KR20230154526A - 배터리 모듈의 선택적 분리가 가능한 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리 모듈을 선택적으로 분리할 수 있는 배터리 팩에 관한 것으로, 구체적으로, 팩 케이스, 상기 팩 케이스에 수납되는 복수개의 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈들을 전기적으로 연결하는 버스바, 및 상기 배터리 모듈을 상기 팩 케이스에 고정하거나 팩 케이스로부터 분리하기 위한 모듈 홀딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈의 선택적 분리가 가능한 배터리 팩{Battery Pack with Selective Separation of Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈의 선택적 분리가 가능한 배터리 팩에 관한 것으로, 구체적으로, 배터리 팩 내에서 화재가 발생하거나 발생할 가능성이 높은 특정 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리함으로써 폭발 등 큰 사고를 미연에 방지할 수 있는 배터리 모듈의 선택적 분리가 가능한 배터리 팩에 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.
이처럼, 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 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
이러한 이차전지 중 단위면적당 저장량이 높고 가장 효율적인 것으로 알려져 있는 리튬 배터리가 가장 광범위하게 사용된다.
하지만 이차전지는 충방전 과정에서 필연적으로 열이 발생하고, 경우에 따라서는 단락, 열충격, 절연파괴 등으로 인해 열폭주가 일어나기도 하는데, 이는 화재와 폭발 등 큰 사고로 이어지기도 한다.
특히, 차량에서의 화재는 운전자가 인지하기가 쉽지 않고, 화재가 발생하면 신속한 진화 작업이 어려워 차량의 전소 뿐만 아니라 폭발 등으로 인한 인명사고로 이어질 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 팩 조립체의 사시도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 배터리 팩 조립체는 제1 자성부(11)를 구비한 배터리 팩(10)과 제2 자성부(21)를 구비하되 배터리 팩을 탈착하는 탈착부(20)를 포함하고, 제1 자성부(11)와 제2 자성부(21)의 자성결합 또는 해제에 의해 배터리 팩이 탈착되는 구조이다.
하지만 종래기술은 전동공구나 충전기에 탈부착되는 배터리 팩 조립체로서, 차량에는 사용할 수 없는 배터리 팩의 탈부착에 관해서만 개시하고 있을 뿐이다.
한국공개특허공보 제2014-010084호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈이 탈부착 가능하면서 차량에 장착할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 화재가 발생하거나 화재의 발생 가능성이 높은 배터리 모듈을 모니터링하고, 비정상 상태로 판별된 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리할 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩은 팩 케이스(100); 상기 팩 케이스(100)에 수납되는 복수개의 배터리 모듈(200); 상기 배터리 모듈(200)들을 전기적으로 연결하는 버스바(300); 및 상기 배터리 모듈(200)을 상기 팩 케이스(100)에 고정하거나 팩 케이스(100)로부터 분리하기 위한 모듈 홀딩부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 모듈 홀딩부(400)는 상기 배터리 모듈(200)에 장착되는 제1 영구자석(410); 상기 제1 영구자석(410)과 마주보는 제2 영구자석(420); 일측이 상기 제2 영구자석(420)과 연결된 회전축(430); 및 상기 회전축(430)과 연결된 모터(440)를 포함하며, 상기 모터(440)가 180°씩 반복적으로 회전함으로써 상기 제1 영구자석(410)과 상기 제2 영구자석(420) 간에 척력과 인력이 교번하여 생성됨으로써 팩 케이스(100)에 배터리 모듈(200)을 수납하거나 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 팩 케이스(100)에는 내부를 가로 지르는 지지 프레임(111)이 구비되고, 상기 모터(440)는 상기 지지 프레임(111)에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 제1 영구자석(410)과 상기 제2 영구자석(420)은 원판 또는 사각판의 형태이고, N극과 S극이 한 면에 대칭하도록 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 모터(440)는 제어부의 신호에 의해 회전하도록 작동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 팩 케이스(100)의 바닥면에는 상기 배터리 모듈(200)이 아래로 낙하할 수 있도록 도어(122)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 도어(122)는 상기 배터리 모듈(200)과 동일한 개수로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 팩 케이스(100)에는 상기 도어(122)의 회동을 위한 도어 회동부(123), 및 도어 개폐부(124)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 도어 개폐부(124)는 제어부의 신호에 의해 도어(122)의 잠금 상태를 해제상태로 변환시키도록 작동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 