KR20180047439A - 소화제를 포함하고 있는 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하고 있는 전극조립체; 상기 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 제 1 팩 케이스; 내면의 적어도 일부가 상기 제 1 팩 케이스의 외면으로부터 이격되도록, 제 1 팩 케이스를 수납하는 제 2 팩 케이스; 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진되어 있는 소화제(fire extinguishing Agent); 및 상기 전극조립체와 전해액을 수납한 제 1 팩 케이스 및 소화제가 제 2 팩 케이스 내에 수납 및 충진된 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 개방된 일면을 동시에 밀봉하도록 결합되는 캡 어셈블리;를 포함하고 있고, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에서 제 1 팩 케이스의 외면에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
Description
본 발명은 소화제를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
이러한 이차전지는 사용 상태 및 조건에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 사용자의 안전을 위해 특히 폭발의 위험성을 예방하는 것이 요구된다.
더욱 구체적으로, 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전상태, 고온에의 노출, 낙하등에 의한 충격 등과 같은 이차전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 내부의 고온 및 고압은 상기 이차전지의 폭발을 초래할 수 있다.
따라서, 각각의 이차전지는 상기와 같은 형태적 차이에도 불구하고, 전지 폭발의 직접적인 원인인 고압을 해소할 수 있는 고압 해소 수단을 포함하고 있다.
예를 들어, 원통형 전지는 특정한 구조의 안전벤트가 캡 어셈블리에 설치되어 있고, 각형 전지는 전지의 캡 또는 케이스에 안전벤트가 형성되어 있으며, 파우치형 전지는 별도의 안전벤트 없이 라미네이트 시트의 봉합부가 분리되는 방식으로 고압을 해소하고 있다.
즉, 대부분의 이차전지는 비정상적인 작동 상태로 인해, 내부의 고온 및 고압이 유발되는 경우, 케이스 또는 캡 부위에 형성된 안전벤트 내지 봉합부가 개방됨으로써, 상기 내부의 압력 및 온도를 감소시킴으로써, 이러한 안전성의 문제를 해소한다.
그러나, 최근에는 이러한 이차전지의 용량이 증가하고, 한정된 공간에서 상기 용량을 극대화할 수 있도록, 에너지 밀도가 증가하는 방향으로 개발되고 있으며, 이에 따라, 상기 안전벤트 내지 봉합부가 개방되더라도, 내부의 압력 내지 온도를 충분히 감소시키지 못할 수 있으며, 이에 따라, 상기 이차전지 내부의 고온 및 고압 상태가 유지됨으로써, 상기 안전벤트 내지 봉합부가 개방됨에도 불구하고, 이러한 이차전지의 충분한 안전성을 확보하지 못하는 문제점이 발생한다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 제 1 팩 케이스에 형성된 제 1 벤팅부가 개방되어, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 구성됨으로써, 상기 소화제가 전지 내부의 전극조립체에 직접 접촉함으로써, 전지팩의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 전지팩의 이상 작동 상태에서 유발되는 내부의 온도 및 압력의 상승에 따른 발화 내지 폭발의 위험을 효과적으로 방지해, 안전성을 향상시킬 수 있으며, 단순히 안전벤트만을 이용해 내부의 온도 및 압력을 감소시키는 종래의 전지팩에 비해, 보다 우수한 안전성을 발휘할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하고 있는 전극조립체;
상기 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 제 1 팩 케이스;
내면의 적어도 일부가 상기 제 1 팩 케이스의 외면으로부터 이격되도록, 제 1 팩 케이스를 수납하는 제 2 팩 케이스;
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진되어 있는 소화제(fire extinguishing Agent); 및
상기 전극조립체와 전해액을 수납한 제 1 팩 케이스 및 소화제가 제 2 팩 케이스 내에 수납 및 충진된 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 개방된 일면을 동시에 밀봉하도록 결합되는 캡 어셈블리;
를 포함하고 있고,
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에서 제 1 팩 케이스의 외면에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 내부로 유입된 소화제가 전지 내부의 전극조립체에 직접 접촉함으로써, 전지팩의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 전지팩의 이상 작동 상태에서 유발되는 내부의 온도 및 압력의 상승에 따른 발화 내지 폭발의 위험을 효과적으로 방지해, 안전성을 향상시킬 수 있으며, 단순히 안전벤트만을 이용해 내부의 온도 및 압력을 감소시키는 종래의 전지팩에 비해, 보다 우수한 안전성을 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 소화제는 소정의 온도에서 기화되는 액상의 플루오르화 케톤(perfluoroketone)일 수 있다.
