KR20210008742A - 외부 단락 장치를 구비하는 배터리 모듈 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하며 서로 직렬로 연결되는 제1 셀 그룹 및 제2 셀 그룹을 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비되며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 동작하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키는 외부 단락 장치;를 포함한다.

Description

외부 단락 장치를 구비하는 배터리 모듈 시스템{Battery Module System Having External Shorting Device}
본 발명은, 외부 단락 장치를 구비하는 배터리 모듈 시스템에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는, 배터리 모듈을 구성하는 일부 배터리 셀에서 발생된 과열 및/또는 발화 현상이 인접한 배터리 셀들로 전파되지 않도록 배터리 모듈의 내부 에너지를 외부로 방출시키는 외부 단락 장치를 구비하는 배터리 모듈 시스템에 관한 것이다.
복수의 배터리 셀을 포함하는 형태의 배터리 모듈에 있어서, 일부 배터리 셀에 단락 발생 등의 이상이 생겨 지속적으로 온도가 상승하고 이로 인해 배터리 셀의 온도가 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 일부 배터리 셀에 있어서 열 폭주 현상이 발생하게 되면, 안전성 이슈가 발생할 수 있다.
더욱이, 복수의 배터리 셀 중, 일부 배터리 셀에서 일어난 열 폭주 현상에 따라 화염 등이 발생하게 되면 이는 인접한 배터리 셀들의 온도를 급격히 상승시키게 되고, 이로 인해 짧은 시간 내에 인접한 셀들로 열 폭주 현상이 전파될 수 있다.
결국, 일부 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상 또는 이러한 열 폭주 현상이 전파되는 것의 전조 증상을 신속히 발견하여 대처하지 못하는 경우, 배터리 셀보다 더 큰 용량의 전지 단위인 배터리 모듈이나 배터리 팩의 발화 및 폭발 등의 재해로 이어질 수 있으며, 이는 재산적 피해뿐만 아니라 안전성의 문제까지도 야기할 수 있다.
따라서, 배터리 모듈 내부에 있는 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상이나 그 전조 증상으로서의 온도 상승 및/또는 가스 누출 등이 발생되는 경우 이를 신속히 감지하고 배터리 모듈의 에너지를 외부로 방출시켜 인접한 배터리 모듈 전체로 열 폭주 현상이 전파되는 것을 막는 것이 급선무이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에 있는 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상이나 그 전조 증상으로서의 온도 상승 및/또는 가스 누출 등이 발생되는 경우 이를 신속히 감지하고 외부 단락 장치를 통해 배터리 모듈의 에너지를 외부로 방출시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 이와 같이 방출된 에너지를 통해 온도가 상승되는 스프링 저항을 신속히 냉각시켜 외부 단락 장치를 통한 에너지 방출에 따른 이차적인 화재 위험 역시 제거하는 것을 또 다른 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 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하며 서로 직렬로 연결되는 제1 셀 그룹 및 제2 셀 그룹을 포함하는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비되며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 동작하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키는 외부 단락 장치;를 포함한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 제1 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제2 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제1 버스바; 상기 제2 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제1 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제2 버스바; 및 상기 제1 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제1 전극 리드와 상기 제2 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제2 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제3 버스바;를 포함할 수 있다.
상기 외부 단락 장치는, 가이드 프레임; 상기 가이드 프레임 내에 위치하며, 그 일 측 단부가 상기 가이드 프레임에 고정되는 적어도 하나의 스프링; 상기 가이드 프레임 내에 위치하며, 상기 스프링의 타 측 단부에 고정되는 단락 버스바; 및 상기 가이드 프레임 내에 고정되어 상기 스프링이 압축된 상태를 유지하도록 상기 단락 버스바의 움직임을 제한하며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 용융되어 상기 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 단락 버스바가 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 이동하도록 하는 스토퍼;를 포함할 수 있다.
