KR20230072296A - 벤팅 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리 및 벤팅 가스의 배출 방법 - Google Patents

벤팅 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리 및 벤팅 가스의 배출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 어셈블리 내부에 발생된 벤팅 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 배터리 팩 어셈블리 및 벤팅 가스 배출 방법에 관한 것으로서, 다수개로 이루어진 배터리 모듈; 다수개의 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징 부재; 상기 하우징 부재의 내부에서 상기 배터리 모듈과 겹치지 않은 영역에 수용되고, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어하는 냉각팬; 및 상기 하우징 부재의 양측면으로부터 연장되어 외부로부터 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 공기가 유입 또는 배출되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 유로부를 포함한다.

Description

벤팅 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리 및 벤팅 가스의 배출 방법{BATTERY PACK ASSEMBLY TO DRAIN VENTING GAS AND VENTING GAS DISCHARGE METHOD}
본 발명은 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩 어셈블리 내부에 발생된 벤팅 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 배터리 팩 어셈블리 및 벤팅 가스 배출 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 환경보존 문제와 화석연료 고갈에 대비하기 위해 하이브리드 자동차(HEV), 플러그드 인 하이브리드 자동차(PHEV), 연료전지 자동차(FCEV), 전기차(EV)와 같은 친환경 차량의 개발이 주목받고 있다.
이러한 친환경 차량은 모두 전기모터에 의해 구동되는 것으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리 모듈이 필수적으로 장착된다.
배터리 모듈은 차량 운행 중에 충전과 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하도록 구성되어 있는 것으로서, 다수개의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬 및 이들의 조합으로 연결하여 고출력과 대용량 특성을 구현한 에너지원이다.
또한, 더욱 높은 출력을 제공하기 위하여 둘 이상의 배터리 모듈은 전기적으로 연결 및 물리적으로 합체된 중대형 배터리 팩의 형태로 제작된다.
이러한 친환경 차량에 사용되는 배터리 팩은 과충전 혹은 배터리 셀의 이상 동작이 발생될 경우에 내부로부터 고온의 유해가스, 즉 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 상황이 발생한다.
따라서. 배터리 팩에는 이러한 유해가스가 차실내로 유입되는 것을 차단하고, 차량외부로 배출시키는 벤팅 시스템이 요구되고 있고, 이러한 벤팅 시스템을 친환경 차량에 적용하도록 법규로 의무화하는 것이 요구되고 있다.
한편, 배터리 팩 내부에 있는 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상에 따른 화염이 발생하는 경우 배터리 팩 내부의 온도를 낮추고 화염을 진화하기 위해 냉각수가 투입된다.
그리고, 상기 냉각수가 배터리 팩의 내부에 머무르지 않고 새어 나올 수 있는 냉각 유로가 존재한다.
한편, 배터리 팩 내부의 온도를 신속히 낮추어 화염이 더 크게 번지는 것을 막는 것이 중요하다.
이를 위해, 열 폭주 현상이 발생된 배터리 팩의 내부로 냉각수를 투입하였을 때, 고온의 배터리에서 발생된 열이 냉각수로 이동하여 열 폭주 현상이 발생한 배터리 셀의 인접한 셀로 열이 이동하는 것을 억제한다.
따라서, 열 폭주 현상이 발생한 배터리 셀의 인접한 셀로 열이 이동하는 것이 억제되어 배터리 모듈 내부의 벤팅 가스도 빠져나가지 못하는 문제가 있다.
