KR20230133538A - 열폭주 방지를 위한 고내열성의 전지팩용 커넥터 - Google Patents

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KR20230133538A
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side wall
connector
wall portion
high heat
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이창훈
정상은
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본원발명은 전기적 연결 경로가 되는 단자핀, 상기 단자핀이 장착되는 하우징, 및 상기 하우징에 부가된 고내열성 부재를 포함하는 전지팩용 커넥터에 관한 것으로, 고내열성 부재를 부가하여 커넥터의 용융을 방지하여 전지팩 내부에서 발생한 열폭주 현상이 외부로 확산되는 것을 차단할 수 있다.

Description

열폭주 방지를 위한 고내열성의 전지팩용 커넥터{Connector for Battery Pack with High Heat Resistance to Prevent Thermal Propagation}
본원발명은 열폭주 방지를 위한 고내열성의 전지팩용 커넥터에 관한 것이다. 구체적으로, 높은 안전성이 요구되는 전기자동차와 같은 장치의 에너지원으로 사용되는 열폭주 방지를 위한 고내열성의 전지팩용 커넥터에 관한 것이다.
전기자동차의 에너지원으로 에너지밀도가 높고 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지가 주로 사용되고 있다. 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지는 과열에 의한 폭발의 위험성이 있으며, 발화가 발생하면 전소가 될 때까지 진압하기 어려운 문제가 있다.
전지팩 내의 전지셀 이상으로 열폭주가 발생하는 경우, 전극리드와 인접한 전지팩용 커넥터가 화염 노출에 가장 취약하다. 이러한 전지팩용 커넥터는 단선에 의해서 2차 피해를 초래할 수 있다. 종래의 전지팩용 커넥터는 내열성이 낮은 소재로 이루어져 쉽게 용융되기 때문에 열폭주로 인한 화염이 전지팩 외부로 전이되는 문제가 있었다.
도 1은 종래의 전지팩용 커넥터의 사시도를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 전지팩(100)의 일측 끝단에 종래 기술에 따른 전지팩용 커넥터(200)가 위치하고 있다.
종래 기술에 따른 전지팩용 커넥터(200)의 하단은 전지모듈의 전극단자와 전기적으로 연결되기 때문에, 화재 발생시 온도가 급격히 증가하게 된다. 종래에는 전지팩용 커넥터를 플라스틱으로 제조하기 때문에, 전지팩의 온도 증가시 전지팩용 커넥터의 하우징(210)이 쉽게 용융될 수 있다.
상기 전지팩용 커넥터의 하우징(210)이 용융되면 팩 케이스에 개구가 생기게 되는 바, 이를 통해 화염과 스파크가 분출될 수 있다. 이로 인해 다른 전지팩으로 열폭주가 전달될 수 있으며, 이는 안전성에 심각한 문제가 된다.
특허문헌 1은 배터리 모듈에 관한 것으로, 배터리 모듈 외부로 노출되어 외부 장치와 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함하고, 상기 커넥터는 금속성 커넥터 하우징을 포함한다.
특허문헌 1은 전지팩용 커넥터로 유입되는 정전기가 커넥터 외부의 금속 하우징을 통해 접지핀 연결부와 접지핀으로 흘러 나가게 하고, 접지핀으로 흘러간 정전기는 외부 접지 라인을 통해 접지되는 구조로 구성되는 바, 특허문헌 1은 정전기로 인한 문제를 해결하기 위한 기술이다.
특허문헌 1은 열폭주 현상시 손상되는 전지팩용 커넥터의 문제를 해결하기 위한 방법을 제시하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 전자제어장치에 관한 것으로, 특수 커넥터 또는 오링을 사용하지 않고서도 커넥터 커버와 하우징 바디 사이의 실링 공간에 포팅층에 의한 실링이 이루어짐으로써, 커넥터 커버와 하우징 바디 사이의 방수 성능을 향상시킬 수 있다.
