KR20230092357A - 차량의 배터리팩 - Google Patents

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KR20230092357A
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battery pack
venting valve
longitudinal
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김태혁
주재현
성창모
오미선
서민석
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리케이스 내에 평면을 이루어 배치된 다수의 배터리모듈; 상기 배터리모듈들 사이에 배치된 다수의 종멤버 및 횡멤버; 상기 배터리케이스의 상측에, 상기 종멤버 또는 횡멤버가 설치된 공간과 연통되며, 상기 배터리케이스 외부에 가스 배출공간이 확보될 수 있도록 설치된 벤팅밸브를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 배터리팩{BATTERY PACK FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 배터리팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리팩의 가스 배출 기술에 관한 것이다.
최근의 전기차 등에는 차량의 동력을 제공하기 위한 고전압배터리가 배터리팩의 형태로 차량에 탑재된다.
상기 배터리팩은 로어케이스와 어퍼커버로 이루어지는 배터리케이스 내부에 다수의 배터리모듈을 수용하고 있으며, 각 배터리모듈은 다수의 배터리셀들로 이루어진다.
상기한 바와 같이 다수의 배터리셀들이 집적되어 있는 배터리팩의 내부에서는 여러 가지 원인으로 배터리셀의 분리막이 손상되면, 발열, 오프가스(OFF-GAS) 방출 및 열폭주 현상이 발생될 수 있으며, 상기와 같이 방출되는 가스를 신속하고 원활하게 배터리팩 외부로 배출시키지 못하면, 인접한 다른 배터리셀들의 연쇄적인 작용으로 더 큰 피해를 초래할 수 있다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 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 1020170010531 A
본 발명은 배터리팩의 내부에서 오프가스가 발생하는 경우, 오프가스의 신속하고 원활한 방출이 가능하도록 함으로써, 배터리팩 내부의 배터리셀들의 연쇄적인 열폭주 현상을 저감하거나 방지함으로써, 비상 상황에서 배터리팩의 피해를 최소화할 수 있도록 한 차량의 배터리팩을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배터리팩은,
배터리케이스 내에 평면을 이루어 배치된 다수의 배터리모듈;
상기 배터리모듈들 사이에 배치된 다수의 종멤버 및 횡멤버;
상기 배터리케이스의 상측에, 상기 종멤버 또는 횡멤버가 설치된 공간과 연통되며, 상기 배터리케이스 외부에 가스 배출공간이 확보될 수 있도록 설치된 벤팅밸브;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 종멤버와 횡멤버가 설치된 공간들은 상기 다수의 배터리모듈이 이루는 평면 상에서 서로 연통되는 격자 형상을 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 다수의 종멤버와 횡멤버가 설치된 공간들은 서로 연통되도록 구성될 수 있다.
상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스의 후방 측으로 연장된 것에 연통되도록 설치될 수 있다.
상기 배터리케이스의 후방 단부에는 차체에 배터리케이스를 고정하기 위한 고정브라켓이 복수개 장착되고;
상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 고정브라켓들 사이를 향하여 연장된 것에 연통되도록 설치될 수 있다.
상기 고정브라켓은 상기 배터리케이스의 후방 단부 양쪽에 2개가 설치되고;
상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스의 후방 중앙으로 연장된 것에 연통되도록 설치될 수 있다.
상기 벤팅밸브는 상기 배터리케이스의 상측 가장자리에 설치될 수 있다.
상기 벤팅밸브는 일반적인 상황에서는 상기 배터리케이스 내부와 외부를 차단하는 상태를 유지하고, 상기 배터리케이스의 내부 압력이 외부 압력보다 높아지면 개방되도록 구성될 수 있다.
상기 배터리케이스에는 일반적인 상황에서 상기 배터리케이스 내부의 압력을 조절하도록 개폐되는 통기밸브가 별도로 구비될 수 있다.
상기 종멤버와 횡멤버의 높이는 상기 배터리모듈의 높이보다 낮게 형성되어, 상기 종멤버와 횡멤버의 상측에는 공간이 형성될 수 있다.
