KR20230147018A - 화염 억제 부재 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 화염 억제 부재는 결합 부재에 의해 결합되는 제1 프레임 부재 및 제2 프레임 부재를 포함하는 프레임; 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재에 형성되는 홀; 및 상기 홀에 형성되는 메쉬 구조체를 포함하고, 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 진동 부재를 더 포함한다.

Description

화염 억제 부재 및 이를 포함하는 전지 팩{FLAME SUPPRESS MEMBER AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 화염 억제 부재 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 신규한 화염 억제 구조를 갖는 화염 억제 부재 및 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 주목을 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다. 이러한 전지 모듈은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 전지 셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전지 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
일반적으로, 이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지 셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지 셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지 셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.
더욱이, 차량용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 경우, 직사광선에 자주 노출되고, 여름철이나 사막 지역과 같은 고온 조건에 놓여 질수 있다.
이때, 전지 모듈 및 전지 팩에서의 열 폭주(thermal runaway) 발생 시 화염이 발생하고, 전지 셀로부터 발생하는 가스 및 점화원 등으로 인하여 화재 발생 가능성이 높다. 또한, 전지 모듈 및 전지 팩 내부가 밀폐된 경우에는 산소 부족으로 인하여 전지 팩 내부에서의 발화의 정도가 약할 수 있으나, 내부 압력 증가로 인한 전지 팩 폭발을 방지하기 위하여 내부 가스가 외부로 벤팅되는 경우 내부에서의 발화의 규모 및 가능성은 보다 높아지게 된다.
그러므로, 열 폭주 발생 시 전지 모듈 및 전지 팩 외부에서의 발화 가능성 및 발화 규모를 최소화하기 위해 전지 모듈 및 전지 팩 내부에서 발생한 화염을 억제하고 외부로의 점화원 유출을 방지할 필요가 있다. 특히, 점화원 유출을 방지하기 위해서는 열 폭주 발생 시 전지 팩 내부 벤팅 경로 상의 고온의 점화원을 필터링하고 화염 억제 부재 상에 상기 고온의 점화원이 축적되는 것을 방지해야하며, 따라서 상기 고온의 점화원이 외부로 유출되는 것을 방지 및 전지 팩의 안전성을 확보할 수 있는 구조의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 신규한 화염 억제 구조를 갖는 화염 억제 부재 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화염 억제 부재는 결합 부재에 의해 결합되는 제1 프레임 부재 및 제2 프레임 부재를 포함하는 프레임; 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재에 형성되는 홀; 및 상기 홀에 형성되는 메쉬 구조체를 포함하고, 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 진동 부재를 더 포함한다.
상기 진동 부재는 상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이의 공간에서 진동할 수 있다.
상기 진동 부재는 복수개 형성되고, 상기 진동 부재는 상기 프레임의 상단부 및 상기 프레임의 하단부에 인접하게 각각 형성될 수 있다.
상기 화염 억제 부재는 진동 부재와 인접하게 형성되는 탄성 부재를 더 포함하고, 상기 탄성 부재는 상기 진동 부재와 상기 제1 프레임 부재 사이 또는 상기 진동 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성될 수 있다.
상기 화염 억제 부재는 제1 프레임 부재 또는 상기 제2 프레임 부재에 형성되는 돌출부를 더 포함하고, 상기 진동 부재와 상기 탄성 부재는 상기 돌출부에 끼움 결합될 수 있다.
상기 진동 부재는 진동자를 포함할 수 있다.
상기 화염 억제 부재는 상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 소화 약재를 더 포함하고, 상기 소화 약재는 상기 진동 부재의 형성 방향과 수직한 방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 소화 약재는 상기 메쉬 구조체와 인접하게 형성될 수 있다.
