KR102181521B1 - 벤팅 가스의 배기 구조가 개선된 셀 모듈 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 셀을 구비한 셀 모듈; 상기 셀 모듈을 수용하는 하우징; 상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 감지하는 감지부; 상기 하우징에 설치되어 냉각을 위한 송풍 기능을 제공하고, 정상 시에는 작동하다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에는 작동이 정지되는 쿨링 팬; 및 상기 하우징에 설치되고, 정상 시에는 정지되었다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에 작동되어 상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 강제 배기하는 벤팅 팬;을 포함하는 셀 모듈 어셈블리를 개시한다.

Description

벤팅 가스의 배기 구조가 개선된 셀 모듈 어셈블리{CELL MODULE ASSEMBLY IMPROVED IN GAS VENTING STRUCTURE}

본 발명은 셀 모듈 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벤팅 가스와 냉각 에어 간의 혼입을 방지할 수 있는 구조를 가진 셀 모듈 어셈블리에 관한 것이다.

리튬 이차전지는 여러 개의 단위 셀들이 묶여서 하나의 팩으로 이루어짐으로써 자동차 배터리나 전력저장장치 등과 같이 고에너지를 필요로 하는 분야에 널리 적용된다.

그런데, 여러 개의 단위 셀들로 이루어진 셀 모듈은 과충전 시 셀에 스웰링(Swelling)이 발생하여 모듈의 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 변형이 발생하게 된다. 또한, 셀 모듈은 과충전 시 셀에서 발생하는 다량의 벤팅 가스로 인한 가스압이 가해져서 압박되는 현상을 보이게 된다.

셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스의 배기에 관한 안전성 확보기술과 관련하여, 특허문헌 1은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 내장되어 있고 냉매가 관통할 수 있는 구조의 전지모듈 다수개로 이루어진 모듈 어셈블리, 상기 모듈 어셈블리의 외면에 장착되는 팩 하우징, 및 상기 전지모듈로부터 발생한 가스를 포집하여 소정의 부위로 배출하도록 모듈 어셈블리 상에 장착되는 가스 배출부재를 포함하고 있으며, 전지모듈의 냉각을 위한 냉매의 유로와 전지모듈로부터 발생한 가스의 배출을 위한 유로가 서로 분리되어 있는 구조의 중대형 전지팩을 개시하고 있다.

특허문헌 2는 내부의 가스가 배기 가능한 배가스 밸브가 상부에 설치된 단전지를 복수 적층해서 이루어지는 집합 전지를 가지는 집합 전지 팩을 개시하고 있다.

한편, 근래에는 도 1에 도시된 바와 같이 벤팅 가스를 냉각 에어와 분리하기 위해 하우징(20)의 내부에 격벽(40)이 설치되어 있는 전지팩도 제안되고 있다. 여기서, 냉각 에어는 하우징(20)의 일측과 타측에 각각 설치되는 쿨링팬(30)에 의해 셀 모듈(10)에 가해지고, 셀 모듈(10)에서 발생하는 벤팅 가스는 하우징(20)의 상부에 형성되어 있는 배기구(21)를 통해 외부로 배기된다.

그러나, 상기와 같은 구조의 전지팩은 셀에서 발생하는 유해 벤팅 가스가 냉각 에어에 혼입되지 않도록 하기 위해 격벽(40)을 이용한 실링 구조가 마련되어야 하므로 장치의 구성이 복잡하고 실링 작업에 어려움이 많을 뿐만 아니라, 실링에 문제가 발생할 경우 벤팅 가스에 함유된 유해 물질이 냉각 에어를 통해 사용자에게 노출될 수 있는 취약점이 있다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2009-0002428호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 제2002-151025호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 벤팅 가스를 강제 배기하여 냉각 에어에 혼입되는 것을 방지하는 구조를 가진 셀 모듈 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 벤팅 가스 유로와 냉각 에어 유로 사이에 실링이 필요치 않은 구조를 가진 셀 모듈 어셈블리를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수개의 셀을 구비한 셀 모듈; 상기 셀 모듈을 수용하는 하우징; 상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 감지하는 감지부; 상기 하우징에 설치되어 냉각을 위한 송풍 기능을 제공하고, 정상 시에는 작동하다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에는 작동이 정지되는 쿨링 수단; 및 상기 하우징에 설치되고, 정상 시에는 정지되었다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에 작동되어 상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 강제 배기하는 벤팅 팬;을 포함하는 셀 모듈 어셈블리를 제공한다.

