KR102618988B1 - 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩은, 사출 커버의 중앙에 1개 이상의 에너지 배출구를 설치함으로써 고전압 전류에 의해 단락 유도 버스바가 끊어질 때 발생되는 과도한 양의 스펙터에 의해 전지셀의 손상 및 화재를 미연에 방지하도록 에너지를 외부로 배출할 수 있기 때문에 단락 시 안전성을 높이고, 추가 퓨즈 적용 대비 경제성을 향상시킬 수 있는 것임.

Description

단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩{engine discharge structure for guarantee at safety of short circuit and Battery pack including the same}

본 발명은 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고에너지 및 고용량 배터리 팩 단락 시 배터리 팩 외부로 에너지를 배출하여 안정성을 확보할 수 있는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 전기 자동차와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다.

리튬 이온 전지와 리튬 이온 폴리머 전지는 전해질의 성상(액체/고체)만 다를 뿐 그 구조는 동일하다. 또한, 전지에 따라 전해질이나 극의 재질이 조금씩 다를 수도 있다. 다른 이차 전지의 경우도 전극 또는 전해질로 사용되는 물질이 달라질 뿐 기본 원리 및 구조는 동일하다.

최근, 충방전이 가능한 배터리 팩은 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있으며, 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 전기자전거(EBIKE) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

종래는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원으로는 도 1에 도시한 바와 같이, 리튬 이차전지가 주로 사용되며, 모터구동 등과 같은 큰 전력을 필요로 하므로 다수 개의 고출력 전지셀을 전기적으로 연결한 배터리 모듈(10)을 다시 직렬 혹은 병렬로 연결하여 구성되는 대용량의 배터리 팩(10)이 사용되는 것이 일반적이다.

즉, 전기자동차 및 전기자전거 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 일차적으로 다수의 고출력 전지셀을 전기적으로 연결하여 배터리 모듈(10)을 구성하고, 상기 배터리 모듈(10) 여러 개를 다시 요구 사양에 맞게 전기적으로 연결하여 고에너지 및 고용량화의 배터리 팩(20)을 구성하여 사용하게 된다.

그래서, 종래는 이를 방지 하기 위해 배터리 모듈(10)간 연결단자에 도 2와 같은 단락 시 끊어짐을 유도하는 병목부(32)가 형성된 단락 유도 버스바(30)를 설치하게 되고, 도 3과 같이 별도의 사출 커버(40)를 덮음으로써 절연성을 확보하였다.

그러나, 이와 같이 구조는 배터리 모듈(210) 간 단락 유도 버스바(30)의 병목부(32)가 순간적으로 흐르는 고전압 전류에 의해 끊어질 때 과도한 양의 스펙터가 발생하게 되고, 이렇게 단락 시 쌓인 급격한 에너지는 사출 커버(40)에 막혀 외부로 배출되지 못하고 정체됨으로써 배터리 팩(20) 내부 전지셀을 심각하게 손상을 입힐 뿐만 아니라 손상 정도에 따라 발화 및 폭발 등의 화재의 원인으로 작용한다는 문제점이 있었다.

국내 특허공개공보 2017-0111590(2017.10.12)

본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 고전압 전류에 의해 단락 유도 버스바가 끊어질 때 발생되는 과도한 양의 스펙터에 의해 전지셀의 손상 및 화재를 미연에 방지하도록 에너지를 외부로 배출함으로써 단락 시 안전성을 높이고, 추가 퓨즈 적용 대비 경제성을 향상시킬 수 있는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조는, 다수 개의 고출력 전지셀을 전기적으로 연결하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈 연결 단자에 연결되어 단락 시 끊어짐을 유도하도록 병목부가 형성된 단락 유도 버스바와, 상기 단락 유도 버스바를 절연 가능하게 덮어주는 사출 커버와, 상기 사출 커버에 설치되어 단락 시 과도한 양의 스팩터 발생으로 인한 에너지를 사출 커버의 외부로 배출하는 에너지 배출구를 포함하되, 상기 에너지 배출구는, 상기 사출 커버의 중앙 일측에 절개 형성된 구멍과,
상기 구멍을 개폐하는 개폐판과, 상기 개폐판의 일측에 형성되어 단락 시 개폐판이 에너지 압력에 의해 열리도록 유도하는 컷팅선으로 구성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 에너지 배출구는 상기 사출 커버의 중앙에 1개 이상이 설치된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 에너지 배출구는 상기 병목부에 일치하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