특허문헌 2는 전자제어장치의 하우징 내에 실리콘, 에폭시 또는 우레탄을 이용하여 형성된 포팅층을 구비하고 있으나, 전지셀의 열폭주가 확산되는 것을 방지하기 위한 문제를 인식하지 못하고 있다.
이와 같이 종래의 전지팩용 커넥터는 과열에 의한 열폭주시 큰 문제가 될 수 있으나, 이에 대해서 인식하거나, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술은 제공되지 않았다.
대한민국 공개특허공보 제2018-0090572호 (2018.08.13) ('특허문헌 1') 대한민국 등록특허공보 제1418683호 (2014.07.04) ('특허문헌 2')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지팩 내부에서 화염 발생시 화염에 취약한 전지팩용 커넥터가 용융되는 것을 방지하고 열폭주가 확산되는 것을 억제할 수 있는 열폭주 방지를 위한 고내열성의 전지팩용 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 전지팩용 커넥터는 전기적 연결 경로가 되는 단자핀, 상기 단자핀이 장착되는 하우징, 및 상기 하우징에 부가된 고내열성 부재를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 고내열성 부재와 다른 종류의 소재로 이루어질 수 있다.
상기 고내열성 부재는 절연성 소재의 포팅(potting)액을 고형화하여 제조된 것일 수 있다.
상기 절연성 소재는 고내열성 실리콘 또는 세라믹일 수 있다
상기 하우징은 단자핀이 결합되는 하단부, 상기 하단부에 대해 수직이 되도록 연장되는 측벽부, 및 외부 단자 결합시 상기 단자핀의 변형을 방지하기 위한 격벽부를 포함할 수 있다.
상기 측벽부의 외면 전체에 상기 고내열성 부재가 장착될 수 있다.
상기 하단부는 상기 측벽부의 외주변에서 상기 고내열성 부재의 두께만큼 외측으로 연장된 형태로 이루어질 수 있다.
상기 측벽부는 상기 하단부의 외주변에서 수직이 되도록 연장되는 외부 측벽부, 및 상기 외부 측벽부에서 내측으로 이격된 위치에서 상기 외부 측벽부와 평행하게 연장되는 내부 측벽부를 포함하고, 상기 외부 측벽부와 상기 내부 측벽부 사이에 상기 고내열성 부재가 부가될 수 있다.
한편, 상기 전지팩용 커넥터는 저전압용일 수 있다.
전지팩용 커넥터 제조방법에 관한 제1실시예로서, 금형에 절연성 소재의 포팅액을 부가하는 단계, 상기 포팅액을 고형화 하여 고내열성 부재를 제조하는 단계, 및 전지팩용 커넥터의 하우징에 상기 고내열성 부재를 결합하는 단계을 포함하고, 상기 고내열성 부재는 상기 하우징의 측벽부 외면에 결합될 수 있다.
상기 전지팩용 커넥터의 하우징에 상기 고내열성 부재를 결합하는 단계는, 억지끼움 방식, 또는 상기 하우징과 고내열성 부재 사이에 접착물질을 부가하는 방법으로 이루어질 수 있다.
전지팩용 커넥터 제조방법에 관한 제2실시예로서, 외부 측벽부와 내부 측벽부를 포함하는 전지팩용 커넥터를 준비하는 단계, 및 상기 외부 측벽부와 내부 측벽부 사이 공간에 고내열성 부재를 부가하는 단계를 포함하고, 상기 외부 측벽부와 상기 내부 측벽부는 상기 전지팩용 커넥터의 하단부 둘레 전체를 따라 형성될 수 있다.
상기 고내열성 부재는 디스펜싱 공법으로 부가될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 전지팩용 커넥터는 전지팩과 밀착되는 부분에 고내열성 부재를 부가하기 때문에, 전지팩의 온도 증가시 고내열성 부재가 형태 유지할 수 있다. 전지팩용 커넥터가 높은 온도에 의해 용융되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 전지팩용 커넥터의 형태가 유지될 수 있으므로, 전지팩 외부로 열폭주 현상이 전달되는 것을 방지할 수 있는 안전성이 향상된 전지팩을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 전지팩용 커넥터의 사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 전지팩용 커넥터가 장착된 전지팩 일부의 사시도이다.
