KR102245619B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩은, 복수의 셀, 챔버, 및 상기 챔버의 내부 압력을 검출하는 압력 측정 부재를 포함하며, 상기 복수의 셀 각각은, 셀 내부 압력이 제1 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 셀 외부로 배출하는 제1 벤트 홀, 및 상기 셀 내부 압력이 제2 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 상기 챔버의 내부 공간으로 배출하는 제2 벤트 홀을 포함하며, 상기 제1 압력 수준은 상기 제2 압력 수준보다 높을 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
실시 예는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 고전압 배터리가 적용된다. 차량에 적용되는 고전압 배터리로는 리튬이온 배터리가 사용될 수 있다.
리튬이온 배터리는 배터리 셀의 열화 정도에 따라 전해액의 기화로 인한 가스가 발생된다. 배터리 셀 내의 전해액의 기화는 과도한 배터리 충전이 지속 될 시 급격히 증가하는 경향이 있다. 전해액의 기화로 인한 배터리의 폭발을 방지하기 위해, 프리 벤트 홀이 사용된다.
한편, 급격하게 열화된 배터리를 지속적으로 충전할 경우, 프리 벤트 홀이 작동하여 배터리 셀 내 전해액의 손실이 발생할 수 있다. 전해액 손실은 배터리의 사용기간 보장에 치명적인 결함이 될 수 있다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 셀 누설 등 배터리의 기계적 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따른 배터리 팩은, 복수의 셀, 챔버, 및 상기 챔버의 내부 압력을 검출하는 압력 측정 부재를 포함하며, 상기 복수의 셀 각각은, 셀 내부 압력이 제1 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 셀 외부로 배출하는 제1 벤트 홀, 및 상기 셀 내부 압력이 제2 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 상기 챔버의 내부 공간으로 배출하는 제2 벤트 홀을 포함하며, 상기 제1 압력 수준은 상기 제2 압력 수준보다 높을 수 있다.
상기 챔버는, 각 셀의 상기 제2 벤트 홀과 상기 챔버의 내부 공간을 연결하는 복수의 압력 유입 튜브를 포함할 수 있다.
상기 압력 유입 튜브는 상기 제2 벤트 홀에 압입 또는 억지 끼움 방식으로 결합할 수 있다.
상기 압력 측정 부재는 스트레인 게이지 또는 피에조 게이지 방식의 압력 측정 부재일 수 있다.
상기 제2 벤트 홀은 상기 셀 내부 압력이 상기 제2 압력 수준 이상이면 절개되는 벤트 플레이트에 의해 밀폐될 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 압력 측정 부재를 통해 상기 챔버의 내부 압력을 검출하며, 상기 챔버의 현재 내부 압력과 임의의 시점에 측정된 상기 챔버의 내부 압력을 비교하여 상기 복수의 셀의 셀 누설을 검출하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 임의의 시점은 이전 충전 시점일 수 있다.
상기 제어기는, 상기 현재 내부 압력이 상기 임의의 시점에 측정된 상기 챔버의 내부 압력보다 낮고, 상기 현재 내부 압력이 기 설정된 하한치 이하이면 상기 셀 누설이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
상기 챔버는 각 셀의 상기 벤트 홀과 상기 챔버의 내부 공간을 연결하는 중공이 형성된 복수의 압력 유입 튜브를 포함하며, 상기 압력 유입 튜브는 상기 벤트 홀에 압입 또는 억지 끼움 방식으로 결합할 수 있다.
실시 예에 따르면, 배터리 모듈 단위의 압력 측정을 지원한다. 또한, 배터리 셀의 누설 검출이 가능하여, 배터리 수명 예측 및 배터리 모듈 교환 시점 예측 등을 지원할 수 있다. 또한, 셀 누설로 인한 차량 내 유기가스 유입 가능성을 사전에 확인할 수 있으며, 셀 누설 검출로 인해 충전 상태나 열화 상태 추정 인자의 노이즈 식별이 가능하다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 제어기에서 셀 과압 상태를 검출하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 제어기에서 셀 누설을 검출하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 배터리 팩에서 단위 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4의 배터리 팩을 VI-VI 선을 따라 자른 부분 단면도이다.