상기한 이유로 해단 분야에서는 배터리 셀의 이상 동작 발생 시, 배터리 팩 내부의 벤팅 가스가 차실내로 유입되는 것을 효과적으로 차단하고, 냉각 유로의 차단에 의한 배터리 팩 내부의 벤팅 가스가 차량의 외부로 효과적으로 배출될 수 있는 방안을 모색하고 있으나, 현재까지는 만족할 만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배터리 팩의 이상 동작 발생 시, 배터리 팩 내부의 벤팅 가스가 차실내로 유입되는 것을 효과적으로 차단하고, 냉각 유로의 차단에 의해 배터리 팩 내부의 벤팅 가스가 차량의 외부로 효과적으로 배출될 수 있는 벤팅 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리 및 이의 가스 배출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리는, 다수개로 이루어진 배터리 모듈; 다수개의 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징 부재; 상기 하우징 부재의 내부에서 상기 배터리 모듈과 겹치지 않은 영역에 수용되고, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어하는 냉각팬; 및 상기 하우징 부재의 양측면으로부터 연장되어 외부로부터 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 공기가 유입 또는 배출되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 유로부를 포함하고, 상기 냉각팬은, 둘레면이 상기 배터리 모듈에 결합되는 고정 프레임; 및 상기 고정 프레임에 회전 가능하게 고정되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 상기 하우징 부재의 내부에 발생된 벤팅 가스를 상기 유로부의 엑스트라 팬으로 배출시키는 역회전 팬을 포함한다.
상기 냉각팬은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 배터리 모듈을 선택적으로 냉각시키고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 상기 하우징 부재의 내부에 발생된 벤팅 가스를 상기 유로부로 배출시킨다.
상기 냉각팬은, 상기 고정 프레임에 회전 가능하게 고정되고, 상기 역회전 팬의 반대 방향으로 회전하여 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 상기 배터리 모듈을 선택적으로 냉각시키는 정회전 팬을 더 포함한다.
상기 유로부는, 상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장된 인렛 덕트; 상기 하우징 부재에서 상기 인렛 덕트가 연장된 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장된 아웃렛 덕트; 및 일단은 상기 인렛 덕트와 연통되고, 타단은 차량의 외부와 연통되는 엑스트라 덕트를 포함한다.
상기 인렛 덕트는, 일단이 상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실내 방향의 차체에 고정되며, 상기 아웃렛 덕트는, 일단이 상기 하우징 부재의 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실외 방향의 차체에 고정된다.
엑스트라 덕트는, 일단이 상기 인렛 덕트로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실외 방향의 차체에 고정된다.
상기 인렛 덕트를 통해 외부로부터 공기가 유입되면 상기 냉각팬의 상기 정회전 팬이 작동된다.
상기 인렛 덕트의 내부에는 상기 인렛 덕트를 개방 또는 폐쇄하는 제1 플립이 회전 가능하게 장착되고, 상기 엑스트라 덕트의 내부에는 상기 엑스트라 덕트를 개방 또는 폐쇄하는 제2 플립이 회전 가능하게 장착된다.
상기 제1 플립은 상기 엑스트라 덕트가 연장되는 영역으로부터 차실내 방향인 일단 방향으로 이격된 위치에 장착된다.
상기 제1 플립은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 외부로부터 공기가 유입되도록 개방되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스의 이동을 차단하도록 폐쇄된다.
상기 제2 플립은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 폐쇄되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스가 차실외로 이동할 수 있도록 개방된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리는, 다수개로 이루어진 배터리 모듈; 다수개의 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징 부재; 상기 하우징 부재의 내부에서 상기 배터리 모듈과 겹치지 않은 영역에 수용되고, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어하는 냉각팬; 상기 하우징 부재의 양측면으로부터 연장되어 외부로부터 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 공기가 유입 또는 배출되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 유로부; 상기 배터리 모듈에 장착되어 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 센싱하는 센싱부; 및 상기 하우징 부재의 내부에 수용되어 상기 센싱부로부터 온도 및 전압 신호를 수신하는 BMS를 포함한다.
