KR20180004990A - 냉각수의 누수 안전장치를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈을 가진 셀 모듈 어셈블리; 상기 셀 모듈 어셈블리를 감싸서 지지하는 팩 구조물; 상기 셀 모듈과 접촉하도록 배치되어 있는 냉각수 파이프; 및 상기 팩 구조물 내에 설치되어 상기 냉각수 파이프에서 냉각수의 누수가 발생했을 때 이를 흡수하는 흡수체;를 포함하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

냉각수의 누수 안전장치를 구비한 배터리 팩{BATTERY PACK HAVING SAFETY DEVICE FOR LEAKAGE OF COOLANT}
본 발명은 냉각수의 누수 안전장치를 구비한 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 모듈의 냉각을 위해 냉각유로가 구비되고 상기 냉각유로를 통해 공급되는 냉각수의 누수 시 안전성을 확보할 수 있는 구조를 가진 배터리 팩에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 여러 개의 단위 셀들이 묶여서 하나의 팩으로 이루어짐으로써 자동차 배터리나 전력저장장치 등과 같이 고에너지를 필요로 하는 분야에 널리 적용된다.
그런데, 여러개의 단위 셀들로 이루어진 배터리 팩은 과충전 시 발열과 함께 스웰링(Swelling)이 발생하여 모듈의 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 변형이 발생하게 된다.
상기와 같은 배터리 팩의 냉각을 위해 배터리 팩의 케이스 내부에는 냉각수를 흘려서 열교환이 이루어지도록 하는 냉각유로가 구비되는 것이 일반적이다. 이와 관련하여, 특허문헌 1에는 장기의 연속 운전 중에 세퍼레이터 등의 전지 구성 부재의 냉각수와 접촉하는 부분이 부식하거나 냉각수의 전도도가 높아져 전지 성능이 저하되는 것을 방지하고 누수 시의 안전성 확보가 가능한 적층형 고체 고분자형 연료전지가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 배터리셀을 내장하며 그 일측에 냉각수 유입파이프와 유출파이프가 구비되어 있는 수냉식 단위서브모듈에 결합한 상태로 상기 단위서브모듈의 내부로 냉각수를 순환시키는 구성을 가진 수냉식 배터리 모듈용 수냉장치가 개시되어 있다.
하지만, 종래의 냉각유로는 케이스 내부에서 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 냉각수의 누액이 발생할 경우 케이스 내부에서 사방으로 유동되어 배터리의 고장이나 안전사고를 유발할 수 있는 취약점이 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2001-297784호 특허문헌 2: 한국 공개특허공보 제2015-0111757호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 냉각수의 누수 시 유동을 억제하여 누액으로 인한 배터리 고장을 방지할 수 있는 구조를 가진 배터리 팩을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각수의 누수를 효과적으로 감지하여 위험 발생을 인지하고 보고할 수 있는 구조를 가진 배터리 팩을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈을 가진 셀 모듈 어셈블리; 상기 셀 모듈 어셈블리를 감싸서 지지하는 팩 구조물; 상기 셀 모듈과 접촉하도록 배치되어 있는 냉각수 파이프; 및 상기 팩 구조물 내에 설치되어 상기 냉각수 파이프에서 냉각수의 누수가 발생했을 때 이를 흡수하는 흡수체;를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 흡수체는 상기 냉각수를 흡수하여 고형화 상태로 유지하는 고흡수성 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 냉각수 파이프는 인접한 셀 모듈 사이에 배치되고, 상기 흡수체는 상기 셀 모듈의 하부에 배치될 수 있다.
상기 셀 모듈 어셈블리의 하부에 위치하는 방열 플레이트;를 더 포함하고, 상기 흡수체는 상기 셀 모듈과 상기 방열 플레이트 사이에 개재되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배터리 팩에는 상기 흡수체에 상기 냉각수가 흡수된 것을 감지하는 수분 감지센서가 설치될 수 있다.
상기 수분 감지센서는 상기 흡수체의 내부에 삽입되는 것이 바람직하다.
상기 수분 감지센서는 와이어 또는 바 형상이나 판상으로 이루어져서 상기 흡수체 내부에 수평으로 배열될 수 있다.
대안으로, 상기 흡수체의 양쪽 가장자리에 인접한 부분에 대한 봉제처리에 의해 단면이 원형 또는 타원형인 수용부가 상기 흡수체의 길이방향으로 연장되게 형성되어 있고, 상기 수분 감지센서는 상기 흡수체의 상기 수용부에 종입될 수 있다.