도 7은 도 4의 배터리 팩을 VII-VII 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8 및 도 9는 실시 예에 따른 배터리 팩에서 프리 벤트 홀과 챔버의 압력 유입 튜브 간의 결합 구조의 예들을 도시한 것이다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 배터리 팩을 XI-XI 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 10의 배터리 팩의 결합 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예들에 따른 배터리 팩 및 배터리 이상 검출 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 이상 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)은 서로 직렬/병렬 연결되는 복수의 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)을 포함한다.
복수의 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n) 각각에는, 셀 내압에 따라서 개방되는 프리 벤트 홀(pre vent hole, 11)을 포함할 수 있다.
프리 벤트 홀(101)은 초기에는 밀봉된 상태이다가, 대응하는 셀 내 압력이 소정 수준 이상으로 상승하면 변형(deformation)에 의해 개방된다.
배터리 이상 검출 장치(20)는 챔버(21), 압력 측정 부재(22) 및 제어기(23)를 포함할 수 있다.
챔버(21)는 배터리 모듈(10)에 포함된 셀들(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)의 압력을 배터리 모듈(10) 단위로 측정하기 위한 압력 측정용 챔버이다.
챔버(21)는 복수의 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)에 위치하는 프리 벤트 홀들(101)과 연결된다. 따라서, 복수의 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n) 중 어느 하나라도 프리 벤트 홀(101)이 개봉 되면, 프리 벤트 홀(101)이 개봉된 셀 내 가스가 프리 벤트 홀(101)을 통해 챔버(21) 내부로 유입될 수 있다. 챔버(21)와 각 셀의 프리 벤트 홀(101) 간의 연결 구조는 후술하는 도 4 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
압력 측정 부재(22)는 챔버(21)에 결합하며, 챔버(21) 내부의 압력을 검출한다. 압력 측정 부재(22)는 압력의 정도를 전기 신호로 만들어 주는 장치이다. 압력 측정 부재(22)는 특별히 제한되지 않으나 피에조 게이지(piezo gauge) 방식의 압력 측정 부재, 스트레인 게이지(strain guage) 방식의 압력 측정 부재 등이 사용될 수 있다.
제어기(23)는 압력 측정 부재(22)를 통해 챔버(21) 내부의 압력 즉, 배터리 모듈(10) 단위의 압력값(이하, '모듈 압력값'이라 명명하여 사용함) 또한, 제어기(23)는 압력 측정 부재(22)를 통해 획득한 모듈 압력값을 토대로, 셀들(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)의 이상을 검출한다.
도 2는 제어기(23)에서 셀 과압(overpressure) 상태를 검출하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 프리 벤트 홀(101)이 개방된 상태에서 챔버(21) 내부 압력은 셀들(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)의 내압 변동에 연동하여 변동한다. 각 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)은 충전이 지속될수록 셀 내압이 증가한다. 따라서, 셀들(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n)의 충전이 지속될 경우 챔버(21) 내부 압력 또한 지속적으로 증가할 수 있다.
따라서, 제어기(23)는 챔버(21) 내부의 압력을 측정한 값(도 2의 압력 측정 부재 측정값 참조)이 모듈 압력 임계치 이상일 경우, 과충전에 의한 셀 과압이 발생한 것으로 판정하고 이를 경고하는 알람을 출력한다.
모듈 압력 임계치는, 셀 내압이 배기 작동 임계치 이상으로 증가하여 셀 내부 압력을 외부로 배출하는 메인 벤트 홀(main vent hole, 도 5의 도면 부호 102 참조)이 작동하기 이전에 과압 판정이 이루어질 수 있도록, 그 값이 설계될 수 있다.
따라서, 제어기(23)는 메인 벤트 홀이 작동하여 셀을 영구적으로 사용하지 못하는 상황이 발생하기 이전에 셀 과압을 검출하여 위험 상황을 경고하는 것이 가능하다.
도 3은 제어기(23)에서 셀 누설(leakage)을 검출하는 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 프리 벤트 홀(101)이 개방된 상태에서 챔버(21) 내부 압력은, 정상적인 상태일 경우 점차적으로 증가하는 방향으로 변동해야 한다. 그러나, 적어도 하나의 셀에서 누설이 발생할 경우에는, 챔버(21) 내부 압력은 임의의 시점에서 이전보다 낮아져 대기압 수준으로 떨어지게 된다.