상기 유로부는, 상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장되고, 내부에 제1 플립이 회전 가능하게 장착된 인렛 덕트; 및 상기 하우징 부재에서 상기 인렛 덕트가 연장된 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장된 아웃렛 덕트; 및 일단은 상기 인렛 덕트와 연통되고, 내부에 제2 플립이 회전 가능하게 장착된 엑스트라 덕트를 포함하고, 상기 BMS는 상기 센싱부의 신호에 따라 상기 냉각팬과 상기 제1 플립 및 상기 제2 플립을 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법은, 상기 센싱부가 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 센싱하여 온도 및 전압 신호를 상기 BMS로 송신하는 단계; 상기 BMS가 상기 센싱부로부터 송신된 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 수신하고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 여부를 판단하는 단계: 상기 BMS가 상기 배터리 모듈의 이상 동작 여부를 판단하는 단계에서, 이상 동작 발생 시, 상기 BMS가 상기 인렛 덕트에 장착된 제1 플립과, 상기 엑스트라 덕트에 장착된 제2 플립 및 상기 냉각팬의 역회전 팬이 작동하도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 BMS는 상기 냉각팬과 와이어링 하네스(WIRING HARNESS)를 매개로 하여 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 제1 플립은 배터리 모듈 이상 동작 시, 인렛 덕트를 폐쇄하여 배터리 모듈로부터 발생된 벤팅 가스가 누출되는 것을 차단하여 벤팅 가스가 인렛 덕트를 통해 차실내로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 제2 플립은 배터리 모듈 이상 동작 시, 엑스트라 덕트를 개방하여 배터리 모듈로부터 발생된 벤팅 가스가 차실외로 배출되도록 하여 냉각팬의 역회전 팬이 동작하면 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 가스를 차실외로 효과적으로 배출시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리는 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 냉각팬을 나타낸 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 공기 흐름을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱부의 장착위치를 나타낸 확대도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법을 나타낸 순서도.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리는 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 냉각팬을 나타낸 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 공기 흐름을 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱부의 장착위치를 나타낸 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스를 배출시키는 배터리 팩 어셈블리는, 배터리 모듈(100)과, 하우징 부재(200)와, 냉각팬(300)과, 유로부(400)와, 센싱부(500) 및 BMS(600)를 포함한다.
배터리 모듈(100)은 다수개로 이루어진 것으로서, 다수개로 이루어진 배터리 모듈(100) 조립체, 즉 배터리 팩 어셈블리를 구성하는데 사용된다.
그리고, 배터리 모듈(100)은 고전압 배터리 시스템으로 공급할 전원을 저장한다.
배터리 모듈(100)은 다수개가 수평방향 또는 수직방향으로 배열(ARRANGE)된다.
배터리 모듈(100)은 다수개로 조립체를 이룰 경우, 배터리 모듈(100)을 케이싱하는 케이스를 서로 인접하게 배치 또는 일렬로 배치한 후 별도의 구속 또는 체결수단에 의해 케이스들의 배치 상태가 고정될 수 있다.
하우징 부재(200)는 다수개의 배터리 모듈(100)과 냉각팬(300)과 센싱부(500) 및 BMS(600) 등 각종 구성들을 수용하는 것으로서, 내부에 수용된 각종 구성들의 기밀을 유지한다.
이러한 하우징 부재(200)는 상부 하우징과 하부 하우징으로 이루어질 수 있다.
이로 인해 하우징 부재(200)는 내부에 각종 구성들을 용이하게 수용할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면 냉각팬(300)은 하우징 부재(200)의 내부에서 배터리 모듈(100)과 겹치지 않는 영역에 수용되는 것으로서, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어할 수 있다.
그리고, 냉각팬(300)은 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 배터리 셀로부터 발생되는 고온의 유해가스, 즉 벤팅 현상으로 인한 벤팅 가스(VENTING GAS)를 배출시킨다.
구체적으로 냉각팬(300)은 하우징 부재(200)의 내부에 벤팅 가스가 발생되면 상기 벤팅 가스를 유로부(400)의 엑스트라 덕트(430)가 배치된 방향으로 배출시킨다.
이러한 냉각팬(300)은 고정 프레임(310)과, 정회전 팬(320) 및 역회전 팬(330)을 포함한다.