상기 단락 버스바는, 상기 스프링의 탄성 복원에 의해 상기 제1 버스바 및 제2 버스바와 접촉하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키도록 구성될 수 있다.
상기 외부 단락 장치는, 가이드 프레임; 상기 가이드 프레임 내에 위치하는 제1 저항 스프링 및 제2 저항 스프링; 상기 제1 저항 스프링의 일 측 단부에 고정되는 제1 단락 버스바 및 상기 제2 저항 스프링의 일 측 단부에 고정되는 제2 단락 버스바; 상기 가이드 프레임 내에 고정되며, 상기 제1 저항 스프링의 타 측 단부 및 제2 저항 스프링의 타 측 단부에 고정되는 제3 단락 버스바; 및 상기 가이드 프레임 내에 고정되어 상기 스프링이 압축된 상태를 유지하도록 상기 제1 단락 버스바 및 제2 단락 버스바의 움직임을 제한하며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 용융되어 상기 제1 저항 스프링 및 제2 저항 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 제1 단락 버스바가 상기 제1 버스바를 향해 이동하도록 하고, 상기 제2 단락 버스바가 상기 제2 버스바를 향해 이동하도록 하는 스토퍼;를 포함할 수 있다.
상기 제1 단락 버스바는 상기 제1 저항 스프링의 탄성 복원에 의해 상기 제1 버스바와 접촉하고, 상기 제2 단락 버스바는 상기 제2 저항 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 제2 버스바와 접촉하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키도록 구성될 수 있다.
상기 외부 단락 장치는, 상기 제3 단락 버스바와 접촉하는 냉각 부재를 포함할 수 있다.
상기 냉각 부재는, PCM을 포함할 수 있다.
상기 외부 단락 장치는, 상기 제3 단락 버스바와 접촉하는 열 전달 부재; 및 상기 열 전달 부재와 접촉하는 히트 싱크;를 포함할 수 있다.
상기 열 전달 부재는, 그라파이트 재질의 히트 스프레더 또는 히트 파이프일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내부에 있는 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상이나 그 전조 증상으로서의 온도 상승 및/또는 가스 누출 등이 발생되는 경우 이를 신속히 감지하고 외부 단락 장치를 통해 배터리 모듈의 에너지를 외부로 방출시킬 수 있게 되며, 이로써 이차전지 사용상의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 이와 같이 방출된 에너지를 통해 온도가 상승되는 스프링 저항을 신속히 냉각시켜 외부 단락 장치를 통한 에너지 방출에 따른 이차적인 화재 위험 역시 제거할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치의 작동 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치의 작동 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치의 작동 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치의 작동 후 상태를 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 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템을 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 배터리 모듈(100) 및 외부 단락 장치(200)를 포함한다.
상기 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110), 제1 버스바(120), 제2 버스바(130) 및 제3 버스바(140)를 포함한다. 상기 복수의 배터리 셀(110)은, 복수의 셀 그룹(110A, 110B)을 형성한다.
상기 복수의 셀 그룹(110A, 110B)은, 서로 직렬로 연결되는 제1 셀 그룹(110A) 및 제2 셀 그룹(110B)을 포함한다. 각각의 셀 그룹(110A, 110B)은 상호 병렬로 연결되는 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다.
본 발명의 도면에서는 각각의 셀 그룹(110A, 110B)이 4개의 배터리 셀(110)로 이루어지는 경우를 도시하고 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 각각의 셀 그룹(110A, 110B) 내에 포함되는 배터리 셀(110)의 개수는 2개 또는 3개 또는 5개 이상일 수도 있는 것이다.
상기 배터리 셀(110)은, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀일 수 있다. 상기 배터리 셀(110)은, 서로 반대 방향으로 인출되는 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)를 구비한다. 상기 제1 전극 리드(111) 및 제2 전극 리드(112)는 서로 반대되는 극성을 갖는다. 즉, 상기 제1 전극 리드(111)가 양극 리드인 경우 제2 전극 리드(112)는 음극 리드이며, 반대로 제1 전극 리드(111)가 음극 리드인 경우 제2 전극 리드는 양극 리드에 해당하는 것이다.
