KR20220118063A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20220118063A
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battery pack
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구본석
윤자성
임동훈
정준희
조세훈
최하늘
황재일
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 복수의 이차전지셀 및 상기 복수의 이차전지셀을 나누어 밀폐된 내부에 수용하는 격실을 복수 개 포함하며, 어느 하나의 격실에 배치된 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에, 상기 화염 또는 가스를 배출하는 프레임유닛을 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지셀의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지셀은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다.
또한 상기 이차전지셀 복수 개를 장착한 배터리 모듈을 전기자동차 등에 복수 개 장착하여 배터리 팩으로 설치되기도 한다.
최근에는 이러한 이차전지셀을 전기자동차 등에 설치할 때, 배터리 모듈로 제조 후에 설치하는 과정을 생략하고, 이차전지셀을 전기자동차 등에 바로 설치하여 배터리 팩을 형성하는 기술(CTP: Cell To Pack)이 제시되었다.
그런데 이차전지셀은 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 이차전지셀의 온도 상승에 의해서 어느 하나의 이차전지셀이 폭발하거나, 외부적인 충격에 의해서 어느 하나의 이차전지셀이 폭발하는 문제가 발생하게 된다.
더욱이, 이러한 어느 하나의 이차전지셀의 폭발은 자동차 등의 배터리 팩 내부에 설치된 다른 이차전지셀들 전체로 전파되어 연쇄적으로 폭발이 발생하는 문제가 있다.
즉, 어느 하나의 이차전지셀의 폭발에 의한 열 전파(Thermal Propagation), 화염 또는 고온, 고압의 가스 등이 자동차 등의 배터리 팩 내부에 설치된 다른 이차전지셀들 전체에 작용하여 연쇄적인 폭발로 이어지는 문제가 있는 것이다.
따라서, 전술한 문제 내지 한계를 개선하기 위해서, 배터리 팩에 대한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명은 자동차 등에 이차전지셀을 직접 설치하는 배터리 팩에서, 어느 하나의 이차전지셀의 폭발에 의해서 배터리 팩 내의 다른 이차전지셀들 전체로 화염 또는 가스 등이 전파되어 연쇄적으로 폭발하는 문제를 개선한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 복수의 이차전지셀 및 상기 복수의 이차전지셀을 나누어 밀폐된 내부에 수용하는 격실을 복수 개 포함하며, 어느 하나의 격실에 배치된 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에, 상기 화염 또는 가스를 배출하는 프레임유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 프레임유닛은, 상기 격실 내부에 배치된 상기 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 격실의 내부와 연통되어 1차 밴팅된 상기 화염 또는 가스를 수용하고, 외부와도 연통되어 상기 화염 또는 가스를 외부로 2차 밴팅시키는 밴트관부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 격실은, 상기 이차전지셀이 안착되는 로어프레임, 하단부가 상기 로어프레임에 결합되며, 상기 밴트관부와 함께 일정 개수 단위의 상기 이차전지셀을 둘레 방향으로 감싸는 사이드프레임 및 상기 밴트관부와 상기 사이드프레임의 상단부에 결합되고, 상기 이차전지셀의 상부를 덮는 어퍼프레임을 포함할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 로어프레임은 상기 이차전지셀이 안착되는 상면에 열전도소재가 도포되어, 상기 이차전지셀의 열을 외부로 직접 방출할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 내부에 중공이 형성된 형태로 구비되고, 상기 격실 내부와 연통되는 제1연통홀이 상기 격실과 대면하는 상기 밴트관부의 제1측벽에 형성되며, 상기 제1연통홀에는 상기 격실 내부에 배치된 상기 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 제1연통홀을 개방시키도록 연통조정부가 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 연통조정부는 상기 격실 내부의 압력이 상기 밴트관부 내부의 압력보다 높은 경우에 파열되는 파열판으로 구비될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 연통조정부는 상기 격실 내부의 압력이 상기 밴트관부 내부의 압력보다 높게 형성되는 경우에, 상기 밴트관부 방향인 일 방향으로만 개폐되는 원웨이도어로 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 복수 개의 격실과 대면하며, 