도 3은 제1실시예에 따른 전지팩용 커넥터의 사시도이다.
도 4는 제2실시예에 따른 전지팩용 커넥터의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 관한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 관한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
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.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 관한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명에 따른 전지팩용 커넥터가 장착된 전지팩 일부의 사시도이고, 도 3은 제1실시예에 따른 전지팩용 커넥터의 사시도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본원발명에 따른 전지팩용 커넥터(200)는 전지팩(100)의 일측 끝단부에 장착되는 것으로, 전지팩 내부에 있는 전지모듈의 단자와 전기적으로 연결된다.
전지팩용 커넥터(200)는 저전압용 커넥터일 수 있으며, 상기 저전압용 커넥터는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)이나 전장 부품들을 구동하거나, 전지셀들의 전압 및 온도 등을 센싱하기 위해 사용될 수 있다.
전지팩용 커넥터(200)는 전기적 연결 경로가 되는 단자핀(211), 단자핀(211)이 장착되는 하우징(210), 및 하우징(210)에 부가되는 고내열성 부재(230)를 포함한다.
하우징(210) 내부에는 외부 단자가 결합되는 부분으로서, 외부 단자 결합시 단자핀의 변형을 방지하기 위한 격벽부(215)가 형성된다.
단자핀(211)은 하우징(210)의 격벽부(215) 내에 장착되는데 상기 단자핀(211)이 장착되는 부분은 성형이 복잡하고 정밀도가 요구된다. 따라서, 하우징(210)은 사출 공정으로 제조되는 것이 바람직한 바, 하우징(210)의 소재는 고내열성 부재(230)와 다른 종류의 소재로 구성된다. 예를 들어, 하우징(210)은 사출 성형이 가능한 소재로 이루어져야 하는 바, 고내열성 부재(230) 보다 용융온도가 낮은 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
고내열성 부재(230)는 절연성 소재의 포팅(potting)액을 고형화하여 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 고내열성 부재(230)는 금형에 포팅액을 부어서 원하는 형상으로 고형화시켜서 제조된 것으로, 이와 같이 제조된 고내열성 부재(230)를 하우징에 조립하거나 직접 도포하여 전지팩용 커넥터를 제조할 수 있다.
상기 절연성 소재는 1,000℃ 이상의 높은 온도에서도 용융되지 않고 형태가 유지되는 소재로서, 예를 들어, 고내열성 실리콘 또는 세라믹을 사용할 수 있다.
전지팩(100)에 형성된 개구에 전지팩용 커넥터가 결합되는데, 전지팩용 커넥터의 외측면이 상기 개구에 삽입되어 장착된다. 도 2에 도시된 전지팩용 커넥터(200)는 고내열성 부재(230)가 상기 개구에 삽입되어 장착된다. 따라서, 전지팩의 팩케이스의 온도가 증가되거나, 전지팩용 커넥터(200)의 하부 온도가 증가되더라도 전지팩(100)에 장착된 부분이 고내열성 부재(230)이기 때문에 열에 의한 형태 변형을 방지할 수 있다.
하우징(210)은 단자핀(211)이 결합되는 하단부(212), 및 하단부(212)에 대해 수직이 되도록 연장되는 측벽부(213) 및 외부 단자 결합시 단자핀(211)의 변형을 방지하기 위한 격벽부(215)를 포함한다.
도 3에 도시된 제1실시예에 따른 전지팩용 커넥터의 하단부(212)는 측벽부(213)의 외주변에서 고내열성 부재(230)의 두께(D1)만큼 외측으로 연장된 형태로 이루어진다. 즉, 하단부의 외주변(214)에서 측벽부(213)까지의 거리(D2)가 고내열성 부재(230)의 두께(D1)와 대응되는 크기로 이루어질 수 있는 바, 측벽부(213) 외면에 결합된 고내열성 부재(230)는 하단부(212)에 의해 지지될 수 있다.