상기 제1 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들은 병렬로 연결된다. 구체적으로, 상기 제1 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들 각각의 제2 전극 리드(112)는 제1 버스바(120)에 의해 전기적으로 연결되고, 제1 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들 각각의 제1 전극 리드(111)는 제3 버스바(140)에 의해 전기적으로 연결된다.
마찬가지로, 상기 제2 셀 그룹(110B)을 구성하는 배터리 셀(110)들 역시 병렬로 연결된다. 구체적으로, 상기 제2 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들 각각의 제1 전극 리드(111) 제2 버스바(130)에 의해 전기적으로 연결되고, 제2 셀 그룹(110B)을 구성하는 배터리 셀(110)들 각각의 제2 전극 리드(112)는 제3 버스바(140)에 의해 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 상기 제1 셀 그룹(110A)과 제2 셀 그룹(110B)은 서로 직렬로 연결되는 것이다. 즉, 상기 제1 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들의 제1 전극 리드(111)들과 제2 셀 그룹(110B)을 구성하는 배터리 셀(110)들의 제2 전극 리드(112)들은 서로 동일한 방향으로 연장되며, 제3 버스바(140)에 의해 전기적으로 연결된다. 반면, 상기 제1 셀 그룹(110A)을 구성하는 배터리 셀(110)들의 제2 전극 리드(112)들과 제2 셀 그룹(110B)을 구성하는 배터리 셀(110)들의 제1 전극 리드(111)들은 서로 물리적으로 분리된 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)에 의해 각각 연결된다.
도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 외부 단락 장치(200)는, 배터리 모듈(100)의 일 측에 구비되며, 배터리 모듈(100)을 구성하는 적어도 일부 배터리 셀(110)의 이상으로 인한 온도 상승 및/또는 발화 등으로 인해 배터리 모듈(100)의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하는 경우 동작하여 배터리 모듈(100)에 외부 단락을 발생시킨다.
상기 외부 단락 장치(200)는, 이러한 기능의 구현을 위해, 가이드 프레임(210), 적어도 하나의 스프링(220), 단락 버스바(230) 및 스토퍼(240)를 포함한다.
상기 가이드 프레임(210)은, 스프링(220), 단락 버스바(230) 및 스토퍼(240)를 그 내부에 수용한다. 또한, 상기 가이드 프레임(210)은, 스프링(220)과 스토퍼(240)의 고정을 위한 지지체로서 기능하며, 스프링(220)의 탄성 복원에 따른 단락 버스바(230)의 움직임을 가이드 한다.
상기 스프링(220)은, 가이드 프레임(210)의 내측에 위치하며, 그 일 측 단부가 가이드 프레임(210)의 바닥면에 고정된다. 또한, 상기 스프링(220)은, 그 타 측 단부가 단락 버스바(230)에 고정된다.
