주기 위한 경고장치가 더 포함될 수 있다.
상기 유입구 개폐장치는 솔레노이드 밸브 또는 기계식 개폐 수단일 수 있다.
상기 배출구에는 환기팬이 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유해 기체가 검출되거나 배터리 셀의 온도가 지정 온도 이상일 경우, 차량 내부와 연결된 유입구의 입구를 차폐함으로써 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩에서 냉각 매체로 사용되는 차량 실내 공기 및 배터리 셀로부터 발생하는 유해 기체의 흐름을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 디개싱부에 기체측정센서가 장착된 디개싱 커버의 저면도이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩에 포함되며 온도측정센서가 장착된 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 분해 사시도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩을 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 1의 배터리 팩에서 냉각 매체로 사용되는 차량 실내 공기 및 배터리 셀로부터 발생하는 유해 기체의 흐름을 개략적으로 나타낸 모식도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 기체측정센서가 장착된 디개싱 커버의 저면도이며, 도 5는 도 1의 배터리 팩에 포함되며 온도측정센서가 장착된 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 기체가 배출되는 벤트부(13)를 가지며 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀(10)로 구성된 적어도 하나의 배터리 모듈(100), 상기 배터리 모듈(100)을 수용하며, 차량 내부(C) 공기의 유입구(I) 및 배출구(O)를 구비한 하우징(150) 및 상기 유입구(I)에 설치되는 유입구 개폐장치(151)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 하우징(150)은 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있고, 하우징(150) 내부에 수용된 상기 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)의 측면이 대면하도록 정렬될 수 있다.
복수개의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리 팩(1)은 고출력의 모터 구동용 전원에 사용되어 충전 또는 방전 동작에 의해 많은 열을 발생시키며, 이러한 열은 배터리 셀(10)을 열화 시킬 수 있다. 이에 따라, 차량 내부(C)의 공기를 냉각 매체로 이용하는 것이 배터리 셀(10)의 냉각에 있어 유리하다.
도 3을 참조하면, 점선의 화살표로 표시된 차량 내부(C)의 공기는 유입구(I)를 통해 하우징(150) 내부로 유입되어 배터리 팩(1) 내부에 배치된 복수개의 배터리 셀(10) 사이를 지나며 배터리 셀(10)을 냉각할 수 있다. 이때, 유입구 개폐장치(151)는 개방되어 차량 내부(C) 공기의 유입을 방해하지 않는다. 유입된 차량 내부(C) 공기는 배터리 모듈(100)의 주변 또는 복수개의 배터리 셀(10) 사이를 지나 차량 외부(E)와 연결된 배출구(O)를 통하여 하우징(150) 외부로 배출된다. 한편, 상기 배출구(O)에는 냉매의 배출을 보조하는 환기팬(152)이 연결되어, 냉매의 배출을 보다 원활하게 할 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 배터리 셀(10)의 상부에는 디개싱 커버(120)가 배치되고, 배터리 셀(10)의 벤트부(13)와 디개싱 커버(120) 사이에는 개스킷 등의 재료로 이루어진 일체형 절연 부재(130)가 개재된다. 상기 절연 부재(130)는 벤트부(13)에 대응하는 부분에 복수개의 개구부(131)를 구비한 일체형이고, 개구부(131)의 크기는 벤트부(13)의 크기 이상일 수 있다. 여기서, 디개싱 커버(120)는 그 내부가 일방향으로 개구된 육면체의 형태이며, 개구된 면이 벤트부(13)를 향하도록 절연 부재(130)에 안착된다. 이때, 절연 부재(130)의 폭은 디개싱 커버(120)의 폭보다 더 넓게 구비되는 것이 기체가 누출되지 않아 바람직하다. 디개싱 커버(120)는 절연 부재(130)와 밀접하게 접촉하여 기체의 유로를 형성한다. 또한, 디개싱 커버(120)의 일측에는 기체의 유로와 연결되는 돌출된 배출부(121)가 구비되며, 상기 배출부(121)의 양측 말단에는 기체를 배출하는 배출공(122)이 구비된다.
