KR20230122934A - 전지 팩 - Google Patents

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KR20230122934A
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김지용
안형준
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진희준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은, 내부에서 발생한 화염이 외부로 노출되어 확산되는 것을 방지하고, 연기, 가스 및 분진 등을 외부로 배출하여 내부에서의 폭발 위험성을 감소시키며, 나아가 내부에서 자체적으로 화염을 진압하는 것을 통하여 연쇄적인 발화를 지연시키고 방지할 수 있어 제품의 안전성이 향상된 전지 팩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전지 팩은, 판 형상의 하부 케이스, 하부 케이스 상에 배치되는 복수의 전지 모듈 및 하면이 없는 다면체 형상을 가지고, 전지 모듈을 덮으며 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스 및 전극 단자가 있는 쪽 면인 전지 모듈의 전면과 이격되게 상부 케이스 내부에 배치되어 전지 모듈에서 발생하는 화염의 전파를 방지하는 화염 전파 방지 유닛을 포함하고, 화염 전파 방지 유닛은, 상부 케이스의 내후면과 이격되게 배치되는 차단벽 및 차단벽과 일단이 연결되어 차단벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되고, 상부 케이스의 내측면과 이격되게 배치되는 통로벽을 포함할 수 있다.

Description

전지 팩{THE BATTERY PACK}
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 좀 더 자세히는 충전 또는 방전이 가능한 이차 전지의 전지 팩에 관한 것이다.
근래에는 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 전기 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전지 등의 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 전지를 사용하는 전자 모바일 기기와 전기 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지 또는 전지 모듈을 집합시킨 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
전지 팩은 다수의 전지 모듈이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각각의 전지 모듈에서 다량의 열이 발생되고, 열에 의해 전지 모듈에서 화염이 발생하는 경우가 있다. 또한, 이러한 화염으로 외부로 확산되는 경우가 발생하였다.
이에 따라, 소비자의 안전을 위하여 UL1973 내유소 항목 및 UL9540A의 만족 여부에 대한 필요성이 대두되었다.
그러나, 종래의 전지 팩은 내부의 전지 모듈에서 시작된 화염이 외부로 노출되는 문제가 발생하였고, 이에 따라 발생하는 화염의 외부 확산을 막지 못하는 문제가 존재하였다.
이러한 문제점의 해결을 위하여 폭발 가능성은 줄이면서도 내부에서 발생한 화염이 외부로 노출되는 것을 차단하여 화염의 확산을 사전에 방지할 수 있는 전지 팩이 필요한 실정이다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전지 팩 내부에서 발생한 화염이 외부로 노출되어 확산되는 것을 방지하고, 연기, 가스 및 분진 등을 외부로 배출하여 내부에서의 폭발 위험성을 감소시키며, 나아가 내부에서 자체적으로 화염을 진압하는 것을 통하여 연쇄적인 발화를 지연시키고 방지할 수 있어 제품의 안전성이 향상된 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전지 팩은, 판 형상의 하부 케이스, 하부 케이스 상에 배치되는 복수의 전지 모듈, 하면이 없는 다면체 형상을 가지고, 전지 모듈을 덮으며 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스 및 전극 단자가 있는 쪽 면인 전지 모듈의 전면과 이격되게 상부 케이스 내부에 배치되어 전지 모듈에서 발생하는 화염의 전파를 방지하는 화염 전파 방지 유닛(Flame Arrestor)을 포함하고, 화염 전파 방지 유닛은, 상부 케이스의 내후면과 이격되게 배치되는 차단벽 및 차단벽과 일단이 연결되어 차단벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되고, 상부 케이스의 내측면과 이격되게 배치되는 통로벽을 포함할 수 있다.
화염 전파 방지 유닛은, 상부 케이스의 내후면에 닿지 않도록 차단벽으로부터 상부 케이스 내후면을 향해 연장되는 복수개의 제1 돌출벽 및 차단벽에 닿지 않도록 상부 케이스의 내후면으로부터 차단벽을 향해 연장되는 복수개의 제2 돌출벽을 더 포함하고, 제1 돌출벽 및 제2 돌출벽은 교대로 배치될 수 있다.