상기 쿨링 수단은, 상기 하우징의 일측에 설치되어 선택적으로 외부 에어를 상기 하우징 내부로 유입시키는 제1 쿨링 팬; 및 상기 하우징의 타측에 설치되어 상기 셀 모듈을 냉각시킨 에어를 선택적으로 상기 하우징 외부로 배출하는 제2 쿨링 팬;을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 벤팅 팬은 상기 셀 모듈의 상방에 설치될 수 있다.

상기 감지부는 상기 셀 모듈에 설치되고 상기 제2 쿨링 팬과 대향하는 쪽에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 벤팅 가스를 전용의 팬을 이용해 강제 배기하여 냉각 에어에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 벤팅 가스 유로와 냉각 에어 유로 사이에 실링이 필요치 않으므로 장치를 간소화할 수 있으며 외부 충격이나 진동이 가해지더라도 안전성이 확보될 수 있는 전지팩을 구현할 수 있다.

본 발명을 차량용 전원에 적용할 경우 벤팅 가스가 차량의 내부로 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

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 종래기술에 따른 셀 모듈 어셈블리의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 쿨링 수단이 정지하고 벤팅 팬이 작동하도록 전환된 상태를 나타낸 단면도이다.

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 해석되어야만 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.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리의 구성을 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리는 셀 모듈(100)과, 셀 모듈(100)을 수용하는 하우징(110)과, 벤팅 가스를 감지하기 위한 감지부(130)와, 하우징(110)의 측부에 설치되어 셀 모듈(100)에 대하여 냉각 기능을 제공하는 쿨링 수단(120)과, 하우징(110)의 상부에 설치되어 벤팅 기능을 제공하는 벤팅 팬(140)을 포함한다.

셀 모듈(100)은 자동차 배터리나 전력저장장치 등에 사용 가능한 고에너지를 얻을 수 있도록 복수개의 셀을 구비한다. 셀 모듈(100)을 이루는 각각의 셀은, 예컨대 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 바람직하게, 복수개의 셀은 일방향으로 배열되어 실질적으로 적층 구조를 이룬다.

하우징(110)은 셀 모듈(100)을 수용하는 것으로서 다양한 소재에 의해 다양한 형태로 구성될 수 있다.

감지부(130)는 하우징(110)에 설치되어 셀 모듈(100)에서 발생하는 벤팅 가스를 감지한다. 감지부(130)로는 통상의 가스센서가 채용 가능하다.

쿨링 수단(120)은 하우징(110)에 설치되어 냉각을 위한 에어의 송풍 기능을 제공한다. 구체적으로, 쿨링 수단(120)은 하우징(110)의 일측에 설치되어 선택적으로 외부 냉각 에어를 하우징(110) 내부로 유입시키는 제1 쿨링 팬(121)과, 하우징(110)의 타측에 설치되어 상기 셀 모듈(100)을 냉각시킨 에어를 선택적으로 하우징(110) 외부로 배출하는 제2 쿨링 팬(122)을 구비한다.

제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)은 셀 모듈(100)의 정상 동작 시에 작동이 되어 냉각 에어의 유입 및 배출을 위한 송풍 기능을 제공하고, 감지부(130)에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에는 작동이 정지되도록 제어된다. 이러한 동작을 위해, 본 발명에는 감지부(130)에서 발생하는 전기신호를 입력받아 선택적으로 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)의 구동을 제어하는 소정의 콘트롤러(미도시)가 구비될 수 있다.

