KR20180137292A - 안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;을 포함한다.

Description

안전성이 향상된 배터리 모듈 및 배터리 팩{Battery module with improved safety and Battery pack comprising the }
본 발명은, 안전성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 내부에 소화약제를 포함하는 소화 유닛을 구비하여 화재 및 폭발에 대한 안전성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 리튬 이차전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 리튬 이차전지의 과열은 여러 가지 원인에서 발생되는데, 그 중 하나가 리튬 이차전지를 통해 한계 이상의 과전류가 흐르는 경우를 들 수 있다. 과전류가 흐르면 리튬 이차전지가 주울열에 의해 발열을 하므로 전지의 내부 온도가 급속하게 상승한다. 또한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으킴으로써 결국에는 전지의 폭발까지 이어지게 된다. 과전류는 뾰족한 금속 물체가 리튬 이차전지를 관통하거나 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 수축에 의해 양극과 음극 사이의 절연이 파괴되거나 외부에 연결된 충전 회로나 부하의 이상으로 인해 돌입전류(rush current)가 전지에 인가되는 등의 경우에 발생된다.
따라서 리튬 이차전지는 과전류의 발생과 같은 이상 상황으로부터 전지를 보호하기 위해 보호회로와 결합되어 사용되며, 상기 보호회로에는 과전류가 발생되었을 때 충전 또는 방전전류가 흐르는 선로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈 소자가 포함되는 것이 일반적이다.
도 1은 리튬 이차전지를 포함하는 배터리 팩과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 보호회로는 과전류 발생 시 배터리 팩을 보호하기 위해 퓨즈 소자(1), 과전류 센싱을 위한 센스 저항(2), 과전류 발생을 모니터하여 과전류 발생 시 퓨즈 소자(1)를 동작시키는 마이크로 컨트롤러(3) 및 상기 퓨즈 소자(1)에 동작 전류의 유입을 스위칭하는 스위치(4)를 포함한다.
퓨즈 소자(1)는 배터리 팩의 최 외측 단자에 연결된 주 선로에 설치된다. 주 선로는 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 배선을 말한다. 도면에는, 퓨즈 소자(1)가 고전위 선로(Pack+)에 설치된 것으로 도시되어 있다.
퓨즈 소자(1)는 3단자 소자 부품으로 2개의 단자는 충전 또는 방전 전류가 흐르는 주 선로에, 1개의 단자는 스위치(4)와 접속된다. 그리고 내부에는 주 선로와 직렬 연결되며 특정 온도에서 융단이 이루어지는 퓨즈(1a)와, 상기 퓨즈(1a)에 열을 인가하는 저항(1b)이 포함되어 있다.
상기 마이크로 컨트롤러(3)는 센스 저항(2) 양단의 전압을 주기적으로 검출하여 과전류 발생 여부를 모니터하며, 과전류가 발생된 것으로 판단되면 스위치(4)를 턴 온 시킨다. 그러면 주 선로에 흐르는 전류가 퓨즈 소자(1) 측으로 바이패스되어 저항(1b)에 인가된다. 이에 따라, 저항(1b)에서 발생된 주울열이 퓨즈(1a)에 전도되어 퓨즈(1a)의 온도를 상승시키며, 퓨즈(1a)의 온도가 융단 온도까지 오르게 되면 퓨즈(1a)가 융단 됨으로써 주 선로가 비가역적으로 단선된다. 주 선로가 단선되면 과전류가 더 이상 흐르지 않게 되므로 과전류로부터 비롯되는 문제를 해소할 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래 기술은 여러 가지 문제점을 안고 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(3)에서 고장이 생기면 과전류가 발생된 상황에서도 스위치(4)가 턴 온 되지 않는다. 이런 경우 퓨즈 소자(1)의 저항(1b)으로 전류가 유입되지 않으므로 퓨즈 소자(1)가 동작을 하지 않는 문제가 있다. 또한 보호회로 내에 퓨즈 소자(1)의 배치를 위한 공간이 별도로 필요하고 퓨즈 소자(1)의 동작 제어를 위한 프로그램 알고리즘이 마이크로 컨트롤러(3)에 반드시 적재되어야 한다. 따라서 보호회로의 공간 효율성이 저하되고 마이크로 컨트롤러(3)의 부하를 증가시키는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 구조를 복잡화 하지 않더라도 발화/폭발 등의 이벤트 발생을 방지하여 이차전지 사용상의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 구조를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;을 포함한다.
상기 모듈 프레임은, 상기 셀 적층체의 중심부에 배치되어 상기 소화 유닛을 수용하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 양 측부에 배치되며, 서로 인접한 배터리 셀 사이마다 개재되는 복수의 서브 프레임;를 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임은, 상기 소화 약제가 분출되도록 하는 복수의 분사 홀을 구비할 수 있다.
