KR20220051561A - 화재 억제 구조를 가지는 배터리 팩 하우징 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 화재 발생 시 화재의 확대를 억제할 수 있도록 복수의 배터리 셀이 수납되는 하부 케이스 및 하부 케이스의 상부에 위치하여 하부 케이스와 결합되는 상부 커버를 포함하는 배터리 팩 하우징으로서, 하부 케이스는 테두리에서 외측으로 돌출 연장된 하부 케이스 체결부를 포함하고, 상부 커버는 테두리에서 외측으로 돌출 연장되고 하부 케이스 체결부와 결합되는 상부 커버 체결부를 포함하며, 상부 커버 체결부는 끝단부가 하방으로 절곡된 제1 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징에 관한 것이다.

Description

화재 억제 구조를 가지는 배터리 팩 하우징{Battery pack housing with fire suppression structure}
본 발명은 상부 커버 체결부의 끝단부에 절곡부를 형성하고, 하부 케이스 체결부의 끝단부에 연장부를 형성하여 산소 유입을 방지함으로써 화재의 확대를 억제할 수 있는 배터리 팩 하우징에 관한 것이다.
스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에 적용되고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.0V ~ 5.0V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 셀 모듈 어셈블리를 구성하기도 하며, 또한 셀 모듈 어셈블리를 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 직렬이나 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 수도 있으며, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 추가적인 구성요소를 부가하여 배터리 팩을 제작하는 것이 일반적이다.
그러나, 리튬 이차전지는 발열에 의한 폭발, 화재 등의 위험성이 있어서 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 이러한 이상 현상 발생 시 초기에 적절하게 대응하지 못하면 인접한 이차전지로 전파되어 배터리 팩에 큰 피해가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 배터리 팩은 배터리 팩 하우징에 복수의 배터리 셀 및 각종 부품들이 수납된 형태로 제작되는 것이 일반적이다.
도 1은 종래 기술의 배터리 팩 하우징(1)을 도시한 것으로, 종래 기술의 배터리 팩 하우징(1)은 복수의 배터리 셀 등이 수납되는 하부 케이스(20), 하부 케이스(20)와 결합되어 배터리 팩 하우징(1)을 형성하는 상부 커버(10) 및 하부 케이스(20)와 상부 커버(10)를 결합하는 체결 수단(30)을 포함한다.
또한, 상부 커버(10)에는 테두리 부분에 외측으로 돌출 연장된 상부 커버 체결부(11)가 형성되어 있고, 하부 케이스(20)에도 이에 대응하는 형태로 하부 케이스 체결부(21)가 형성되어 있어, 볼트-너트와 같은 체결 수단(30)에 의하여 상부 커버(10)와 하부 케이스(20)가 결합된다.
그러나, 위와 같이 체결되더라도 상부 커버(10)와 하부 케이스(20)가 결합된 이음부에서는 기체까지 완벽하게 밀폐가 되지는 않는다.
이에 따라 종래의 배터리 팩 하우징(1)은 내부에서 화재가 발생할 경우 순간적인 내외부의 압력차로 인하여 하부 케이스(20)와 상부 커버(10)의 이음부에 존재하는 미세한 틈 사이로 외부의 산소가 급격하게 유입되어 화재가 확대되거나 심할 경우 폭발에 이르는 문제가 있다.
또한, 이러한 밀폐 문제를 보완하기 위하여 결합부 전체를 실링 부재를 사용하여 실링하는 방법도 있으나, 이 경우에는 추가적인 공정과 비용이 발생하는 문제가 있으며, 실링 후 하부 케이스(20)와 상부 커버(10)를 다시 분리하기 힘든 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상부 커버 체결부의 끝단부에 절곡부를 형성하고, 하부 케이스 체결부의 끝단부에 연장부를 형성하여 산소 유입을 방지함으로써 화재의 확대를 억제할 수 있는 배터리 팩 하우징을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 복수의 배터리 셀이 수납되는 하부 케이스 및 상기 하부 케이스의 상부에 위치하여 상기 하부 케이스와 결합되는 상부 커버를 포함하고, 상기 하부 케이스는 상기 하부 케이스의 테두리에서 외측으로 돌출 연장된 하부 케이스 체결부를 포함하고, 상기 상부 커버는 상기 상부 커버의 테두리에서 외측으로 돌출 연장되고 상기 하부 케이스 체결부와 결합되는 상부 커버 체결부를 포함하며, 상부 커버 체결부는 끝단부가 하방으로 절곡된 제1 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 하부 케이스와 상부 커버를 결합하는 체결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 체결 수단이 볼트-너트인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 체결 수단이 상부 커버 체결부와 하부 케이스 체결부에 형성된 관통 홀에 삽입되어 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 하부 케이스 체결부가 제1 절곡부에 대응하는 위치에 끝단부가 상기 제1 절곡부와 동일한 방향으로 절곡된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 상부 커버 체결부가 제1 절곡부의 끝단부에 배터리 팩 하우징의 중심방향으로 절곡된 제2 절곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 제1 절곡부 및 연장부가 열가소성 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징은 제2 절곡부가 열가소성 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩은 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 디바이스는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 팩 하우징은 상부 커버 체결부의 끝단부에 절곡부를 구비하고, 하부 케이스 체결부의 끝단부에 연장부를 구비하여 배터리 팩 내부에서 화재가 발생하더라도 외부로부터의 산소 유입을 방지하고, 외부로 화염이 배출되는 것을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 배터리 팩 하우징은 별도의 실링 공정 등을 추가하지 않아도 내부와 외부의 밀폐성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 배터리 팩 하우징은 상부 커버 체결부에 구비된 절곡부와 하부 케이스 체결부에 구비된 연장부로 인하여, 상부 커버와 하부 케이스 사이의 결합성이 증가하여 진동이나 충격 등에 대응하는 기계적 강성이 증대되는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술의 배터리 팩 하우징을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 하우징을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 커버 체결부와 하부 케이스 체결부가 결합된 부분의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 커버 체결부와 하부 케이스 체결부가 결합된 부분의 단면을 나타낸 단면도이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 팩 하우징에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 하우징을 간략하게 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)에 대하여 살펴보면, 배터리 팩 하우징(1000)은 복수의 배터리 셀 및 배터리 팩을 구성하는 각종 부품들이 수납되는 하부 케이스(200)와 이러한 하부 케이스(200)의 결합되어 배터리 팩 하우징(1000)을 형성하는 상부 커버(100)를 포함한다.
배터리 팩 제조에 사용되는 배터리 셀은 일반적으로 케이스의 형태에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있는데, 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)은 배터리 셀의 형태에 한정되지 않고 다양한 배터리 팩의 제조에 적용할 수 있다.
또한, 배터리 팩 하우징(1000)은 하부 케이스(200)와 상부 커버(100)를 결합하기 위한 체결 수단(300)을 더 포함한다.
본 발명에서 체결 수단(300)은 하부 케이스(200)와 상부 커버(100)를 기계적으로 결합할 수 있는 볼트-너트를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지의 다양한 체결 수단을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)은 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)의 특징을 설명하는데 필요하지 않은 부분은 간략하게 표현되어 있을 뿐, 일반적으로 배터리 팩에 구비되는 외부 디바이스와의 접속을 위한 장치 또는 냉각을 위한 장치와 같은 각종 부품들이 내부 또는 외부에 구비될 수 있도록 다양한 구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 커버 체결부와 하부 케이스 체결부가 결합된 부분의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)의 구조를 좀 더 상세하게 살펴보면, 본 발명의 상부 커버(100)의 테두리 부분에는 외측으로 돌출 연장된 상부 커버 체결부(110a)가 형성되어 있고, 하부 케이스(200)에도 이에 대응하여 하부 케이스 체결부(210a)가 하부 케이스(200)의 테두리 부분의 외측으로 돌출 연장된 형태로 형성되어 있다.
따라서, 상부 커버 체결부(110a)에 하부 케이스 체결부(210a)를 위치시킨 후 체결 수단(300)을 사용하여 하부 케이스(200)와 상부 커버(100)를 결합하게 된다.
체결 수단(300)으로 볼트-너트를 적용하는 경우 상부 커버 체결부(110a)와 하부 케이스 체결부(210a)에 복수로 형성되어 있는 관통 홀에 볼트를 삽입하고, 이후 볼트에 너트를 체결함으로써 하부 케이스(200)와 상부 커버(100)를 결합하게 된다.
그러나, 이와 같은 체결 수단(300)에 의하여 체결되더라도 완전히 밀폐되지 않기 때문에 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)에는 도 3에 도시된 바와 같이 상부 커버 체결부(110a)의 끝단부가 하방으로 절곡된 제1 절곡부(111a) 및 제1 절곡부(111a)와 대응하여 하부 케이스 체결부(210a)의 끝단부가 하방으로 절곡된 연장부(211a)가 형성되어 있다.
이러한 제1 절곡부(111a)와 연장부(211a)로 인하여 배터리 팩 하우징(1000)의 내부에 화재가 발생하더라도 기존의 배터리 팩 하우징에 비하여 외부에서 내부로 산소의 유입이 어려워지는 효과가 있다.
이로 인하여 외부로부터 산소 유입에 의한 화재의 확대를 억제할 수 있고, 내부의 화염이 외부로 직접적으로 배출되지 못하도록 하는 역할을 할 수 있다.