일반적으로, 상기 액상의 플루오르화 케톤은 끓는점이 섭씨 49도 정도로서, 상온에서 무색 무취의 액상으로 존재하며, 환경에 무해하고, 화학적으로 매우 안정하여, 다른 물질과 반응하지 않는 동시에, 절연 내력이 질소의 두 배 이상이므로, 전기가 통하지 않으며, 점성이 매우 낮아, 다른 물질과 접촉시 방울을 형성하지 않으므로, 빠르게 확산 내지 분산되는 성질을 갖는다.
또한, 점성이 물과 매우 유사하면서, 화재현장에서 불과 연기에 접촉되면 빠르게 증발하기 때문에, 냉각을 위한 냉매의 역할과 소화재의 역할을 모두 용이하게 수행할 수 있다.
따라서, 상기 플루오르화 케톤은 상온에서, 상기 제 1 팩 케이스와 제 2 팩 케이스 사이의 이격 공간에서 액상으로 존재하며, 이차전지의 이상 작동으로 인한 온도 상승 시, 상기 열로 인해 기화되며, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 개방된 상기 제 1 팩 케이스의 제 1 벤팅부를 통해, 제 1 팩 케이스 내로 빠르게 유입되므로, 상기 제 1 팩 케이스 내의 온도 및 압력을 보다 신속하게 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피는 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 0.1% 내지 10%의 크기일 수 있다.
만일, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피가 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 0.1% 미만일 경우에는, 상기 이격 공간의 부피가 지나치게 작아, 충분한 양의 소화제가 충진될 수 없으며, 이에 따라, 소망하는 온도 감소의 효과를 충분히 발휘하지 못할 수 있다.
이와 반대로, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피가 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 10%를 초과하는 경우에는, 상기 이격 공간의 부피가 지나치게 커지므로, 상기 전지팩의 전체적인 크기가 지나치게 증가하거나, 제한된 공간에서 오히려 상기 전지팩의 용량을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 제 1 벤팅부는 전지팩의 온도가 섭씨 80도 내지 100도 이상일 때 개방되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스 내면 사이의 이격 공간에 충진된 소화제인 플루오르화 케톤은 상기 제 1 벤팅부가 개방되는 온도에서, 기화된 상태를 유지하고 있으며, 상기 개방된 제 1 베팅부를 통해 제 1 팩 케이스의 내부로 보다 신속하게 유입될 수 있다.
만일, 상기 전지팩의 온도가 섭씨 80도 미만인 경우에 제 1 벤팅부가 개방된다면, 일반적인 전지팩의 작동 상태에서도 소화제가 제 1 팩 케이스 내부로 유입되어 전지팩의 성능을 저하시킬 수 있고, 이와 반대로 상기 전지팩의 온도가 섭씨 100도를 초과하는 경우에 개방된다면, 상기 전지팩의 이상 작동 상태에서, 개방된 제 1 벤팅부를 통해 유입되는 소화제를 이용한 신속한 전지팩 온도 감소의 효과를 발휘하지 못할 수 있다.
한편, 상기 캡 어셈블리에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 팩 케이스 내부의 가스가 배출되도록 개방되는 제 2 벤팅부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
일반적으로, 전지팩의 이상 작동 상황에서는 전해액과 전극의 반응으로 인해 가스가 발생하며, 상기 가스는 밀폐된 팩 케이스 내부에서, 상기 내부 압력을 증가시키는 요인으로 작용한다.
이때, 상기 캡 어셈블리에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 팩 케이스 내부의 가스가 배출되도록 개방되는 제 2 벤팅부가 형성되어 있어, 상기 개방된 제 2 벤팅부를 통해 제 1 팩 케이스 내부의 가스가 외부로 배출되는 동시에, 제 1 벤팅부를 통해 상기 제 1 팩 케이스 내부로 유입된 소화제를 통해, 전지팩의 내부 온도 및 압력을 보다 신속하고 용이하게 감소시킬 수 있다.