또는, 고내열성 부재의 두께(D1)가 하단부의 외주변(214)에서 측벽부(213)까지의 거리(D2) 보다 두껍게 형성되더라도 고내열성 부재(230)는 하단부(212)에 의해 지지될 수 있다.
이와 같은 형태의 제1실시예에 따른 전지팩용 커넥터를 제조하는 방법으로서, 먼저 하우징의 측벽부(213)의 외면 전체에 장착될 수 있는 형상의 금형을 준비한다. 상기 금형에 절연성 소재의 포팅액을 부가한 후 상기 포팅액을 고형화 하여 고내열성 부재(230)를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 고내열성 부재(230)를 전지팩용 커넥터의 하우징(210)에 결합하면, 하우징의 측벽부(212) 외면에 고내열성 부재(230)가 결합된 형태가 된다.
고내열성 부재(230)는 측벽부(213)의 외면 전체를 감싸는 형태로 이루어지고, 측벽부(213)의 외면과 대응되는 내면을 갖도록 구성된다. 따라서, 측벽부(213)의 외면 전체에 고내열성 부재(230)의 내면 전체가 완전히 밀착되도록 장착된다.
따라서, 전지팩 내부에서 화염이 발생하더라도 고내열성 부재(230)는 용융되거나 변형되지 않기 때문에 전지팩 외부로 화염이 분출되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 전지팩용 커넥터(200)의 하우징(210)에 고내열성 부재(230)를 결합하는 단계는, 억지끼움 방식, 또는 하우징과 고내열성 부재 사이에 접착물질을 부가하고 상기 접착물질에 의해 하우징과 고내열성 부재를 접착시키는 방법으로 이루어질 수 있다.
도 4는 제2실시예에 따른 전지팩용 커넥터의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 하우징(210)은 단자핀(211)이 결합되는 하단부(212), 하단부(212)에 대해 수직이 되도록 연장되는 측벽부(213) 및 외부 단자 결합시 단자핀(211)의 변형을 방지하기 위한 격벽부(215)를 포함한다.
도 4에 도시된 제2실시예에 따른 전지팩용 커넥터는 도 3에 도시된 제1실시예ㅖ에 따른 전지팩용 커넥터와 비교할 때, 측벽부의 형태와 고내열성 부재가 부가된 위치에 차이가 있다.
측벽부(213)는 하단부(212)의 외주변에서 수직이 되도록 연장되는 외부 측벽부(213a), 및 외부 측벽부(213a)에서 내측으로 이격된 위치에서 외부 측벽부(213a)와 평행하게 연장되는 내부 측벽부(213b)를 포함하고, 외부 측벽부(213a)와 내부 측벽부(213b) 사이에 고내열성 부재(230)가 부가되어 있다.
이와 같은 형태의 제2실시예에 따른 전지팩용 커넥터를 제조하는 방법으로서, 외부 측벽부(213a)와 내부 측벽부(213b)를 포함하는 전지팩용 커넥터를 준비하는 단계, 및 외부 측벽부(213a)와 내부 측벽부(213b) 사이 공간에 고내열성 부재(230)를 부가하는 단계를 포함하고, 외부 측벽부(213a)와 내부 측벽부(213b)는 전지팩용 커넥터의 하단부(212) 둘레 전체를 따라 형성될 수 있다.
즉, 고내열성 부재(230)가 외부 측벽부(213a) 및 내부 측벽부(213b) 사이 공간 전체를 메우도록 부가되어 고형화 되기 때문에, 전지팩 내부에서 화염이 발생하더라도 고내열성 부재가 용융되거나 변형되지 않는다. 따라서, 이와 같이 고내열성 부재가 부가된 전지팩용 커넥터를 사용하는 경우, 전지팩 외부로 화염이 분출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 고내열성 부재를 부가하는 방법으로서, 포팅액을 부가하는 다양한 공지된 방법들을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 불량율이 매우 낮고 별도의 금형이 필요 없는 디스펜싱 공법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 디스펜싱 공법을 사용하는 경우에는, 전지팩용 커넥터의 제조 속도도 향상시켜서 생산성을 높일 수 있다.