고정 프레임(310)은 냉각팬(300)의 몸체를 이루는 것으로서, 배터리 모듈(100)에 결합된다.
그리고, 고정 프레임(310)은 배터리 팩 어셈블리의 레이아웃에 따라 둘레면이 배터리 모듈(100)의 내주면에 결합될 수 있다.
이로 인해, 고정 프레임(310)은 하우징 부재(200)에 견고하게 결합될 수 있다.
정회전 팬(320)은 고정 프레임(310)의 장착구에 회전 가능하게 결합된 것으로서, 배터리 모듈(100)의 발열을 냉각시킨다.
구체적으로 정회전 팬(320)은 배터리 모듈(100)의 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우 작동되어 배터리 모듈(100)을 냉각시킨다.
즉, 정회전 팬(320)은 배터리 모듈(100)의 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우, 배터리 모듈(100)이 배치된 방향으로 공기를 발생시켜 배터리 모듈(100)의 발열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
역회전 팬(330)은 고정 프레임(310)에서 정회전 팬(320)이 장착된 영역과 겹치지 않는 영역의 장착구에 회전 가능하게 결합된 것으로써, 벤팅 가스를 하우징 부재(200)에서 유로부(400)의 인렛 덕트(410) 및 엑스트라 덕트(430)가 배치된 방향으로 이동시킨다.
구체적으로 역회전 팬(330)은 배터리 모듈(100)의 이상 동작 시, 하우징 부재(200)의 내부에 벤팅 가스가 발생되면 상기 벤팅 가스를 유로부(400)의 인렛 덕트(410) 및 엑스트라 덕트(430)가 배치된 방향으로 이동시킨다.
즉, 역회전 팬(330)은 배터리 모듈(100)의 이상 동작 시, 유로부(400)의 인렛 덕트(410) 및 엑스트라 덕트(430)가 배치된 방향으로 공기를 발생시켜 하우징 부재(200)의 내부에 발생된 벤팅 가스를 유로부(400)의 엑스트라 덕트(430)를 통해 차실외로 효과적으로 배출시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 냉각팬(300)은 고정 프레임(310)의 정회전 팬(320) 및 역회전 팬(330)을 각각 장착하여 사용하는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각팬(300)은 배터리 팩 어셈블리의 사용환경 및 크기에 따라 하나의 팬을 장착하여 정회전 또는 역회전을 통해 공기의 이동 방향을 제어할 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각팬(300)은 하나의 고정 프레임(310)에 하나의 팬이 장착됨으로써, 냉각팬(300)의 중량을 감소시킬 수 있고, 제조원가를 낮출 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유로부(400)는 하우징 부재(200)의 양측면으로부터 연장된 것으로서, 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)을 냉각시키기 위한 공기가 유입 또는 배출된다.
그리고, 유로부(400)는 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 현상으로 인한 벤팅 가스가 배출된다.
구체적으로 유로부(400)는 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)이 작동하면 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 가스가 배출된다.
이러한 유로부(400)는 인렛 덕트(410)와, 아웃렛 덕트(420) 및 엑스트라 덕트(430)를 포함한다.
인렛 덕트(410)는 외부로부터 공기가 유입되는 관로로써, 일단은 하우징 부재(200)의 일면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단은 차실내 방향의 차체에 고정된다.
그리고, 인렛 덕트(410)의 일단은 하우징 부재(200)의 내부와 서로 연통된다.
따라서, 인렛 덕트(410)는 일단의 반대 방향인 타단을 통해 하우징 부재(200)의 외부, 즉 차실내로부터 공기가 유입되어 인렛 덕트(410)의 일단을 통해 공기가 하우징 부재(200)의 내부에 유입된다.
즉, 인렛 덕트(410)는 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)의 냉각을 위해 냉각팬(300)이 작동될 때, 차실내 공기가 하우징 부재(200)의 내부로 유입되도록 한다.