이러한 경우에, 상기 제 2 벤팅부는, 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간으로부터 격리되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진된 소화제는 제 1 벤팅부만을 통해, 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되며, 상기 소화제가 제 2 벤팅부를 통해 제 1 팩 케이스 내로 유입되지 않으면서, 내부의 가스만이 제 2 벤팅부를 통해 배출되므로, 상기 가스 배출과 소화제 유입이 원활이 서로 간의 간섭 없이 용이하게 이루어져, 상기 전지팩의 온도 및 압력을 용이하게 감소시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 팩 케이스는, 캡 어셈블리가 결합되는 일면을 제외한 나머지 외면 부위에서, 제 2 팩 케이스의 내면으로부터 이격되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간은 상기 캡 어셈블리가 결합되는 일면을 제외한 나머지 부위에 고르게 형성됨으로써, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스 외면에 전체적으로 분산되어 있으며, 이에 따라, 상기 소화제가 제 1 벤팅부를 통해 유입되지 않더라도, 제 1 팩 케이스의 외면에 대한 균일한 냉각 효과를 발휘할 수 있으며, 전지팩의 이상 작동 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스의 제 1 벤팅부가 아닌, 다른 외면 부위가 개방되더라도, 상기 개방 부위를 통해 보다 용이하게 유입될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 1 팩 케이스는, 캡 어셈블리가 결합되는 일면에 대향하는 외면 부위에서, 제 2 팩 케이스의 내면으로부터 이격되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 소화제가 충진되는 이격 공간은 상기 캡 어셈블리에 형성된 제 2 벤팅부와 대향하는 방향에 위치해 있으며, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 유입되는 제 1 벤팅부 역시, 제 2 벤팅부와 대향하는 방향에 형성되는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 벤팅부와 제 2 벤팅부는 제 1 팩 케이스의 서로 대향하는 외면 부위에 형성됨으로써, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 제 1 벤팅부를 통해 소화제가 유입되는 동시에, 제 2 벤팅부를 통해 내부의 가스가 외부로 배출되는 과정에서, 상기 가스 및 소화제의 유입 및 배출 방향이 동일해질 수 있고, 이에 따라, 별도의 순환 장치 없이도, 상기 가스와 소화제의 순환이 신속하게 이루어질 수 있어, 내부의 온도 및 압력을 보다 신속하게 감소시킬 수 있다.
한편, 제 1 벤팅부는 제 1 팩 케이스의 외면 부위에 형성된 슬릿(slit) 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 슬릿 구조는 제 1 팩 케이스의 다른 부위에 비해 상대적을 얇은 두께를 갖는 홈 형태로 이루어져 있으며, 상기 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 소화제가 충진된 이격 공간에 대응되는 제 1 팩 케이스의 외면 부위가 나머지 외면 부위에 비해 우선적으로 개방됨으로써, 상기 소화제가 제 1 팩 케이스 내부로 유입될 수 있다.
이때, 상기 슬릿은 불연속적인 곡선 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 슬릿 구조로 이루어진 제 1 벤팅부는 상기 곡선 구조로 이루어진 일 부위가 개방되는 반면에, 상기 불연속적인 부위가 제 1 팩 케이스의 외면에 대한 연결 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제 1 벤팅부의 개방 방향을 용이하게 조절함으로써, 상기 제 1 벤팅부를 소망하는 방향으로, 예를 들어 소화제가 충진된 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스 내면 사이의 이격 공간 방향으로, 보다 용이하게 개방할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 금속 캔으로 이루어진 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 외부에서 인가되는 진동 및 충격에 대해 내부에 위치한 전극조립체를 보호하고, 내부에서 고온 및 고압이 유발되더라도, 이로 인한 전지팩의 폭발을 방지할 수 있도록, 소정의 강성을 발휘하는 소재로 이루어질 필요가 있으며, 보다 상세하게는 상기 특성들을 고려하였을 때, 금속 캔으로 이루어질 있다.
그러나, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 소재가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 효과를 발휘하도록 소정의 강성을 갖는 동시에, 취급 및 성형이 용이한 것이라면, 그 소재가 크게 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 서로 동일하거나, 또는 상이한 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 서로 동일한 형상으로 이루어지는 경우, 내부 공간에 대한 활용성을 최대화할 수 있으며, 이와 반대로, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스가 서로 상이한 형상으로 이루어지는 경우, 한 종류의 제 1 팩 케이스에 대해, 다양한 형상의 제 2 팩 케이스를 조합할 수 있으므로, 디바이스에 대한 상기 전지팩의 탑재 공간에 대한 제약을 최소화할 수 있다.
이때, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 그 형상 내지 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 팩 케이스 내부의 고온 및 고압이 집중됨으로써 발생하는 상기 팩 케이스의 국부적인 손상을 예방하는 동시에, 다양한 디바이스의 탑재 공간에 용이하게 적용할 수 있는 형상 내지 구조로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 각각 원통형 구조 또는 육면체 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전지팩을 구성하는 전지팩 케이스를 제공하는 바, 상기 전지팩 케이스는,
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하고 있는 전극조립체가 수납되는 전지팩 케이스로서,
상기 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 제 1 팩 케이스;
내면의 적어도 일부가 상기 제 1 팩 케이스의 외면으로부터 이격되어, 제 1 팩 케이스 사이의 이격 공간에 소화제가 충진되도록, 상기 제 1 팩 케이스를 수납하는 제 2 팩 케이스; 및
상기 전극조립체와 전해액을 수납한 제 1 팩 케이스 및 소화제가 제 2 팩 케이스 내에 수납 및 충전된 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 개방된 일면을 동시에 밀봉하도록 결합되는 캡 어셈블리;
를 포함하고 있고,
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에서 제 1 팩 케이스의 외면에는, 상기 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이때, 상기 상기 소화제는 소정의 온도에서 기화되는 액상의 플루오르화 케톤(perfluoroketone)일 수 있다.
