KR102365641B1 - 전기차 배터리팩 소염배기장치 - Google Patents

전기차 배터리팩 소염배기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차 배터리팩에 설치되는 소염배기장치를 제안하고 있다. 본 발명에 의하면, 다수의 모듈이 내장된 전기차용 배터리팩을 위한 소염장치로써, 각각의 모듈(20)에 설치되는 내부 소염장치(30)와, 배터리팩에 설치되는 외부 소염장치(50)로 구성된다. 여기서 내부 소염장치(30)는, 소염을 위한 소염 메쉬(38)와, 외부 가스의 유입은 방지하고 내부의 고압 가스는 배출 가능한 길쉬트(36)를 구비한다. 그리고 외부 소염배기장치(50)는, 설정된 이상의 압력에 의하여 파열되는 파열디스크(56)를 포함하고, 소염부재를 선택적으로 구비할 수 있다.

Description

전기차 배터리팩 소염배기장치{Flameless venting device for a battery pack of a electric car}
본 발명은 전기차용 소염배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차용 배터리팩에서 화재가 발생하는 경우 내부에서는 화염을 억제 및 지연시킬 수 있으며, 외부적으로는 화염이 외부로 나가는 것을 방지할 수 있는 전기차 배터리팩 소염배기장치에 관한 것이다.
최근 상용화되기 시작한 전기차에 내장된 배터리는 이차 전지라고 할 수 있는데, 이러한 이차전지는 외력에 의하여 내부 온도의 급격한 상승 및 화염 발생의 우려가 있다고 할 수 있다. 이렇게 이차전지에서 발생할 수 있는 화재에 대하여, 인접한 모듈로의 화염의 전파를 억제하거나 외부로 화염이 배출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
한국 특허 공개 제10-2017-14309호는, 이차전지에서 발생할 수 있는 화재에 대한 안전장치를 제안하고 있다. 이러한 선행 특허문헌에 의하면, 이차전지의 내부 또는 외부에 화염방지망을 설치하는 것만을 주제로 하고 있음을 알 수 있다. 그러나 이와 같이 화염이 예를 들면 모듈의 외부로 나가는 것만을 방지하는 화염방지망을 설치하는 것만으로는 화재의 억제 등에 대하여 한정된 효과를 가질 뿐이다.
본 발명의 목적은, 이차전지의 모듈에서 발생한 고온 또는 화재 등에 대하여 인접한 모듈로 전파되는 것을 최대한 억제할 수 있는 전기자동차용 소염배기장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이차전지의 모듈에서 화염의 외부 유출을 방지할 수 있음과 동시에 배터리팩의 내부에서 외부로 화염이 나가는 것을 방지할 수 있는 소염배기장치를 제공하는 것이라고 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 모듈이 내장된 전기차용 배터리팩을 위한 소염장치이고, 각각의 모듈에 설치되는 내부 소염장치와, 배터리팩에 설치되는 외부 소염장치로 구성된다. 여기서 내부 소염장치는, 소염을 위한 소염 메쉬와, 외부 가스의 유입은 방지하고 내부의 고압 가스는 배출 가능한 선택적 통기수단을 구비한다. 그리고 외부 소염배기장치는, 설정된 이상의 압력에 의하여 파열되는 파열디스크를 포함하여 구성된다.
그리고 본 발명의 선택적 통기수단은, 모듈의 상면 일부에 성형되는 통기성 상면부와, 상기 통기성 상면부의 상부에 설치되는 소염부재, 상기 소염부재 상에 설치되고 다수의 통기공을 구비하는 탑커버, 그리고 상기 탑커버의 저면에 지지되고 통기공에 대응하는 형상을 가지고 일부가 탑커버에 고정되는 길쉬트로 구성된다. 여기서 길쉬트는 하부에서 소염부재에 접촉하여 하방으로의 탄성 변형은 방지되고, 모듈 내부의 고압에 의하여 상방으로 탄성변형하여 내부의 고압 가스를 외부로 배기시키는 것이 가능하게 된다.
그리고 본 발명의 외부 소염배기장치는, 소염을 위한 소염 메쉬를 더 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
이상과 같은 발명에 의하면, 다수의 모듈에 소염장치가 부착되어 있기 때문에 모듈의 내부에서 발생한 화염이 외부로 유출되면서 인접하는 모듈로 화염이 번지는 것을 방지할 수 있는 장점을 기대할 수 있다. 류고 이와 같은 모듈의 소염장치는 실질적으로 외기가 내부로 들어가지 못하도록 하는 역류방지장치를 구비하고 있기 때문에 인접한 모듈의 내부로 고온의 가스 및 불티 등이 유입되는 것을 효과적으로 방지하고 있음을 알 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면 배터리팩에 별도의 소염배기장치를 설치하고 있기 때문에, 배터리의 외부로 화염이 유출되는 것을 충분히 방지할 수 있음을 알 수 있다. 여기서 본 발명의 소염배기장치는, 이차전지의 배터리팩에 설치되는 것이기 때문에 가능하면 경량화 및 박형화가 요구되는데, 본 발명의 구조를 이러한 요구를 충분히 만족시키고 있음을 알 수 있다.