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀이 상기 밴트관부의 일단부에 형성될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 내부 중공을 복수 개의 구획으로 구분하는 차단판이 구비되되, 상기 차단판은 서로 이웃하는 격실 사이의 위치에 대응되는 부분에 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 외부와 대면하는 제2측벽에 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀이 형성되되, 상기 제2연통홀은 서로 이웃하는 차단판 사이에 형성될 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 상기 격실의 양단부에 대응되는 상기 제1측벽의 위치에 상기 제1연통홀이 각각 형성되고, 상기 격실의 중앙부에 대응되는 상기 제2측벽의 위치에 상기 제2연통홀이 형성될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는 상기 격실의 중앙부에 대응되는 상기 제1측벽의 위치에 상기 제1연통홀이 형성되고, 상기 격실의 양단부에 대응되는 상기 제2측벽의 위치에 상기 제2연통홀이 각각 형성될 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부는, 상기 격실 내부와 연통되게 형성된 제1연통홀 및 외부와 연통되게 형성되는 제2연통홀 중 적어도 하나의 둘레 방향으로 구비되는 홀절연부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 복수의 이차전지셀 사이에 구비되는 배리어부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은 자동차 등에 이차전지셀을 직접 설치하는 배터리 팩에서, 어느 하나의 이차전지셀의 폭발에 의해서 배터리 팩 내의 다른 이차전지셀들 전체로 화염 또는 가스 등이 전파되어 연쇄적으로 폭발하는 문제를 개선할 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명의 배터리 팩은 어느 하나의 격실 배치된 이차전지셀에서의 열 폭주(Thermal Runaway) 상황에서 다른 격실에 배치된 이차전지셀로의 열 전파(Thermal Propagation)를 방지할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리 팩의 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 팩에서 제1연통홀에 연통조정부가 파열판으로 구비된 실시예를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 배터리 팩에서 제1연통홀에 연통조정부가 원웨이도어로 구비된 실시예를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀이 밴트관부의 제2측벽에 형성된 실시예를 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀이 격실의 양단부에 대응되는 제2측벽의 위치에 각각 형성된 실시예를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5에서 제1연통홀과 제2연통홀을 통하여 화염 또는 가스가 배출되는 경로를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀이 격실의 중앙부에 대응되는 제2측벽의 위치에 형성된 실시예를 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7에서 제1연통홀과 제2연통홀을 통하여 화염 또는 가스가 배출되는 경로를 확대하여 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 자동차 등에 이차전지셀(100)을 직접 설치하는 배터리 팩(CTP: Cell To Pack) 기술에 적용될 수 있다. 이러한 기술은 불필요한 배터리 모듈 등의 구성품을 배제할 수 있어 경량화 및 열전도 효율을 높이고, 에너지 밀도를 높일 수 있다.
더욱이, 본 발명은 배터리 팩 내의 어느 하나의 이차전지셀(100)의 폭발에 의해서 배터리 팩 내의 다른 이차전지셀들(100) 전체로 화염 또는 가스 등이 전파되어 연쇄적으로 폭발하는 문제를 개선할 수 있다. 즉, 본 발명의 배터리 팩은 어느 하나의 격실(210) 배치된 이차전지셀(100)에서의 열 폭주(Thermal Runaway) 상황에서 다른 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)로의 열 전파(Thermal Propagation)를 방지할 수 있다.
구체적으로 이를 위해서, 본 발명의 배터리 팩은 복수의 이차전지셀(100), 프레임유닛(200)을 포함할 수 있다. 도 1은 본 발명의 배터리 팩의 실시예를 도시한 평면도로서, 상기 도면을 참조하면 상기 프레임유닛(200)은 상기 복수의 이차전지셀(100)을 나누어 밀폐된 내부에 수용하는 격실(210)을 복수 개 포함한다. 그리고 상기 프레임유닛(200)은 어느 하나의 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에, 상기 화염 또는 가스를 배출할 수 있다. 일례로 상기 프레임유닛(200)은 상기 화염 또는 가스를 우회시켜 배출할 수 있다.