또한, 제1 절곡부(111a)와 연장부(211a)를 형성함으로써 배터리 팩 하우징(1000)의 밀폐를 위하여 추가적인 실링 공정 등을 적용할 필요가 없으며, 체결 수단을 제거하는 것만으로 상부 커버(100)와 하부 케이스(200)를 용이하게 분리할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 커버 체결부와 하부 케이스 체결부가 결합된 부분의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)은 제1 절곡부(111b)의 끝단부에 배터리 팩 하우징(1000)의 중심방향으로 절곡된 제2 절곡부를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 상부 커버 체결부(110b)에 제1 절곡부(111b)에 더하여 제2 절곡부(112)를 구비함으로써 산소가 유입되는 경로를 더욱 어렵게 하여 외부로부터의 산소 유입을 더욱 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
한편, 도 3 및 도 4에서와 같이 체결 수단(300)에 의하여 결합된 상부 커버 체결부(110a, 110b)와 하부 케이스 체결부(210a, 210b)는 서로 접촉하여 체결된다.
또한, 제1 절곡부(111a, 111b)와 연장부(211a, 211b) 및 제2 절곡부(112)와 연장부(211b)도 체결 시 접촉되도록 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)은 제1 절곡부(111a, 111b), 제2 절곡부(112) 및 연장부(211a, 211b)를 열가소성 플라스틱과 같이 화재 시 발생하는 열에 의하여 소성변형이 일어나거나, 접촉면의 일부 또는 전체가 용융되는 소재를 적용할 수 있다.
이 경우, 용융된 소재로 인하여 제1 절곡부(111a, 111b)와 연장부(211a, 211b) 사이 및 제2 절곡부(112)와 연장부(211a, 211b) 사이가 밀폐됨으로써 외부로부터의 산소 유입을 차단하는 역할을 기대할 수 있다.
또한, 이러한 소재를 상부 커버 체결부(110a, 110b)와 하부 케이스 체결부(210a, 210b)의 끝단부인 제1 절곡부(111a, 111b), 제2 절곡부(112) 및 연장부(211a, 211b)에만 적용하지 않고, 상부 커버 체결부(110a, 110b)와 하부 케이스 체결부(210a, 210b) 전체에 적용하는 것도 가능하다.
또는 상부 커버(100) 전체를 열가소성 플라스틱과 같이 화재 시 발생하는 열에 의하여 소성변형이 일어나는 소재를 적용하여 변형을 유도함으로써 외부로부터의 산소 유입을 방지할 수도 있다.
이와 같이 상부 커버(100) 전체를 동일한 소재로 형성하는 경우에는 상부 커버(100)를 공지의 다양한 플라스틱 가공법을 사용하여 좀 더 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.
한편, 위에서 살펴본 바와 같이 배터리 팩 하우징(1000)에 제1 절곡부(111a, 111b), 제2 절곡부(112) 또는 연장부(211a, 211b)와 같은 구조를 부가함으로써, 상부 커버(100)와 하부 케이스(200) 사이의 결합성이 증가하여 진동이나 충격 등에 대응하는 기계적 강성이 증대되는 효과도 있다.
또한, 화재 억제 기능을 가지는 본 발명의 배터리 팩 하우징(1000)은 내부에 복수의 배터리 셀을 수납하고, 배터리 셀의 작동을 제어하는 각종 부품들을 부가하여 배터리 팩을 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 배터리 팩은 전자기기, 전기 자동차 등의 각종 디바이스의 전력 공급원으로서 사용되는 것이 일반적이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
1000 : 배터리 팩 하우징
100 : 상부 커버
110, 110a, 110b : 상부 커버 체결부
111a, 111b : 제1 절곡부
112 : 제2 절곡부
200 : 하부 케이스
210a, 210b : 하부 케이스 체결부
211a, 211b : 연장부
300 : 체결 수단

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀이 수납되는 하부 케이스 및 상기 하부 케이스의 상부에 위치하여 상기 하부 케이스와 결합되는 상부 커버를 포함하는 배터리 팩 하우징으로서,
    상기 하부 케이스는 상기 하부 케이스의 테두리에서 외측으로 돌출 연장된 하부 케이스 체결부를 포함하고,
    상기 상부 커버는 상기 상부 커버의 테두리에서 외측으로 돌출 연장되고 상기 하부 케이스 체결부와 결합되는 상부 커버 체결부를 포함하며,
    상기 상부 커버 체결부는 끝단부가 하방으로 절곡된 제1 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩 하우징은 상기 하부 케이스와 상기 상부 커버를 결합하는 체결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  3. 제2항에 있어서, 상기 체결 수단은 볼트-너트인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  4. 제2항에 있어서, 상기 체결 수단은 상기 상부 커버 체결부와 상기 하부 케이스 체결부에 형성된 관통 홀에 삽입되어 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  5. 제2항에 있어서, 상기 하부 케이스 체결부는 상기 제1 절곡부에 대응하는 위치에 끝단부가 상기 제1 절곡부와 동일한 방향으로 절곡된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상부 커버 체결부는 상기 제1 절곡부의 끝단부에 상기 배터리 팩 하우징의 중심방향으로 절곡된 제2 절곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 절곡부 및 상기 연장부는 열가소성 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 절곡부는 열가소성 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 하우징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 배터리 팩 하우징을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항의 배터리 팩을 포함하는 디바이스.
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