복수개의 배터리 모듈(200) 각각에는 비정상 상태를 감지할 수 있는 센서(210)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 센서(210)는 온도 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 센서(210)로부터 신호를 수신하고, 비정상 상태일 시에는 상기 버스바(300)에 과전류를 인가하는 제어부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 상기 버스바(300)에는 노치 타입의 퓨즈부(320)가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 팩이 차량에 장착되고, 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법으로서, 제어부가 배터리 모듈 각각의 상태 정보를 수신하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 수신한 상태 정보가 비정상 상태에 해당되는지 판단하는 제2 단계; 및 비정상 상태에 해당되는 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 제3 단계;를 포함하되, 상기 제3 단계는 배터리 모듈(200)에 장착된 제1 영구자석(410)과 상기 제1 영구자석(410)과 마주보는 제2 영구자석(420)에 척력이 발생하도록 모터(440)를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법에서, 상기 제3 단계는 상기 도어(122)의 잠금 상태를 해제 상태로 변환되도록 상기 도어 개폐부(124)에 신호를 전송하고, 상기 버스바(300)에 과전류를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 팩 케이스에 개폐 가능한 도어가 구비되는 한편 각 배터리 모듈을 고정하거나 해제할 수 있는 모듈 홀딩부가 구비되어 있어, 비정상 상태의 배터리 모듈을 팩 케이스로부터 분리할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 각 배터리 모듈에는 센서가 장착되어 있어 배터리 모듈이 정상 상태인지 아니면 비정상 상태인지를 모니터링할 수 있고, 모니터링 결과에 따라 배터리 모듈의 분리 여부를 결정하기 때문에 정확한 판단이 가능하다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 비정상 상태의 배터리 모듈을 팩 케이스로부터 분리할 수 있는 구조이기 때문에, 배터리 팩의 폭발 등으로 인한 차량 탑승자를 보호할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 팩 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 배터리 팩의 분해사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 배터리 팩의 저면을 확대한 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시한 배터리 팩 일부분의 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시한 배터리 팩 일부분의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩에 사용되는 퓨즈부의 평면도이다.
도 8은 도 2에 도시한 배터리 팩에서 모듈 홀딩부의 작동원리를 설명하는 확대사시도이다.
도 9는 도 2에 도시한 배터리 팩에서 배터리 모듈이 분리되는 모습을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 2에 도시한 배터리 팩에서 배터리 모듈이 분리되는 모습을 설명하기 위한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 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 경우 뿐만 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.
이하, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 선택적 분리가 가능한 배터리 팩 및 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도, 도 3은 도 2에 도시한 배터리 팩의 분해사시도 그리고 도 4는 도 2에 도시한 배터리 팩의 저면을 확대한 사시도이다.
도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩은 팩 케이스(100), 복수의 배터리 모듈(200), 배터리 모듈(200)들을 전기적으로 연결하는 버스바(300), 복수의 모듈 홀딩부(400), 및 제어부(미도시)를 포함한다.
비록 도면에서는 육면체 모양을 갖는 배터리 모듈(200)이 복수개가 세워져 있는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 넓은 측면이 팩 케이스(100) 바닥을 향하도록 배치될 수 있음은 자명하다.
먼저, 팩 케이스(100)는 복수의 배터리 모듈(200)을 안전하게 수납하기 위한 박스 형태일 수 있으며, 배터리 모듈(200)의 측면을 감싸는 측면 케이스(110)와 배터리 모듈(200)의 하면을 지지하는 하부 케이스(120)로 구성될 수 있다. 물론 측면 케이스(110)와 하부 케이스(120)가 일체로 형성되어 하나의 케이스로 구성될 수 있고, 또 도면에는 도시하지 않았지만 상부 커버가 구비될 수 있음은 자명하다.
한편 측면 케이스(110)의 내측 상부에는 복수개의 지지 프레임(111)이 마련되어 있다. 구체적으로 지지 프레임(111)은 측면 케이스(110)의 내부를 가로 지르도록 위치하며, 양측 단부는 측면 케이스(110) 내측에 고정되어 있다. 이러한 지지 프레임(111)은 모터를 고정하기 위한 것인데, 이와 관련하여서는 후술하기로 한다.