전지 팩은, 전지 모듈의 길이 방향으로 연장되는 판 형상을 가지고, 인접한 전지 모듈들이 서로 격리되도록 전지 모듈들의 사이에 배치되는 수평 격벽 및 전지 모듈의 폭 방향으로 연장되는 판 형상을 가지고, 전지 모듈의 전면과 상부 케이스의 내전면 사이를 가로막도록 배치되는 수직 격벽을 더 포함할 수 있다.
전지 팩은, 수평 격벽 및 수직 격벽은 서로 수직하게 만날 수 있다.
수평 격벽은, 스틸(Steel) 소재를 포함할 수 있다.
수평 격벽은, 전지 모듈과 마주하는 면에 단열 시트가 부착될 수 있다.
단열 시트는, 운모를 포함할 수 있다.
상부 케이스는, 내후면으로부터 외후면까지 관통하여 이어지는 배출공이 형성될 수 있다.
전지 팩은, 상부 케이스의 외전면으로부터 내전면까지 관통하여 배치되는 주수 시스템을 더 포함하고, 주수 시스템은, 상부 케이스 내부의 전지 모듈을 향해 물을 주입할 수 있는 통로를 포함할 수 있다.
전지 팩은, 상부 케이스의 내부에 배치되어 전지 모듈의 상태를 점검하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 더 포함할 수 있다.
전지 팩은, 하부 케이스 및 전지 모듈 사이에 배치되는 판 형상의 열계면 소재(TIM, Thermal Interface Material)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전지 팩은, 판 형상의 하부 케이스, 하부 케이스 상에 배치되는 복수의 전지 모듈 및 하면이 없는 다면체 형상을 가지고, 전지 모듈을 덮으며 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스 및 전극 단자가 있는 쪽 면인 전지 모듈의 전면과 이격되게 상부 케이스 내부에 배치되어 전지 모듈에서 발생하는 화염의 전파를 방지하는 화염 전파 방지 유닛을 포함하고, 화염 전파 방지 유닛은, 상부 케이스의 내후면과 이격되게 배치되는 차단벽 및 차단벽과 일단이 연결되어 차단벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되고, 상부 케이스의 내측면과 이격되게 배치되는 통로벽을 포함할 수 있다.
그에 따라, 전지 팩 내부에서 발생한 화염이 외부로 노출되어 확산되는 것을 방지하고, 연기, 가스 및 분진 등을 외부로 배출하여 내부에서의 폭발 위험성을 감소시키며, 나아가 내부에서 자체적으로 화염을 진압하는 것을 통하여 연쇄적인 발화를 지연시키고 방지할 수 있어 제품의 안전성이 향상된 전지 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 개략적으로 도시한 배면 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 상부 케이스를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 상부 케이스를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7은 도 5의 A 부분을 확대한 확대도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 각 구성들을 확인하기 쉽도록 전지 팩(100)을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)을 개략적으로 도시한 배면 확대 사시도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 전지 팩(100)의 내부에서 발생한 화염이 전파되어 외부로 확산되는 것을 방지하기 위하여 전지 모듈(110), 하부 케이스(120), 상부 케이스(130) 및 화염 전파 방지 유닛(140)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 충전 또는 방전을 통하여 전기 에너지를 생성하기 위하여 2개의 이차 전지가 포함된 전지 모듈(110)을 포함할 수 있다.
전지 모듈(110)이 배치되기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 하부 케이스(120)를 포함할 수 있다.
하부 케이스(120)의 상면에는 전지 모듈(110)이 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 2개의 전지 모듈(110)을 포함할 수 있다. 따라서, 하부 케이스(120)의 상면에는 2개의 전지 모듈(110)이 서로 평행하게 배치될 수 있다.
하부 케이스(120)는 상부에 전지 모듈(110)이 배치될 수 있도록 판 형상을 가질 수 있다. 하부 케이스(120)는 전지 모듈(110)이 배치될 수 있으면 충분하고 형상에 대한 제한은 없다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 상부 케이스(130)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 상부 케이스(130)를 개략적으로 도시한 평면도이다. 또한, 도 7은 도 5의 A 부분을 확대한 확대도이다.
