KR20220007811A - 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

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Abstract

배터리 셀을 수납하기 위한 내부 공간을 갖는 케이스; 상기 내부 공간으로 공기를 유입하는 인렛과, 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출하는 아웃렛; 및 상기 인렛 및 상기 아웃렛 중 적어도 일부에 배치되는 팽창성 발포체를 포함하는 차량용 배터리 팩이 개시된다.

Description

차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량{BATTERY PACK FOR VEHICLE AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩 내부의 배터리 셀에서 열폭주가 발생하는 경우 배터리 팩 내부로 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있는 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 친환경 자동차는 동력을 생성하는 전동기를 구동하기 위한 전기 에너지를 저장하는 배터리를 구비한다.
최근, 일반 승용차뿐만 아니라 SUV(Sports Utility Vehicle), MPV(Multi-Purpose Vehicle), 소형 트럭 등과 같이 다양한 차종의 전동화가 이루어지면서 배터리를 탑재하기 위한 다양한 레이아웃이 개발되고 있다.
특히, 배터리는 내부의 배터리 셀을 충방전할 때 고온의 열이 발생하므로, 배터리 탑재 구조는 배터리의 열을 용이하게 배출하면서도 차량 내 탑승자의 탑승 공간과 화물의 적재 공간을 충분히 확보하는 것이 바람직하다.
이러한 배터리 탑재 구조들 중 하나로서 차량의 2열 승객 시트 하부에 배터리를 배치하고 차량의 내부에서 배터리를 냉각하기 위한 냉각풍을 유입시켜 차량의 외부로 배출하는 공랭식 배터리 설치 구조가 알려져 있다.
이러한 종래의 공랭식 배터리 설치 구조는 주로 착좌 위치가 높은 SUV 등에 적용될 수 있는 구조로 2열 승객 시트 하부의 공간을 활용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 종래의 배터리 설치 구조는 차량의 내부에서 냉각풍을 유입시키므로 냉각풍 유입을 위한 인렛이 차량의 내부에 노출된다. 따라서, 여러 원인으로 배터리 내부의 배터리 셀에서 열폭주가 발생하여 화재가 발생하는 경우 냉각풍 유입을 위한 인렛을 통해 화염과 유해가스가 차량 내부로 유입되어 승객에게 치명상을 입힐 수 있다.
따라서, 차량 내부에서 냉각풍을 유입하도록 배치된 배터리의 경우 최대한 화재 발생을 억제하고 발화를 지연시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
상기 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0101889 A KR 10-2018-0114271 A
이에 본 발명은, 배터리 팩 내부의 배터리 셀에서 열폭주가 발생하는 경우 배터리 팩 내부로 공기가 유입되는 것을 차단하여 화재 발생을 억제하고 발화를 지연시킬 수 있는 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
배터리 셀을 수납하기 위한 내부 공간을 갖는 케이스;
상기 내부 공간으로 공기를 유입하는 인렛과, 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출하는 아웃렛; 및
상기 인렛 및 상기 아웃렛 중 적어도 일부에 배치되는 팽창성 발포체를 포함하며,
상기 팽창성 발포체는 상기 내부 공간의 온도가 사전 설정 온도 이상이 되는 경우 팽창하여 상기 인렛과 상기 아웃렛 중 적어도 일부를 통해 공기의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인렛은 공기를 유입하기 위한 방향으로 개방된 덕트의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 덕트는 차량의 실내로부터 공기를 유입하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 아웃렛은 상기 내부 공간과 상기 케이스의 외부 부품을 연결하는 연결 배관의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 아웃렛과 연결되어 상기 아웃렛으로부터 공기를 흡입하는 팬을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 팬은 흡입한 공기를 차량의 다른 통풍 구조와 연결하는 공기 배출 구조물로 공기를 배출할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
실내 승객 시트 하부에 설치된 배터리 팩을 포함하며,
상기 배터리 팩은,
배터리 셀을 수납하기 위한 내부 공간을 갖는 케이스;
상기 내부 공간으로 공기를 유입하는 인렛과, 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출하는 아웃렛; 및
상기 인렛 및 상기 아웃렛 중 적어도 일부에 배치되는 팽창성 발포체를 포함하며,
상기 인렛은 상기 실내로부터 공기를 유입하고, 상기 아웃렛을 통해 배출되는 공기는 차량의 타 구조물을 통해 차량 측면을 따라 흘러 차량 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인렛은 상기 실내로부터 공기를 유입하도록 차량 실내를 향해 개방된 덕트의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 덕트는 상기 시트에 착좌한 승객의 다리 방향으로 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 팩은, 상기 아웃렛과 연결되어 상기 아웃렛으로부터 공기를 흡입할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 차량의 측면 방향에 배치된 내장재; 및 상기 차량의 바디의 후측방에 배치된 익스트렉터 그릴을 더 포함하며, 상기 아웃렛에서 배출된 공기는 상기 내장재와 상기 차량의 바디 사이에 형성된 공간을 통해 상기 익스트렉터 그릴로 전달되어 차량 외부로 배출될 수 있다.