상기 홀은 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재 상에 각각 복수개 형성되고, 상기 메쉬 구조체는 상기 복수개의 홀을 커버하도록 상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 상에 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기 화염 억제 부재; 상기 화염 억제 부재와 인접하게 형성되는 복수의 전지 모듈; 및 상기 화염 억제 부재 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 화염 억제 부재는 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈 사이에 형성될 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 팩 프레임에 형성되는 만입부를 더 포함하고, 상기 화염 억제 부재의 측면부는 상기 만입부에 끼움 결합되어 고정될 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 전지 모듈과 인접하게 형성되는 고정 부재를 더 포함하고, 상기 고정 부재에 의해 상기 화염 억제 부재가 고정될 수 있다.
상기 화염 억제 부재는 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트 사이에 형성될 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈 사이에 형성되는 방열 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 팩은 상기 화염 억제 부재를 통해 전달된 벤팅 가스가 외부로 배출되는 벤팅부를 더 포함할 수 있다.
상기 화염 억제 부재는 벤팅 가스가 배출되는 경로 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화염 억제 부재 및 이를 포함하는 전지 팩은 신규 구조의 화염 억제 부재를 통해 열 폭주 발생 시 고온의 점화원이 외부로 유출되는 것을 방지하고, 상기 점화원이 화염 억제 부재에 축적되어 전지 팩의 내부 압력이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 상기 점화원이 화염 억제 부재에 축적되어 전지 팩의 내부 압력이 증가하는 것을 억제하고 벤팅 경로를 유지함으로써 전지 팩의 구조가 붕괴되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 화염 억제 부재는 소화 약재를 포함하고 상기 소화 약재는 화염 억제 부재를 통과하는 벤팅 가스 및 점화원과 접촉함으로써 화염을 추가적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 전지 모듈 및 전지 팩 내부 및 외부에서의 발화 가능성 및 발화 규모를 최소화하여 전지 모듈 및 전지 팩의 안전성이 향상되고 사용자를 보호할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 모습을 측면에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 1의 전지 팩에 포함되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 화염 억제 부재의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 구성요소가 조립된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 화염 억제 부재의 정면을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 D 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 E 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 13은 도 7의 절단면 P1을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 화염 억제 부재의 화염 경로 및 소화 약재 경로를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 화염 억제 부재를 포함하는 전지 팩을 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 모습을 측면에서 바라본 도면이다. 도 5는 도 1의 전지 팩에 포함되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 화염 억제 부재(700)를 포함하고, 화염 억제 부재(700)와 인접하게 형성되는 복수의 전지 모듈(100); 및 화염 억제 부재(700)와 전지 모듈(100)을 수용하는 팩 프레임(1100)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 기설정된 방향을 따라 적층되어 전지 셀 적층체(120)를 형성한 후 하부 프레임(300)과 상부 플레이트(400)를 포함하는 모듈 프레임(200)에 장착되어 구성되어 있을 수 있다. 또한, 모듈 프레임(200)에 의해 개방된 전지 셀 적층체(120)의 전후면은 엔드 플레이트(150)에 의해 커버될 수 있다. 여기서, 복수의 전지 셀(110)은 그 종류에 특별한 제한이 없으므로 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지일 수 있다.
