KR20230171701A - 가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩에 관한 것으로, 가스 배출 방향에 따라 유로의 단면적을 감소 및 증가시킴으로써, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 더 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다.

Description

가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩{GAS VENTING DEVICE, BATTERY MODULE AND BATTERY PACK COMPRISING THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 가스를 배출하는 가스 벤팅 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.

전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 이차전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

이차 전지는 충 방전을 반복하면서 언제든지 사용 중에 내부로부터 가스가 발생할 수 있으며, 이를 벤팅 가스(venting gas)라고 한다. 예를 들어, 과전류가 흐르면 내부의 이차전지가 온도가 급속하게 상승한다. 이러한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 가스가 발생될 수 있다. 배터리 팩에서 내부의 이차전지로부터 가스가 발생할 경우, 이러한 가스가 팩 내부에 포집되어 배터리 팩이 폭발하거나, 배터리 팩의 냉각용 덕트 등을 통해 차량 등의 내부로 유입될 수 있다. 이에 배터리 팩에는 내부의 가스를 외부로 배출시켜 내부 압력을 감소시키는 벤팅 장치를 마련하게 된다.

벤팅 장치는 일반적으로 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 가스가 유입되는 입구 및 가스가 배출되는 출구 사이에 내부 압력에 따라 파열될 수 있는 벤팅 디스크가 삽입되어 있는 구조이다.

도 1은 종래의 가스 벤팅 장치의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 가스 벤팅 장치(1)는 벤팅 디스크(20)와 연통되는 브라켓(10)의 가스 배출 유로(11)가 원통형으로 단순하게 설계되어 있기 때문에, 장치 설계가 용이하다는 장점이 있다.

그러나, 종래의 가스 벤팅 장치(1)는 단순히 가스의 유입구(12)와 유출구(13)가 연결되어 있는 원통형 모양의 구조를 가지고 있기 때문에 입구와 출구 사이의 압력이 크지 않아 배출할 수 있는 가스의 유량에 한계가 있었다.

또한, 다량의 가스 발생시에 가스 배출 유로(11)의 출구부에서 유동이 정체되는 이른바 초킹(chocking) 현상이 발생될 수 있고, 이에 의하여 유동 불안정성이 증대되는 문제가 있다. 이러한 초킹 현상을 피하기 위해서 낮은 압력에서 파열될 수 있도록 벤팅 디스크를 선정할 필요가 있다. 하지만, 파열 압력 공차를 고려하면 이 경우에는 벤팅 디스크의 부품 신뢰성 확보가 어려울 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 원통형 유로(11)의 가스 벤팅 장치에서는 출구부의 불안정한 유동과 출구에서의 급격한 압력 변화로 인하여 출구에 가까운 곳에서 강한 충격파(shock wave)가 발생하여 안전성을 해치는 문제가 있다.

더욱이, 충격파 하류에서는 국소적으로 압력이 상승하는 현상이 발생하고, 이로 인하여 출구 압력이 재상승되는 문제가 있다. 이렇게 되면 결과적으로 입출구 압력 차이가 줄어들어 배출 유량이 감소될 가능성이 있다.

한국공개특허 제10-2018-0039986호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 동일한 면적의 벤팅 디스크로도 동일 시간당 더 많은 유량을 배출할 수 있는 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 출구부에서의 초킹 현상을 해소하여 벤팅 디스크의 파열 압력을 높일 수 있는 가스 벤팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 유로 출구에서의 충격파 발생을 방지하여 안전성을 높이고 유동 안정성을 한층 더 개선한 가스 벤팅 장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스 벤팅 장치는, 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재; 및 상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크;를 포함하며, 상기 가스 배출 유로는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로를 포함한다.

구체적인 예로서, 상기 벤팅 디스크는, 상기 제1 유로와 제2 유로의 경계부인 스로트부(throat portion)에 설치될 수 있다.

상기 제1 유로와 제2 유로는 길이가 동일 또는 상이할 수 있다.

구체적인 예로서, 상기 제1 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상으로 형성되고, 상기 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기와 상기 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기는 동일 또는 상이할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대 형상을 가지고, 상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대 형상을 가질 수 있다.

다른 예로서, 상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대 형상을 가지고, 상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대 형상을 가지는 것일 수 있다.

이 때, 상기 제1 각뿔대 및 제2 각뿔대는 단면 프로파일이 사다리꼴인 사각뿔대 형상일 수 있다.

하나의 예로서, 상기 제1 유로의 입구 측에 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로가 연결될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 브라켓 부재는 통공을 구비하고, 가스 벤팅 장치는 상기 통공 내에 삽입되며 상기 가스 배출 유로가 관통 형성된 배출 가이드를 포함할 수 있다.