본 발명은 배터리팩의 내부에서 오프가스가 발생하는 경우, 오프가스의 신속하고 원활한 방출이 가능하도록 함으로써, 배터리팩 내부의 배터리셀들의 연쇄적인 열폭주 현상을 저감하거나 방지함으로써, 비상 상황에서 배터리팩의 피해를 최소화할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 배터리팩 구조를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 배터리팩이 차량의 하측에 장착된 상태를 설명한 도면,
도 3은 배터리케이스 내의 종멤버와 횡멤버 설치 공간들이 연결되어 가스가 이동되는 통로 역할을 하는 것을 설명한 도면,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,
도 6은 벤팅밸브가 설치된 상태를 도시한 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 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 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 차량의 배터리팩(1)의 실시예는, 배터리케이스(3) 내에 평면을 이루어 배치된 다수의 배터리모듈(5); 상기 배터리모듈(5)들 사이에 배치된 다수의 종멤버(7) 및 횡멤버(9); 상기 배터리케이스(3)의 상측에, 상기 종멤버(7) 또는 횡멤버(9)가 설치된 공간과 연통되며, 상기 배터리케이스(3) 외부에 가스 배출공간이 확보될 수 있도록 설치된 벤팅밸브(11)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명은 배터리케이스(3) 내에 배치된 다수의 배터리모듈(5)들 사이에 구비되는 종멤버(7)와 횡멤버(9)가 설치된 공간들과 연통되는 벤팅밸브(11)를 구비함으로써, 배터리케이스(3) 내의 임의의 배터리셀로부터 오프가스가 배출되는 경우, 상기 벤팅밸브(11)를 통해 신속하고 원활한 배출이 가능하도록 하는 것이다.
상기 배터리케이스(3)는 하측의 로워케이스(19)와 상측의 어퍼커버(13)로 이루어지며, 상기 배터리모듈(5)은 상기 로워케이스(19)와 어퍼커버(13) 사이의 공간에 하나의 평면을 형성하도록 배치된다.
참고로, 상기 종멤버(7)와 횡멤버(9)의 높이는 상기 배터리모듈(5)의 높이보다 낮게 형성되어, 상기 종멤버(7)와 횡멤버(9)의 상측에는 상기 오프가스가 이동할 수 있는 공간이 형성된다.
즉, 도 4와 같이 종멤버(7)는 상기 배터리모듈(5)의 높이보다 낮게 형성되며, 내부에 CMU(Cell Monitoring Unit)가 배치되어 있으나, 상기 CMU와 종멤버(7) 사이의 공간 및 상기 종멤버(7) 상측에 어퍼커버(13)와의 사이에 공간(S1)이 확보되어, 오프가스가 발생되면, 이 공간을 통해 이동할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 횡멤버(9)도 배터리모듈(5)의 높이보다 낮게 형성되어, 상기 횡멤버(9)의 상측으로 오프가스가 이동할 공간(S2)이 확보되는 것이다.
여기서, 상기 종멤버(7)는 차량의 전후 방향으로 길게 배치된 것을 말하며, 횡멤버(9)는 차량의 횡방향으로 길게 배치된 것을 말한다.
상기 다수의 종멤버(7)와 횡멤버(9)가 설치된 공간들은 도 3에 예시된 바와 같이 상기 다수의 배터리모듈(5)이 이루는 평면 상에서 서로 연통되는 격자 형상을 형성하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 다수의 종멤버(7)와 횡멤버(9)가 설치된 공간들은 서로 연통되도록 구성되는 것이다.
따라서, 상기 배터리케이스(3) 내의 임의의 배터리셀에서 오프가스가 배출되면, 이 오프가스는 상기 종멤버(7)와 횡멤버(9)가 설치된 공간들을 통해 원활하게 이동할 수 있게 되며, 궁극적으로는 상기 벤팅밸브(11)를 통해 상기 배터리케이스(3)의 외부로 신속하고 원활하게 배출될 수 있게 됨으로써, 배터리케이스(3) 내의 오프가스에 의한 열폭주 현상을 효과적으로 저감 내지 방지할 수 있게 된다.
상기 벤팅밸브(11)는 상기 다수의 종멤버(7)가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스(3)의 후방 측으로 연장된 것에 연통되도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 벤팅밸브(11)는 상기 배터리케이스(3)의 상측 가장자리에 설치될 수 있다.