화염 억제 부재(700)는 전지 팩(1000) 내부의 화염 및 가스 벤팅 경로에 존재함으로써, 전지 모듈의 열 폭주 발생 시, 화염 및 가스가 화염 억제 부재(700)를 통과함에 따라 고온의 점화원이 화염 억제 부재(700)에 의해 필터링되어 전지 팩(1000) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 고온의 점화원은 가열 전극 등 전지 셀 및 전지 모듈에서 발생하는 고온의 입자로, 외부로 유출될 경우 외부 화염 및 발화의 가능성 및 규모를 증가시킨다. 그러므로, 화염 억제 부재(700)는 전지 팩(1000) 외부로 상기 고온의 점화원이 유출되지 않도록 함으로써 전지 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이에 형성되는 방열 부재(1200)를 더 포함할 수 있다. 전지 모듈(100) 사이 전달되는 열을 효과적으로 분산시키고 방열함으로써 열 폭주 발생을 억제할 뿐만 아니라 열 폭주 발생 시 이벤트 모듈로부터 다른 모듈로의 열 전달을 억제시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 전지 모듈(100)의 엔드 플레이트(150)와 연결되는 벤팅 플레이트(500)를 더 포함할 수 있다. 벤팅 플레이트(500)는 전지 모듈(100)에서 발생하는 화염 및 벤팅 가스를 전지 모듈(100) 외부로 이동시키고 전지 팩(1000)의 벤팅 경로로 유도하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 화염 억제 부재(700)를 통해 전달된 벤팅 가스가 외부로 배출되는 벤팅부(1300)를 더 포함할 수 있다. 상기에서 설명한 구성들에 의해 전달된 벤팅 가스는 벤팅부(1300)에 의해 전지 팩(1000) 외부로 배출될 수 있다. 이때, 후술하는 바와 같이 화염 억제 부재(700)가 상기 벤팅 경로 내에 적어도 하나 이상 형성되고, 후술하는 바와 같이 화염 억제 부재(700)에 포함되는 도 6의 진동 부재(720)가 진동할 수 있다. 따라서, 화염 억제 부재(700)에 의해 필터링되는 고온의 점화원 또는 입자들이 화염 억제 부재(700) 주변에 적층되는 것을 방지하고, 이에 따라 상기 벤팅 경로를 통해 벤팅 가스가 원활히 배출되도록 할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 포함되는 화염 억제 부재(700)는 복수의 전지 모듈(100) 중 서로 이웃하는 전지 모듈(100) 사이에 형성될 수 있다. 특히, 화염 억제 부재(700)는 복수의 전지 모듈(100) 중 서로 이웃하는 전지 모듈(100)의 엔드 플레이트(150) 사이에 형성될 수 있다. 따라서, 열 폭주 발생 시 전지 모듈(100)로부터 발생한 화염 및 벤팅 가스는 전지 모듈(100)과 인접하게 형성된 화염 억제 부재(700)를 신속히 통과하며 화염이 억제되고 고온의 점화원은 화염 억제 부재(700)에 의해 필터링될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 팩 프레임(1100)의 측면부에는 만입부(1101)가 형성될 수 있으며, 화염 억제 부재(700)의 측면부가 만입부(1101)에 끼움 결합되어 고정될 수 있다. 이와 더불어, 전지 모듈(100)과 화염 억제 부재(700)와 인접하게 형성되는 고정 부재(800)가 형성될 수 있으며, 고정 부재(800)에 의해 화염 억제 부재(700)가 견고하게 고정될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 일부 전지 모듈에서 발화 또는 열 폭주 발생 시, 전지 모듈(100)에서 발생하는 화염은 화염 억제 부재(700)에 의해 신속하게 억제되고, 벤팅 가스는 원활히 배출될 뿐만 아니라, 화염 억제 부재(700)에 의해 고온의 점화원 및 입자는 필터링됨으로써 전지 팩 외부에서 상기 고온의 입자에 의해 발화 및 화염이 발생할 가능성을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 화염 억제 부재를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 화염 억제 부재의 분해 사시도이다. 도 7은 도 6의 구성요소가 조립된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 8은 도 7의 화염 억제 부재의 정면을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 7의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9의 D 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 11은 도 7의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면을 나타낸 도면이다. 도 12는 도 11의 E 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 13은 도 7의 절단면 P1을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 14는 도 13의 화염 억제 부재의 화염 경로 및 소화 약재 경로를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 화염 억제 부재(700)는 결합 부재(740)에 의해 결합되는 제1 프레임 부재(711) 및 제2 프레임 부재(712)를 포함하는 프레임(710); 제1 프레임 부재(711) 및 제2 프레임 부재(712)에 형성되는 홀(701); 및 홀(701)에 형성되는 메쉬 구조체(705)를 포함하고, 제1 프레임 부재(711) 및 제2 프레임 부재(712) 사이에 형성되는 진동 부재(720)를 더 포함한다. 이때, 결합 부재(740)는 스크류 부재를 포함할 수 있다. 진동 부재(720)는 제1 프레임 부재(711) 및/또는 제2 프레임 부재(712)의 단부를 따라 형성될 수 있다. 일례로, 후술하는 도 9에 도시한 바와 같이, X축 방향을 따라 진동 부재(720)가 형성될 수 있다.