여기서, 배터리 셀(10)의 발열, 발화나 이상작동으로 인하여 배터리 셀(10)의 벤트부(13)로부터 기체가 발생되면, 후술할 제어부(140)에 의해 유입구 개폐장치(151)가 폐쇄되어 차량 내부(C)와 유입구(I) 사이의 공기 순환이 차단된다. 이에 따라서, 도 3의 실선의 화살표로 표시된 기체는 상술한 디개싱 커버(120)의 기체 유로를 따라 이동하여 배출구(122a)를 통과하여 배출부(121)의 배출공(122)으로 배출된다. 이때, 배출구(O)에는 냉매의 배출을 보조하는 환기팬(152)이 연결되어 있으므로, 양측 말단의 배출공(122)으로 배출된 기체는 배출구(O)으로 원활하게 배출된 후에 차량 외부(E)로 최종 배출될 수 있다.
도 4를 참조하면, 디개싱 커버(120)에는 배터리 셀(10)로부터의 기체 발생 여부를 감지하거나 또는 발생된 기체의 농도를 측정하는 기체측정센서(S1)가 장착될 수 있다. 상기 기체측정센서(S1)가 장착되는 위치는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(10)로부터의 기체 발생 여부나 이를 측정할 수 있는 배터리 팩(1) 내에 장착 가능하다. 예를 들어, 기체측정센서(S1)는 배터리 셀(10)의 벤트부(13) 주변에도 장착 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1) 내부에는 제어부(140)를 더 구비할 수 있다. 상기 제어부(140)는 온도측정센서(S2)로부터 배터리 모듈(100)이 일정 온도 이상인 신호를 받거나 기체측정센서(S1)로부터 배터리 모듈(100)이 일정 기체 농도 이상인 신호를 받는 경우에, 상기 유입구 개폐장치(151)를 폐쇄하여 차량 내부(C)와 유입구(I) 사이의 공기 순환을 차단할 수 있다.
여기서, 유입구 개폐장치(151)는 단순한 기계식 개폐수단이거나 또는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)일 수 있다. 솔레노이드 밸브란 솔레노이드라고 부르는 전자 코일에 전류가 흘러 자기장이 형성되면 이것에 연동하여 근처의 철제 밸브에 인력을 작용하는 성질을 이용해 밸브의 개폐를 전기적 신호로 제어함으로써 유체를 유동시키거나 차단할 수 있는 밸브이다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1) 내부에는 상기 제어부(140)와 연결되어 배터리 모듈(100)이 일정 온도 이상이거나 일정 기체 농도 이상인 경우, 이를 차량 운전자에게 알려주기 위한 경고장치(미도시)가 더 구비되어 차량 운전자의 시야 미확보로 인한 안전사고나 유해 기체 흡입에 의한 신체 손상 등의 심각한 문제의 발생을 미연에 방지할 수도 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 배터리 셀(10)은 개구부를 구비하는 전지 케이스와 상기 개구부를 밀폐하는 캡 플레이트(14)를 포함할 수 있다. 상기 전지 케이스는 양극판 및 음극판과, 이들 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와 전해액을 수용한다. 상기 캡 플레이트(14)의 양끝단에는 양극판과 연결되는 양극 단자(11), 음극판과 연결되는 음극 단자(12)가 외부로 돌출된 형태로 구비되어 있다. 상기 전극 조립체를 구성하는 양극판 및 음극판은 전해액과 반응하여 에너지를 발생하고, 상기 에너지는 양극 단지(11) 및 음극 단자(12)를 통하여 외부로 전달된다.
통상 배터리 셀(10)은 복수회의 충전 및 방전을 진행하면서, 열이 발생할 수 있다. 이러한 발열은 배터리 셀(10)의 온도를 증가시켜, 배터리 셀(10)의 성능을 저하시킬 뿐 아니라, 안전성에도 문제가 될 수 있다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(10)에는 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 온도측정센서(S2)가 장착될 수 있다. 상기 온도측정센서(S2)가 장착되는 위치는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(10)로부터 발생하는 열을 가까이에서 감지하여 배터리 셀(10)의 온도를 측정할 수 있는 배터리 팩(1) 내에 장착 가능하다. 예를 들어, 온도측정센서는 배터리 셀(10)의 디개싱 커버(120) 주변에도 장착 가능하다.