즉, 상기 프레임유닛(200)이 상기 복수의 이차전지셀(100)을 일정 개수 단위로 구분하여 격실(210)에 밀폐하게 구비시킴으로서, 어느 하나의 격실(210)에서 발생한 이차전지셀(100)의 폭발이 다른 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)에 영향을 미쳐 연쇄적으로 폭발하는 문제를 일시적으로 저지할 수 있는 것이다.
또한 어느 하나의 격실(210)에서 발생한 이차전지셀(100)의 폭발에 의해 발생한 화염 또는 가스가 다른 격실(210)에 영향을 미치지 않도록 우회시켜 배출함으로서, 다른 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)에 대한 열 전파(Thermal Propagation)를 최소화하여 폭발을 방지할 수 있게 됩니다.
상기 복수의 이차전지셀(100)은 상기 프레임유닛(200)에 복수 개 밀폐되게 구분된 상기 격실(210)의 내부 공간에 일정 개수 단위로 수용될 수 있다.
그리고, 이러한 이차전지셀(100)은 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 셀바디부재를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체는 실질적으로 전해액을 포함하여 함께 상기 셀바디부재에 수납되어 사용된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate) 등과 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4 등과 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
그리고, 상기 셀바디부재는 상기 전극조립체를 보호하며, 상기 전해액을 수용하는 구성으로, 일례로, 상기 셀바디부재는 파우치형 부재 또는 캔형 부재로 구비될 수 있다. 여기서, 파우치형 부재는 상기 전극조립체를 3면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부인 일면부를 제외한 상면부 및 양측면부의 3면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재일 수 있다. 그리고, 상기 캔형 부재는 상기 전극조립체를 1면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부 및 양측면부인 세개 면을 제외한 상면부의 1면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재이다.
다만, 이러한 파우치형 이차전지셀(100), 캔형 이차전지셀(100)은 본 발명의 배터리 팩에 수용되는 이차전지셀(100)의 일례일 뿐이고, 본 발명의 배터리 팩에 수용되는 이차전지셀(100)은 이러한 종류에 한정되는 것은 아니고, 4면 실링 형태의 이차전지셀(100) 등이 수용될 수도 있다.
상기 프레임유닛(200)은 복수 개의 격실(210)을 포함할 수 있다. 상기 격실(210)은 상기 복수의 이차전지셀(100)을 일정 개수 단위로 구분하여 밀폐된 내부에 수용할 수 있다.
이를 위해서, 상기 격실(210)은 로어프레임(211), 사이드프레임(212), 어퍼프레임(213)을 포함할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
또한 상기 프레임유닛(200)은 어느 하나의 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에, 다른 격실(210)에 상기 화염 또는 가스가 전달되지 않도록 상기 화염 또는 가스를 우회시켜 배출시킬 수 있다. 이를 위해서 상기 프레임유닛(200)은 밴트관부(220)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210) 내부에 배치된 상기 이차전지셀(100)에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 격실(210)의 내부와 연통되어 1차 밴팅된 상기 화염 또는 가스를 수용하고, 외부와도 연통되어 상기 화염 또는 가스를 외부로 2차 밴팅시킬 수 있다. 일례로 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210)과 협력하여 상기 격실(210) 내부를 밀폐시킬 수 있다.
즉, 어느 하나의 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)의 폭발에 의해 발생한 화염 또는 가스는 상기 밴트관부(220)를 경유하여 외부로 배출될 수 있는 것이다. 이에 따라 어느 하나의 격실(210)에 배치된 이차전지셀(100)에서 발생한 화염 또는 가스는 다른 격실(210)의 내부에 배치된 이차전지셀(100)에 영향을 미치지 않게 되어, 다른 격실(210)에서의 연쇄적인 폭발을 방지하게 된다.