상기 분사 홀은, 출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 가질 수 있다.
상기 서브 프레임은, 상기 배터리 셀의 실링부 및 전극리드를 지지할 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 메인 프레임에 형성된 수용 공간 내에 위치하며, 상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 중심부에 위치하는 두 개의 셀 각각의 수용부와 접촉할 수 있다.
상기 소화 유닛은, 기준 온도 이상에서 기화되는 소화 약제; 및 상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 파단되는 수용 용기;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈; 및 적어도 하나의 상기 배터리 모듈을 수용하는 팩 하우징;을 포함하는 형태로 구현된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 구조를 복잡화하지 않으면서도 배터리 모듈 내에 구비된 배터리 셀의 발화/폭발 등의 이벤트 발생의 가능성을 현저히 낮춤으로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
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 아니 된다.
도 1은 배터리 모듈과 결합되는 보호회로의 구성 중 퓨즈 소자의 배치 구조와 동작 메커니즘을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀 적층체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 소화 유닛이 작동되어 소화 약제가 분사되는 방향을 나타내는 도면이다.
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 아니 되며, 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 일부 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.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구조를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 부분 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀(10)이 적층되어 형성된 셀 적층체(20), 셀 적층체(20)의 적어도 일 측에 결합되는 모듈 프레임(30) 및 모듈 프레임(30) 내에 수용되는 소화 유닛(40, 도 6 참조)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
다음은, 도 3을 참조하여, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(10)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀(10)은, 전극조립체(미도시), 파우치 케이스(11), 전극 리드(12) 및 실란트(13)를 포함한다.
상기 전극 조립체(미도시)는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적어도 1회 이상 적층된 형태를 가지며, 절연성의 확보를 위해 최 외각에는 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 전극졸비체는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등의 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 양극판은 도전성 플레이트로 이루어지는 양극 집전판의 적어도 일 면 상에 양극 활물질이 코팅된 형태를 가지며, 마찬가지로, 상기 음극판은 도전성 플레이트로 이루어지는 음극 집전판의 적어도 일 면 상에 음극 활물질이 코팅된 형태를 갖는다.
상기 양극판 및 음극판은 양극 활물질 및 음극 활물질이 코팅되지 않는 무지부 영역을 가지며, 이러한 무지부 영역은 전극리드와 결합되는 전극탭으로서 기능한다.
상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 이동할 있도록 다공성 막 형태를 가질 수 있다. 이러한 세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(11)는, 금속층 및 이를 감싸는 수지층을 포함하는 다층구조의 필름 형태를 갖는 외장재로 이루어지며, 상부 케이스와 하부 케이스로 구성될 수 있다.
이처럼 상기 파우치 케이스(11)가 상부 케이스와 하부 케이스로 구성되는 경우, 하부 케이스는 전극조립체를 수용하기 위해 볼록하게 돌출된 수용부(11a)를 구비한다. 또한, 상기 상부 케이스는 볼록하게 돌출된 수용부(11a)를 구비할 수도 있고, 이러한 수용부(11a)가 형성되지 아니한 평평한 형상을 가질 수도 있다.
즉, 상기 배터리 셀은, 양 면이 돌출된 형태의 양 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있고, 이와는 달리 일 면만이 돌출된 형태의 일 면 돌출형 배터리 셀일 수도 있는 것이다. 본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 배터리 셀이 일면 돌출형 셀인 경우만을 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 배터리 셀이 양 방향 돌출형 셀인 경우에 있어서, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은, 수용부(11a)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(11b, 11c)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀이 일 방향 돌출형 셀인 경우에 있어서는, 하부 케이스는 수용부(11a)의 외측 둘레 영역에 해당하는 실링부(11b, 11c)를 구비하고, 상부 케이스는 상부 케이스의 실링부(11b, 11c)와 맞닿는 영역에 형성되는 실링부(11b, 11c)를 구비할 수 있다.
상기 파우치 케이스(11)는 수용부(11a) 내에 전극조립체를 수용하고 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 실링부(11b, 11c)가 맞닿아 열 융착 됨으로써 밀봉된다. 이처럼, 상부 케이스 및 하부 케이스의 실링부(11b, 11c)는 상호 맞닿은 상태에서 열 융착에 의해 접합될 수 있도록, 열 융착성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극리드(12)는 전극조립체의 전극탭에 연결되어 파우치 케이스(11)의 외부로 인출됨으로써 전극조립체와 외부 부품 사이를 전기적으로 연결시켜주는 매개체의 역할을 하는 구성요소로서, 양극판에 연결되는 양극리드 및 음극판에 연결되는 음극리드를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 양극리드는 양극판에 구비된 양극 무지부에 연결되고, 음극리드는 음극판에 구비된 음극 무지부에 연결된다.