또한, 캡 플레이트(14)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12) 사이에는 벤트부(13)가 구비되어 있다. 상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 내부에서 발생하는 기체의 압력이 소정 이상일 경우에, 기체가 배터리 셀(10)로부터 배출되는 통로의 역할을 할 수 있으므로, 배터리 셀(10)이 내압에 의하여 파손되는 것을 방지한다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 복수개가 일방향으로 정렬되어 구비될 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬된다. 상기 복수개의 배터리 셀(10)의 중심부에는 벤트부(13)가 구비되어 있으며, 상기 벤트부(13)는 정렬된 배터리 셀(10)에 따라 대략 일선상으로 배치된다. 이웃한 두 배터리 셀(10)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)는 니켈 등으로 형성된 버스바(bus-bar)(15)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(15)에는 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 관통할 수 있는 홀이 구비되고, 상기 단자들이 관통하여 연결된 버스바(15)는 너트(16) 등의 부재에 의하여 고정될 수 있다.
복수개의 배터리 셀(10)은 넓은 측면이 대면하도록 일방향으로 정렬되어 서로 공간적으로 이격되도록 구비되는 한 쌍의 엔드 플레이트(111) 사이에 수용된다. 한편, 배터리 셀(10)의 좁은 측면과 바닥면은 사이드 브라켓(bracket)(112)에 수용된다. 또한, 배터리 셀(10)의 바닥면은 바텀 브라켓(113)에 수용된다.
한 쌍의 엔드 플레이트(111)는 최외각 배터리 셀(10)과 각각 면접촉하도록 구비되어, 복수개의 배터리 셀(10)을 내측으로 가압한다. 또한, 사이드 브라켓(112)은 한 쌍의 엔드 플레이트(111)의 일단 및 타단에 연결되어 상기 복수개의 배터리 셀(10)의 양측면을 지지할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 바닥면 또한 바텀 브라켓(113)에 의하여 지지할 수 있다.
또한, 상기 엔트 플레이트(111), 사이드 브라켓(112) 및 바텀 브라켓(113)에 의하여 지지되는 복수개의 배터리 셀(10)은 그 내부에서 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 서로 교대로 구비되도록 정렬될 수 있으며, 이와 같이 구비된 경우에는 버스바(15)를 이용하여 직렬로 연결될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 연결 구조 및 개수는 배터리 모듈(100)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)과 배터리 셀(10) 사이에는 배리어(115)가 개재될 수 있다. 상기 배리어(115)에는 스페이서(미도시)가 구비되어, 이웃하는 복수개의 배터리 셀(10)을 이격시키고, 상기 배터리 셀(10) 사이의 공간을 형성시켜 배터리 셀(10)을 냉각시키는 냉매의 이동 통로를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 배터리 팩 10: 배터리 셀
11: 양극 단자 12: 음극 단자
13: 벤트 14: 캡 플레이트
15: 버스바 16: 너트
100: 배터리 모듈 111: 엔드 플레이트
112: 사이드 브라켓 113: 바텀 브라켓
115: 배리어 120: 디개싱 커버
130: 절연 부재 140: 제어부
150: 하우징 151: 유입구 개폐장치
152: 환기팬

Claims (12)

  1. 기체가 배출되는 벤트부를 가지며 일방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀로 구성된 적어도 하나의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈을 수용하며, 차량 내부 공기의 유입구 및 배출구를 구비한 하우징; 및
    상기 유입구에 설치되는 유입구 개폐장치를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 상부에 벤트부를 덮는 디개싱 커버를 더 구비하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩에는 상기 배터리 팩 내부의 온도를 측정하는 온도측정센서가 더 포함되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온도측정센서는 상기 배터리 셀과 접촉하도록 장착되는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 팩에는 상기 배터리 팩 내부의 기체 발생 여부를 감지하거나 또는 상기 기체의 농도를 측정하는 기체측정센서가 더 포함되는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기체측정센서는 상기 디개싱 커버의 내부에 장착되는 배터리 팩.
  7. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 배터리 팩에는 상기 유입구 개폐장치를 개방 또는 폐쇄하여 상기 차량 내부와 상기 유입구 사이의 공기 순환을 조절하는 제어부가 더 포함되는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도측정센서로부터 상기 배터리 팩 내부가 일정 온도 이상인 신호를 받는 경우, 상기 유입구 개폐장치를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기체측정센서로부터 상기 배터리 팩 내부가 일정 기체 농도 이상인 경우, 상기 유입구 개폐장치를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩에는 상기 제어부와 연결되어 상기 배터리 팩 내부가 일정 온도 이상이거나 또는 일정 기체 농도 이상인 경우, 이를 차량 운전자에게 알려주기 위한 경고장치가 더 포함되는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 개폐장치는 솔레노이드 밸브 또는 기계식 개폐 수단인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배출구에는 환기팬이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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