다른 실시예로서, 본 발명의 구멍은 평행사변형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 개폐판은 난연 필름으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 개폐판은 상기 구멍의 면적보다 넓게 형성되어 상기 사출 커버의 안쪽면에서 구멍의 안쪽 가장자리와 접착된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 컷팅선은 상기 구멍의 가장자리와 일치되는 상기 개폐판의 한 변을 제외한 나머지 세 변이 컷팅된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 컷팅선의 세 변은 하부측과 좌측 및 우측인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩은, 사출 커버의 중앙에 1개 이상의 에너지 배출구를 설치하여 고전압 전류에 의해 단락 유도 버스바가 끊어질 때 발생되는 과도한 양의 스펙터에 의해 전지셀의 손상 및 화재를 미연에 방지하도록 에너지를 외부로 배출할 수 있기 때문에 단락 시 안전성을 높이고, 추가 퓨즈 적용 대비 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래에 따른 배터리 모듈 여러 개를 연결한 배터리 팩을 도시한 개념도,
도 2는 도 1에 적용되는 단락 유도 버스바를 도시한 사시도,
도 3은 종래에 따른 배터리 팩의 단락 유도 버스바를 사출 커버로 덮어준 상태를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 단락 유도 버스바를 에너지 배출구가 설치된 사출 커버로 덮어준 상태를 도시한 개념도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 에너지 배출구의 개폐판이 닫힌 상태와 열림 상태를 도시한 개념도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 단락 유도 버스바를 에너지 배출구가 설치된 사출 커버로 덮어준 상태를 도시한 개념도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 에너지 배출구의 개폐판이 닫힌 상태와 열림 상태를 도시한 개념도이다.

본 발명의 구성에 대하여 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일부호 및 동일명칭을 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 다수 개의 고출력 전지셀을 전기적으로 연결하는 배터리 모듈(10)과, 상기 배터리 모듈(10) 여러 개를 전기적으로 연결하는 배터리 팩(20)과, 상기 배터리 모듈(10)간 연결 단자에 각각 연결되어 단락 시 끊어짐을 유도하도록 병목부(32)가 형성된 단락 유도 버스바(30)와, 상기 단락 유도 버스바(30) 여러 개를 절연 가능하게 동시 덮어주는 사출 커버(40)와, 상기 사출 커버(40)의 중앙에 설치되어 단락 시 과도한 양의 스팩터 발생으로 인한 에너지를 사출 커버(40)의 외부로 배출하는 에너지 배출구(50)를 포함하여 이루어져 있다.

이때, 상기 에너지 배출구(50)는 상기 사출 커버(40)의 중앙에 1개 이상이 설치되는 것으로서, 상기 단락 유도 버스바(30) 여러 개 중 병목부(32)에 일치하도록 구성된다.

상기 에너지 배출구(50)는, 상기 사출 커버(40)의 중앙 일측에 일정 간격을 두고 각각 절개 형성된 구멍(52)과, 상기 구멍(52)을 개폐하는 난연 필름으로 이루어진 개폐판(54)과, 상기 개폐판(54)의 일측에 대해 상기 구멍(52)의 가장자리와 일치되게 형성되어 단락 시 개폐판(54)이 에너지 압력에 의해 열리도록 유도하는 컷팅선(56)으로 구성되어 있다.

이때, 상기 구멍(52)은 평행사변형으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 개폐판(54)은 상기 구멍(52)의 면적보다 넓게 형성되어 상기 사출 커버(40)의 안쪽면에서 구멍(52)의 안쪽 가장자리와 접착되는 것이 바람직하다.