제1 프레임 부재(711) 및 제2 프레임 부재(712)는 알루미늄(Al) 등의 금속 소재로 형성될 수 있으며, 이에 따라 높은 열기의 화염에서도 구조적 안정성을 확보할 수 있으나 해당 소재에 제한되는 것은 아니다.
이때, 벤팅 가스는 화염 억제 부재(700)를 통과할 수 있으나, 고온의 점화원 및 입자는 메쉬 구조체(705)에 의해 필터링되어 화염 억제 부재(700)를 통과하지 못함으로써 전지 팩 외부로 유출되는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 메쉬 구조체(705)는 프레임(710) 내부에 형성됨으로써, 안정적으로 프레임(710) 상에 고정형성될 뿐만 아니라 안정적으로 홀(701)을 커버하도록 형성될 수 있다.
이때, 홀(701)은 제1 프레임 부재(711) 및 제2 프레임 부재(712) 상에 각각 복수개 형성될 수 있다. 메쉬 구조체(705)는 복수개의 홀(701)을 커버하도록 일체형으로 형성될 수 있으며, 제1 프레임 부재(711)와 제2 프레임 부재(712) 상에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 홀(701)은 메쉬 구조체(705)에 의해 커버되어 가스가 아닌 입자 또는 고온의 점화원은 화염 억제 부재(700)를 통과하지 못하도록 형성될 수 있다.
한편, 진동 부재(720)는 화염 억제 부재(700) 내에 복수개 형성될 수 있다. 이때, 진동 부재(720)는 프레임(710)의 상단부 및 프레임(710)의 하단부와 인접하게 각각 형성될 수 있다.
본 실시예처럼 진동 부재(720)가 없는 화염 억제 부재의 경우, 벤팅 가스 및 고온의 점화원이 통과함에 따라 상기 고온의 점화원이 상기 화염 억제 부재에 의해 필터링되면서 화염 억제 부재의 메쉬 구조체 상에 적층되는 것을 방지할 수 있는 구조가 부재하였다. 따라서, 메쉬 구조체가 상기 점화원 및 입자들에 의해 차폐되어 벤팅 경로가 막히게 되면서 전지 팩 내부의 압력이 상승하는 위험이 있었다. 또한, 전지 팩 내부의 압력이 상승하면서 전지 팩 내부의 추가적인 폭발 및 전지 팩 내부 구조의 붕괴 위험성이 있었다.
따라서, 본 실시예에 따른 화염 억제 부재(700)는 내부에 진동 부재(720)를 포함함으로써 화염 억제 부재(700)에 의해 필터링되는 고온의 점화원 또는 입자들이 화염 억제 부재(700) 주변에 적층되어 화염 억제 부재(700)를 차폐하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 화염 억제 부재(700)의 진동 부재(720)는 전지 모듈(100)로부터 발생하는 벤팅 가스의 압력에 의해 진동이 개시됨으로써, 열 폭주 발생 시 신속하게 진동 부재(720)가 진동하여 화염 억제 부재(700)의 기능을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 화염 억제 부재(700)는 진동 부재(720)와 인접하게 형성되는 탄성 부재(730)를 더 포함하고, 탄성 부재(730)는 진동 부재(720)와 제1 프레임 부재(711) 사이 또는 진동 부재(720)와 제2 프레임 부재(712) 사이에 형성될 수 있다. 탄성 부재(730)는 스프링 부재로 형성될 수 있다.
특히, 스프링 부재(730)는 진동 부재(720)와 인접하게 형성되며 진동 부재(720)의 진동이 스프링 부재(730)로 전달되어 스프링 부재(730)가 함께 유동함으로써 진동 부재(720)의 지속적인 진동을 유지할 수 있도록 기능할 수 있다.
스프링 부재(730)는 진동 부재(720)의 일 단부와 접촉하도록 형성될 수 있으며, 구체적으로 스프링 부재(730)는 진동 부재(730)의 양 단부에 각각 형성될 수 있다.
