KR20230151127A - 화재 방지 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수 개의 전지셀; 상기 전지셀이 수용되는 수용홀을 형성한 제1수지부재; 상기 제1수지부재의 상, 하면에 각각 적층되면서 상기 전지셀의 양전극, 음전극과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극연결부재; 및 상기 한 쌍의 전극연결부재가 적층된 제1수지부재를 외부를 감싸 패키징하는 제2수지부재;를 포함하여, 난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)하는 화재 방지 전지팩을 제공한다.

Description

화재 방지 전지팩{Fire protection battery pack}

본 발명은 난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)하는 화재 방지 전지팩에 관한 것이다.

최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.

현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다.

사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 배터리 모듈 또는 이러한 배터리 모듈을 다수 구비한 배터리 팩이 사용된다.

한편, 이차 전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있지만, 과충전, 과방전, 고온 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지의 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열이 발생하고, 이로 인해 발생한 열로 인접 전지셀에 영향을 끼쳐 추가적인 2차 피해가 일어나는 문제점이 있다.

또한, 전지셀과 전극연결부재 사이에 공기 중 수분의 응결로 전기적 단락 등 비정상적인 작동을 야기하였고, 외부화재에 등에 의해 어느 한 전지셀에 화재가 발생하면 인근 전지셀에 화재가 확대되는 연쇄적 발화에 한 요인으로 작용하였다.

종래기술로는 제10-2019-0132631호(2019.11.28)를 참조할 수 있다.

본 발명은 난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)하는 화재 방지 전지팩을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 화재 방지 전지팩은 복수 개의 전지셀; 상기 전지셀이 수용되는 수용홀을 형성한 제1수지부재; 상기 제1수지부재의 상, 하면에 각각 적층되면서 상기 전지셀의 양전극, 음전극과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극연결부재; 및 상기 한 쌍의 전극연결부재가 적층된 제1수지부재를 외부를 감싸 패키징하되, 상기 제1수지부재보다 난연성이 더 높은 재질로 이루어진 제2수지부재;를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제1수지부재는 소정의 난연성을 가지는 우레탄 계열 수지로 이루어지고, 상기 제2수지부재는 상기 제1수지부재보다 높은 난연성을 가지는 실리콘 수지로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제1수지부재는 다면체의 블록으로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서 본 발명에 따른 상기 제1수지부재의 수용홀은 상부와 하부가 개구되어, 상기 수용홀에 수용된 전지셀의 양전극 및 음전극이 외부로 노출되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 상기 제2수지부재는 피막의 형태로 상기 한 쌍의 전극연결부재가 적층된 제1수지부재 외부를 감싸 패키징하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화재 방지 전지팩에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩을 제조하는 과정을 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩 중 어느 한 전지셀에 인위적으로 열을 가해 전지팩의 폭발을 시험하는 상태를 보인 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 폭발 시험 전, 후의 결과를 보인 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부에서 화재를 발생시켜, 초기부터 35초 간의 시험 상태를 보인 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부에서 화재를 발생시켜, 화재 발생 50초부터 5분 간의 시험 상태를 보인 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부 화재 시험 전, 후의 결과를 보인 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)하는 화재 방지 전지팩에 관한 것으로, 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩은 전지셀(100)과, 제1수지부재(200), 전극연결부재(300), 제2수지부재(400)를 포함하는데, 먼저 상기 전지셀(100)은 적어도 하나 이상 복수 개로, 통상의 전지셀과 같이 원주형을 이루는 것이 바람직하나, 상기 전지셀(100)의 형태는 원주형에 한정하지 않고 전지팩의 용량 및 설계 조건에 따라 다양한 형태를 이룰 수 있다.

이때 상기 전지셀(100)들은 그 상측에 양전극을 구비하고, 하측에는 음전극을 구비한다.

그리고 상기 전지셀(100)들은 상기 제1수지부재(200)에 수용되는데, 상기 제1수지부재(200)는 다면체의 블록(삼각, 사각, 오각, 원주형 등의 블록)으로 형성되고, 그 재질은 난연등급 V2 등급의 우레탄 계열 수지로 이루어지며, 상기 전지셀(100)의 높이에 대응하는 길이로 두께를 가지는 것이 바람직하다.

여기서 상기 제1수지부재(200)에는 상기 전지셀(100)이 삽입되어 수용되는 수용홀(210)을 형성하는데, 상기 제1수지부재(200)의 수용홀(210)은 상기 제1수지부재(200)의 면적을 따라 상기 전지셀(100)의 개수에 대응하는 개수로, 서로 일정한 간격을 두고 형성된다.

이때 상기 수용홀(210)에 수용되는 전지셀(100)들은 상향을 향해 양전극이 노출되고, 하향을 향해 음전극이 노출된다.

따라서 상기 제1수지부재(200)는 난연 등급 V2등급을 갖는 우레탄 계열 수지로 이루어짐에 따라 외부에서 가해지는 물리적 충격에 전지셀(100)들을 보호할 수 있는 기계적 강도를 확보할 수 있고, 상기 전지셀(100)에서 발화가 일어나도 쉽게 발화하거나 확산되지 않는다.

또한, 상기 전극연결부재(300)는 한 쌍으로, 각각 판상을 이루고, 상기 제1수지부재(200)의 상, 하면에 각각 적층되면서 상기 제1수지부재(200)의 수용홀(210)에 수용된 전지셀(100)들 각각의 양전극과 음전극을 전기적으로 연결한다.

이때 상기 전극연결부재(300)는 상기 전지셀(100)들 각각의 양전극 및 음전극과 스폿용접, 솔더링, 및 와이어 본딩되어 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전극연결부재(300)의 일편에는 단자부(310)가 연장 형성되어, 추후 장치에 조립될 시, 다른 전기, 전자기기와, 전기적으로 연결된다.