한편, 상기 실링부(11b, 11c)는 전극리드(12)가 인출되는 방향에 위치하는 테라스부(11b) 및 전극리드(12)가 인출되는 방향과 수직한 방향에 위치하는 윙부(11c)를 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 윙부(11c)는 배터리 셀(10)의 체적 최소화를 위해 수용부(11a)의 측면을 향해 폴딩될 수 있으며, 이처럼 윙부(11c)가 폴딩된느 경우 수용부(11a)와 윙부(11c)는 접착제 등에 의해 상호 접합될 수도 있다.
상기 실란트(13)는, 파우치 케이스(11)의 외부로 인출되는 전극리드(12)와 실링부(11b, 11c)의 내측 면 사이에서 밀봉력의 저하가 발생되는 것을 방지하기 위해 실링부(11b, 11c)의 내측면과 전극리드(12) 사이에 개재된다.
다음은, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀 적층체의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 셀 적층체(20)는 복수개의 배터리 셀(10)이 서로 대면하도록 적층되어 형성된다.
본 발명의 도면에서는, 하나의 셀 적층체(20)가 6개의 배터리 셀(10)로 이루어지는 경우만을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐이며, 이로서 셀 적층체(20)를 이루는 배터리 셀(10)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 적용되는 셀 적층체(20)는 필요에 따라 다양한 개수의 배터리 셀(10)로 구성될 수 있는 것이다.
상기 셀 적층체(20)를 이루는 각각의 배터리 셀(10)들은 대향하는 면 사이에 적용되는 접착제 및/또는 접착 테이프 등에 의해 고정될 수 있다. 또한, 상기 셀 적층체(20)를 이루는 각각의 배터리 셀(10)이 일 면 돌출형 셀인 경우에는, 배터리 셀(10)들은 수용부(11a, 도 3 참조)가 셀 적층체(20)의 중심부를 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 셀 적층체(20)의 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10)은 수용부(11a)가 서로 맞닿는 형태로 배치된다.
다음은, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임(30)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 모듈 프레임을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 2의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 모듈 프레임(30)은, 하나의 메인 프레임(31) 및 메인 프레임(31)의 양 측에 위치하는 복수의 서브 프레임(32)을 포함하는 형태로 구현된다.
상기 모듈 프레임(30)은, 셀 적층체(20)의 일 측 또는 양 측에 결합되어 배터리 셀(10)의 테라스부(11b) 및 전극리드(12)를 지지하고, 또한 소화 유닛(40)의 수용 공간을 제공한다.
상기 모듈 프레임(30)은, 메인 프레임(31)과 서브 프레임(32)이 상호 연결된 형태를 가질 수도 있고, 이와는 달리 메인 프레임(31)과 서브 프레임(32)이 서로 분리된 형태를 가질 수도 있다.
상기 메인 프레임(31)은, 셀 적층체(20)의 적층방향 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 수용부(11a)가 만나 이루는 안착면, 즉 셀 적층체(20)의 적층방향 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 측면 상에 배치된다. 상기 메인 프레임(31)은, 배터리 셀(10)의 폭 방향, 즉 메인 프레임(31)의 길이 방향을 따라 복수개 형성되는 분사 홀(31a)을 구비하며, 또한 내부에 소화 유닛(40)을 수용할 수 있도록 형성된 수용 공간(S)을 구비한다.
상기 메인 프레임(31)이 셀 적층에(20)에 결합되었을 때, 소화 유닛(40)이 수용되는 수용 공간(S)은 분사 홀(31a)을 제외하고는 외부와 통하지 않도록 밀폐 상태를 유지하는 것이 바람직한데, 이는 후술할 소화 약제의 분출 시에 분출압을 높이기 위함이다.
상기 분사 홀(31a)은, 출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 가질 수 있는데, 분사 홀(31a)이 이러한 형상을 갖는 경우, 소화 약제의 분사 시에 분사 범위가 좀 더 넓어지도록 함으로써 소화 효과의 효율성을 극대화 할 수 있다.
상기 서브 프레임(32)은, 메인 프레임(31)의 양 측에 배치되되, 배터리 셀(10)의 수용부(11a) 측면 상에 배치되어 테라스부(11b) 및 전극리드(12)를 지지한다.
즉, 메인 프레임(31)을 기준으로 하여 일 측에 위치하는 전극 리드(12)들은 상호 간에 결합되어 하나의 전극 리드 결합체를 형성하고, 메인 프레임(32)을 기준으로 하여 상기 일 측과 반대편인 타 측에 위치하는 전극 리드(12)들은 상호 간에 결합하여 또 하나의 리드 결합체를 형성하는데, 서브 프레임(32)은 이러한 리드 결합체가 안정된 결합상태를 유지할 수 있도록 하는 지지 구조물로서 기능할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 소화 유닛(40)에 대해서 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 소화 유닛(40)은, 모듈 프레임(30)의 내부, 특히 메인 프레임(31)의 내부에 수용되며, 셀 적층체(20)의 일측 중심부에 배치되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분사하여 배터리 모듈에 발생된 화재를 진압하거나, 화재의 발생을 미연에 방지하는 구성요소이다.