전지 모듈(110)에서 발생한 화염이 외부로 확산되지 않도록 하기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 상부 케이스(130)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 상부 케이스(130)는 하면이 없는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 상부 케이스(130)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 다면체 형상을 가질 수도 있다.
상부 케이스(130)는 전지 모듈(110)의 외부에 배치되어 전지 모듈(110)을 덮으며 하부 케이스(120)와 결합할 수 있다. 이 때 상부 케이스(130)가 하부 케이스(120)와 결합하는 방법은 다양할 수 있고, 전지 팩(100)은 상부 케이스(130)와 하부 케이스(120)의 결합을 위해 볼트 등의 추가적인 부품을 포함할 수 있다.
또한, 전지 팩(100)은 상부 케이스(130)와 하부 케이스(120)가 결합할 때 결합되는 부분의 밀봉을 위하여 상부 케이스(130)와 하부 케이스(120)가 결합되는 부분에 배치되는 추가 구성을 더 포함할 수도 있다.
하면이 없는 직육면체 형상의 상부 케이스(130)가 상부에 전지 모듈(110)이 배치된 하부 케이스(120)와 결합하면 상부 케이스(130)의 내부에 전지 모듈(110)이 배치될 수 있다.
따라서, 하부 케이스(120)와 상부 케이스(130) 사이에 배치된 전지 모듈(110)은 하부 케이스(120)와 상부 케이스(130)의 결합으로 인하여 외부와의 접촉이 방지될 수 있고, 전지 모듈(110)에서 발생한 화염이 외부로 확산되는 것을 최소화할 수 있다.
전지 모듈(110)의 화재로 인하여 발생된 연기 및 분진 등이 전지 팩(100)의 외부로 배출되기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 상부 케이스(130)는 배출공(131)이 형성될 수 있다.
상부 케이스(130)에 형성된 배출공(131)은 상부 케이스(130)의 내후면으로부터 외후면까지 관통하여 이어진 형태로 형성될 수 있다.
배출공(131)의 단면 형상에 대한 제한은 없으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출공(131)은 직사각형의 단면을 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는 직사각형의 단면을 가지는 배출공(131)의 가로 길이는 이후에 설명할 제1 돌출벽(143)과 제2 돌출벽(144) 사이의 간격보다 작을 수 있다.
화염 전파 방지 유닛(140)을 통해 화염은 감소하거나 소멸되므로, 상부 케이스(130)에 형성된 배출공(131)을 통해 연기 및 분진 등이 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 배출공(131)은 전지 팩(100) 내부에서 폭발 등이 발생할 위험을 감소시킬 수 있다.
전지 모듈(110)에서 발생한 화염의 전파를 지연시킬 수 있는 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 화염 전파 방지 유닛(140)을 포함할 수 있다.
도 6 및 7을 참조하면, 화염 전파 방지 유닛(140)은 차단벽(141) 및 통로벽(142a, 142b)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 화염 전파 방지 유닛(140)은 상부 케이스(130)가 하부 케이스(120)와 결합된 상태에서 상부 케이스(130)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로는, 상부 케이스(130)의 내전면보다 내후면에 가깝도록 배치될 수 있다.
화염 전파 방지 유닛(140)의 차단벽(141)은 상부 케이스(130)의 내후면과 이격되게 배치될 수 있다.
차단벽(141)은 상부 케이스(130)의 가로 방향으로 연장된 판 형상을 가질 수 있고, 차단벽(141)의 가로 길이는 상부 케이스(130)의 가로 길이보다 작을 수 있다. 또한, 차단벽(141)의 상면은 상부 케이스(130)의 상면과 접촉하고, 차단벽(141)의 하면은 상부 케이스(130)의 하면과 접촉하여 차단벽(141)의 상부 또는 하부에 틈이 발생하지 않도록 배치될 수 있다.
차단벽(141)의 두께에 대한 제한은 없으며, 차단벽(141)은 화재로 인한 열 저항성이 큰 물질로 이루어질 수 있다.