구체적인 예로서, 상기 배출 가이드는, 상기 통공 내에 삽입되며 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드를 포함하고, 상기 벤팅 디스크는 상기 제1 배출 가이드와 제2 배출 가이드 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐할 수 있다.

상기 배출 가이드의 외주면에는 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부가 형성될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 브라켓 부재는, 상기 가스 배출 유로의 입구 측에 위치하며 상기 제1 유로를 가지는 제1 브라켓과, 상기 가스 배출 유로의 출구 측에 위치하며 상기 제2 유로를 가지는 제2 브라켓을 포함하고, 상기 벤팅 디스크는 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐할 수 있다.

보다 구체적인 예로서, 상기 제1 브라켓 및 제2 브라켓은 각각 통공을 구비하며, 상기 제1 브라켓의 통공에는 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드가 삽입되고, 상기 제2 브라켓의 통공에는 제2 유로가 관통 형성된 제2 배출 가이드가 삽입될 수 있다.

한편, 상기 벤팅 디스크는, 상기 브라켓 부재에 결합되는 디스크 외주부; 및

상기 디스크 외주부와 한 몸체로 형성되고, 상기 가스 배출 유로를 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부; 를 포함하며, 상기 디스크 내주부에는 상기 소정의 압력이 가해지면 파열되도록 노치가 형성될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 배터리 모듈은 복수의 이차전지; 및 상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임; 을 포함하며, 상기 모듈 프레임의 일측에 상술한 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

상기 배터리 팩은 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및

상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며, 상기 배터리 팩 케이스의 일측에 상술한 바와 같은 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.

본 발명에 따른 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩은, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 동일 시간당 더 많은 유량을 배출함으로써 배터리 모듈 및 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 특유의 가스 배출 유로 형상을 구비하여, 다량의 벤팅 가스가 발생하더라도, 초킹 현상을 해소하면서 출구부에서 비교적 안정적인 가스 유동을 얻을 수 있다.

또한, 초킹 현상을 회피하면서 입출구 압력 차이를 크게 할 수 있으므로, 벤팅 디스크의 파열 압력을 비교적 높게 선정할 수 있다는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 배출된 가스가 높은 속도로 배출되고, 이러한 고속의 유동 관성으로 인하여 출구와 먼 곳에서 충격파가 발생하거나 충격파의 발생 자체를 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩은 열 전파 등의 이벤트 발생시에도 안전성을 크게 개선할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 가스 벤팅 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 가스 벤팅 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 가스 벤팅 장치에서 벤팅 디스크와 브라켓 부재의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 체결구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 조립구조를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 벤팅 디스크의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 가스 벤팅 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 가스 벤팅 장치에서 벤팅 디스크와 브라켓 부재의 결합구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.

본 발명에 따른 가스 벤팅 장치(100)는, 가스 배출 유로(111)를 가지는 중공형의 브라켓 부재(110); 및 상기 브라켓 부재(110)에 결합되어 상기 가스 배출 유로(111)를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크(120);를 포함하며, 상기 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 포함한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 벤팅 장치(100)는, 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재(110)와, 상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크(120)를 포함한다. 도 3(a)은 상기 가스 벤팅 장치(100)의 개략 단면도이고, 도 3(b)는 상기 가스 벤팅 장치(100)의 사시도이다.

상기 브라켓 부재(110)는 중공형으로 형성되어 이 중공(통공)의 공간이 직접 가스 배출 유로를 형성할 수 있다. 혹은 후술하는 바와 같이, 이 중공의 공간 내에 가스 배출 유로를 가진 다른 부재(예컨대, 배출 가이드)를 위치시킬 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 브라켓 부재(110)가 대략 중심부에 통공을 구비하며, 상기 통공이 가스 배출 유로(111)를 형성하고 있다.

상기 브라켓 부재(110)에는 가스 배출 유로를 차폐하는 벤팅 디스크(120)가 구비된다. 벤팅 디스크(1120는 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 파열 가능한 재질로 이루어져 있다. 예컨대, 파열 가능한 금속 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 또는, 비닐, 필름 등과 같이 박막화가 가능한 고분자 재료로 만들 수도 있다. 한편, 파열이 용이하도록 유로에 대응되는 벤팅 디스크 부위에 노치를 구비할 수 있다.