상기 흡수체는 상기 셀 모듈의 바닥면을 지지할 수 있는 장방형 몸체를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉각유로가 구비된 배터리 팩에 설치되는 것으로서, 셀 모듈의 하부에 배치될 수 있는 장방형의 몸체를 가진 흡수체; 및 상기 흡수체의 내부에 삽입되어 상기 흡수체에 누수된 냉각수가 흡수되는 것을 감지하는 수분 감지센서;를 포함하는 배터리 팩의 안전장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 냉각수의 누수 시 흡수체에 냉각수가 흡수되어 고형화된 상태로 유지되므로 팩 내에서 냉각수가 유동하는 것이 방지되어 누수로 인한 배터리 고장을 방지할 수 있다.
또한, 흡수체 내에 배치된 수분 감지센서에 의해 냉각수의 누수가 감지되어 위험 발생 시 이를 보고하도록 함으로써 추가적인 이벤트 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 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 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에서 흡수체에 수분 감지센서가 설치된 구성예를 도시한 사시도이다.
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 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은 복수개의 셀 모듈(100)을 가진 셀 모듈 어셈블리와, 셀 모듈(100)을 지지하는 팩 구조물(10)과, 셀 모듈(100)과 접촉하도록 배치된 냉각수 파이프(110)와, 냉각수 파이프(110)에서 냉각수가 누수되었을 때 이를 흡수하여 배터리의 고장을 방지하는 안전장치인 흡수체(130)를 포함한다.
셀 모듈 어셈블리는 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈(100)을 구비한다. 각각의 셀 모듈(100)에는 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된 복수개의 셀이 내장된다. 복수개의 셀은 셀 모듈(100)의 본체 내에 정해진 간격으로 배열되어 적층 구조를 이룬다.
팩 구조물(10)은 셀 모듈 어셈블리를 감싸서 지지하는 부분으로서 다양한 소재에 의해 다양한 형태로 구성될 수 있다.
냉각수 파이프(110)는 셀 모듈(100)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각수를 흘려주기 위한 냉각유로를 제공하는 파이프이다. 냉각수 파이프(110)는 셀 모듈(100)의 측면과 접촉하도록 배치된다. 한정된 설치 공간을 효율적으로 활용하기 위해, 냉각수 파이프(110)는 인접한 셀 모듈(100) 사이에 위치하여 양쪽 셀 모듈(100)에 동시에 접촉하도록 배치되는 것이 바람직하다.
흡수체(130)는 셀 모듈(100)의 하부에 배치되어 냉각수 파이프(110)에서 냉각수의 누수가 발생했을 때 이를 흡수한다. 흡수체(130)는 냉각수를 흡수하여 고형화 상태로 유지하는 고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 냉각수의 누수 시 흡수체(130)에 냉각수가 흡수되어 고형화된 상태로 유지되므로 팩 구조물(10) 내에서 냉각수가 유동하는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 대안으로, 흡수체(130)는 적어도 일부에 천 소재를 포함하여 형성되는 것도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 흡수체(130)에는 냉각수가 흡수된 것을 감지하는 수분 감지센서(140)가 장착되어 있다. 수분 감지센서(140)는 흡수체(130)의 내부에는 삽입되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면 수분 감지센서(140)에 의해 냉각수의 누수가 감지되어 위험 발생 시 이를 보고하도록 함으로써 추가적인 이벤트 발생을 방지할 수 있다. 수분 감지센서(140)로는 극성이 서로 다른 한 쌍의 센싱 소자가 채용될 수 있다. 수분 감지센서(140)는 실질적으로 얇은 판상으로 이루어져서 흡수체 내부에 수평으로 배열될 수 있다.
다른 구성예로서, 수분 감지센서(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 바 형상으로 이루어져서 판상의 흡수체 내부에 삽입될 수 있다. 이러한 형태의 수분 감지센서(140)는 펄프를 적층하여 흡수체(130)를 형성하는 공정중에 삽입됨으로써 흡수체(130) 내에 개재될 수 있다.
또 다른 구성예로서, 수분 감지센서(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 와이어 형상으로 이루어져서 흡수체(130) 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우 흡수체(130)는 적어도 가장자리 부분, 또는 전체적으로 천 소재를 포함하도록 형성되고, 흡수체(130)의 양쪽 가장자리에 인접한 부분에 대한 봉제처리(135)에 의해 단면이 원형 또는 타원형인 수용부가 상기 흡수체의 길이방향으로 연장되게 형성된다. 흡수체(130)의 양쪽 끝부분에 수용부가 형성됨에 따라 흡수체(130)의 가운데 부분은 단면이 타원형인 부분이 존재하게 된다. 수분 감지센서(140)는 와이어 형상의 소자가 채용되어 흡수체(130)의 수용부에 종입된다. 와이어 형상의 수분 감지센서(140)는 수용부 내에 위치함으로써 설치 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
셀 모듈(100)과의 접촉 면적을 충분히 확보하기 위해, 흡수체(130)는 셀 모듈(100)의 바닥면을 지지할 수 있는 장방형의 몸체를 갖는 것이 바람직하다.