제1 프레임 부재(711) 또는 제2 프레임 부재(712)에는 돌출부(731)가 형성될 수 있으며, 진동 부재(720)와 스프링 부재(730)는 돌출부(731)에 끼움 결합될 수 있다. 이때, 스프링 부재(730), 진동 부재(720)의 일 말단 및 스프링 부재(730)의 순서로 돌출부(731) 상에 끼움 결합될 수 있다. 진동 부재(720)의 일 말단을 기준으로 스프링 부재(730)가 양측에 각각 형성됨으로써 진동 부재(720)의 진동이 지속적으로 유지될 수 있으며, 프레임(710) 상에 고정적으로 결합되는 진동 부재(720) 및 스프링 부재(730)에 의해 화염 억제 부재(700)가 지속적으로 진동할 수 있다.
이때, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 진동 부재(720)는 제1 프레임 부재(711)와 제2 프레임 부재(712) 사이의 공간에서 진동할 수 있다. 이때, 진동 부재(720)는 제1 프레임 부재(711)와 제2 프레임 부재(712) 사이에 형성되므로, 제1 프레임 부재(711)가 위치하는 방향(y 방향, 도 12) 및 제2 프레임 부재(712)가 위치하는 방향(-y 방향, 도 12)으로 순차적으로 진동할 수 있으며, 왕복 진동할 수 있다. 그러므로, 본 실시예에 따른 진동 부재(720)는 왕복 운동하는 진동자를 포함할 수 있다.
전지 팩의 벤팅 경로 상에서는, 화염 억제 부재(700)의 제1 프레임 부재(711) 외측 또는 제2 프레임 부재(712)의 외측에 가장 많은 입자 또는 점화원이 적층되는 바, 상기 왕복 진동에 의해 화염 억제 부재(700) 및 프레임(710)에 부착 및 적층되는 입자를 화염 억제 부재(700) 및 프레임(710)으로부터 이격시켜 메쉬 구조체(705)에 의한 입자 필터링 성능을 유지할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 화염 억제 부재(700)는 제1 프레임 부재(711)와 제2 프레임 부재(712) 사이에 형성되는 소화 약재(750)를 더 포함할 수 있다. 이때, 소화 약재(750)는 프레임(710)의 세로 방향(z 방향, 도 9), 즉 프레임(710)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 소화 약재(750)는 메쉬 구조체(705)와 인접하도록 형성되어 프레임(710)의 세로 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 소화 약재(750)는 프레임(710)의 세로 방향으로 길게 형성되는 루프형 소화 약재를 포함할 수 있다.
이때, 소화 약재(750)는 프레임(710)의 내부에 형성될 수 있으며, 프레임(710)의 측면부와 인접하도록 프레임(710)의 양측에 형성될 수 있다. 또한, 소화 약재(750)는 프레임(710)의 측면부와 인접하고, 메쉬 구조체(705)와 인접하게 형성될 수 있다.
이에, 도 14를 참조하면, 화염 억제 부재(700)로 유입된 화염 및 가스가 통과함에 따라 소화 약재(750)가 상기 화염 및 가스에 작용할 수 있다. 특히, 소화 약재(750)는 프레임(710)의 내부에 프레임(710)의 길이 방향으로 형성되므로, 화염 억제 부재(700)에 유입된 상기 화염 및 가스에 전체적으로 소화 약재(750)가 작용할 수 있다. 따라서, 화염 억제 부재(700)를 통과한 화염은 규모 및 열기가 억제될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 화염 억제 부재는 전지 팩 내부 열 폭주 발생 시 화염 경로 상에 위치하여 화염 및 벤팅 가스를 억제할 수 있다. 특히, 고온의 점화원이 화염 억제 부재 상에 적층 및 축적되어 화염 억제 부재의 메쉬 구조체가 차폐되는 것을 방지할 수 있으며, 소화 약재에 의해 화염 억제 부재를 통과한 화염 및 가스가 억제되어 추가적인 화염 및 발화 발생 가능성을 최소화할 수 있다. 이에 외부로 점화원이 유출되는 것을 방지하고 화염을 억제함으로써 전지 팩의 안전성을 높일 수 있다.