즉, 배터리팩에 설치되는 소염배기장치는, 파열디스크가 한 쌍의 가스켓 사이에서 유지될 수 있는 구조를 가지고 있어서, 실질적으로 경량이면서도 박형화 가능한 장점을 가질 수 있다. 그리고 메쉬로 형성되는 소염부재를 선택적으로 설치함으로써, 화염의 외부 유출을 더욱 확실하게 방지할 수 있게 되는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 소염배기장치를 예시적으로 보인 설명도.
도 2는 본 발명의 외부 소염배기장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 내부 소염장치를 도시한 설명도.
다음에는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전기자동차용 이차전지는 하나의 배터리팩(10) 내부에 다수의 모듈(20)이 설치되어 있다. 그리고 본 발명에 의하면, 하나의 배터리팩(10)의 외부에 외부 소염배기장치(50)가 설치되어 있음과 같이, 내부의 모듈(20)에도 각각 내부 소염장치(30)가 설치되어 있다.
따라서 본 발명의 소염배기장치는, 각각의 모듈(20)에 설치되는 내부 소염장치(30)와, 배터리팩(10)에 설치되는 외부 소염배기장치(50)로 구성됨을 알 수 있다. 모듈(20)에 설치되는 내부 소염장치(30)는 모듈(20) 내부에서 화재가 발생한 경우 화염이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 메쉬로 구성된다. 소염장치(30)를 구성하는 다수의 메쉬에 의하여, 하나의 모듈 내부에서 발생한 화염은 인접한 모듈로 옮겨가는 것이 어렵게 되거나, 최소한 일정 시간 이상 외부로 화염이 유출되지 않도록 억제할 수 있다.
다음에는 도 2를 참고하면서 외부 소염배기장치(50)에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다. 외부 소염배기장치(50)는, 내장되어 있는 다수의 모듈(20)을 구비하고 있는 배터리팩(10)에 설치되는 것임은 상술한 바와 같다. 이러한 외부 소염배기장치(50)는, 기본적으로 내부에서 발생한 고압의 가스가 소정 압력 이상으로 되면 파열되는 파열디스크(56)를 포함하고 있다.
그리고 본 발명의 외부 소염배기장치(50)는 전기차의 배터리팩(10)에 사용되는 것이어서, 이러한 파열디스크(56)를 지지하기 위한 구조가 소형 및 박형으로 구현되는 것이 바람직하다. 이와 같은 컴팩트한 설계가 필요함과 같이, 구조적 강도도 충분히 확보되어야 함은 당연하다고 할 수 있다.
이러한 소염배기장치(50)는, 외부와 통기 가능한 구성을 가지는 캡(52)을 포함한다. 이러한 캡(52) 자체는 공지된 것이어서, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서의 캡(52)은 후술하는 파열디스크(56)가 파열되면 외부로 분출하는 고압 가스의 압력을 견디면서 감쇄시킬 수 있는 것으로, 통기 가능한 구성을 가지고 있음은 공지된 바와 같다.
그리고 본 발명에 의하면 캡(52)에는 통형상을 가지고 고정용 볼트가 내부를 관통하는 레그(52a)가 일체로 성형되어 있다. 즉, 금속으로 만들어지는 캡(52)의 외측 플랜지부분(52f)에, 고정을 위한 고정용 볼트(또는 나사)(Ba)가 관통하도록 일정한 길이를 가지는 통형상의 레그(52a)가 일체로 성형되는 것이다. 이러한 레그(52a)의 내측면(도 2에서는 좌측면) 또는 단부는 배터리팩(10)에 직접 접촉하게 되면, 고정용 볼트(Ba)에 의한 체결압이 그 사이에 걸리게 된다.