아웃렛 덕트(420)는 하우징 부재(200)의 내부에 유입된 공기가 배출되는 관로로써, 일단은 하우징 부재(200)에서 인렛 덕트(410)가 연장된 일면의 반대방향인 타면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단은 차실외 방향의 차체에 고정된다.
그리고, 아웃렛 덕트(420)의 일단은 하우징 부재(200)의 내부와 서로 연통된다.
따라서, 아웃렛 덕트(420)는 인렛 덕트(410)로부터 유입되어 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)을 냉각시킨 공기가 일단의 반대 방향인 타단을 통해 유입되어 아웃렛 덕트(420)의 일단을 통해 배출된다.
즉, 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)은 하우징 부재(200)의 외부, 즉 차실내로부터 인렛 덕트(410)로부터 유입된 공기가 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)을 냉각시킨 후, 아웃렛 덕트(420)를 통해 차실외로 배출된다.
이로 인해, 배터리 모듈(100)은 인렛 덕트(410) 및 아웃렛 덕트(420)로 인해 용이하게 냉각될 수 있다.
엑스트라 덕트(430)는 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 하우징 부재(200)의 내부에 발생된 벤팅 가스가 배출되는 관로로써, 일단은 인렛 덕트(410)로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단은 차실외 방향의 차체에 고정된다.
즉, 엑스트라 덕트(430)는 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)이 작동하면 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 가스를 차실외로 배출시킨다.
그리고, 인렛 덕트(410)로부터 연장된 엑스트라 덕트(430)는 인렛 덕트(410)와 서로 연통된다.
따라서, 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생에 의한 벤팅 가스가 엑스트라 덕트(430)로 배출되는 과정에서 일부 벤팅 가스는 인렛 덕트(410)로 유입될 수 있고, 이로 인해, 인렛 덕트(410)로 유입된 벤팅 가스는 차실내로 유입되어 차량에 탑승한 운전자 및 승객에 노출될 수 있다.
이를 방지하기 위해 인렛 덕트(410)와 엑스트라 덕트(430)에는 제1 플립(411)과 제2 플립(431)이 각각 장착된다.
제1 플립(411)은 인렛 덕트(410)의 단면형상과 동일한 형상으로 형성된 것으로서, 인렛 덕트(410)의 내부에 회전축을 매개로 하여 회전 가능하게 장착된다.
그리고, 제1 플립(411)은 인렛 덕트(410)에서 엑스트라 덕트(430)가 연장되는 영역으로부터 차실내 방향인 인렉 덕트의 일단 방향으로 이격된 위치에 장착된다.
이러한 제1 플립(411)은 회전축을 중심으로 회전하여 인렛 덕트(410)를 개방 및 폐쇄한다.
구체적으로 제1 플립(411)은 배터리 모듈(100)의 정상 동작 시, 인렛 덕트(410)를 개방하여 하우징 부재(200)의 외부, 즉 차실내로부터 공기가 유입되도록 한다.
그리고, 제1 플립(411)은 배터리 모듈(100) 이상 동작 시, 인렛 덕트(410)를 폐쇄하여 배터리 모듈(100)로부터 발생된 벤팅 가스가 누출되는 것을 차단한다.
이로 인해, 제1 플립(411)은 벤팅 가스가 인렛 덕트(410)를 통해 차실내로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
제2 플립(431)은 엑스트라 덕트(430)의 단면형상과 동일한 형상으로 형성된 것으로서, 엑스트라 덕트(430)의 내부에 회전축을 매개로 하여 회전 가능하게 장착된다.
이러한 제2 플립(431)은 회전축을 중심으로 회전하여 엑스트라 덕트(430)를 개방 및 폐쇄한다.
구체적으로 제2 플립(431)은 배터리 모듈(100)의 정상 동작 시, 엑스트라 덕트(430)를 폐쇄하여 인렛 덕트(410)로부터 유입된 공기가 누출되는 것을 차단한다.