하부 케이스(120)에는 상면 즉, 배터리 모듈(200)이 위치하는 방향으로 소정의 높이로 돌출한 형상의 지지 플레이트(121)가 마련된다. 이러한 지지 플레이트(121)는 배터리 모듈(200)의 4면, 또는 서로 마주 보는 2면의 하단부를 지지함으로써, 외부 충격으로부터 배터리 모듈(200)이 유동하는 것을 억제할 수 있다.
또 하부 케이스(120)에는 소정 부분이 개방될 수 있도록 도어(122)가 구비되며, 도어(122)의 회동을 위한 도어 회동부(123) 그리고 도어 개폐부(124)가 설치되어 있다.
전술한 도어(122), 도어 회동부(123) 및 개폐부(124)는 배터리 모듈이 정상적으로 작동할 시에는 도어(122)가 닫혀 있어, 배터리 모듈(200)이 팩 케이스(100)에 수납된 상태를 유지하지만, 특정 배터리 모듈이 비정상 상태가 되면 도어(122)를 개방시켜 비정상 상태의 배터리 모듈을 팩 케이스(100)로부터 분리시키기 위한 구성들이다.
따라서 도어(122)는 배터리 모듈(200) 저면에 위치하는 것이 바람직하고, 배터리 모듈(200)과 동일한 개수로 구비되는 것이 보다 바람직하다. 비록 도면에서는 도어(122)가 서로 마주는 한 쌍, 즉 양문 형태인 것으로 도시하고 있으나 이는 일 예시에 불과하며, 단문 형태이어도 무방하다.
도어 회동부(123)는 일측은 하부 케이스(120)에 고정되고 타측은 도어(122)와 연결됨으로써 도어(122)가 소정 각도로 회동할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만, 일 예로 경첩일 수 있다.
도어 개폐부(124)는 도어(122)의 개폐를 제어하기 위한 것으로, 하부 케이스(120) 하면, 보다 상세하게는 도어 개폐부(124)의 걸쇠(124´)가 도어 회동부(123)가 장착되지 않은 도어(122)의 변, 또는 모서리를 지지할 수 있는 위치에 구비된다.
여기서, 도어 개폐부(124)는 일 예로 솔레노이드 타입의 전자식 도어 잠금 부재로서, 외부 신호 등에 의해 걸쇠(124´)가 전방 또는 후방으로 이동하며 이러한 전자식 도어 잠금 부재는 공지된 기술에 해당되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음은 배터리 모듈(200)에 관해 설명하기로 한다. 모듈 케이스 내부에는 냉각 장치 등과 함께 다수개의 배터리 셀이 수직 또는 수평하게 적층된 상태로 수납되어 있다.
한편 배터리 셀은 포켓 모양의 수납부가 형성된 셀 케이스, 셀 케이스에 수납되는 전극 조립체, 전극 탭, 전극 리드 및 절연 필름으로 구성될 수 있다.
셀 케이스는 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층으로 이루어진 라미네이트 시트를 사용하여 수납부를 형성한다.
외부 수지층은 셀 케이스 외곽에 위치하며, 이러한 외부 수지층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록, 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
외부 수지층과 접하는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고, 내부 수지층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다.
이러한 내부 수지층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌 아크릴산(Polyethylene Acrylic Acid), 폴리부틸렌(Polybutylene) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지, 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
셀 케이스에 수납되는 전극 조립체는 긴 시트형의 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
구체적으로, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
여기서, 음극 활물질로는 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0≤x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; Si, SiO, SiO2 단독 또는 이들의 혼합물인 Si계 등을 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
양극은 양극 집전체에 양극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
그리고 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편 음극 집전체와 양극 집진체에는 활물질이 혼합된 슬러리가 도포된 부분과 슬러리가 도포되지 않은 무지부로 구성되는데, 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 전극 탭을 형성한다.
이러한 전극 탭에는 스팟(Spot) 용접 등에 의해 전극 리드가 연결되고, 전극 리드 주위에는 절연 필름이 위치하게 된다.
한편 배터리 모듈(200) 외측면 또는 내측면에는 정상 상태 또는 비정상 상태를 확인하기 위한 센서(210)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 배터리 모듈(200)은 충전과 방전이 반복되는데, 내부 또는 외부의 각종 원인으로 인해 특정 배터리 모듈(200)에서 화재가 발생하거나, 정상 범위 이상으로 과도하게 온도가 상승할 수 있다.
전술한 센서(210)는 배터리 모듈(200)이 상기와 같이 비정상적 상태인지를 파악하기 위한 센서로서, 배터리 모듈의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서일 수 있다.