제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)은 셀 모듈(100)을 사이에 두고 하우징(110)의 양편에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 벤팅 가스의 원활한 감지를 위해 전술한 감지부(130)는 제2 쿨링 팬(122)과 대향하는 쪽에 위치하는 것이 바람직하다.

벤팅 팬(140)은 하우징(110)의 상부에 형성되어 있는 배기구(111)에 대응하도록 설치되어 셀 모듈(100)의 상방에 위치한다. 벤팅 팬(140)은 셀 모듈(100)의 정상 동작 시에는 정지된 상태를 유지하다가 상기 감지부(130)에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에 작동되어 셀 모듈(100)에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 강제 배기한다. 이러한 벤팅 팬(140)의 선택적인 구동은 상기 콘트롤러의 제어에 의해 구현될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 모듈 어셈블리는 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)과 벤팅 팬(140) 간의 유기적인 동작에 의해 셀 모듈(100)에 대한 냉각 기능과 벤팅 기능이 수행된다.

도 2에 나타난 바와 같이 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)은 셀 모듈(100)의 정상 동작 시에는 작동이 되어 외부 냉각 에어를 셀 모듈(100)에 송풍함으로써 냉각 기능을 제공한다. 이때, 벤팅 팬(140)은 정지 상태를 유지하므로 에어의 유로는 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)을 통과하는 수평 경로상에 형성된다.

한편, 감지부(130)에 의해 벤팅 가스가 감지되면 도 3에 도시된 바와 같이 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)은 작동이 정지되고, 이와 동시에 벤팅 팬(140)은 작동되어 셀 모듈(100)에서 발생하는 벤팅 가스를 배기구(111)를 통해 외부로 강제 배기한다. 이때, 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)은 정지 상태를 유지하므로 셀 모듈(100)에서 발생된 벤팅 가스의 유로는 벤팅 팬(140)을 통과하는 수직 경로상에만 형성된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 셀 모듈 어셈블리는 셀 모듈(100)에서 벤팅 가스가 발생되었을 때 제1 쿨링 팬(121) 및 제2 쿨링 팬(122)의 작동은 정지되고 벤팅 팬(140)만이 작동하여 강제 배기가 이루어지므로 유해 벤팅 가스가 냉각 에어에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 모듈 110: 하우징
111: 배기구 121: 제1 냉각 팬
122: 제2 냉각 팬 130: 감지부
140: 벤팅 팬

Claims (4)

1. 복수개의 셀을 구비한 셀 모듈;
   상기 셀 모듈을 수용하는 하우징;
   상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 감지하는 감지부;
   상기 하우징에 설치되어 냉각을 위한 송풍 기능을 제공하고, 정상 시에는 작동하다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에는 작동이 정지되는 쿨링 수단; 및
   상기 하우징에 설치되고, 정상 시에는 정지되었다가 상기 감지부에 의해 벤팅 가스가 감지되었을 때에 작동되어 상기 셀 모듈에서 발생하는 벤팅 가스를 외부로 강제 배기하는 벤팅 팬;을 포함하고,
   상기 쿨링 수단은,
   외부 공기를 상기 하우징 내부로 유입시키는 제1 쿨링 팬;과 상기 셀 모듈을 냉각시킨 공기를 상기 하우징 외부로 배출하는 제2 쿨링 팬;을 포함하고,
   상기 제1 쿨링 팬과 상기 제2 쿨링 팬은, 상기 하우징 내부에서 상기 외부 공기의 유로가 수평 경로를 따라 형성되도록, 상기 셀 모듈을 사이에 두고 상기 하우징의 우측면부와 좌측면부에 각각 설치되고,
   상기 벤팅 팬은, 상기 벤팅 가스의 유로가 수직 경로를 따라 형성되도록, 상기 하우징의 상부에 형성되어 있는 배기구에 대응하도록 설치되어 상기 셀 모듈의 상방에 설치된 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 감지부는 상기 셀 모듈에 설치되고 상기 제2 쿨링 팬과 대향하는 쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 셀 모듈 어셈블리.

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