또한, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피는 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 0.1% 내지 10%의 크기일 수 있다.
한편, 상기 제 1 벤팅부는 전지팩의 온도가 섭씨 80도 내지 100도 이상일 때 개방되는 구조일 수 있다.
상기 구성 내지 구조를 제외한 전지팩 및 전지팩 케이스의 나머지 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 제 1 팩 케이스에 형성된 제 1 벤팅부가 개방되어, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 구성됨으로써, 상기 소화제가 전지 내부의 전극조립체에 직접 접촉함으로써, 전지팩의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 전지팩의 이상 작동 상태에서 유발되는 내부의 온도 및 압력의 상승에 따른 발화 내지 폭발의 위험을 효과적으로 방지해, 안전성을 향상시킬 수 있으며, 단순히 안전벤트만을 이용해 내부의 온도 및 압력을 감소시키는 종래의 전지팩에 비해, 보다 우수한 안전성을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 하면에서 바라본 전지팩의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1의 하면에서 바라본 전지팩의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전극조립체(101)가 전지팩 케이스(102)에 내장되는 구조로 이루어져 있다.
전지팩 케이스(102)는 제 1 팩 케이스(110), 제 2 팩 케이스(120) 및 캡 어셈블리(130)를 포함하고 있다.
제 1 팩 케이스(110) 및 제 2 팩 케이스(120)는 전극조립체(101)의 외면 형상에 대응하여 원통형 구조로 이루어져 있으며, 제 1 팩 케이스(110)는 제 2 팩 케이스(120)에 비해 상대적으로 작은 크기로 이루어져 있다.
따라서, 제 1 팩 케이스(110)는 내부에 전극조립체(101)와 전해액을 수납한 상태에서, 제 2 팩 케이스(120)의 내부에 수납된다.
제 1 팩 케이스(110)는 캡 어셈블리(130)가 결합되는 상면을 제외한 나머지 외면 부위에서, 제 2 팩 케이스(120)의 내면으로부터 이격되어 이격 공간을 형성하고 있으며, 이격 공간에는 소화제가 충진된다.
제 1 팩 케이스(110)의 하면에는 내부 압력이 임계 압력 이상일 때, 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스(110)의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부(111)가 형성되어 있다.
캡 어셈블리(130)는, 전극조립체(101)가 전해액과 함께 제 1 팩 케이스(110) 내에 수납된 상태에서, 제 1 팩 케이스(110)와 제 2 팩 케이스(120)의 상면에 동시에 결합됨으로써, 제 1 팩 케이스(110)와 제 2 팩 케이스(120)를 밀봉한다.
캡 어셈블리(130)에는 제 1 팩 케이스(110)의 내부 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 팩 케이스(110) 내부의 가스가 외부로 배출되도록 개방되는 제 2 벤팅부(131)가 형성되어 있다.
따라서, 제 2 벤팅부(131)는 제 1 팩 케이스(110)의 외면과 제 2 팩 케이스(120) 내면 사이의 이격 공간으로부터 격리되어 있으며, 제 1 팩 케이스(110)의 내부 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 벤팅부(111)와 제 2 벤팅부(131)는 동시에 개방되고, 이에 따라, 기화된 상태의 소화제가 제 1 벤팅부(111)를 통해 제 1 팩 케이스(110) 내부로 유입되는 동시에, 제 1 팩 케이스 내부의 가스가 제 2 벤팅부(131)를 통해 외부로 배출되므로, 보다 신속하고 용이하게 전지팩(100) 내의 온도 및 압력을 감소시킬 수 있다.
도 2에는 도 1의 하면에서 바라본 전지팩의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 팩 케이스(110)의 하면에 형성된 제 1 벤팅부(111)는 슬릿 구조로서, 평면상으로 좌측 방향 부위에서 불연속적인 곡면 구조로 이루어져 있다.