더불어, 본 발명의 전지 팩은 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전지 모듈
110: 전지 셀
120: 전지 셀 적층체
150: 엔드 플레이트
200: 모듈 프레임
500: 벤팅 플레이트
700: 화염 억제 부재
701: 홀
705: 메쉬 구조체
710: 프레임
711: 제1 프레임 부재, 712: 제2 프레임 부재
720: 진동 부재
730: 스프링 부재
731: 돌출부
740: 결합 부재
750: 소화 약재
800: 고정 부재
1000: 전지 팩
1100: 팩 프레임
1101: 만입부
1200: 방열 부재
1300: 벤팅부

Claims (16)

  1. 결합 부재에 의해 결합되는 제1 프레임 부재 및 제2 프레임 부재를 포함하는 프레임;
    상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재에 형성되는 홀; 및
    상기 홀에 형성되는 메쉬 구조체를 포함하고,
    상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 진동 부재를 더 포함하는 화염 억제 부재.
  2. 제1항에서,
    상기 진동 부재는 상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이의 공간에서 진동하는 화염 억제 부재.
  3. 제1항에서,
    상기 진동 부재는 복수개 형성되고,
    상기 진동 부재는 상기 프레임의 상단부 및 상기 프레임의 하단부에 인접하게 각각 형성되는 화염 억제 부재.
  4. 제1항에서,
    상기 진동 부재와 인접하게 형성되는 탄성 부재를 더 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 진동 부재와 상기 제1 프레임 부재 사이 또는 상기 진동 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 화염 억제 부재.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 프레임 부재 또는 상기 제2 프레임 부재에 형성되는 돌출부를 더 포함하고,
    상기 진동 부재와 상기 탄성 부재는 상기 돌출부에 끼움 결합되는 화염 억제 부재.
  6. 제1항에서,
    상기 진동 부재는 진동자를 포함하는 화염 억제 부재.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 사이에 형성되는 소화 약재를 더 포함하고,
    상기 소화 약재는 상기 진동 부재의 형성 방향과 수직한 방향을 따라 형성되는 화염 억제 부재.
  8. 제7항에서,
    상기 소화 약재는 상기 메쉬 구조체와 인접하게 형성되는 화염 억제 부재.
  9. 제1항에서,
    상기 홀은 상기 제1 프레임 부재 및 상기 제2 프레임 부재 상에 각각 복수개 형성되고,
    상기 메쉬 구조체는 상기 복수개의 홀을 커버하도록 상기 제1 프레임 부재와 상기 제2 프레임 부재 상에 각각 형성되는 화염 억제 부재.
  10. 제1항에 따른 화염 억제 부재;
    상기 화염 억제 부재와 인접하게 형성되는 복수의 전지 모듈; 및
    상기 화염 억제 부재 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고,
    상기 화염 억제 부재는 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈 사이에 형성되는 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 팩 프레임에 형성되는 만입부를 더 포함하고,
    상기 화염 억제 부재의 측면부는 상기 만입부에 끼움 결합되어 고정되는 전지 팩.
  12. 제11항에서,
    상기 전지 모듈과 인접하게 형성되는 고정 부재를 더 포함하고,
    상기 고정 부재에 의해 상기 화염 억제 부재가 고정되는 전지 팩.
  13. 제10항에서,
    상기 화염 억제 부재는 상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈의 엔드 플레이트 사이에 형성되는 전지 팩.
  14. 제10항에서,
    상기 복수의 전지 모듈 중 서로 이웃하는 전지 모듈 사이에 형성되는 방열 부재를 더 포함하는 전지 팩.
  15. 제10항에서,
    상기 화염 억제 부재를 통해 전달된 벤팅 가스가 외부로 배출되는 벤팅부를 더 포함하는 전지 팩.
  16. 제10항에서,
    상기 화염 억제 부재는 벤팅 가스가 배출되는 경로 상에 형성되는 전지 팩.

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