예를 들어, 측정한 온도가 배터리 모듈의 정상적인 작동 온도 범위를 초과할 시, 해당 센서가 장착된 배터리 모듈이 과열되어 화재 가능성이 높거나 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
계속해서 버스바(300)에 관해 설명하기로 한다. 버스바(300)는 복수개의 배터리 모듈(200)을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 것으로, 양측 가장자리에는 배터리 모듈(200)의 외부 단자(220)와 전기적으로 연결하기 위한 체결홀(310)이 구비되는 한편, 과전류 인가 시 절단될 수 있도록 중앙에는 퓨즈부(320)가 마련될 수 있다.
예를 들어, 양측 단부는 상대적으로 저항이 낮으면서 녹는점이 높은 구리(Cu) 재질, 그리고 중앙의 퓨즈부(320)는 구리(Cu)보다 저항이 크면서 녹는점이 낮은 알루미늄(Al) 재질로 구성될 시, 과전류가 인가되면 알루미늄(Al) 재질의 퓨즈부(320)가 절단된다.
도 5는 본 발명의 배터리 팩에 사용되는 버스바의 변형 예이다. 도 5에와 같이, 퓨즈부(320)에는 노치가 형성될 수 있다. 퓨즈부(320)에 노치가 구비되면 전류가 흐를 수 있는 면적이 줄어들게 되어 저항 상승에 따라 온도가 빨리 상승하게 되고, 결과적으로 과전류 인가 시 퓨즈부(320)가 신속하게 절단될 수 있다.
다시 도 2 내지 4를 참조하면, 모듈 홀딩부(400)는 배터리 모듈(200)을 팩 케이스(100)에 고정하거나 팩 케이스(100)로부터 분리하기 위한 것으로 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 6은 도 2에 도시한 배터리 팩 일부분의 단면도, 도 7은 도 2에 도시한 배터리 팩 일부분의 평면도 그리고 도 8은 도 2에 도시한 배터리 팩에서 모듈 홀딩부의 작동원리를 설명하는 확대사시도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 모듈 홀딩부(400)는 배터리 모듈(200)에 장착되는 제1 영구자석(410), 제1 영구자석(410)과 마주보는 제2 영구자석(420), 일측이 제2 영구자석(420)과 연결된 회전축(430), 및 회전축(430)과 연결된 모터(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 영구자석(410)과 제2 영구자석(420)은 원판 또는 사각판으로 N극과 S극이 서로 대칭되도록 배치되어 있다. 따라서 제1 영구자석(410)의 N극과 S극 상부에 제2 영구자석(420)의 S극과 N극이 각각 위치하면 인력이 작용하게 되고, 반대로 제1 영구자석(410)의 N극과 S극 상부에 제2 영구자석(420)이 수평 방향으로 180°회전하여 N극과 S극이 각각 위치할 시에는 척력이 작용하게 된다.
회전축(430)과 모터(440)는 제2 영구자석(420)의 N극과 S극 위치를 조절하기 위한 것으로, 모터(440)는 팩 케이스(100)의 지지 프레임(111) 상부에 안착될 수 있지만, 상부 커버가 구비될 시에는 상부 커버에 고정되어도 무방하다.
여기서, 모터(440)는 제어부의 신호에 의해 회전할 수 있다면 특별히 제한하지 않으며, 일 예로 스테핑 모터일 수 있으며, 컨트롤러는 배터리 팩(100) 내부에 구비되거나 구동 컨트롤러를 내장한 일체형 스테핑 모터일 수 있다.
도 9는 도 2에 도시한 배터리 팩에서 배터리 모듈이 분리되는 모습을 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 도 2에 도시한 배터리 팩에서 배터리 모듈이 분리되는 모습을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9 및 10을 참조하면서, 배터리 팩으로부터 배터리 모듈이 분리되는 원리를 설명하기로 한다.
다수개의 배터리 모듈(200) 각각에 장착된 센서(210)로부터 온도를 측정하며, 이들 중 어느 특정 배터리 모듈(200)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승할 시, 제어부는 도어 개폐부(124) 및/또는 모터(440)로 신호를 전송한다.
구체적으로, 도어(122)를 지지하고 있던 걸쇠(124´)를 후방으로 이동시켜 도어(122)가 하방으로 회동할 수 있도록 도어 개폐부(124)로 신호를 전송한다. 또 배터리 모듈(200) 상부에 장착된 제1 영구자석(410)과 제2 영구자석(420) 사이에 척력이 작용하도록 모터(440)를 회전시키기 위한 신호를 전송한다.