따라서 배터리팩(10)과 접촉하는 부분은, 금속으로 만들어지는 캡(52)에서 일체로 만들어지는 레그(52a)라고 할 수 있다. 여기서 고정용 볼트(Ba)에 의하여 강한 체결압으로 체결되더라도, 후술하는 한 쌍의 가스켓(54)이 견고하게 지지되면서도 손상되지 않을 것으로 생각된다. 이와 같이 가스켓(54)이 배터리팩(10)과 캡(52)의 플랜지부(52f) 사이에서 지지되고, 체결압은 레그(52a)와 배터리팩(10) 사이에 걸리게 되면, 가스켓(54)은 외력(주행에 의한 진동을 포함)에 의하여 손상되는 것이 최소화될 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 가스켓(54)은 한 쌍(54a,54b)으로 구성되고, 그 사이에는 파열디스크(56)가 삽입되어 있다. 한 쌍의 가스켓(54a,54b) 및 파열디스크(56)는 실질적으로 배터리팩(10)과 캡(52)의 플랜지(52f) 사이에서 지지되는 것이라고 할 수 있다. 여기서 파열디스크(56)는 설정 압력 이상의 고압이 걸리게 되면, 안전을 위하여 파열을 일으키는 것이고, 그 자체에 대해서는 이미 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있기 때문에 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 하나의 파열디스크(56)를 고무 등과 같은 신축성이 있는 재질의 가스켓(54a,54b)에 의하여 지지되도록 함으로써, 실질적으로 파열디스크(56) 주변의 구성이 박형을 가질 수 있음과 동시에, 상술한 바와 같이 레그(52a)가 배터리팩(10)에 직접 접촉하면서 체결압력을 받도록 구성함으로써, 밀폐성 및 경량화, 그리고 체결압에 의한 가스켓(54)의 손상 방지라는 여러 가지 측면에서 유리한 작용 효과를 가진다고 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 외부 소염배기장치(50)는, 기본적으로 한 쌍의 가스켓(54) 사이에서 지지되는 파열디스크(56)를 가지고 있다고 할 수 있다. 그리고 외부 소염배기장치(50)는 선택적으로 소염 메쉬(58)을 더 구비할 수 있다. 도시한 실시 예에서는 내측의 가스켓(54b)에 다층 구조의 메쉬로 구성되는 소염 메쉬(58)가 설치되어 있음을 알 수 있고, 그 외에도 가스켓(54)에 소염 메쉬(58)를 설치하는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
다음에는 다수의 모듈(20)에 각각 설치되는 내부 소염장치(30)에 대하여 살펴보기로 한다. 이러한 내부 소염장치(30)는 각각의 모듈(20)에서 화염이 외부로 유출되는 것을 억제함과 동시에 예를 들면 다른 모듈에서 발생한 고온의 가스 등이 모듈(20)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 설치되는 것이다.
도 3에서 (a)는 배터리팩(10)의 내부에 설치되는 다수의 모듈(20)의 평면도이고, (b)는 부분적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 모듈(20)의 상면에 설치되는 내부 소염장치(30)는, 상면의 일부를 오목하게 성형함과 동시에 통기공이 성형된 통기성 상면부(32)와, 상기 통기성 상면부(32) 상에 설치되는 소염부재(38), 그리고 상기 소염부재(38)를 덮고 있는 탑커버(34)로 구성된다.
상기 탑커버(34)는 다수의 통기공(35)을 구비하고 있다. 그리고 탑커버(34)와 통기성 상면부(32) 사이에는 길쉬트(Gill sheet)(36)가 설치되어 있다. 이러한 길쉬트(36)는 탑커버(34)와 통기성 상면부(32) 사이에 개재되어 있으며, 탑커버(34)와 통기성 상면부(32)가 예를 들면 리벳팅되어 고정될 때 그 사이에 개재됨으로써 지지될 수 있다.
본 발명에서 길쉬트(36)는, 외부의 공기(고온 가스 또는 열기 등)가 모듈(20)의 내부로 들어오는 것을 방지함과 동시에, 내부에서 발생한 고온의 가스는 외부로 배출할 수 있도록 설치되는 것이다. 따라서 이러한 길쉬트(36)는 탑커버(34)의 통기공(35)에 대응하는 형상을 가지고 있음과 동시에 통기공(35)의 일측면(일부)에서 탑커버(34)에 의하여 지지되어 있다.
즉, 예를 들면 통기공(35)에 대응하는 형상(예를 들면 직사각형)을 가지는 길쉬트(36)는 일측면(하나의 변)이 탑커버(34)와 통기성 상면부(32) 사이에 고정되어 있다. 따라서 모듈(20)의 내부에서 고압이 발생하면 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 길쉬트(36)의 일부가 들리면서 개방되어, 고압의 가스를 외부로 분출시킬 수 있게 된다. 이때 소염부재(38)에 의하여 화염이 외부로 유출되는 것이 방지되는 것은 당연하다.