상기 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량에 따르면, 배터리 팩 내부의 온도 상승 시 배터리 팩에 공기가 유입될 수 있는 인렛 및/또는 아웃렛에 설치된 팽창성 발포체가 팽창하여 공기 흐름을 차단함으로써, 배터리 팩 내부로 산소 공급 최소화를 통해 배터리 팩 내부의 발화를 최대한 억제하고 승객의 대피를 위한 충분한 탈출 시간을 확보하여 차량 안전성을 향상시킬 수 있다.
더하여, 상기 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량에 따르면, 배터리 팩 내부에 발화가 이루진 상태라고 하더라도, 팽창된 발포체가 발화가 발생한 공간에 산소 공급을 억제하여 지속적인 발화를 저지할 수 있으며, 차량 내부와 연결되는 인렛으로 화염이나 유해 연소 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩을 A-A' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 배터리 팩의 인렛 부분을 확대 도시한 단면도이고 도 4는 도 2에 도시된 차량용 배터리 팩의 아웃렛 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩이 차량에 설치된 구조를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 차량용 배터리 팩을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩을 A-A' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩(10)은 배터리 셀(111)을 수납하기 위한 공간을 갖는 케이스(100)와 케이스(100)의 내부로 배터리 셀(111)을 냉각하기 위한 공기가 유입되는 인렛(210)과 배터리 셀(111)을 냉각한 공기가 케이스(100)의 외부로 배출되는 아웃렛(220) 및 인렛(210)과 아웃렛(220) 중 적어도 일부에 배치된 팽창성 발포체(21, 22)를 포함할 수 있다.
케이스(100)는 전기 에너지를 저장하는 단위 구조인 배터리 셀(111)을 수납하기 위한 내부 공간을 가질 수 있다.
케이스(100)의 내부에는 배터리 셀(111) 뿐만 아니라 배터리 셀(111)을 포함하는 배터리 모듈(110)과 외부의 전기적 연결을 형성하거나 차단하는 릴레이와 차량의 전장용 전원을 공급하기 위한 보조 배터리 등의 전기 부품이 함께 수납될 수 있다. 케이스(100)의 내부에서 배터리 모듈(110)은 다른 전기 부품들과 분리된 공간에 설치될 수 있다.
전기 에너지를 저장하는 단위 구조인 배터리 셀(111)은 모듈(110)의 형태로 배치될 수 있다.
하나의 배터리 모듈(110)은 전기적으로 서로 연결된 복수의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있다. 하나의 배터리 모듈(110) 내에 포함된 복수의 배터리 셀(111)을 사전 설정된 배치 구조로 배치될 수 있다. 특히, 공기를 매개로 방열이 이루어지는 공랭식 배터리의 경우 배터리 셀들(111) 사이로 공기가 통과할 수 있도록 배터리 셀들(111)이 배치될 수 있다.
배터리 팩(10)의 케이스(100) 내 수납공간에는 복수의 배터리 모듈(110)이 설치될 수 있다.
케이스(100) 외부로부터 케이스(100) 내부로 냉각풍을 유입하기 위한 부분인 인렛(210)이 케이스(100)에 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 나타난 것과 같이, 인렛(210)은 공기를 유입하기 위한 방향으로 개방된 덕트(11)의 형태로 구현될 수 있으며, 덕트(11)로 유입된 외부 공기는 케이스(100)에 형성된 관통구를 통해 케이스(100) 내부의 배터리 셀(111) 배치 공간으로 유입되게 할 수 있다.
아웃렛(220)은 케이스(100)의 외부로 케이스(100) 내부의 공기가 배출되는 부분으로 케이스(100)에 형성된 관통구와 연결되어 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 아웃렛(220)은 케이스(100)에 형성된 관통구와 팬(13)을 연결하는 연결 배관의 형태로 구현될 수 있다.