상기 소정의 압력은 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내의 전지 설계 상황과 요구되는 안전성의 정도를 고려하여 결정될 수 있다. 예컨대, 모듈 및 팩 내에 화염이 발생하거나 설정된 고온 고압을 초과할 경우, 상기 벤팅 디스크(120)가 파열되도록 할 수 있다. 혹은, 안전성을 높이기 위하여, 내부에서 폭발이 일어나기 전의 압력인 비교적 낮은 설정 압력에서 벤팅 디스크가 파열되도록 설계하는 것도 가능하다.

상기 벤팅 디스크(120)는 가스 배출 유로(111)를 차폐하도록 상기 가스 배출 유로 상에 위치하여 상기 브라켓 부재(110)에 결합된다.

상기 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 포함한다. 이와 같이, 본 발명은 유로 단면적이 상이한 2개의 유로를 연이어 형성함으로써, 이하에서 설명하는 바와 같이 초킹 현상을 배제하며 출구 유속을 증가시켜 다량의 가스를 배출 할 수 있고, 충격파의 발생을 방지하여 유동 안정성을 개선시킬 수 있다.

일반적으로 배터리 팩에는 다수의 배터리 모듈이 탑재되며, 각각의 배터리 모듈에는 복수개의 이차전지가 내장되어 있다. 이들 이차전지는 충방전을 반복함에 따라 전해액의 분해 반응 등으로 인하여 가스를 발생시킨다. 전지의 충방전 과정에서 발생하는 열은 가스 발생을 촉진시키며, 가스를 팽창시켜 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 압력을 높이게 된다. 이 과정이 지속될 경우 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 폭발하거나, 내부의 가스가 덕트 등을 통해 차량 등의 내부로 유입될 수 있으므로, 기체의 압력이 소정 크기 이상이 될 경우 벤팅 디스크가 파열됨으로써 가스를 배출시키는 벤팅 장치가 부착된다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래의 가스 벤팅 장치는 단순히 가스의 유입구와 유출구가 연결되어 있는 원통형 모양의 가스 배출 유로를 가지고 있기 때문에 입구와 출구 사이의 압력 차이가 크지 않아 배출할 수 있는 가스의 유량에 한계가 있었다.

이에 대하여, 본 발명의 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 구비하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가스 배출 유로의 제1 유로(111A)에서 단면적이 감소하는 경우, 단면적이 큰 제1 유로의 입구(112)에서는 가스의 속력이 감소함에 따라 내부 압력이 증가하고, 단면적이 작은 제1 유로의 출구에서는 가스의 속력이 증가함에 따라 내부 압력이 감소하게 된다. 이에 따라 제1 유로(111A)의 입구와 출구의 압력 차이가 국소적으로 더 증가하게 되고, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 더 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부에서 발생한 가스로 인한 내부 압력이 기준치를 초과하였을 때, 가스를 신속하게 배출함으로써 배터리 모듈 및 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 단면적이 감소하는 제1 유로(111A)는, 종래의 원통형 유로에 비하여 입출구의 압력 차이를 크게 할 수 있어 가스 배출 유량을 증가시킬 수 있다.

한편, 종래의 원통형 유로는 물론이고, 상기 제1 유로와 같이 단면적이 감소하는 유로의 경우에도 이른바 초킹 현상이 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다량의 가스 배출을 위해서는, 유로의 입구와 출구의 압력 차이가 클수록 유리하다. 그러나, 입구와 출구의 압력 차이를 아무리 크게 설계한다 하더라도, 제1 유로와 같은 단면적 감소 유로의 출구에서 최대로 도달할 수 있는 가스의 유속은 음속(M=1)이 한계이다. 즉, 가스 유속이 음속 이하인 아음속(subsonic) 구간에서는 상기 가스는 이른바 비압축성 기체로 간주되어 가스 배출 유로의 단면적이 감소함에 따라 가스의 유속이 증가한다. 하지만, 이러한 아음속 유동(subsonic flow)의 경우, 상기 압력 차이를 아무리 크게 한다 하더라도 물리 법칙상 유로 출구에서의 가스 유속은 음속을 초과할 수 없다.

이 때문에, 입구와 출구의 압력 차이를 계속 증가시키더라도, 출구 유속이 음속에 도달한 시점 이후에는 출구의 가스 유속 및 유동이 정체되는 이른바 초킹 현상이 발생한다.

본 발명은 이러한 초킹 현상을 해소하고 출구 유속을 더욱 증가시키기 위하여, 유로 단면적이 증가하는 제2 유로(111B)를 구비하고 있다.