좀 더 구체적으로, 상기 소화 유닛은(40)은, 메인 프레임(31)의 내부에 형성된 수용 공간(S, 도 5 참조) 내에 수용되며, 셀 적층체(20)를 이루는 배터리 셀(10)들 중 적층 방향으로 중심부에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(10) 각각의 수용부(11a) 측면 상에 배치된다. 이러한 소화 유닛(40)의 배치 위치는 배터리 셀(10)에 있어서 비교적 발열량이 큰 전극리드(12)에 인접한 영역이기 때문에 이러한 위치에 소화 유닛(40)이 배치됨으로써 온도 상승에 따른 소화 유닛(40)의 신속한 작동이 가능하게 된다.
상기 소화 유닛(40)은, 기준 온도 이상에서 분말 또는 액상의 소화 약제가 기화 되면서 팽창하여 높은 압력을 가지고 분출할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 상기 소화 유닛(40)은, 배터리 모듈의 정상적인 사용 온도에서는 밀폐된 상태를 유지하다가 기준 온도 이상에서 녹아 파단되는 수지로 이루어지는 수용 용기 및 그 안에 수용되는 분말 또는 액상의 소화 약제를 포함한다.
본 발명에 적용되는 소화 약제로는, 통상적으로 화재 진압에 사용되는 종류의 소화 약제라면 제한 없이 사용 가능하며, 소화의 원리 또한 질식 소화, 냉각 소화 또는 이들 두 가지 원리를 모두 이용한 소화가 모두 적용 가능하다.
단락의 발생 등 비정상적인 사용 상태로 인해 배터리 모듈의 온도가 상승되고, 이로써 소화 유닛(40)이 배치된 위치의 온도가 기준 온도 이상이 되어 수용 용기가 녹아 파단 되면, 강한 압력으로 내부의 소화 약제가 분출되고, 이로써 화재의 진압 또는 발화의 차단을 수행할 수 있는 것이다.
일정 온도 이상에서 소화 약제가 파단된 수용 용기 외부로 강한 압력으로 분출될 수 있도록 하기 위해서, 수용 용기 내에는 소화 약제 이 외에도 별도의 기체를 높은 압력으로 충진해 놓을 수 있다. 이 경우, 온도의 상승에 따라 부피가 더욱 팽창된 기체가 수용 용기의 내벽에 높은 압력을 가하게 되고, 온도가 수용 용기의 녹는점에 도달하게 되면 녹아서 약해진 수용 용기가 파단 되면서 수용 용기 내에 충진된 기체와 함께 소화 약제가 분출될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일 실시에에 따른 배터리 모듈은, 팩 하우징(미도시) 내에 수용되어 하나의 배터리 팩을 이룰 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 구비하며, 이러한 배터리 모듈(들)을 팩 하우징 내에 수용시킨 형태로 구현될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징 내의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하게 되는 경우에 있어서 분사 홀(11a)을 통한 소화 약제의 분사로 인해 화재의 진압 및/또는 발화의 예방이 가능한 구조를 갖는다.
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: 배터리 셀
11: 파우치 셀
11a: 수용부
11b: 테라스부
11c: 윙부
12: 전극리드
13: 실란트
20: 셀 적층체
30: 모듈 프레임
31: 메인 프레임
31a: 분사 홀
32: 서브 프레임
40: 소화 유닛

Claims (8)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 일 측 또는 양 측에 결합되는 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 내부에 수용되어 기준 온도 이상에서 소화 약제를 분출하는 소화 유닛;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 프레임은,
    상기 셀 적층체의 중심부에 배치되어 상기 소화 유닛을 수용하는 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임의 양 측부에 배치되며, 서로 인접한 배터리 셀 사이마다 개재되는 복수의 서브 프레임;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 프레임은,
    상기 소화 약제가 분출되도록 하는 복수의 분사 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사 홀은,
    출구 부분이 상방을 향할수록 넓어지도록 테이퍼 진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서브 프레임은,
    상기 배터리 셀의 실링부 및 전극리드를 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    상기 메인 프레임에 형성된 수용 공간 내에 위치하며, 상기 셀 적층체를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 중심부에 위치하는 두 개의 셀 각각의 수용부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    기준 온도 이상에서 기화되는 소화 약제; 및
    상기 소화 약제를 수용하며 상기 기준 온도 이상에서 파단되는 수용 용기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈; 및
    적어도 하나의 상기 배터리 모듈을 수용하는 팩 하우징;
    을 포함하는 배터리 팩.
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