그리고, 제2 플립(431)은 배터리 모듈(100) 이상 동작 시, 엑스트라 덕트(430)를 개방하여 배터리 모듈(100)로부터 발생된 벤팅 가스가 차실외로 배출되도록 한다.
즉, 제1 플립(411)이 인렛 덕트(410)를 개방하면 제2 플립(431)은 엑스트라 덕트(430)를 폐쇄시키고, 제1 플립(411)이 인렛 덕트(410)를 폐쇄시키면 제2 플립(431)은 엑스트라 덕트(430)를 개방시킨다.
이로 인해, 제2 플립(431)은 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)이 작동하면 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 가스를 차실외로 효과적으로 배출시킬 수 있다.
따라서, 하우징 부재(200)의 내부에 수용된 배터리 모듈(100)의 이상 동작 발생 시, 배터리 셀로부터 발생되는 벤팅 현상이 발생하여도 배터리 팩 어셈블리의 안전성을 확보할 수 있다.
특히, 배터리 모듈(100) 이상 동작 시, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)에 의해 벤팅 가스가 인렛 덕트(410)를 통해 차실내 방향으로 이동하여도, 인렛 덕트(410)에 장착된 제1 플립(411)이 인렛 덕트(410)를 차단함으로써, 벤팅 가스가 인렛 덕트(410)를 통해 차실내 방향으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면 센싱부(500)는 다수개로 이루어진 것으로서, 배터리 모듈(100)의 온도 및 전압 신호를 센싱한다.
즉, 이러한 센싱부(500)는 배터리 모듈(100)의 기준 이상 온도 상승 또는 가스 발생을 센싱함으로써, 배터리 모듈(100)의 벤팅 현상 발생 여부를 센싱한다.
그리고, 센싱부(500)는 배터리 모듈(100)의 온도 및 배터리 모듈(100)로부터 발생되는 가스를 신속하게 센싱하기 위해 다수개의 배터리 모듈(100) 각각의 내측 또는 외측에 장착될 수 있다.
이러한, 센싱부(500)는 온도센서 및 압력센서의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSMTEM: 600)는 배터리 모듈(100)의 충전 및 방전을 관리하는 것으로서, 바람직하게는 하우징 부재(200)의 내부에 수용된다.
BMS(600)는 센싱부(500)로부터 센싱 정보를 수신하여 수신결과에 따라 냉각팬(300)의 정회전 팬(320) 및 역회전 팬(330)의 작동을 제어하고, 인렛 덕트(410)의 내부에 장착된 제1 플립(411) 및 엑스트라 덕트(430)의 내부에 장착된 제2 플립(431)을 제어한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스 배출 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 배터리 모듈(100)이 정상 작동 중인 최초 상태는, 인렛 덕트(410)에 회전 가능하게 장착된 제1 플립(411)이 개방되어 있고, 엑스트라 덕트(430)에 회전 가능하게 장착된 제2 플립(431)이 폐쇄된 상태이다.
아울러, 냉각팬(300)의 정회전 팬(320)이 선택적으로 작동된다.
즉, 배터리 모듈(100)이 정상 작동 중인 최초 상태(배터리 모듈의 온도가 기준치 이하인 상태)에는 인렛 덕트(410)를 통해 하우징 부재(200)의 외부, 즉 차실내 공기가 하우징 부재(200)의 내부에 유입되어 배터리 모듈(100)을 냉각시키는 상태이다.
이때, 센싱부(500)는 배터리 모듈(100)의 온도 및 전압 신호를 센싱하여 온도 및 전압 신호를 BMS(600)에 송신한다(S110).
이어서, BMS(600)는 센싱부(500)로부터 송신된 배터리 모듈(100)의 온도 및 전압 신호를 수신하고, 배터리 모듈(100)의 이상 동작 여부를 판단한다(S120).