따라서 개방구(S)를 통해 비정상 상태의 배터리 모듈(200)은 자중에 의해 팩 케이스(100) 아래로 떨어지게 되는 것이다.
한편, 특정 배터리 모듈(200)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승할 경우, 버스바(300)의 퓨즈부(320)가 신속하게 절단될 수 있도록 해당 배터리 모듈(200)에 과전류를 인가하도록 신호를 전송하는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 배터리 팩이 차량에 장착되고, 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법은, 제어부가 배터리 모듈 각각으로부터의 상태 정보를 수신하는 제1 단계, 제1 단계에서 수신한 상태 정보가 비정상 상태에 해당되는지 판단하는 제2 단계, 및 비정상 상태에 해당되는 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 제3 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제3 단계에서는 전술한 바와 같이 배터리 모듈(200)에 장착된 제1 영구자석(410)과 제1 영구자석(410)과 마주보는 제2 영구자석(420)에 척력이 발생하도록 모터(440)를 회전시키고, 도어(122)의 잠금 상태를 해제 상태로 변환되도록 도어 개폐부(124)에 신호를 전송하고, 또 필요에 따라서는 버스바(300)에 과전류를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 팩 케이스
110: 측면 케이스
111: 지지 프레임
120: 하부 케이스
121: 지지 플레이트 122: 도어
123: 도어 회동부
124: 도어 개폐부 124´:걸쇠
200: 배터리 모듈
210: 센서 220: 외부단자
300: 버스바
310: 체결홀
320: 퓨즈부
400: 모듈 홀딩부
410: 제1 영구자석
420: 제2 영구자석
430: 회전축
440: 모터
S: 개방구

Claims (15)

  1. 팩 케이스;
    상기 팩 케이스에 수납되는 복수개의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈들을 전기적으로 연결하는 버스바; 및
    상기 배터리 모듈을 상기 팩 케이스에 고정하거나 팩 케이스로부터 분리하기 위한 모듈 홀딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 홀딩부는 상기 배터리 모듈에 장착되는 제1 영구자석; 상기 제1 영구자석과 마주보는 제2 영구자석; 일측이 상기 제2 영구자석과 연결된 회전축; 및 상기 회전축과 연결된 모터를 포함하며,
    상기 모터가 180°씩 반복적으로 회전함으로써 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 간에 척력과 인력이 교번하여 생성됨으로써 팩 케이스에 배터리 모듈을 수납하거나 분리하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팩 케이스에는 내부를 가로 지르는 지지 프레임이 구비되고, 상기 모터는 상기 지지 프레임에 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석은 원판 또는 사각판의 형태이고, N극과 S극이 한 면에 대칭하도록 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 모터는 제어부의 신호에 의해 회전하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스의 바닥면에는 상기 배터리 모듈이 아래로 낙하할 수 있도록 도어가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도어는 상기 배터리 모듈과 동일한 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 팩 케이스에는 상기 도어의 회동을 위한 도어 회동부, 및 도어 개폐부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도어 개폐부는 제어부의 신호에 의해 도어의 잠금 상태를 해제상태로 변환시키도록 작동되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 모듈 각각에는 비정상 상태를 감지할 수 있는 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서는 온도 센서인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 센서로부터 신호를 수신하고, 비정상 상태일 시에는 상기 버스바에 과전류를 인가하는 제어부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 버스바에 노치 타입의 퓨즈부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 팩이 차량에 장착되고, 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법으로서,
    제어부가 배터리 모듈 각각으로부터의 상태 정보를 수신하는 제1 단계;
    상기 제1 단계에서 수신한 상태 정보가 비정상 상태에 해당되는지 판단하는 제2 단계; 및
    비정상 상태에 해당되는 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 제3 단계;를 포함하되,
    상기 제3 단계는 배터리 모듈에 장착된 제1 영구자석과 상기 제1 영구자석과 마주보는 제2 영구자석에 척력이 발생하도록 모터를 회전시키는 것을 특징으로 하는 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 단계는 상기 도어의 잠금 상태를 해제 상태로 변환되도록 상기 도어 개폐부에 신호를 전송하고, 상기 버스바에 과전류를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상 상태의 배터리 모듈을 배터리 팩으로부터 분리하는 방법.
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