상기 단락 버스바(230)는, 가이드 프레임(210)의 내측에 위치하며, 스프링(220)의 타 측 단부에 고정된다. 상기 단락 버스바(230)는, 압축되어 탄성 에너지를 저장하고 있던 스프링(220)이 탄성 복원됨에 따라 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)를 향해 이동하여 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)와 접촉한다. 이와 같이 단락 버스바(230)가 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)와 접촉하게 되면, 서로 물리적으로 분리되어 있던 제1 버스바(120)와 제2 버스바(130) 사이가 통전되어 배터리 모듈(100)에 외부 단락이 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 단락 버스바(230)가 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)와 접촉하게 됨으로써, 열폭주를 일으킨 제1 셀 그룹(110A)과 제2 셀 그룹(110B)이 서로 병렬 연결되고, 병렬 연결된 제1 셀 그룹(110A)과 제2 셀 그룹(110B)의 전류가 외부 단락 장치로 흐르도록 유도될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 SOC(state of charge)가 낮아지므로, 배터리 모듈의 방출 에너지에 따른 열 발생이 감소되어 화재를 방지할 수 있다. 이로써 일부 배터리 셀(110)에서 발생된 열 폭주 현상이 배터리 모듈(100) 전체로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 스토퍼(240)는, 가이드 프레임(210) 내에 고정되어 스프링(220)이 압축된 상태를 유지하도록 단락 버스바(230)의 움직임을 제한한다. 상기 스토퍼(240)는, 적어도 일부 배터리 셀(110)에서 이상이 발생되고 배터리 모듈(100)의 온도가 상승하여 용용점에 이르게 되면, 용융되어 스프링(220)의 탄성 복원력에 의해 단락 버스바(230)가 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)를 향해 이동할 수 있도록 한다. 상기 스토퍼(240)는 예를 들면 LDPE 또는 파라핀 등이 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 배터리 모듈(100)을 구성하는 일부 배터리 셀(110)에서 단락 등의 문제로 인한 온도 상승 및 이로 인한 열 폭주 현상 발생 시에 외부 단락 장치(200)를 작동시켜 배터리 모듈(100)의 외부 단락을 유도하며, 이를 통해 배터리 모듈(100)의 에너지 레벨을 낮추어 배터리 모듈(100) 전체로 열 폭주 현상이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
다음은, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템과 비교하여 외부 단락 장치(200)의 구조에 있어서 차이가 있을 뿐, 배터리 모듈(100)은 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템을 설명함에 있어서, 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 구조적으로 차이가 있는 외부 단락 장치(200)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치(200)는, 가이드 프레임(210), 제1 저항 스프링(220A), 제2 저항 스프링(220B), 제1 단락 버스바(230A), 제2 단락 버스바(230B), 제3 단락 버스바(230C) 및 스토퍼(240)를 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치(200)는, 상기 구성요소들 외에 추가적으로 냉각 부재(250)를 더 포함할 수도 있다.
상기 가이드 프레임(210)은, 제1 저항 스프링(220A), 제2 저항 스프링(220B), 제1 단락 버스바(230A), 제2 단락 버스바(230B), 제3 단락 버스바(230C) 및 스토퍼(240)를 그 내부에 수용한다. 또한, 상기 가이드 프레임(210)은, 제3 단락 버스바(230C)와 스토퍼(240)의 고정을 위한 지지체로서 기능하며, 제1 저항 스프링(220A)과 제2 저항 스프링(220B)의 탄성 복원에 따른 제1 단락 버스바(230A) 및 제2 단락 버스바(230B)의 움직임을 가이드 한다.
상기 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)은, 가이드 프레임(210)의 내측에 위치한다. 상기 제1 저항 스프링(220A)의 일 측 단부는 제1 단락 버스바(230A)에 고정되고, 제2 저항 스프링(220B)의 일 측 단부는 제2 단락 버스바(230B)에 고정된다. 상기 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)은, 배터리 모듈(100)에 대한 외부 단락 발생 시에 발열을 일으키는 저항으로서의 기능과 탄성 복원력에 의해 제1 단락 버스바(230A) 및 제2 단락 버스바(230B)를 움직이도록 하는 스프링으로써의 기능을 모두 갖는다.
상기 제1 단락 버스바(230A), 제2 단락 버스바(230B) 및 제3 단락 버스바(230C)는, 가이드 프레임(210)의 내측에 위치한다. 상기 제1 단락 버스바(230A)는 제1 저항 스프링(220A)의 일 측 단부에 고정되고, 제2 단락 버스바(230B)는 제2 저항 스프링(220B)의 일 측 단부에 고정된다. 상기 제3 단락 버스바(230C)는 제1 저항 스프링(220A)과 제2 저항 스프링(220B) 각각의 타 측 단부에 고정된다.