화염 전파 방지 유닛(140)의 통로벽(142a, 142b)은 차단벽(141)과 일단이 연결되어 차단벽(141)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되고, 상부 케이스(130)의 내측면과 이격되게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 통로벽(142a, 142b)은 직사각형 형상을 가지는 상부 케이스(130)의 내측면과 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화염 전파 방지 유닛(140)은 2개의 통로벽(142a, 142b)을 포함할 수 있다. 즉, 2개의 통로벽(142a, 142b)이 상부 케이스(130)의 좌우 양쪽에 형성되어 있는 2개의 내측면에 각각 이격되게 배치될 수 있다.
통로벽(142a, 142b)은 상부 케이스(130)의 세로 방향으로 연장된 판 형상을 가질 수 있고, 통로벽(142a, 142b)이 차단벽(141)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 길이는 상부 케이스(130)의 세로 길이보다 작을 수 있다. 또한, 통로벽(142a, 142b)의 상면은 상부 케이스(130)의 상면과 접촉하고, 통로벽(142a, 142b)의 하면은 상부 케이스(130)의 하면과 접촉하여 통로벽(142a, 142b)의 상부 또는 하부에 틈이 발생하지 않도록 배치될 수 있다.
통로벽(142a, 142b)과 상부 케이스(130)의 하면, 상면 및 내측면에 의하여 전지 모듈(110)에서 발생한 화염, 연기 및 분진 등이 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 통로를 통하여 이동한 화염, 연기 및 분진 등은 차단벽(141)과 상부 케이스(130)의 하면, 상면 및 내후면에 의하여 형성된 공간으로 이동할 수 있다.
통로벽(142a, 142b)의 두께에 대한 제한은 없으며, 통로벽(142a, 142b)은 화재로 인한 열 저항성이 큰 물질로 이루어질 수 있다.
전지 모듈(110)에서 발생한 화염이 줄어들게 만드는 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 화염 전파 방지 유닛(140)은 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)을 더 포함할 수 있다.
화염 전파 방지 유닛(140)의 제1 돌출벽(143)은 상부 케이스(130)의 내후면에 닿지 않도록 차단벽(141)으로부터 상부 케이스(130) 내후면을 향해 연장된 형태일 수 있고, 화염 전파 방지 유닛(140)의 제2 돌출벽(144)은 차단벽(141)에 닿지 않도록 상부 케이스(130)의 내후면으로부터 차단벽(141)을 향해 연장된 형태일 수 있다. 또한, 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)은 복수개 형성될 수 있고, 교대로 배치될 수 있다.
교대로 배치된 복수개의 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)에 의해 화염 전파 방지 유닛(140)은 상부에서 내려봤을 때 꼬불꼬불한 형상의 공간을 형성할 수 있다. 전지 모듈(110)에서 발생된 화염은 이러한 공간을 이동하는 과정에서 점점 약해질 수 있다.
제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)은 상부 케이스(130)의 세로 방향으로 연장된 판 형상을 가질 수 있고, 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)의 연장된 길이는 차단벽(141)과 상부 케이스(130)의 후내면 사이의 간격보다 작을 수 있다. 또한, 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)의 상면은 상부 케이스(130)의 상면과 접촉하고, 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)의 하면은 상부 케이스(130)의 하면과 접촉하여 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)의 상부 또는 하부에 틈이 발생하지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 화염 전파 방지 유닛(140)이 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)을 포함함으로써, 전지 팩(100)의 내부에 있는 전지 모듈(110)에서 발생한 화염이 제1 돌출벽(143) 및 제2 돌출벽(144)에 의해 형성된 공간을 이동하는 과정에서 약화 또는 소멸되어 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
전지 모듈(110) 사이에서 화염이 전파되는 것을 방지하기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 수평 격벽(150) 및 수직 격벽(160)을 더 포함할 수 있다.
수평 격벽(150)은 수직 격벽(160) 및 화염 전파 방지 유닛(140)의 차단벽(141)과 접촉하도록 연장될 수 있고, 인접한 전지 모듈(110)들이 서로 격리되도록 전지 모듈(110)들의 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 격벽(150)은 평행하게 배치된 전지 모듈(110)과 나란하게 배치될 수 있다.