더불어 상기 제2수지부재(400)는 상기 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 감싸 패키징한다.

이때 상기 제2수지부재(400)는 난연등급 V0 등급의 실리콘수지로 상기 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 외부 전체를 감싸 패키징하여, 외부로부터 전지셀(100)들을 밀폐시킨다.

따라서 상기 제2수지부재(400)가 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 외부 전체를 감싸 패키징함에 따라 같은 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀(100)들을 보호하는 방수 및 방염 기능을 발휘한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 제조 과정을 살펴보면, 먼저 제1단계로, 제1수지부재(200)를 준비한다.

이때 상기 제1수지부재(200)는 난연등급 V2 등급의 우레탄 계열 수지를 성형하여, 전지셀(100)의 높이에 대응하는 길이로 두께를 가지는 육면체의 블록으로 형성되고, 상기 제1수지부재(200)의 면적을 따라 상기 전지셀(100)의 개수에 대응하는 개수로, 서로 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 수용홀(210)이 형성된다.

여기서 상기 제1수지부재(200)는 난연 등급 V2등급을 갖는 우레탄 계열 수지로 이루어짐에 따라 외부에서 가해지는 물리적 충격에 전지셀(100)들을 보호할 수 있는 기계적 강도를 확보할 수 있고, 상기 전지셀(100)에서 발화가 일어나도 쉽게 발화하거나 확산되지 않는다.

다음은 제2단계로, 준비된 제1수지부재(200)의 수용홀(210)에 전지셀(100)들을 삽입하여 수용한다.

이때 상기 수용홀(210)에 수용되는 전지셀(100)들은 상향을 향해 양전극이 노출되고, 하향을 향해 음전극이 노출되는 것이 바람직하다.

다음은 제3단계로, 한 쌍의 전극연결부재(300)를 상기 수용홀(210)에 전지셀(100)이 수용된 제1수지부재(200)의 상,하면에 각각 적층한다.

이때 상기 전극연결부재(300)는 상기 제1수지부재(200)의 상, 하면에 각각 적층되면서 상기 제1수지부재(200)의 수용홀(210)에 수용된 전지셀(100)들 각각의 양전극과 음전극을 전기적으로 연결된다.

다음은 제4단계로, 제2수지부재(400)로 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 감싸 패키징한다.

이때 상기 제2수지부재(400)는 난연등급 V0 등급의 실리콘 수지로, 상기 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 외부 전체를 피막의 형태로 감싸 패키징하여, 외부로부터 전지셀(100)들을 밀폐시킨다.

일례로, 액상의 실리콘수지에 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)를 담가 한 쌍의 전극연결부재(300)가 적층된 제1수지부재(200)의 전체면에 실리콘 수지가 피막의 형태로 도포되어 패키징한다.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩은 난연 등급 V2등급의 우레탄 계열 수지로 전지셀들을 수용하여 고정하는 제1수지부재를 형성하여 기계적 강도를 확보하면서, 상기 전지셀에서의 발화를 방지하고, 상기 전지셀이 수용된 제1수지부재를 난연 등급 V0등급의 실리콘 수지로 감싸, 수분 및 외부화재와 같은 외부 오염원으로부터 상기 전지셀들을 보호(방수 및 방염)한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩 중 어느 한 전지셀에 인위적으로 열을 가해 전지팩의 폭발을 시험하는 상태를 보인 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 폭발 시험 전, 후의 결과를 보인 사진이다.

도 2 및 도 3를 참조하면, 전지셀 5 X 5 모듈의 중앙에 위치한 전지셀 1개를 열선으로 가열하여 강제 폭발시킨 후 화재 확산 평가 결과, 화재의 전이가 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부에서 화재를 발생시켜, 초기부터 35초간(발화가 시작되는 시점)의 시험 상태를 보인 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부에서 화재를 발생시켜, 화재 발생 50초부터 5분간(연소가 종료되는 시점)의 시험 상태를 보인 사진이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화재 방지 전지팩의 외부 화재 시험 전, 후의 결과를 보인 사진이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 전지셀 1개를 외부로 노출시킨 후, 외부에서 가열하여 화재 발생시키고, 연쇄 폭발 점검 결과 외부의 화재로 인한 연소가 발생하지 않는 것을 확인 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 전지셀
200: 제1수지부재
210: 수용홀
300: 전극연결부재
310: 단자부
400: 제2수지부재

Claims (5)

1. 화재를 방지할 수 있는 화재 방지 전지팩의 구조에 있어서,
   복수 개의 전지셀;
   상기 전지셀이 수용되는 수용홀을 형성한 제1수지부재;
   상기 제1수지부재의 상, 하면에 각각 적층되면서 상기 전지셀의 양전극, 음전극과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극연결부재; 및
   상기 한 쌍의 전극연결부재가 적층된 제1수지부재를 외부를 감싸 패키징하되, 상기 제1수지부재보다 난연성이 더 높은 재질로 이루어진 제2수지부재;를 포함하는 화재 방지 전지팩.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1수지부재는 소정의 난연성을 가지는 우레탄 계열 수지로 이루어지고,
   상기 제2수지부재는 상기 제1수지부재보다 높은 난연성을 가지는 실리콘 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 화재 방지 전지팩.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1수지부재는
   다면체의 블록으로 형성하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 전지팩.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1수지부재의 수용홀은 상부와 하부가 개구되어, 상기 수용홀에 수용된 전지셀의 양전극 및 음전극이 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 화재 방지 전지팩.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2수지부재는
   피막의 형태로 상기 한 쌍의 전극연결부재가 적층된 제1수지부재 외부를 감싸 패키징하는 화재 방지 전지팩.

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