따라서, 제어기(23)는 챔버(21) 내부의 압력을 측정한 값(도 2의 압력 측정 부재 측정값 참조)을 지속적으로 검출하고, 현재 챔버(21) 내부의 압력을 임의의 시점에 측정한 챔버(21) 내부 압력과 비교하여 셀 누설을 검출할 수 있다. 현재 챔버(21) 내부 압력과 비교 대상이 되는 챔버(21) 내부 압력을 획득하는 시점은 예를 들어, 이전 충전 시점에 획득한 챔버(21) 내부 압력일 수 있다.
제어기(23)는 현재 챔버(21) 내부의 압력을 임의의 시점에 측정한 챔버(21) 내부 압력보다 낮고, 현재 챔버(21) 내부의 압력이 기 설정된 하한치(대기압 수준) 이하로 떨어지는 경우 셀 누설이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
제어기(23)는 셀 누설이 검출되면, 이를 경고하는 알람을 출력한다.
한편, 배터리 모듈 단위로 셀 과압 및 셀 누설을 검출하기 위해서는, 각 셀(cell-1, cell-2, cell-3, ..., cell-n) 내부 압력을 압력 측정용 챔버(21)로 배출하기 위한 구조가 필요하다.
이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여 압력 측정용 챔버로 셀 내부 압력을 배출하기 위한 연결 구조를 포함하는 배터리 팩에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 배터리 팩에서 단위 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다. 또한, 도 6은 도 4의 배터리 팩을 VI-VI 선을 따라 자른 부분 단면도이고, 도 7은 도 4의 배터리 팩을 VII-VII 선을 따라 자른 단면도이다. 또한, 도 8 및 도 9는 실시 예에 따른 배터리 팩에서 프리 벤트 홀과 챔버의 압력 유입 튜브 간의 결합 구조의 예들을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1A)은 배터리 모듈(10), 배터리 모듈(10) 단위로 셀 내 압력을 측정하기 위한 챔버(21), 챔버(21) 내부에 위치하는 압력 측정 부재(22), 배터리 모듈(10)이 수용되는 하우징(400)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 셀(100)을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 셀(100)은 케이스(140), 케이스(140) 내부에 수용되는 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 또한, 셀(100)은 케이스(140)의 일면에 위치하는 프리 벤트 홀(101A), 메인 벤트 홀(102), 그리고 복수의 전극 단자(103A, 103B)를 포함한다.
케이스(140)는 내부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 공간을 포함한다.
프리 벤트 홀(101A)과 메인 벤트 홀(102)은 벤트 플레이트(111A, 121)에 의해 밀폐된다.
메인 벤트 홀(102)의 벤트 플레이트(121)는 초기에는 메인 벤트 홀(102)을 밀폐하다가, 셀(100) 내부의 압력이 설정 수준(도 2의 배기 작동 임계치)에 도달하면 절개되어 메인 벤트 홀(102)을 개방한다. 메인 벤트 홀(102)의 벤트 플레이트(121)에는 노치가 형성되어, 벤트 플레이트(121)의 절개를 유도할 수 있다. 메인 벤트 홀(102)이 개방되면, 셀 내부 압력이 메인 벤트 홀(102)을 통해 케이스(140) 외부로 배출된다. 즉, 메인 벤트 홀(102)이 개방되면, 셀(100) 내부의 가스 등이 메인 벤트 홀(102)을 통해 외부로 배출된다.
프리 벤트 홀(101A)의 벤트 플레이트(111A)는 초기에는 프리 벤트 홀(101A)을 밀폐하다가, 셀(100) 내부의 압력이 설정 수준에 도달하면 절개되어 프리 벤트 홀(101A)을 개방한다. 프리 벤트 홀(101A)의 벤트 플레이트(111A)에는 노치가 형성되어, 벤트 플레이트(111A)의 절개를 유도할 수 있다. 프리 벤트 홀(101A)의 벤트 플레이트(111A)는, 메인 벤트 홀(102)의 벤트 플레이트(121)에 비해 낮은 셀 내압에서 절개되도록 그 두께 또는 노치 크기 등이 설계될 수 있다. 따라서, 프리 벤트 홀(101A)은 메인 벤트 홀(102)보다 낮은 셀 내압에서 개봉될 수 있다.