도 2에 점선 화살표로 도시된 것과 같이, 인렛(210)을 통해 케이스(100) 내부의 배터리 셀(111) 배치 공간으로 유입된 공기는 배터리 셀(111) 사이의 공간을 거쳐 아웃렛(220)을 통해 케이스(100)의 외부로 배출될 수 있다. 아웃렛(220)은 공기 흐름을 형성하기 위한 팬(13)과 연결될 수 있다.
팬(13)은 배터리 팩(10) 케이스(110)의 아웃렛(220)으로부터 공기를 흡입하고 차량 내 다른 통풍 구조와 연결되는 공기 배출 구조물(12)로 공기를 배출하도록 구동될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 배터리 팩의 인렛 부분을 확대 도시한 단면도이고 도 4는 도 2에 도시된 차량용 배터리 팩의 아웃렛 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 더욱 상세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩은, 배터리 팩(10)의 인렛(210) 및 아웃렛(220)에 팽창성 발포체(21, 22)가 각각 배치될 수 있다.
팽창성 발포체(21, 22)는 주변 온도에 반응하여 온도가 상승하는 경우 팽창하는 성질을 갖는 재료(예를 들어, 팽창성을 갖는 물질을 포함하는 폴리 우레탄 재질)로 제작된 것으로 케이스(100) 내부의 배터리 셀(111)에서 과도한 열이 발생하는 열폭주 현상이 일어나는 경우 팽창하여 인렛(210)과 아웃렛(220)을 물리적으로 막아 외부의 공기가 케이스(100) 내부의 배터리 셀(111) 배치 공간으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
즉, 배터리 셀(111)에서 열폭주가 발생하여 배터리 팩(10) 내부의 온도가 팽창성 발포체(21, 22)의 팽창 개시 온도보다 높아지면, 팽창성 발포체는 참조부호 21' 및 22'로 표시된 것과 같이 그 부피가 팽창하여 인렛(210)과 아웃렛(220)을 물리적으로 막을 수 있다. 인렛(210)과 아웃렛(220)이 막히게 되면 열폭주가 발생한 배터리 팩(10) 내부가 닫힌 공간이 되어 외부로부터 공기의 유입이 차단된다.
팽창한 팽창성 발포체(21', 22')로 인해 배터리 팩(10)의 내부 공간에는 외부로부터 공기, 즉 연소의 필요 요소인 산소가 원활하게 공급되지 못하므로 배터리 팩(10) 내부의 발화가 억제될 수 있다. 또한, 발화가 이미 이루어진 경우에도 산소 차단으로 인해 지속적인 연소가 이루어지는 것을 억제할 수 있으며, 화염이나 유해한 연소 가스가 인렛(210)이나 아웃렛(220)의 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
여기에서, 팽창성 발포체(21, 22)는 배터리 셀(111)에 열폭주가 발생하는 것으로 예상할 수 있는 온도에서 팽창이 이루어지도록 제작될 수 있다. 또한, 팽창이 발생하지 않은 정상 상태에서 인렛(210)과 아웃렛(220)에 배치되는 팽창성 발포체(21, 22)의 사이즈는 팽창성 발포체(21, 22)의 팽창 정도 및 배터리 셀(111)이 정상 상태에서 원활한 냉각풍의 흐름이 발생할 수 있는 인렛(210)과 아웃렛(220)의 개방 정도 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩이 차량에 설치된 구조를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(10)은 차량의 2열 승객 시트가 배치되는 위치(310)의 하부에 배치될 수 있다. 인렛을 형성하는 덕트(11)는 차량의 실내로부터 공기를 흡입하여 배터리 팩(10)의 내부로 공기를 공급할 수 있다. 덕트(11)가 향하는 방향은 차량의 정면 방향으로 2열 승객 시트에 승객이 착좌하는 경우 착좌한 승객의 다리가 놓이는 위치(320)가 될 수 있다.
팬(13)의 구동에 의해 배터리 팩(10)의 아웃렛을 통해 배터리 팩(10)의 내부에서 배출되는 공기는, 공기 배출 구조물(12)을 거쳐 2열 승객 시트의 사이드 시트(330)와 차량 바디(300)의 2열 측면부 사이에 형성된 공간을 통해 차량의 후방으로 흘러 나갈 수 있다.