여기서, BMS(600)는 배터리 모듈(100)이 정상으로 판단되면, 별도의 제어신호가 송신되지 않아 인렛 덕트(410)의 제1 플립(411)이 개방되어 있고, 엑스트라 덕트(430)의 제2 플립(431)이 폐쇄되며, 냉각팬(300)의 정회전 팬(320)이 선택적으로 작동된다.
즉, 배터리 모듈(100)의 정상 동작 시, 정회전 팬(320)은 배터리 모듈(100)이 배치된 방향으로 공기를 발생시켜 배터리 모듈(100)의 발열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, BMS(600)는 센싱부(500)가 배터리 모듈(100)에 벤팅 현상이 발생됨으로써, 배터리 모듈(100)의 기준 이상의 온도 및 압력을 센싱하여 배터리 모듈(100)의 이상으로 판단되면 인렛 덕트(410)에 장착된 제1 플립(411)을 폐쇄하고, 엑스트라 덕트(430)에 장착된 제2 플립(431)을 개방하도록 제어한다.
아울러, BMS(600)는 냉각팬(300)의 정회전 팬(320)의 작동을 멈추고, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)이 작동하도록 제어한다(S130).
따라서, 배터리 모듈(100) 이상 동작 시, 냉각팬(300)의 역회전 팬(330)에 의해 벤팅 가스가 인렛 덕트(410)를 통해 차실내 방향으로 이동하여도, 인렛 덕트(410)에 장착된 제1 플립(411)이 인렛 덕트(410)를 차단함으로써, 벤팅 가스가 인렛 덕트(410)를 통해 차실내 방향으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, BMS(600)는 와이어링 하네스(700, WIRING HARNESS)를 매개로 하여 냉각팬(300)과 전기적으로 연결됨이 바람직하다.
그리고, 이러한 와이어링 하네스(700)는 BMS(600)와 냉각팬(300)에 커넥터를 통해 연결된다.
이로 인해, BMS(600)는 배터리 모듈(100)의 이상 여부에 따라 냉각팬(300)의 정회전 팬(320) 및 역회전 팬(330)을 효과적으로 제어할 수 있다.
이처럼 본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 모듈 200: 하우징 부재
300: 냉각팬 310: 고정 프레임
320: 정회전 팬 330: 역회전 팬
400: 유로부 410: 인렛 덕트
411: 제1 플립 420: 아웃렛 덕트
430: 엑스트라 덕트 431: 제2 플립
500: 센싱부 600: BMS
700: 와이어링 하네스

Claims (15)

  1. 다수개로 이루어진 배터리 모듈;
    다수개의 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징 부재;
    상기 하우징 부재의 내부에서 상기 배터리 모듈과 겹치지 않은 영역에 수용되고, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어하는 냉각팬; 및
    상기 하우징 부재의 양측면으로부터 연장되어 외부로부터 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 공기가 유입 또는 배출되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 유로부를 포함하고,
    상기 냉각팬은,
    둘레면이 상기 배터리 모듈에 결합되는 고정 프레임; 및
    상기 고정 프레임에 회전 가능하게 고정되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 상기 하우징 부재의 내부에 발생된 벤팅 가스를 상기 유로부의 엑스트라 팬으로 배출시키는 역회전 팬을 포함하는 배터리 팩 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각팬은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 배터리 모듈을 선택적으로 냉각시키고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 상기 하우징 부재의 내부에 발생된 벤팅 가스를 상기 유로부로 배출시키는 배터리 팩 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각팬은,
    상기 고정 프레임에 회전 가능하게 고정되고, 상기 역회전 팬의 반대 방향으로 회전하여 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 상기 배터리 모듈을 선택적으로 냉각시키는 정회전 팬을 더 포함하는 배터리 팩 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유로부는,
    상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장된 인렛 덕트;
    상기 하우징 부재에서 상기 인렛 덕트가 연장된 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장된 아웃렛 덕트; 및