수평 격벽(150)은 전지 모듈(110)의 길이 방향으로 연장되는 판 형상을 가질 수 있다. 수평 격벽(150)의 형상은 이에 한정되지 않으며 전지 모듈(110) 사이에서 서로 인접한 전지 모듈(110)을 차단할 수 있는 형상이면 충분하다.
전지 모듈(110)에서 화재가 발생한 경우에 변형되지 않기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 수평 격벽(150)은 스틸 소재를 포함할 수 있다.
전지 모듈(110)에서 화재가 발생한 경우에도 인접한 다른 전지 모듈(110)로 화재가 확산되는 것을 방지하기 위하여 수평 격벽(150)은 열 저항성이 큰 스틸 소재를 포함할 수 있고, 바람직하게는 스틸 소재로 이루어질 수 있다.
스틸 소재로 만들어진 수평 격벽(150)은 전지 모듈(110)에서 화재가 발생하더라도, 물리적으로 변형되지 않아 화재의 확산을 방지할 수 있다.
전지 모듈(110)에서 화재가 발생한 경우에 열이 확산되는 것을 방지하기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)의 수평 격벽(150)은 단열 시트(151)가 부착될 수 있다.
단열 시트(151)는 전지 모듈(110)과 마주하는 수평 격벽(150)의 면에 부착될 수 있다. 따라서, 전지 모듈(110)과 마주하는 수평 격벽(150)의 양면 또는 일면에 단열 시트(151)가 부착될 수 있다.
단열 시트(151)는 수평 격벽(150)의 면에 부착되기 쉽도록 얇은 판 형상을 가질 수 있다.
수평 격벽(150)에 단열 시트(151)가 부착됨으로써, 전지 모듈(110)에서 화재가 발생한 경우에도 인접한 다른 전지 모듈(110)로 열이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전지 모듈(110)에서 방출된 열이 다른 전지 모듈(110)로 확산되는 것을 방지하여 화재의 발생을 사전에 방지할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단열 시트(151)는 운모를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 단열 시트(151)는 운모로 이루어질 수 있다.
운모는 내화성 및 단열성이 우수하기 때문에, 전지 모듈(110)에 화재가 발생하였을 때 운모를 포함하는 단열 시트(151)는 불에 타지 않고 견딜 수 있고, 인접한 전지 모듈(110)로 열이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
수직 격벽(160)은 상부 케이스(130)의 양 내측면에 접촉하도록 연장될 수 있고, 전지 모듈(110)의 전면과 상부 케이스(130)의 내전면 사이를 가로막도록 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 격벽(160)은 평행하게 배치된 전지 모듈(110)과 수직하게 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 격벽(150)과 수직 격벽(160)은 서로 수직하게 만날 수 있다. 서로 수직하게 만나는 수평 격벽(150) 및 수직 격벽(160)에 의하여 전지 모듈(110)은 외부와의 접촉이 효율적으로 차단될 수 있고, 인접한 전지 모듈(110)이 서로 효율적으로 차단될 수 있다. 즉, 전지 모듈(110)에서 발생한 화염이 전파될 가능성을 줄일 수 있다.
수직 격벽(160)은 전지 모듈(110)의 폭 방향으로 연장되는 판 형상을 가질 수 있다. 수직 격벽(160)의 형상은 이에 한정되지 않으며 전지 모듈(110)과 외부를 차단할 수 있는 형상이면 충분하다.
전지 모듈(110)에서 발생한 화재를 조기에 진압하기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 주수 시스템(170)을 더 포함할 수 있다.
주수 시스템(170)은 상부 케이스(130)의 외전면으로부터 내전면까지 관통하여 배치될 수 있다. 또한, 이렇게 배치될 수 있는 주수 시스템(170)은 상부 케이스(130)의 내부에 위치한 전지 모듈(110)을 향해 물을 주입할 수 있는 통로를 포함할 수 있다.