2열 승객 시트의 사이드 시트(330)와 차량 바디(300)의 2열 측면부 사이에 형성된 공간을 통과한 공기는 2열 차량의 바디(300)와 사이드 시트(330) 후방에 배치된 차량의 내장재(미도시) 사이에 형성된 공간을 통해 차량의 후측방에 형성된 익스트렉터 그릴(340)로 전달될 수 있다. 익스트렉터 그릴(340)은 차량 바디(300)에 형성된 관통구에 배치되는 구조물로, 2열 차량의 바디(300)와 차량의 내장재(미도시) 사이에 형성된 공간을 통해 전달된 공기를 차량의 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량은, 배터리 팩 내부에 설치된 배터리 셀의 온도가 이상 상승하는 경우 배터리 팩에 공기가 유입될 수 있는 인렛 및/또는 아웃렛에 설치된 팽창성 발포체가 팽창하여 공기 흐름을 차단할 수 있다. 이를 통해, 배터리 팩 내부로 산소 공급 최소화를 통해 배터리 팩 내부의 발화를 최대한 억제하고 승객의 대피를 위한 충분한 탈출 시간을 확보하여 차량 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 팩 및 이를 포함하는 차량은, 배터리 팩 내부에 발화가 이루진 상태라고 하더라도, 팽창된 발포체가 발화가 발생한 공간에 산소 공급을 억제하여 지속적인 발화를 저지할 수 있으며, 차량 내부와 연결되는 인렛으로 화염이나 유해 연소 가스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리 팩
11: 덕트 12: 공기 배출 구조물
13: 팬 100: 케이스
110: 배터리 모듈 111: 배터리 셀
21, 22: 팽창성 발포체 210: 인렛
220: 아웃렛 300: 바디
310: 2열 승객시트 위치 320: 2열 승객 다리 위치
330: 2열 사이드 시트 340: 익스트렉터 그릴

Claims (11)

  1. 배터리 셀을 수납하기 위한 내부 공간을 갖는 케이스;
    상기 내부 공간으로 공기를 유입하는 인렛과, 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출하는 아웃렛; 및
    상기 인렛 및 상기 아웃렛 중 적어도 일부에 배치되는 팽창성 발포체를 포함하며,
    상기 팽창성 발포체는 상기 내부 공간의 온도가 사전 설정 온도 이상이 되는 경우 팽창하여 상기 인렛과 상기 아웃렛 중 적어도 일부를 통해 공기의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인렛은 공기를 유입하기 위한 방향으로 개방된 덕트의 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 덕트는 차량의 실내로부터 공기를 유입하도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아웃렛은 상기 내부 공간과 상기 케이스의 외부 부품을 연결하는 연결 배관의 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 아웃렛과 연결되어 상기 아웃렛으로부터 공기를 흡입하는 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 팬은 흡입한 공기를 차량의 다른 통풍 구조와 연결하는 공기 배출 구조물로 공기를 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  7. 실내 승객 시트 하부에 설치된 배터리 팩을 포함하며,
    상기 배터리 팩은,
    배터리 셀을 수납하기 위한 내부 공간을 갖는 케이스;
    상기 내부 공간으로 공기를 유입하는 인렛과, 상기 내부 공간으로부터 공기를 배출하는 아웃렛; 및
    상기 인렛 및 상기 아웃렛 중 적어도 일부에 배치되는 팽창성 발포체를 포함하며,
    상기 인렛은 상기 실내로부터 공기를 유입하고, 상기 아웃렛을 통해 배출되는 공기는 차량의 타 구조물을 통해 차량 측면을 따라 흘러 차량 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인렛은 상기 실내로부터 공기를 유입하도록 차량 실내를 향해 개방된 덕트의 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 차량.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 덕트는 상기 시트에 착좌한 승객의 다리 방향으로 개방된 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 상기 아웃렛과 연결되어 상기 아웃렛으로부터 공기를 흡입하는 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  11. 청구항 7에 있어서,
    차량의 측면 방향에 배치된 내장재; 및
    상기 차량의 바디의 후측방에 배치된 익스트렉터 그릴을 더 포함하며,
    상기 아웃렛에서 배출된 공기는 상기 내장재와 상기 차량의 바디 사이에 형성된 공간을 통해 상기 익스트렉터 그릴로 전달되어 차량 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량.
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