상기 제1 단락 버스바(230A)는 압축되어 탄성 에너지를 저장하고 있던 제1 저항 스프링(220A)이 탄성 복원됨에 따라 제1 버스바(120)를 향해 이동하여 제1 버스바(120)와 접촉한다. 마찬가지로, 상기 제2 단락 버스바(230B)는 압축되어 탄성 에너지를 저장하고 있던 제2 저항 스프링(220B)이 탄성 복원됨에 따라 제2 버스바(130)를 향해 이동하여 제2 버스바(130)와 접촉한다.
이와 같이 제1 단락 버스바(230A)가 제1 버스바(120)와 접촉하고 제2 단락 버스바(230B)가 제2 버스바(130)와 접촉하게 되면, 서로 물리적으로 분리되어 있던 제1 버스바(120)와 제2 버스바(130) 사이가 제1 버스바(120), 제1 단락 버스바(230A), 제1 저항 스프링(220A), 제3 단락 버스바(230C), 제2 저항 스프링(220B), 제2 단락 버스바(230B), 제2 버스바(130)의 순으로 이어지는 경로를 통해 통전된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(100)에는 외부 단락이 발생되어 배터리 모듈(100)의 에너지 레벨(SOC)을 낮을 수 있으며, 이로써 일부 배터리 셀(110)에서 발생된 열 폭주 현상이 배터리 모듈(100) 전체로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 스토퍼(240)는, 가이드 프레임(210) 내에 고정되어 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)이 압축된 상태를 유지하도록 제1 단락 버스바(230A) 및 제2 단락 버스바(230B)의 움직임을 제한한다.
상기 스토퍼(240)는, 적어도 일부 배터리 셀(110)에서 이상이 발생되고 배터리 모듈(100)의 온도가 상승하여 용융점에 이르게 되면, 용융되어 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)의 탄성 복원력에 의해 제1 단락 버스바(230A)와 제2 단락 버스바(230B)가 각각 제1 버스바(120) 및 제2 버스바(130)를 향해 이동할 수 있도록 한다.
상기 스토퍼(240)의 재질로는, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에서와 동일하게 LDPE(Low density polyethylene) 또는 파라핀 등이 적용될 수 있다.
상기 냉각 부재(250)는, 제3 단락 버스바(230C)와 접촉한다. 상기 냉각 부재(250)는, 배터리 모듈(100)의 외부 단락에 따라 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)에서 발생하여 제3 단락 버스바(230C)로 전달되는 열을 냉각시킨다. 상기 냉각 부재(250)는, 열을 외부로 방출시키기 용이하도록 가이드 프레임(210)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 냉각 부재(250)로는, 예를 들어 PCM(Phase change material)이 적용될 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템에 적용되는 외부 단락 장치(200)는, 상기 제1 저항 스프링(220A) 및 제2 저항 스프링(220B)에서 발생하여 제3 단락 버스바(230C)로 전달되는 열을 냉각시키기 위해, 열 전달 부재(260) 및 히트 싱크(Heat sink)(270)를 구비할 수 있다.
상기 열 전달 부재(260)의 일 측은 제3 단락 버스바(230C)와 접촉하며, 타 측은 히트 싱크(270)와 접촉한다. 상기 열 전달 부재(260)로는 그라파이트 재질의 히트 스프레더(Heat spreader) 또는 히트 파이프 등이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 외부 단락 장치(200)를 이용하여 배터리 모듈(100)의 외부 단락을 유도하고, 이를 통해 배터리 모듈(100)의 에너지 레벨을 낮춤으로써 일부 배터리 셀(110)에서 발생된 열 폭주 현상이 배터리 모듈(100) 전체로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 시스템은, 외부 단락으로 인해 온도가 상승하는 저항 스프링(220A, 220B)을 신속히 냉각시킬 수 있는 구조를 가짐으로써 외부 단락 장치(200)의 과열 또한 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.