이를 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 내부에 중공이 형성된 형태로 구비될 수 있다. 일례로 관재 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210) 내부와 연통되는 제1연통홀(223)이 상기 격실(210)과 대면하는 상기 밴트관부(220)의 제1측벽(221)에 형성되며, 상기 제1연통홀(223)에는 상기 격실(210) 내부에 배치된 상기 이차전지셀(100)에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 제1연통홀(223)을 개방시키도록 연통조정부(225)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 밴트관부(220)가 상기 격실(210) 내부 공간의 일측을 감싸게 구비되어, 상기 격실(210)의 내부를 밀폐하게 구성할 수 있는 것이다.
더하여, 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210) 내부에서 발생한 화염 또는 가스를 수용하기 위해서, 상기 격실(210) 내부와 연통되는 제1연통홀(223)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1연통홀(223)은 상기 격실(210) 내부와 대면하는 제1측벽(221)에 형성될 수 있다.
또한 상기 격실(210) 내부를 평상시에는 밀폐시키기 위해서, 상기 제1연통홀(223)은 상기 연통조정부(225)에 의해서 폐쇄될 수 있다. 한편 상기 격실(210) 내부에 수용된 어느 하나의 이차전지셀(100)이 폭발하여 화염 또는 가스가 발생하는 경우에, 상기 연통조정부(225)는 상기 제1연통홀(223)을 개방하게 된다. 이를 위해서 상기 연통조정부(225)는 파열판(225a), 원웨이도어(225b) 등으로 구비될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 복수 개의 격실(210)과 대면하며, 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀(224)이 상기 밴트관부(220)의 일단부에 형성될 수 있다.
즉, 상기 밴트관부(220)는 제1실시예로서, 상기 제2연통홀(224)이 관재 형태의 상기 밴트관부(220)의 일단부에 형성될 수 있는 것이다.
이에 의하면, 상기 밴트관부(220)가 복수의 격실(210)과 접하면서 각각의 격실(210)의 내부와 연통되는 상기 제1연통홀(223)이 각각의 격실(210)에 접하여 구비되고, 어느 하나의 격실(210)에 발생한 화염 또는 가스는 상기 밴트관부(220)의 일단부에 형성된 제2연통홀(224)을 통하여 배출할 수 있게 되는 것이다. 이러한 상기 밴트관부(220)의 제1실시예에 의하면, 화염 또는 가스의 우회 배출시에 차단판(226) 등의 추가적인 구성을 필요로 하지 않게 된다. 또한 이러한 화염 또는 가스의 밴팅 경로를 연장시킴으로서, 상기 화염 또는 가스가 밴팅되는 과정에서 온도가 하강하여 자연 소화될 수 있다.
도 2는 본 발명의 배터리 팩에서 제1연통홀(223)에 연통조정부(225)가 파열판(225a)으로 구비된 실시예를 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 배터리 팩에서 제1연통홀(223)에 연통조정부(225)가 원웨이도어(225b)로 구비된 실시예를 도시한 측면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 격실(210)은, 상기 이차전지셀(100)이 안착되는 로어프레임(211), 하단부가 상기 로어프레임(211)에 결합되며, 상기 밴트관부(220)와 함께 일정 개수 단위의 상기 이차전지셀(100)을 둘레 방향으로 감싸는 사이드프레임(212) 및 상기 밴트관부(220)와 상기 사이드프레임(212)의 상단부에 결합되고, 상기 이차전지셀(100)의 상부를 덮는 어퍼프레임(213)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 격실(210)가 내부 공간을 밀폐하게 구비시키기 위해서 상기 로어프레임(211), 사이드프레임(212), 어퍼프레임(213)을 포함할 수 있는 것이다.
여기서 상기 로어프레임(211)은 상기 이차전지셀(100)이 안착되는 구성이다. 더욱이 상기 로어프레임(211)은 일정 개수 단위로 상기 이차전지셀(100)이 격리될 수 있도록, 상기 사이드프레임(212)에 의해서 영역이 구분될 수 있다. 즉, 상기 로어프레임(211)은 상기 복수의 이차전지셀(100) 전체가 안착되는 하나의 프레임이고, 다만 상기 사이드프레임(212)에 의해서 일정 개수 단위의 이차전지셀(100)이 수용되는 복수의 영역으로 구분될 수 있는 것이다.