그리고 모듈(20) 내부의 고압이 배출되면 길쉬트(36)는 탄성복원력에 의하여 원래의 위치로 복귀하는데, 이는 통기공(35)을 막을 수 있는 형상을 가지는 길쉬트(36)가 소염부재(38)의 상면에 접촉하면서 지지되는 상태로 되는 것을 의미한다. 이와 같은 길쉬트(36)는 내부의 고압은 외부로 배출하고, 외부의 공기는 모듈(20) 내부로 들어오지 못하도록 하는 기능을 가지고 있음을 알 수 있다.
이러한 길쉬트(36)는 탄성이 좋고 내화성이 있는 박판의 재질로 성형될 수 있으며, 예를 들면 박판의 스테인레스 스틸로 성형될 수 있다. 본 발명의 길쉬트(36)는 일방향의 공기흐름만을 허용하는 것으로, 상술한 통기공(35)의 내측에서 동일한 형상을 가지고 있으면서 일부분이 탑커버(34) 또는 통기성 상면부(32)에 고정되어 있는 것으로 설명될 수 있을 것이다.
이러한 길쉬트(36)는 직하부에 설치되는 소염부재(38)에 의하여 하방으로는 탄성 변형이 불가능하기 때문에, 외부의 가스가 모듈(20) 내부로 유입되지 못한다. 그리고 모듈 내부에 고압 가스가 걸리게 되면 상방으로는 탄성 변형이 가능하기 때문에 모듈(20) 내부의 고압가스를 외부로 배출하는 것이 가능하게 되는 것임을 알 수 있다.
그리고 도시한 실시 예에서는, 통기성 상면부(32)가 오목한 형상을 가지도록 성형되고 있으나, 이에 한정될 수 없음은 당연하다. 예를 들면 통기성 상면부(32)가 평면 형상을 가지고, 탑커버(34)가 상방으로 볼록한 형상을 가지도록 성형하는 것도 가능할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 모듈(20)에 각각 설치되는 내부 소염장치(30)와, 배터리팩(10)에 설치되는 외부 소염배기장치(50)를 기본적인 착상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이러한 것은 상대적으로 작은 모듈(20)에서는 화염 유출을 최대한 방지함으로써 인접 모듈(20)로 화재가 번지는 것을 억제하고, 배터리팩(10)에서는 소염 및 고압의 배기를 통시에 수행할 수 있도록 한다는 것을 의미한다고 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 바에 기초하여 해석되어야 할 것임도 특허법의 규정 취지상 당연한 것으로 생각된다.
10 ..... 배터리팩
20 ..... 모듈
30 ..... 내부 소염장치
32 ..... 통기성 상면부
34 ..... 탑커버
35 ..... 통기공
36 ..... 길쉬트
38 ..... 소염부재
50 .....외부 소염재기장치
52 ..... 캡
52a ..... 레그
54 ..... 가스켓
56 ..... 파열디스크
58 ..... 소염 메쉬

Claims (3)

  1. 각각의 모듈(20)에 설치되는 내부 소염장치(30)와, 배터리팩(10)에 설치되는 외부 소염배기장치(50)를 포함하고, 다수의 모듈(20)이 내장된 전기차용 배터리팩(10)을 위한 소염배기장치이고;
    상기 내부 소염장치(30)는, 소염을 위한 소염 메쉬와, 외부 가스의 유입은 방지하고 내부의 고압 가스는 배출 가능한 선택적 통기수단을 구비하며;
    상기 외부 소염배기장치(50)는, 설정된 이상의 압력에 의하여 파열되고, 배터리팩(10)과 캡(52)의 플랜지부(52f) 사이의 한 쌍의 가스켓(54a,54b) 사이에서 지지되는 파열디스크(56)를 포함하고;
    통기성을 가지는 캡(52)의 플랜지부분(52f)에는 고정용 볼트(Ba)가 내부를 관통하는 통형상의 레그(52a)가 성형되고, 상기 레그(52a)가 배터리팩(10)에 직접 접촉하면서 체결압력을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리팩 소염배기장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 선택적 통기수단은,
    모듈의 상면 일부에 성형되는 통기성 상면부와, 상기 통기성 상면부의 상부에 설치되는 소염부재, 상기 소염부재 상에 설치되고 다수의 통기공을 구비하는 탑커버, 그리고 상기 탑커버의 저면에 지지되고 통기공에 대응하는 형상을 가지고 일부가 탑커버에 고정되는 길쉬트로 구성되고;
    길쉬트는 하부에서 소염부재에 접촉하여 하방으로의 탄성 변형은 방지되고, 모듈 내부의 고압에 의하여 상방으로 탄성변형하여 내부의 고압 가스를 외부로 배기시키는 것이 가능한 전기차 배터리팩 소염배기장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 소염배기장치의 파열디스크(56)를 지지하는 내측의 가스켓(54b)에 설치된 소염 메쉬를 더 포함하여 구성되는 전기차 배터리팩 소염배기장치.
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