프리 벤트 홀(101A)은 모듈 압력 측정용 챔버(21)와 연결되어, 개방 시 셀(100) 내부 압력을 챔버(21) 내부로 배출한다. 즉, 프리 벤트 홀(101A)이 개방되면, 셀(100) 내부의 가스 등이 프리 벤트 홀(101A)을 통해 챔버(21) 내부로 배출된다.
셀(100)은 프리 벤트 홀(101A)과 동일한 압력에서 개방되는 보조 프리 벤트 홀(101B)을 더 포함할 수 있다.
실시 예에서는 챔버(21) 내부로 셀(100) 내부 압력을 유입시키기 위해 프리 벤트 홀(101A) 및 보조 프리 벤트 홀(101B) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 프리 벤트 홀(101A) 및 보조 프리 벤트 홀(101B) 중 사용되지 않는 벤트 홀의 개구부는, 전해액 손실을 방지하기 위해 밀봉 마개(sealer, 31)에 의해 밀봉된다. 밀봉 마개(31)는 도 6에 도시된 바와 같이, 돌출부(32)가 압입 또는 억지 끼움 방식으로 사용되지 않는 벤트 홀에 결합함으로써, 사용하지 않는 벤트 홀을 밀봉할 수 있다.
챔버(21)는 프리 벤트 홀들(101A)을 통해 셀(100)로부터 배출된 가스가 모이는 내부 공간을 포함한다. 압력 측정 부재(22)는 챔버(21) 내부에 배치되어 프리 벤트 홀들(101A)을 통해 챔버(21)로부터 유입된 압력을 검출한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 챔버(21)는 일 단이 개구된 파이프 형상으로, 내부에는 셀(100)들로부터 유입된 가스가 모이는 공간(24)을 포함한다. 챔버(21)의 개구된 타 단에는 밀봉 마개(26)가 결합하여 챔버(21) 내부 공간을 외부로부터 차단한다. 말봉 마개(26)에는 압력 측정 부재(22)가 위치할 수 있다.
챔버(21)는 프리 벤트 홀들(101A)을 통해 복수의 셀(100)로부터 배출되는 가스를 내부 공간(24)으로 유입시키는 복수의 압력 유입 튜브(25)를 포함한다.
압력 유입 튜브(25)는 챔버(21)의 외면으로부터 돌출되어 형성되며, 중심부에는 챔버(21) 내부의 공간(24)과 연결되는 중공(27)을 포함한다. 압력 유입 튜브(25)는 대응하는 셀(100)의 프리 벤트 홀(101A)과 결합하며, 중공을 통해 프리 벤트 홀(101A)로부터 배출된 가스를 챔버(21) 내부로 가이드 한다.
압력 유입 튜브(25)는 압입 또는 억지 끼움 방식으로 프리 벤트 홀(101A)과 결합할 수 있다.
도 8을 예로 들면, 압력 유입 튜브(25)는 프리 벤트 홀(101A)의 개구부(도 7의 도면부호 112A 참조)에 압입되는 방식으로, 프리 벤트 홀(101A)에 결합될 수 있다. 이 경우, 셀(100) 내압 손실이 발생하지 않도록 압력 유입 튜브(25)의 외주면이 프리 벤트 홀(101A)의 내주면에 밀착된다.
도 9를 예로 들면, 압력 유입 튜브(25)는 압력 유입 튜브(25)의 중공(27')에 프리 벤트 홀(101A)의 돌출부(113A)가 압입 또는 억지 끼움되는 방식으로, 프리 벤트 홀(101A)에 결합될 수 있다. 프리 벤트 홀(101A)은 셀(100)의 케이스(140)로부터 외부로 도출되는 돌출부(113A)를 포함하며, 돌출부(113A)는 중심부에 프리 벤트 홀(101A)의 개구부와 연통하는 중공이 형성된다. 이 경우, 셀(100) 내압 손실이 발생하지 않도록 돌출부(113A)의 외주면은 압력 유입 튜브(25)의 내주면에 밀착된다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 분해 사시도이고, 도 11은 도 10의 배터리 팩을 XI-XI 선을 따라 자른 단면도이다. 또한, 도 12는 도 10의 배터리 팩의 결합 단면도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(1B)은 배터리 모듈(10'), 배터리 모듈(10') 단위로 셀 내 압력을 측정하기 위한 챔버(21'), 챔버(21') 외부에 결합하는 압력 측정 부재(22'), 배터리 모듈(10')이 수용되는 하우징(400'), 하우징(400')에 결합하여 배터리 팩(1B)을 밀폐하는 커버(510), 커버(510)를 하우징(400')에 고정하는 홀더(520)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10')은 복수의 셀(100')을 포함할 수 있다.