일례로 상기 로어프레임(211)은 자동차프레임의 탑승영역 아래의 바닥부분에 구비된 프레임일 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 로어프레임(211)은 상기 이차전지셀(100)이 안착되는 상면에 열전도소재(211a)가 도포되어, 상기 이차전지셀(100)의 열을 외부로 직접 방출할 수 있다.
즉, 본 발명의 배터리 팩은 배터리 모듈 등의 중간 구성품 없이 자동차 등에 이차전지셀(100)을 직접 설치하기 때문에, 상기 이차전지셀(100)에서 발생한 열을 중간 구성품 없이 상기 로어프레임(211)을 통하여 직접 배출할 수 있고, 이때 열방출 효율을 높이도록 열전도소재(211a)를 더 구비하는 것이다.
상기 사이드프레임(212)은 일정 개수 단위의 이차전지셀(100) 주변을 감싸게 배치되는 구성이다. 이를 위해서 상기 사이드프레임(212)은 상기 로어프레임(211)의 상면에 하단부가 결합될 수 있다. 그리고 상기 사이드프레임(212)은 상기 로어프레임(211)을 복수의 영역으로 구분하게 배치될 수 있다.
일례로 상기 사이드프레임(212)은 상기 로어프레임(211)의 상면에 복수의 사각 영역을 형성하게 배치될 수 있다. 이는 도 1 등을 참조할 수 있다.
그리고 상기 사이드프레임(212)은 상기 격실(210)의 내부 공간의 3면을 감싸게 구비되고, 나머지 1면은 상기 밴트관부(220)가 감싸게 구비됨으로서, 일정 개수 단위의 상기 이차전지셀(100)을 둘레 방향으로 완전히 감쌀 수 있게 된다.
상기 어퍼프레임(213)은 일정 개수 단위의 상기 이차전지셀(100)의 상부를 덮음으로서, 상기 격실(210) 내부 공간을 밀폐할 수 있게 된다. 이를 위해서 상기 어퍼프레임(213)은 상기 사이드프레임(212)의 상단부 및 상기 밴트관부(220)의 상단부와 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 연통조정부(225)는, 상기 격실(210) 내부의 압력이 상기 밴트관부(220) 내부의 압력보다 높은 경우에 파열되는 파열판(225a)으로 구비될 수 있다.
즉, 상기 파열판(225a)은 상기 제1연통홀(223) 가로지르게 배치되어, 상기 제1연통홀(223)을 폐쇄시키게 배치되고, 일정 압력 이상에서 찢어지면서 개공될 수 있게 구비되는 것이다. 일례로 여기서 일정 압력은 상기 격실(210) 내우의 압력의 외부의 압력과 비교하여 고압인 경우로 설정될 수 있다. 즉, 상기 파열판(225a)은 상기 격실(210) 내부 압력이 외부 압력보다 높아지면 찢어지는 강도의 소재로 형성될 수 있는 것이다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 파열판(225a)은 외부 압력에 비교하여 1기압(atm) 이상, 2기압 이상 등의 압력차이가 발생한 경우에 찢어지는 강도로 설정되어 구비될 수도 있다.
그리고 일례로 상기 파열판(225a)은 상기 밴트관부(220)의 상기 제1측벽(221)의 다른 부분보다 두께가 얇게 형성된 금속 판재일 수도 있고, 고무와 같은 소재의 얇은 막으로 형성될 수도 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 연통조정부(225)는, 상기 격실(210) 내부의 압력이 상기 밴트관부(220) 내부의 압력보다 높게 형성되는 경우에, 상기 밴트관부(220) 방향인 일 방향으로만 개폐되는 원웨이도어(225b)로 구비될 수 있다.