주수 시스템(170)은 전지 모듈(110)에 화재가 발생한 경우 상부 케이스(130) 내부의 전지 모듈(110)을 향해 물을 주입할 수 있어야하므로, 화재 발생 시 자동으로 물을 주입하는 시스템이 갖춰질 수 있고, 주입하기 위한 물을 공급받을 수 있는 구성과 연결될 수도 있다.
전지 팩(100)은 주수 시스템(170)을 더 포함하여 전지 모듈(110)에 화재가 발생한 경우에 주수 시스템(170)의 통로를 통해 물이 주입될 수 있고, 이를 통해 화재가 커지기 전에 조기에 진압하여 화재의 확산을 사전에 방지할 수 있다.
전지 모듈(110)에서 발생할 수 있는 화재, 발열 등을 포함한 문제점을 확인하기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 배터리 관리 시스템(180)을 더 포함할 수 있다.
배터리 관리 시스템(180)은 상부 케이스(130)의 내부에 배치될 수 있고, 전지 팩(100)의 상태를 나타낼 수 있는 디스플레이 등의 구성을 포함할 수도 있다.
배터리 관리 시스템(180)은 전지 팩(100)의 여러가지 상태를 점검할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 시스템(180)은 전지의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 최적의 상태로 유지 관리할 수 있다. 또한, 전지 교체 시기 예측 및 문제를 사전에 발견할 수 있어 전지 팩(100)의 수명을 연장할 수 있다. 뿐만 아니라, 전지 팩(100) 내부의 온도 이상, 과전압 및 과전류 충전으로 인한 과열을 사전에 발견할 수 있다.
전지 팩(100)은 배터리 관리 시스템(180)을 더 포함하여 화재 등의 발생을 사전에 발견하여 조기 대처할 수 있다.
전지 모듈(110)에서 발생된 열을 감소시키기 위한 구성의 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 열계면 소재(190)를 더 포함할 수 있다.
열계면 소재(190)는 하부 케이스(120) 및 전지 모듈(110) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 아래에서부터 하부 케이스(120), 열계면 소재(190), 전지 모듈(110) 순서로 배치될 수 있다.
이 때, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타내지 않았지만, 전지 팩(100)은 열계면 소재(190)를 통해 전달된 열을 제거하기 위하여 열계면 소재(190)의 하부에 히트 싱크, 냉각판 등의 구성을 더 포함할 수 있다.
열계면 소재(190)는 접촉 열 저항을 최소화하는 역할을 할 수 있다. 즉, 히트 싱크, 냉각판 등으로 전달되는 열의 양을 증가시킬 수 있어 전지 모듈(110)에서 발생된 열을 효율적으로 제거할 수 있다.
열계면 소재(190)는 주로 열 전도성이 높은 물질로 구성될 수 있다.
전지 팩(100)은 열계면 소재(190)를 더 포함하여 전지 모듈(110) 사이에 열이 확산되는 것을 방지하는 동시에 전지 모듈(110)에서 발생된 열을 효율적으로 제거하여 화재 발생 위험성을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)은 내부에서 발생한 화염이 외부로 노출되어 확산되는 것을 방지하고, 연기, 가스 및 분진 등을 외부로 배출하여 내부에서의 폭발 위험성을 감소시키며, 나아가 내부에서 자체적으로 화염을 진압하는 것을 통하여 연쇄적인 발화를 지연시키고 방지할 수 있어 제품의 안전성이 향상되는 효과를 발생시킬 수 있다.
이하에서는, 전지 모듈(110)의 개수가 상이한 다른 실시예를 통해 전지 팩(100)의 특정 구성들이 배치되는 형태 등에 대해 설명한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(100)과 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩(100)은 3개의 전지 모듈(110)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 하부 케이스(120)의 상부에는 3개의 전지 모듈(110)이 나란하게 배치될 수 있고, 두 개의 전지 모듈(110) 및 나머지 하나의 전지 모듈(110) 사이에 수평 격벽(150)이 배치될 수 있다.