따라서, 제 1 벤팅부(111)의 내부 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 벤팅부(111)는 불연속적인 좌측 방향이 제 1 팩 케이스(110)의 하면에 연결된 상태에서, 우측 방향 부위가 개방되며, 제 1 팩 케이스(110) 외면과 제 2 팩 케이스(120) 내면 사이의 이격 공간(103)에 충진된 소화제(140)가 개방된 제 1 벤팅부(111)를 통해 제 1 팩 케이스(110)의 내부로 유입되어, 소화작용을 수행해, 전지팩 내부의 온도 및 압력을 감소시킬 수 있다.
도 3 및 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
우선, 도 3을 참조하면, 제 1 팩 케이스(310)와 제 2 팩 케이스(320)는 캡 어셈블리(330)에 대향하는 부위에서, 제 2 팩 케이스(320)의 하면(321)으로부터 이격되어 형성된 격벽(304)에 의해 서로 구분되어 있다.
따라서, 격벽(304)은 제 1 팩 케이스(310)의 하면을 구성하며, 캡 어셈블리(330)에 대향하는 부위에서, 격벽(304)과 제 2 팩 케이스(320)의 하면(321) 사이에는 소화제가 충진되는 이격 공간(303)이 형성된다.
격벽(304)에는 제 1 팩 케이스(310)의 내부 압력이 임계 압력 이상일 때, 이격 공간에(303) 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스(310)의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부(311)가 형성되어 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1의 전지팩과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 제 1 팩 케이스(410)와 제 2 팩 케이스(420)는 육면체 구조로서, 서로 동일한 형상으로 이루어져 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1의 전지팩과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하고 있는 전극조립체;
상기 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 제 1 팩 케이스;
내면의 적어도 일부가 상기 제 1 팩 케이스의 외면으로부터 이격되도록, 제 1 팩 케이스를 수납하는 제 2 팩 케이스;
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에 충진되어 있는 소화제(fire extinguishing Agent); 및
상기 전극조립체와 전해액을 수납한 제 1 팩 케이스 및 소화제가 제 2 팩 케이스 내에 수납 및 충진된 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 개방된 일면을 동시에 밀봉하도록 결합되는 캡 어셈블리;
를 포함하고 있고,
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에서 제 1 팩 케이스의 외면에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서, 상기 소화제는 소정의 온도에서 기화되는 액상의 플루오르화 케톤(perfluoroketone)인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피는 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 0.1% 내지 10%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 벤팅부는 전지팩의 온도가 섭씨 80도 내지 100도 이상일 때 개방되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리에는, 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 제 1 팩 케이스 내부의 가스가 배출되도록 개방되는 제 2 벤팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 벤팅부는, 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간으로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스는, 캡 어셈블리가 결합되는 일면을 제외한 나머지 외면 부위에서, 제 2 팩 케이스의 내면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스는, 캡 어셈블리가 결합되는 일면에 대향하는 외면 부위에서, 제 2 팩 케이스의 내면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 벤팅부는 제 1 팩 케이스의 외면 부위에 형성된 슬릿(slit) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 9 항에 있어서, 상기 슬릿은 불연속적인 곡선 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 금속 캔으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 서로 동일하거나, 또는 상이한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스는 각각 원통형 구조 또는 육면체 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하고 있는 전극조립체가 수납되는 전지팩 케이스로서,
상기 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 제 1 팩 케이스;
내면의 적어도 일부가 상기 제 1 팩 케이스의 외면으로부터 이격되어, 제 1 팩 케이스 사이의 이격 공간에 소화제가 충진되도록, 상기 제 1 팩 케이스를 수납하는 제 2 팩 케이스; 및
상기 전극조립체와 전해액을 수납한 제 1 팩 케이스 및 소화제가 제 2 팩 케이스 내에 수납 및 충전된 상태에서, 상기 제 1 팩 케이스 및 제 2 팩 케이스의 개방된 일면을 동시에 밀봉하도록 결합되는 캡 어셈블리;
를 포함하고 있고,
상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간에서 제 1 팩 케이스의 외면에는, 상기 제 1 팩 케이스 내부의 압력이 임계 압력 이상일 때, 상기 이격 공간에 충진된 소화제가 제 1 팩 케이스의 내부로 유입되도록 개방되는 제 1 벤팅부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 케이스. - 제 14 항에 있어서, 상기 소화제는 소정의 온도에서 기화되는 액상의 플루오르화 케톤(perfluoroketone)인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 팩 케이스의 외면과 제 2 팩 케이스의 내면 사이의 이격 공간의 부피는 제 2 팩 케이스의 부피에 대해, 0.1% 내지 10%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 벤팅부는 전지팩의 온도가 섭씨 80도 내지 100도 이상일 때 개방되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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