즉, 상기 원웨이도어(225b)는 상기 제1연통홀(223) 막도록 배치되어, 상기 제1연통홀(223)을 폐쇄시키게 배치되고, 일정 압력 이상에서 위치 이동되어 상기 제1연통홀(223)을 개방하게 구비되는 것이다.
여기서 일정 압력은 앞서 파열판(225a)과 같이 대기압과 비교하여 다양하게 설정되어 개폐될 수 있다.
또한, 상기 원웨이도어(225b)는 상기 제1연통홀(223)을 밀폐하되, 상기 격실(210)의 외부 방향으로만 개방되게 움직이게 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 원웨이도어(225b)는 일단부가 상기 제1연통홀(223)에 인접한 상기 제1측벽(221)의 부분에 힌지 결합되고, 타단부는 상기 제1연통홀(223)에 인접한 상기 제1측벽(221)의 다른 부분에 걸리도록 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 격실(210)의 내부에서 외부로 상기 화염 또는 가스가 이동되기 위해서 상기 원웨이도어(225b)를 밀면 상기 제1연통홀(223)은 개방되고, 반대로 상기 격실(210)의 외부에서 내부로 화염 또는 가스가 이동되기 위해서 상기 원웨이도어(225b)를 밀면 상기 원웨이도어(225b)는 상기 제1연통홀(223)에 인접한 상기 제1측벽(221) 부분에 걸려서 개방되지 않고 상기 제1연통홀(223)을 폐쇄하게 된다.
이때 상기 원웨이도어(225b)는 상기 제1연통홀(223)을 폐쇄하는 방향으로 탄성력이 작용되는 스프링부재 등이 상기 제1측벽부(221)과 힌지 결합된 상기 원웨이도어(225b)의 일단부에 구비될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀(224)이 밴트관부(220)의 제2측벽(222)에 형성된 실시예를 도시한 측면도이다. 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는, 상기 격실(210) 내부와 연통되게 형성된 제1연통홀(223) 및 외부와 연통되게 형성되는 제2연통홀(224) 중 적어도 하나의 둘레 방향으로 구비되는 홀절연부(227)를 포함할 수 있다.
이와 같은 상기 홀절연부(227)가 구비됨에 따라, 상기 격실(210) 내부에 발생한 이차전지셀(100)의 폭발에 의해서 발생한 전도성 파티클에 의해서 밴트관부(220) 등이 전기적 성질을 띠면서 주변의 다른 격실(210)에 수용된 이차전지셀(100) 등이 전기적 영향을 받는 문제를 방지하게 된다. 또한 전도성 파티클에 의해 발생한 전기적 충격이 상기 밴트관부(220) 등을 타고 다른 전자 설비에 영향을 미치는 문제도 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀(224)이 격실(210)의 양단부에 대응되는 제2측벽(222)의 위치에 각각 형성된 실시예를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 제1연통홀(223)과 제2연통홀(224)을 통하여 화염 또는 가스가 배출되는 경로를 확대하여 도시한 평면도이다.
그리고, 도 7은 본 발명의 배터리 팩에서 제2연통홀(224)이 격실(210)의 중앙부에 대응되는 제2측벽(222)의 위치에 형성된 실시예를 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7에서 제1연통홀(223)과 제2연통홀(224)을 통하여 화염 또는 가스가 배출되는 경로를 확대하여 도시한 평면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 내부 중공을 복수 개의 구획으로 구분하는 차단판(226)이 구비되되, 상기 차단판(226)은 서로 이웃하는 격실(210) 사이의 위치에 대응되는 부분에 구비될 수 있다.
즉, 상기 차단판(226)은 상기 밴트관부(220)의 내부 중공을 가로지르게 배치되는 판재 형태일 수 있다.
이와 같은 상기 차단판(226)에 의해서 상기 밴트관부(220)는 각각의 격실(210)가 배치된 영역에 대응되는 영역으로 구분되어 격리될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 외부와 대면하는 제2측벽(222)에 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀(224)이 형성되되, 상기 제2연통홀(224)은 서로 이웃하는 차단판(226) 사이에 형성될 수 있다.