    일단은 상기 인렛 덕트와 연통되고, 타단은 차량의 외부와 연통되는 엑스트라 덕트를 포함하는 배터리 팩 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인렛 덕트는, 일단이 상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실내 방향의 차체에 고정되며,
    상기 아웃렛 덕트는, 일단이 상기 하우징 부재의 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실외 방향의 차체에 고정되는 배터리 팩 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    엑스트라 덕트는, 일단이 상기 인렛 덕트로부터 연장되고, 일단의 반대 방향인 타단이 차실외 방향의 차체에 고정되는 배터리 팩 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 인렛 덕트를 통해 외부로부터 공기가 유입되면 상기 냉각팬의 상기 정회전 팬이 작동하는 배터리 팩 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인렛 덕트의 내부에는 상기 인렛 덕트를 개방 또는 폐쇄하는 제1 플립이 회전 가능하게 장착되고,
    상기 엑스트라 덕트의 내부에는 상기 엑스트라 덕트를 개방 또는 폐쇄하는 제2 플립이 회전 가능하게 장착되는 배터리 팩 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 플립은 상기 엑스트라 덕트가 연장되는 영역으로부터 차실내 방향인 일단 방향으로 이격된 위치에 장착되는 배터리 팩 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 플립은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 외부로부터 공기가 유입되도록 개방되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스의 이동을 차단하도록 폐쇄되는 배터리 팩 어셈블리.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 플립은, 상기 배터리 모듈의 정상 동작 시, 폐쇄되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스가 차실외로 이동할 수 있도록 개방되는 배터리 팩 어셈블리.
  12. 다수개로 이루어진 배터리 모듈;
    다수개의 상기 배터리 모듈을 수용하는 하우징 부재;
    상기 하우징 부재의 내부에서 상기 배터리 모듈과 겹치지 않은 영역에 수용되고, 공기의 이동 방향을 선택적으로 제어하는 냉각팬;
    상기 하우징 부재의 양측면으로부터 연장되어 외부로부터 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 공기가 유입 또는 배출되고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 발생 시, 벤팅 가스(VENTING GAS)가 배출되는 유로부;
    상기 배터리 모듈에 장착되어 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 센싱하는 센싱부; 및
    상기 하우징 부재의 내부에 수용되어 상기 센싱부로부터 온도 및 전압 신호를 수신하는 BMS를 포함하는 배터리 팩 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유로부는,
    상기 하우징 부재의 일면으로부터 연장되고, 내부에 제1 플립이 회전 가능하게 장착된 인렛 덕트; 및
    상기 하우징 부재에서 상기 인렛 덕트가 연장된 일면의 반대 방향인 타면으로부터 연장된 아웃렛 덕트; 및
    일단은 상기 인렛 덕트와 연통되고, 내부에 제2 플립이 회전 가능하게 장착된 엑스트라 덕트를 포함하고,
    상기 BMS는 상기 센싱부의 신호에 따라 상기 냉각팬과 상기 제1 플립 및 상기 제2 플립을 제어하는 배터리 팩 어셈블리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법에 있어서,
    상기 센싱부가 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 센싱하여 온도 및 전압 신호를 상기 BMS로 송신하는 단계;
    상기 BMS가 상기 센싱부로부터 송신된 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압 신호를 수신하고, 상기 배터리 모듈의 이상 동작 여부를 판단하는 단계:
    상기 BMS가 상기 배터리 모듈의 이상 동작 여부를 판단하는 단계에서, 이상 동작 발생 시, 상기 BMS가 상기 인렛 덕트에 장착된 제1 플립과, 상기 엑스트라 덕트에 장착된 제2 플립 및 상기 냉각팬의 역회전 팬이 작동하도록 제어하는 단계를 포함하는 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 BMS는 상기 냉각팬과 와이어링 하네스(WIRING HA R NESS)를 매개로 하여 전기적으로 연결된 배터리 팩 어셈블리의 벤팅 가스의 배출 방법.

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