상기 컷팅선(56)은 상기 커버부(54)의 한 변을 제외한 나머지 세 변이 컷팅된 것으로서, 이 세 변은 하부측과 좌측 및 우측인 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 따른 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조 및 이를 포함하는 배터리 팩은, 단락 유도 버스바(30)의 병목부(32)가 순간적으로 흐르는 고전압 전류에 의해 끊어질 때 과도한 양의 스펙터가 발생하게 되고, 이렇게 단락 시 쌓인 급격한 에너지는 사출 커버(40)의 중앙에 설치된 1개 이상의 에너지 배출구(50)의 주변에 집중되면서 도 5a와 같은 닫힌 개폐판(54)에 압력을 가하게 된다.

이때, 개폐판(54)은 가해지는 급격한 에너지 압력에 의해 컷팅선(56)이 벌어지면서 도 5b와 같이 여닫이 방식으로 열림으로써 사출 커버(40)에 형성된 구멍(52)을 개방하게 되고, 이로 인하여 단락 시 쌓인 에너지가 개방된 구멍(52)을 통해 빠른 속도로 배터리 팩(20)의 외부로 배출되어 단락 시 안전성을 높여 주게 된다.

즉, 사출 커버(40)에 설치된 에너지 배출구(50)는 단락시 과도한 양의 스펙터가 발생될 때 그 에너지를 배터리 팩(20)의 외부로 배출해 줌으로써 배터리 모듈(10) 내부측 전지셀의 손상 및 화재를 미연에 방지하도록 안정성을 높여주게 된다.

따라서, 본 발명은 사출 커버(40)의 중앙에 1개 이상의 에너지 배출구(50)를 설치함으로써 고전압 전류에 의해 단락 유도 버스바(30)의 병목부(32)가 끊어질 때 발생되는 과도한 양의 스펙터에 의해 전지셀의 손상 및 화재를 미연에 방지하도록 에너지를 외부로 배출할 수 있기 때문에 단락 시 안전성을 높이고, 추가 퓨즈 적용 대비 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 배터리 모듈 20 : 배터리 팩
30 : 단락 유도 버스바 32 : 병목부
40 : 사출 커버 50 : 에너지 배출구
52 : 구멍 54 : 개폐판
56 : 컷팅선

Claims (10)

1. 다수 개의 고출력 전지셀을 전기적으로 연결하는 배터리 모듈과,
   상기 배터리 모듈 연결 단자에 연결되어 단락 시 끊어짐을 유도하도록 병목부가 형성된 단락 유도 버스바와,
   상기 단락 유도 버스바를 절연 가능하게 덮어주는 사출 커버와,
   상기 사출 커버에 설치되어 단락 시 과도한 양의 스팩터 발생으로 인한 에너지를 사출 커버의 외부로 배출하도록 상기 병목부에 일치하는 에너지 배출구를 포함하되,
   상기 에너지 배출구는,
   상기 사출 커버의 중앙 일측에 평행사변형으로 절개 형성된 구멍과,
   상기 구멍을 개폐하도록 상기 구멍의 면적보다 넓게 형성되어 상기 사출 커버의 안쪽면에서 구멍의 안쪽 가장자리와 접착된 개폐판과,
   상기 개폐판의 일측에 형성되어 단락 시 개폐판이 에너지 압력에 의해 열리도록 상기 구멍의 가장자리와 일치되는 상기 개폐판의 한 변을 제외한 나머지 세 변이 컷팅된 컷팅선으로 구성된 것을 특징으로 하는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 에너지 배출구는 상기 사출 커버의 중앙에 1개 이상이 설치된 것을 특징으로 하는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 개폐판은 난연 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 컷팅선의 세 변은 하부측과 좌측 및 우측인 것을 특징으로 하는 단락 시 안전성 확보가 가능한 에너지 배출 구조.
10. 삭제

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