따라서, 두 개의 전지 모듈(110)에 의해 발생된 화염이 하나의 통로벽(142a)을 통해 화염 전파 방지 유닛(140) 내부로 이동 가능하고, 나머지 하나의 전지 모듈(110)에서 발생된 화염이 다른 하나의 통로벽(142b)을 통해 화염 전파 방지 유닛(140) 내부로 이동 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예 따른 전지 팩(100)은 4개의 전지 모듈(110)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 하부 케이스(120)의 상부에는 4개의 전지 모듈(110)이 나란하게 배치될 수 있고, 두 개의 전지 모듈(110) 및 나머지 두 개의 전지 모듈(110) 사이에 수평 격벽(150)이 배치될 수 있다.
따라서, 두 개의 전지 모듈(110)에 의해 발생된 화염이 하나의 통로벽(142a)을 통해 화염 전파 방지 유닛(140) 내부로 이동 가능하고, 나머지 두 개의 전지 모듈(110)에서 발생된 화염이 다른 하나의 통로벽(142b)을 통해 화염 전파 방지 유닛(140) 내부로 이동 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
100: 전지 팩
110: 전지 모듈
120: 하부 케이스
130: 상부 케이스
131: 배출공
140: 화염 전파 방지 유닛
141: 차단벽
142a, 142b: 통로벽
143: 제1 돌출벽
144: 제2 돌출벽
150: 수평 격벽
151: 단열 시트
160: 수직 격벽
170: 주수 시스템
180: 배터리 관리 시스템
190: 열계면 소재

Claims (11)

  1. 판 형상의 하부 케이스;
    상기 하부 케이스 상에 배치되는 복수의 전지 모듈;
    하면이 없는 다면체 형상을 가지고, 상기 전지 모듈을 덮으며 상기 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스; 및
    전극 단자가 있는 쪽 면인 상기 전지 모듈의 전면과 이격되게 상기 상부 케이스 내부에 배치되어 상기 전지 모듈에서 발생하는 화염의 전파를 방지하는 화염 전파 방지 유닛을 포함하고,
    상기 화염 전파 방지 유닛은,
    상기 상부 케이스의 내후면과 이격되게 배치되는 차단벽; 및
    상기 차단벽과 일단이 연결되어 상기 차단벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되고, 상기 상부 케이스의 내측면과 이격되게 배치되는 통로벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화염 전파 방지 유닛은,
    상기 상부 케이스의 상기 내후면에 닿지 않도록 상기 차단벽으로부터 상기 상부 케이스 상기 내후면을 향해 연장되는 복수개의 제1 돌출벽; 및
    상기 차단벽에 닿지 않도록 상기 상부 케이스의 상기 내후면으로부터 상기 차단벽을 향해 연장되는 복수개의 제2 돌출벽을 더 포함하고,
    상기 제1 돌출벽 및 상기 제2 돌출벽은 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 모듈의 길이 방향으로 연장되는 판 형상을 가지고, 인접한 상기 전지 모듈들이 서로 격리되도록 상기 전지 모듈들의 사이에 배치되는 수평 격벽; 및
    상기 전지 모듈의 폭 방향으로 연장되는 판 형상을 가지고, 상기 전지 모듈의 상기 전면과 상기 상부 케이스의 내전면 사이를 가로막도록 배치되는 수직 격벽을 더 포함하는 전지 팩.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수평 격벽 및 상기 수직 격벽은 서로 수직하게 만나는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 수평 격벽은,
    스틸 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 수평 격벽은,
    상기 전지 모듈과 마주하는 면에 단열 시트가 부착되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 단열 시트는,
    운모를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 케이스는,
    상기 내후면으로부터 외후면까지 관통하여 이어지는 배출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 케이스의 외전면으로부터 내전면까지 관통하여 배치되는 주수 시스템을 더 포함하고,
    상기 주수 시스템은,
    상기 상부 케이스 내부의 상기 전지 모듈을 향해 물을 주입할 수 있는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 케이스의 내부에 배치되어 상기 전지 모듈의 상태를 점검하는 배터리 관리 시스템을 더 포함하는 전지 팩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 케이스 및 상기 전지 모듈 사이에 배치되는 판 형상의 열계면 소재를 더 포함하는 전지 팩.
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