즉, 상기 밴트관부(220)는 제2실시예로서, 상기 차단판(226)으로 구분되어 각각의 격실(210)에 대응되게 격리되고, 또한 각각의 격실(210)에 대응되는 부분에 제2연통홀(224)이 형성될 수 있는 것이다.
이에 의하면, 각각의 격실(210)의 내부에서 발생한 화염 또는 가스는 각각의 격실(210)에 대응되게 격리된 상기 밴트관부(220)의 부분에 형성된 제2연통홀(224)을 통하여 배출할 수 있게 된다.
또한 이러한 화염 또는 가스의 우회 경로의 연장을 위해서, 상기 제1연통홀(223)과 상기 제2연통홀(224)은 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 이러한 화염 또는 가스의 밴팅 경로의 연장으로, 상기 화염 또는 가스가 밴팅되는 과정에서 온도가 하강하여 자연 소화될 수 있다.
상기 제1연통홀(223)과 상기 제2연통홀(224)은 지그재그 형태로 형성되기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210)의 양단부에 대응되는 상기 제1측벽(221)의 위치에 상기 제1연통홀(223)이 형성되고, 상기 격실(210)의 중앙부에 대응되는 상기 제2측벽(222)의 위치에 상기 제2연통홀(224)이 형성될 수 있다. 이는 도 7 및 도 8의 도시 내용에서 확인할 수 있다.
이러한 경우는 상기 이차전지셀(100)에서 화염의 발생 확률이 높은 이차전지셀(100)의 전극리드 부분에 인접하여 상기 제1연통홀(223)이 형성되는 것이므로, 어느 하나의 격실(210) 내부의 이차전지셀(100)에서 발생한 화염 또는 가스가 격실(210) 내부에서 최단 경로로 배출되므로, 화염 또는 가스의 빠른 배출이 가능하게 된다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 상기 밴트관부(220)는 상기 격실(210)의 중앙부에 대응되는 상기 제1측벽(221)의 위치에 상기 제1연통홀(223)이 각각 형성되고, 상기 격실(210)의 양단부에 대응되는 상기 제2측벽(222)의 위치에 상기 제2연통홀(224)이 각각 형성될 수 있다. 이는 도 5 및 도 6의 도시 내용에서 확인할 수 있다.
이러한 경우는 격실(210) 내부에서 발생한 화염이 비교적 좁은 하나의 제1연통홀(223)를 통하여 배출되기 때문에, 외부에서 산소 등의 공기가 상기 격실(210) 내부로 유입되는 확률을 줄임으로서, 질식 소화될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 복수의 이차전지셀(100) 사이에 구비되는 배리어부재(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 배리어부재(300)는 어느 하나의 이차전지셀(100)에서 발생하는 열 및 화염 중 적어도 하나가 주변의 다른 이차전지셀(100)로 전파되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 이를 위해서, 상기 배리어부재(300)는 서로 이웃하는 상기 이차전지셀(100) 사이에 구비될 수 있다.
이러한 배리어부재(300)는 열, 화염 등의 전파를 차단하기 위해서, 일례로 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 소재 등의 내화 소재로 형성될 수 있다.
또는 상기 배리어부재(300)는 열, 화염 등의 전파를 차단하기 위해서, 열 전이를 방지하는 폴리머류 소재, 무기물류 소재 및 세라믹스 소재 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성될 수 있다.