부가적으로, 셀 모듈 어셈블리의 하부에는 방열 성능을 높이기 위한 소정 형상의 방열 플레이트(120)가 위치할 수 있다. 이때, 흡수체(130)는 셀 모듈(100)과 방열 플레이트(120) 사이에 개재되어 안정적으로 설치된다. 이러한 설치 구조에 따르면 냉각수가 누수되어 방열 플레이트(120)의 바닥으로 이동된 후 셀 모듈(100)로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
방열 플레이트(120)에 있어서, 서로 인접한 셀 모듈들 사이에 위치하는 부분은 상협하광의 형상을 가지며, 이때 냉각수 파이프(110)는 상협하광 구조의 상단에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면, 냉각수 파이프(110)에서 누수가 발생했을 때 냉각수가 상기 상협하광 구조의 경사면을 따라 흘러 내려서 흡수체(130)를 향하여 흘러가도록 유도할 수 있으므로 누액으로 인한 배터리 고장을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은 냉각수의 누수 시 셀 모듈(100)의 하부에 배치되어 있는 흡수체(130)에 냉각수가 흡수되어 고형화된 상태로 유지되므로 팩 내에서 냉각수가 유동되는 것이 방지되어 누수로 인한 배터리 고장을 방지할 수 있다.
또한, 냉각수가 누수되어 흡수체(130)에 흡수된 경우에는 흡수체(130) 내에 설치된 수분 감지센서에 의해 냉각수의 누수가 감지되어 배터리 관리 시스템으로 보고가 이루어질 수 있으므로 추가적인 이벤트 발생을 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.
10: 팩 구조물 100: 셀 모듈
110: 냉각수 파이프 120: 방열 플레이트
130: 흡수체 140: 수분 감지센서

Claims (13)

  1. 정해진 간격으로 배열된 복수개의 셀 모듈을 가진 셀 모듈 어셈블리;
    상기 셀 모듈 어셈블리를 감싸서 지지하는 팩 구조물;
    상기 셀 모듈과 접촉하도록 배치되어 있는 냉각수 파이프; 및
    상기 팩 구조물 내에 설치되어 상기 냉각수 파이프에서 냉각수의 누수가 발생했을 때 이를 흡수하는 흡수체;를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체는 상기 냉각수를 흡수하여 고형화 상태로 유지하는 고흡수성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 파이프는 인접한 셀 모듈 사이에 배치되고,
    상기 흡수체는 상기 셀 모듈의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀 모듈 어셈블리의 하부에 위치하는 방열 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 흡수체는 상기 셀 모듈과 상기 방열 플레이트 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체에 상기 냉각수가 흡수된 것을 감지하는 수분 감지센서가 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수분 감지센서는 상기 흡수체의 내부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수분 감지센서는 와이어 또는 바 형상이나 판상으로 이루어져서 상기 흡수체 내부에 수평으로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 흡수체의 양쪽 가장자리에 인접한 부분에 대한 봉제처리에 의해 단면이 원형 또는 타원형인 수용부가 상기 흡수체의 길이방향으로 연장되게 형성되어 있고,
    상기 수분 감지센서는 상기 흡수체의 상기 수용부에 종입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체는 상기 셀 모듈의 바닥면을 지지할 수 있는 장방형 몸체를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 냉각유로가 구비된 배터리 팩에 설치되는 것으로서,
    셀 모듈의 하부에 배치될 수 있는 몸체를 가진 흡수체; 및
    상기 흡수체의 내부에 삽입되어 상기 흡수체에 누수된 냉각수가 흡수되는 것을 감지하는 수분 감지센서;를 포함하는 배터리 팩의 안전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수분 감지센서는 와이어 또는 바 형상이나 판상으로 이루어져서 상기 흡수체 내부에 수평으로 배열된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 안정장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 흡수체의 양쪽 가장자리에 인접한 부분에 대한 봉제처리에 의해 단면이 원형 또는 타원형인 수용부가 상기 흡수체의 길이방향으로 연장되게 형성되어 있고,
    상기 수분 감지센서는 상기 흡수체의 상기 수용부에 종입되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 안전장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 흡수체는 상기 셀 모듈의 바닥면을 지지할 수 있는 장방형 몸체를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 안전장치.
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