이와 같이, 본원발명은 전지팩에 장착되는 전지팩용 커넥터에 고내열성 부재를 부가함으로써 전지팩의 발화시 화염이 전지팩 외부로 분출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열폭주가 다른 전지팩으로 전이되는 것을 억제할 수 있으며, 나아가 사용자의 안전성을 확보할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전지팩
200: 전지팩용 커넥터
210: 하우징
211: 단자핀
212: 하단부
213: 측벽부
213a: 외부 측벽부
213b: 내부 측벽부
214: 하단부의 외주변
215: 격벽부
230: 고내열성 부재
D1: 고내열성 부재의 두께
D2: 하단부의 외주변에서 측벽부까지의 거리

Claims (13)

  1. 전기적 연결 경로가 되는 단자핀;
    상기 단자핀이 장착되는 하우징; 및
    상기 하우징에 부가된 고내열성 부재;
    를 포함하는 전지팩용 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 고내열성 부재와 다른 종류의 소재로 이루어진 전지팩용 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고내열성 부재는 절연성 소재의 포팅(potting)액을 고형화하여 제조된 것인 전지팩용 커넥터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연성 소재는 고내열성 실리콘 또는 세라믹인 전지팩용 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 단자핀이 결합되는 하단부;
    상기 하단부에 대해 수직이 되도록 연장되는 측벽부; 및
    외부 단자 결합시 상기 단자핀의 변형을 방지하기 위한 격벽부;
    를 포함하는 전지팩용 커넥터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측벽부의 외면 전체에 상기 고내열성 부재가 장착되는 전지팩용 커넥터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하단부는 상기 측벽부의 외주변에서 상기 고내열성 부재의 두께만큼 외측으로 연장된 형태로 이루어진 전지팩용 커넥터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 하단부의 외주변에서 수직이 되도록 연장되는 외부 측벽부, 및 상기 외부 측벽부에서 내측으로 이격된 위치에서 상기 외부 측벽부와 평행하게 연장되는 내부 측벽부를 포함하고,
    상기 외부 측벽부와 상기 내부 측벽부 사이에 상기 고내열성 부재가 부가되어 있는 전지팩용 커넥터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지팩용 커넥터는 저전압용인 전지팩용 커넥터.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전지팩용 커넥터의 제조방법으로서,
    금형에 절연성 소재의 포팅액을 부가하는 단계;
    상기 포팅액을 고형화 하여 고내열성 부재를 제조하는 단계; 및
    전지팩용 커넥터의 하우징에 상기 고내열성 부재를 결합하는 단계;
    을 포함하고,
    상기 고내열성 부재는 상기 하우징의 측벽부 외면에 결합되는 전지팩용 커넥터의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전지팩용 커넥터의 하우징에 상기 고내열성 부재를 결합하는 단계는, 억지끼움 방식, 또는 상기 하우징과 고내열성 부재 사이에 접착물질을 부가하는 방법으로 이루어지는 전지팩용 커넥터의 제조방법.
  12. 제8항에 따른 전지팩용 커넥터의 제조방법으로서,
    외부 측벽부와 내부 측벽부를 포함하는 전지팩용 커넥터를 준비하는 단계; 및
    상기 외부 측벽부와 내부 측벽부 사이 공간에 고내열성 부재를 부가하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 외부 측벽부와 상기 내부 측벽부는 상기 전지팩용 커넥터의 하단부 둘레 전체를 따라 형성되는 전지팩용 커넥터의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고내열성 부재는 디스펜싱 공법으로 부가되는 전지팩용 커넥터의 제조방법.
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