일반적으로 상기 배터리케이스(3)의 차량 전방측은 운전석 및 조수석이 위치하여, 탑승자의 발이 위치하는 공간을 확보해야 하므로, 배터리케이스(3)의 상측에 상기 벤팅밸브(11)로부터 토출되는 오프가스를 원활히 배출하기 위한 공간 확보가 용이하지 않으므로, 상기와 같이 배터리케이스(3)의 후방측으로 연장된 종멤버(7)가 설치된 공간에 연통되도록 벤팅밸브(11)를 상기 배터리케이스(3)의 후방 상측 가장자리에 배치하여, 차량의 후방으로 상기 벤팅밸브(11)에서 토출되는 오프가스가 원활히 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 배터리케이스(3)의 후방 단부에는 차체에 배터리케이스(3)를 고정하기 위한 고정브라켓(15)이 복수개 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 벤팅밸브(11)는 상기 다수의 종멤버(7)가 설치된 공간들 중 상기 고정브라켓(15)들 사이를 향하여 연장된 것에 연통되도록 설치되는 것이 바람직하다.
구체적으로 본 실시예에서는 도시된 바와 같이, 상기 고정브라켓(15)은 상기 배터리케이스(3)의 후방 단부 양쪽에 2개가 설치되고; 상기 벤팅밸브(11)는 상기 다수의 종멤버(7)가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스(3)의 후방 중앙으로 연장된 것에 연통되도록 설치된다.
즉, 상기 벤팅밸브(11)는 상기 2개의 고정브라켓(15) 사이의 공간으로 오프가스를 배출시킬 수 있도록 설치되는 것이다.
따라서, 상기 배터리케이스(3) 내의 임의의 배터리셀에서 발생된 오프가스는 상기 배터리케이스(3) 내의 다수의 종멤버(7)와 횡멤버(9)가 설치된 공간들을 통해 이동하여, 상기 벤팅밸브(11)를 통해 차량 후방으로 원활하게 토출될 수 있게 된다.
한편, 상기 벤팅밸브(11)는 일반적인 상황에서는 상기 배터리케이스(3) 내부와 외부를 차단하는 상태를 유지하고, 상기 배터리케이스(3)의 내부 압력이 외부 압력보다 높아지면 개방되도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 배터리케이스(3)에는 일반적인 상황에서 상기 배터리케이스(3) 내부의 압력을 조절하도록 개폐되는 통기밸브(17)가 별도로 구비된다.
참고로, 상기 일반적인 상황이란, 배터리셀에서 오프가스가 방출되지 않고 배터리케이스(3) 내의 모든 배터리셀들이 정상적으로 작동하는 상황을 의미한다.
참고로, 도 5의 배터리팩(1) 상측에는 차체패널(B)이 함께 표현되어 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 배터리팩
3; 배터리케이스
5; 배터리모듈
7; 종멤버
9; 횡멤버
11; 벤팅밸브
13; 어퍼커버
15; 고정브라켓
17; 통기밸브
19; 로워케이스

Claims (10)

  1. 배터리케이스 내에 평면을 이루어 배치된 다수의 배터리모듈;
    상기 배터리모듈들 사이에 배치된 다수의 종멤버 및 횡멤버;
    상기 배터리케이스의 상측에, 상기 종멤버 또는 횡멤버가 설치된 공간과 연통되며, 상기 배터리케이스 외부에 가스 배출공간이 확보될 수 있도록 설치된 벤팅밸브;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 종멤버와 횡멤버가 설치된 공간들은 상기 다수의 배터리모듈이 이루는 평면 상에서 서로 연통되는 격자 형상을 형성하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 종멤버와 횡멤버가 설치된 공간들은 서로 연통되도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스의 후방 측으로 연장된 것에 연통되도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리케이스의 후방 단부에는 차체에 배터리케이스를 고정하기 위한 고정브라켓이 복수개 장착되고;
    상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 고정브라켓들 사이를 향하여 연장된 것에 연통되도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정브라켓은 상기 배터리케이스의 후방 단부 양쪽에 2개가 설치되고;
    상기 벤팅밸브는 상기 다수의 종멤버가 설치된 공간들 중 상기 배터리케이스의 후방 중앙으로 연장된 것에 연통되도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 벤팅밸브는 상기 배터리케이스의 상측 가장자리에 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 벤팅밸브는 일반적인 상황에서는 상기 배터리케이스 내부와 외부를 차단하는 상태를 유지하고, 상기 배터리케이스의 내부 압력이 외부 압력보다 높아지면 개방되도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 배터리케이스에는 일반적인 상황에서 상기 배터리케이스 내부의 압력을 조절하도록 개폐되는 통기밸브가 별도로 구비된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 종멤버와 횡멤버의 높이는 상기 배터리모듈의 높이보다 낮게 형성되어, 상기 종멤버와 횡멤버의 상측에는 공간이 형성되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 배터리팩.

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