여기서 폴리머류 소재는 일례로 실리콘 계열 등의 소재가 있을 수 있다. 그리고 무기물류 소재는 탄소(C)를 포함하지 않는 소재로서, 일례로 운모(mica), 석회, 소금, 유리와 같은 규소화합물 및 철 등의 일부 금속이 있을 수 있다. 상기 세라믹스 소재는 일례로 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 산소, 탄소, 질소 등과 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진 소재가 있을 수 있다. 이러한 세라믹 소재는 일례로 점토(粘土), 고령토(高嶺土), 장석(長石), 규석(硅石) 등과 같은 천연원료를 사용하여 제조되거나, 탄화규소, 질화규소, 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 바륨티타네이트(barium titanate) 등과 같은 합성원료를 사용하여 제조될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 이차전지셀 200: 프레임유닛
210: 격실 211: 로어프레임
212: 사이드프레임 213: 어퍼프레임
220: 밴트관부 221: 제1측벽
222: 제2측벽 223: 제1연통홀
224: 제2연통홀 225: 연통조정부
226: 차단판 227: 홀절연부
300: 배리어부재

Claims (14)

  1. 복수의 이차전지셀; 및
    상기 복수의 이차전지셀을 나누어 밀폐된 내부에 수용하는 격실을 복수 개 포함하며, 어느 하나의 격실에 배치된 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에, 상기 화염 또는 가스를 배출하는 프레임유닛;
    을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임유닛은,
    상기 격실 내부에 배치된 상기 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 격실의 내부와 연통되어 1차 밴팅된 상기 화염 또는 가스를 수용하고, 외부와도 연통되어 상기 화염 또는 가스를 외부로 2차 밴팅시키는 밴트관부;
    를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 격실은,
    상기 이차전지셀이 안착되는 로어프레임;
    하단부가 상기 로어프레임에 결합되며, 상기 밴트관부와 함께 일정 개수 단위의 상기 이차전지셀을 둘레 방향으로 감싸는 사이드프레임; 및
    상기 밴트관부와 상기 사이드프레임의 상단부에 결합되고, 상기 이차전지셀의 상부를 덮는 어퍼프레임;
    을 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 로어프레임은 상기 이차전지셀이 안착되는 상면에 열전도소재가 도포되어, 상기 이차전지셀의 열을 외부로 직접 방출하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 밴트관부는 내부에 중공이 형성된 형태로 구비되고, 상기 격실 내부와 연통되는 제1연통홀이 상기 격실과 대면하는 상기 밴트관부의 제1측벽에 형성되며, 상기 제1연통홀에는 상기 격실 내부에 배치된 상기 이차전지셀에서 화염 또는 가스가 발생한 경우에 상기 제1연통홀을 개방시키도록 연통조정부가 구비되는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연통조정부는 상기 격실 내부의 압력이 상기 밴트관부 내부의 압력보다 높은 경우에 파열되는 파열판으로 구비되는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연통조정부는 상기 격실 내부의 압력이 상기 밴트관부 내부의 압력보다 높게 형성되는 경우에, 상기 밴트관부 방향인 일 방향으로만 개폐되는 원웨이도어로 구비되는 배터리 팩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 밴트관부는 복수 개의 격실과 대면하며, 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀이 상기 밴트관부의 일단부에 형성되는 배터리 팩.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 밴트관부는 내부 중공을 복수 개의 구획으로 구분하는 차단판이 구비되되, 상기 차단판은 서로 이웃하는 격실 사이의 위치에 대응되는 부분에 구비되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밴트관부는 외부와 대면하는 제2측벽에 상기 화염 또는 가스를 외부로 배출하는 제2연통홀이 형성되되, 상기 제2연통홀은 서로 이웃하는 차단판 사이에 형성되는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밴트관부는 상기 격실의 양단부에 대응되는 상기 제1측벽의 위치에 상기 제1연통홀이 각각 형성되고, 상기 격실의 중앙부에 대응되는 상기 제2측벽의 위치에 상기 제2연통홀이 형성되는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 밴트관부는 상기 격실의 중앙부에 대응되는 상기 제1측벽의 위치에 상기 제1연통홀이 형성되고, 상기 격실의 양단부에 대응되는 상기 제2측벽의 위치에 상기 제2연통홀이 각각 형성되는 배터리 팩.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 밴트관부는,
    상기 격실 내부와 연통되게 형성된 제1연통홀 및 외부와 연통되게 형성되는 제2연통홀 중 적어도 하나의 둘레 방향으로 구비되는 홀절연부;
    를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 이차전지셀 사이에 구비되는 배리어부재;
    를 더 포함하는 배터리 팩.
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