각 셀(100')은 케이스, 케이스 내부에 수용되는 전극 조립체 및 전해액을 포함한다. 또한, 셀(100')은 케이스의 일면에 위치하는 프리 벤트 홀(101'), 메인 벤트 홀(102), 그리고 복수의 전극 단자(103A, 103B)를 포함한다. 각 전극 단자(103A, 103B)에는 버스 바(51A, 51B)가 결합될 수 있다.
프리 벤트 홀(101')은 벤트 플레이트(111')에 의해 밀폐된다.
프리 벤트 홀(101')의 벤트 플레이트(111')는 초기에는 프리 벤트 홀(101')을 밀폐하다가, 셀(100') 내부의 압력이 설정치 이상이면 절개되어 프리 벤트 홀(101')을 개방한다. 프리 벤트 홀(101')의 벤트 플레이트(111')에는 노치가 형성되어, 벤트 플레이트(111')의 절개를 유도할 수 있다. 프리 벤트 홀(101')의 벤트 플레이트(111')는, 메인 벤트 홀(102)의 벤트 플레이트에 비해 낮은 셀 내압에서 절개되도록 그 두께 또는 노치 크기 등이 설계될 수 있다. 따라서, 프리 벤트 홀(101')은 메인 벤트 홀(102)보다 낮은 셀 내압에서 개봉될 수 있다.
프리 벤트 홀(101')은 모듈 압력 측정용 챔버(21)와 연결되어, 개방 시 셀(100') 내부 압력을 챔버(21') 내부로 배출한다.
챔버(21')는 하우징(400')과 커버(510) 사이에 위치하며, 커버(510)와 대면하는 일면이 개구된 상자 형상일 수 있다. 챔버(21')의 개구부는 도 12에 도시된 바와 같이 커버(510)와 결합하여 외부로부터 차단된다. 이에 따라, 프리 벤트 홀들(101')을 통해 셀(100')로부터 배출된 가스가 모이는 챔버(21')의 내부 공간(24')이 외부로부터 차단될 수 있다.
챔버(21')는 프리 벤트 홀들(101')을 통해 복수의 셀(100')로부터 배출되는 가스를 내부 공간(24')으로 유입시키는 복수의 압력 유입 튜브(25')를 포함한다. 복수의 압력 유입 튜브(25')는 하우징(400')에 대향하는 일면에 위치하며, 챔버(21')의 하부면으로부터 돌출되어 형성된다. 압력 유입 튜브(25')의 중심부에는 챔버(21') 내부의 공간(24')과 연결되는 중공(27")이 형성된다. 압력 유입 튜브(25')는 대응하는 셀(100')의 프리 벤트 홀(101')과 결합하며, 중공(27")을 통해 프리 벤트 홀(101')로부터 배출된 가스를 챔버(21') 내부의 공간(24')으로 가이드 한다.
챔버(21')는 고무(rubber) 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 챔버(21')가 플라스틱으로 형성될 경우, 압력 유입 튜브(25')는 고무로 형성될 수도 있다.
커버(510)는 챔버(21')의 상부에 위치하며, 챔버(21')와 대면하는 일면이 개구된 상자 형상일 수 있다. 커버(510)는 내부에 챔버(21')를 수용하는 공간(511)을 포함한다. 또한, 커버(510)는 홀더(520) 및 하우징(400')과의 체결을 위한 체결홀(512)을 포함할 수 있다.
커버(510)의 상부면에는 압력 측정 부재(22')가 위치할 수 있다. 압력 측정 부재(22')는 챔버(21') 내부의 압력에 의해 커버(510)의 상부면이 변형되면, 변형 정도를 검출함으로써 챔버(21') 내부의 압력을 검출할 수 있다.