100: 배터리 모듈
110: 배터리 셀
110A: 제1 셀 그룹
110B: 제2 셀 그룹
111: 제1 전극 리드
112: 제2 전극 리드
120: 제1 버스바
130: 제2 버스바
140: 제3 버스바
200: 외부 단락 장치
210: 가이드 프레임
220: 스프링
220A: 제1 저항 스프링
230B: 제2 저항 스프링
230: 단락 버스바
230A: 제1 단락 버스바
230B: 제2 단락 버스바
230C: 제3 단락 버스바
240: 스토퍼
250: 냉각 부재
260: 열 전달 부재
270: 히트 싱크

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하며 서로 직렬로 연결되는 제1 셀 그룹 및 제2 셀 그룹을 포함하는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈의 일 측에 구비되며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 동작하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키는 외부 단락 장치;
    를 포함하는 배터리 모듈 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 제1 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제2 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제1 버스바;
    상기 제2 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제1 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제2 버스바; 및
    상기 제1 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제1 전극 리드와 상기 제2 셀 그룹을 이루는 복수의 배터리 셀들의 제2 전극 리드를 전기적으로 연결하는 제3 버스바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부 단락 장치는,
    가이드 프레임;
    상기 가이드 프레임 내에 위치하며, 그 일 측 단부가 상기 가이드 프레임에 고정되는 적어도 하나의 스프링;
    상기 가이드 프레임 내에 위치하며, 상기 스프링의 타 측 단부에 고정되는 단락 버스바; 및
    상기 가이드 프레임 내에 고정되어 상기 스프링이 압축된 상태를 유지하도록 상기 단락 버스바의 움직임을 제한하며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 용융되어 상기 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 단락 버스바가 상기 제1 버스바 및 제2 버스바를 향해 이동하도록 하는 스토퍼;
    를 포함하는 배터리 모듈 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단락 버스바는,
    상기 스프링의 탄성 복원에 의해 상기 제1 버스바 및 제2 버스바와 접촉하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 외부 단락 장치는,
    가이드 프레임;
    상기 가이드 프레임 내에 위치하는 제1 저항 스프링 및 제2 저항 스프링;
    상기 제1 저항 스프링의 일 측 단부에 고정되는 제1 단락 버스바 및 상기 제2 저항 스프링의 일 측 단부에 고정되는 제2 단락 버스바;
    상기 가이드 프레임 내에 고정되며, 상기 제1 저항 스프링의 타 측 단부 및 제2 저항 스프링의 타 측 단부에 고정되는 제3 단락 버스바; 및
    상기 가이드 프레임 내에 고정되어 상기 스프링이 압축된 상태를 유지하도록 상기 제1 단락 버스바 및 제2 단락 버스바의 움직임을 제한하며, 상기 배터리 모듈의 온도 상승에 따라 용융되어 상기 제1 저항 스프링 및 제2 저항 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 제1 단락 버스바가 상기 제1 버스바를 향해 이동하도록 하고, 상기 제2 단락 버스바가 상기 제2 버스바를 향해 이동하도록 하는 스토퍼;
    를 포함하는 배터리 모듈 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 단락 버스바는 상기 제1 저항 스프링의 탄성 복원에 의해 상기 제1 버스바와 접촉하고, 상기 제2 단락 버스바는 상기 제2 저항 스프링의 탄성 복원력에 의해 상기 제2 버스바와 접촉하여 상기 배터리 모듈에 외부 단락을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 외부 단락 장치는,
    상기 제3 단락 버스바와 접촉하는 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각 부재는,
    PCM을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 외부 단락 장치는,
    상기 제3 단락 버스바와 접촉하는 열 전달 부재; 및
    상기 열 전달 부재와 접촉하는 히트 싱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열 전달 부재는,
    그라파이트 재질의 히트 스프레더 또는 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113839151A (zh) * 2021-09-13 2021-12-24 中国科学院广州能源研究所 一种被动防护电池内短路热失控的装置
WO2022231152A1 (ko) * 2021-04-30 2022-11-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스

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