홀더(520)는 챔버(21')의 하부면과 하우징(400') 사이에 위치하며, 플레이트 형상일 수 있다. 홀더(520)는 압력 유입 튜브(25')들이 삽입되는 복수의 관통홀(521)을 포함한다. 또한 홀더(520)는 커버(510) 및 하우징(400')과의 체결을 위한 체결홀(522)을 포함할 수 있다.
배터리 팩(10B)의 조립 시, 챔버(21')의 압력 유입 튜브(25')는 홀더(520)의 관통홀(521)에 압입 또는 억지 끼움 방식으로 결합 된 후, 다시 프리 벤트 홀(101')에 압입 또는 억지 끼움 방식으로 결합한다.
이후, 챔버(21')의 개구부가 밀폐되도록 챔버(21') 상부에 커버(510)가 결합되며, 커버(510) 및 홀더(520)가 복수의 체결부재(61)에 의해 하우징(400')에 체결된다. 각 체결부재(61)는 커버(510)의 체결홀(512), 홀더(520)의 체결홀(522) 및 하우징(400')의 체결홈(402)를 순차적으로 관통하여 결합함으로써, 커버(510) 및 홀더(520)를 하우징(400')에 고정할 수 있다.
이 과정에서, 챔버(21')의 내부 공간이 배터리 팩(1B)의 외부로부터 밀폐될 수 있도록, 커버(510) 및 홀더(520)는 서로 밀착되어 결합된다.
전술한 실시 예들에 따르면, 배터리 팩은 프리 벤트 홀과 챔버를 이용하여 배터리 모듈 단위의 압력 측정을 지원한다. 또한, 배터리 셀의 누설 검출이 가능하여, 배터리 수명 예측 및 배터리 모듈 교환 시점 예측 등을 지원할 수 있다. 또한, 셀 누설로 인한 차량 내 유기가스 유입 가능성을 사전에 확인할 수 있으며, 셀 누설 검출로 인해 충전 상태나 열화 상태 추정 인자의 노이즈 식별이 가능하다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1A, 1B: 배터리 팩
10, 10': 배터리 모듈
21, 21': 챔버
22, 22': 압력 센서
23: 제어기
25, 25': 압력 유입 튜브
31: 밀봉 마개
100, 100': 셀
101A, 101': 프리 벤트 홀
101B: 보조 프리 벤트 홀
102: 메인 벤트 홀
111A, 111B, 111', 121: 벤트 플레이트
400, 400': 하우징
510: 커버
520: 홀더

Claims (9)

  1. 복수의 셀,
    챔버, 및
    상기 챔버의 내부 압력을 검출하는 압력 측정 부재를 포함하며,
    상기 복수의 셀 각각은,
    셀 내부 압력이 제1 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 셀 외부로 배출하는 제1 벤트 홀,
    상기 셀 내부 압력이 제2 압력 수준 이상이면 개방되어 상기 셀 내부 압력을 상기 챔버의 내부 공간으로 배출하는 제2 벤트 홀, 및
    상기 압력 측정 부재를 통해 상기 챔버의 내부 압력을 지속적으로 검출하며, 상기 챔버의 현재 내부 압력과 임의의 시점에 검출된 상기 챔버의 내부 압력을 비교하여 상기 복수의 셀의 셀 누설을 검출하는 제어기를 포함하며,
    상기 제1 압력 수준은 상기 제2 압력 수준보다 높고,
    상기 제어기는, 상기 현재 내부 압력이 상기 임의의 시점에 검출된 상기 챔버의 내부 압력보다 낮고, 상기 현재 내부 압력이 기 설정된 하한치 이하이면 셀 누설이 발생한 것으로 판정하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    각 셀의 상기 제2 벤트 홀과 상기 챔버의 내부 공간을 연결하는 복수의 압력 유입 튜브를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력 유입 튜브는 상기 제2 벤트 홀에 압입 또는 억지 끼움 방식으로 결합하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 측정 부재는 스트레인 게이지 또는 피에조 게이지 방식의 압력 측정 부재인 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 벤트 홀은 상기 셀 내부 압력이 상기 제2 압력 수준 이상이면 절개되는 벤트 플레이트에 의해 밀폐되는 배터리 팩.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 임의의 시점은 이전 충전 시점인 배터리 팩.
  8. 삭제
  9. 삭제
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