제1 유로(111A)의 출구 유속이 음속에 도달한 후, 유로 단면적이 제2 유로(111B)와 같이 다시 증가하는 경우에는, 가스는 이른바 압축성 기체의 거동을 보이게 되고 제1 유로와 달리 유로 단면적에 따라 유속이 증가하는 초음속 유동을 하게 된다. 즉, 제1 유로(111A)의 출구에서 정체되었던 가스 유속은 제2 유로(111B)에서 단면적이 증가함에 따라 더욱 증가되어 음속을 초과하는 유동을 하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 단면적이 감소하는 제1 유로와, 단면적이 증가하는 제2 유로를 연속적으로 형성함으로써, 초킹을 해소하고 최종적으로 가스 배출 유로의 출구, 즉 제2 유로의 출구(113)에서의 가스 유속을 더욱 증가시켜 다량의 가스를 배출할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 종래와 같은 충격파의 발생을 완화하거나 없앨 수 있다는 장점이 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 가스 배출 유로는 출구에서의 가스 유속이 높지 않으므로, 출구 근처에서 충격파가 발생한다. 충격파는 비가역적인 유동에너지의 손실이며, 출구 후방 측에서 급격한 압력 상승을 수반한다. 이와 같이 출구 측의 압력이 높아지면 결과적으로 입출구 압력 차이가 감소되어 가스 배출을 방해하게 된다.

반면, 도 5와 같이, 단면적이 감소 및 증가하는 2개의 유로를 구비한 본 발명의 경우에는, 출구 유속이 초음속에 도달할 정도로 매우 크며, 이러한 고속의 유동 관성에 의하여 충격파가 출구(113)와 먼 곳에서 발생한다. 최근 배터리 발화 내지 폭발의 위험성이 대두되는 상황에서, 이러한 충격파는 유동의 관심 영역 안에서 회피할 수 있도록 유로를 설계하는 것이 중요하다. 본 발명은 단면적이 상이한 제1,2 유로를 구비하는 것에 의해서, 충격파를 출구로부터 떨어진 곳에서 형성할 수 있다. 또한, 이 과정에서 가스의 유동에너지는 손실되므로, 발생하는 충격파의 강도도 도 5에서 점선으로 표시되는 바와 같이 훨씬 작거나, 경우에 따라서는 충격파 발생없이 대기로 소산될 가능성도 있다.

이에 따라 본 발명에서는 종래와 같은 출구부에서의 국소적인 압력 상승도 일어나지 않는다.

결론적으로, 본 발명에 의하면, 가스 배출 유로(111)의 입구(112)와 출구(113)의 압력 차이를 크게 하여 초킹 현상을 극복하고 다량의 가스를 배출할 수 있으면서도, 출구부에서 충격파의 발생 없이 비교적 안정적인 가스 유동성을 얻을 수 있으며, 안전성도 개선할 수 있게 된다.

더욱이, 압력 차이를 크게 할 수 있으므로 벤팅 디스크의 파열 압력도 비교적 높게 선정할 수 있다.

본 발명의 가스 배출 유로를 이루는 제1 유로 및 제2 유로의 형상, 길이, 단면적 크기, 단면적 변화율 등은 배터리 모듈 및 배터리 팩 내에서 설치되는 이차전지의 종류, 개수, 배치 구조 등의 설계 사양에 따라 적절히 변경하여 선택할 수 있다. 즉, 이차전지의 설계 사양에 따라 배터리 모듈이나 팩 내에서 일어나는 열 전파 상황, 화염발생상황, 온도, 압력이 달라진다. 또한, 배터리 팩 내부에 설치되는 배터리 모듈의 개수, 배치 구조도 고려할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 가스 배출 유로의 형상, 길이, 단면적 등의 여러 사양은 상술한 여러 파라미터들을 고려하여 결정할 수 있다.

이러한 가스 배출 유로의 형상, 길이, 단면적 크기, 단면적 변화율 등에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 가스 배출 유로(111)를 차폐하도록 브라켓 부재(110)의 가스 배출 유로(111)에 설치된다. 이론상 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 제1 유로와 제2 유로의 경로의 어떤 부분에도 설치할 수 있다. 실제로는 가스 배출 유로의 위치에 따른 압력이나 유속, 단면적, 유로 형상 및 설치 용이성 등을 고려하여 가장 적절한 위치에 벤팅 디스크를 설치할 수 있다.

대표적인 벤팅 디스크의 바람직한 설치 위치로서 이하의 예를 들 수 있다.

첫번째로, 도 3 내지 도 5와 같이 벤팅 디스크(120)를 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 경계부인 스로트부(T)에 설치할 수 있다.

스로트부(T)는 아음속 거동이 초음속 거동으로 변화하는 단면적을 형성하므로, 유로 설계시에 이 스로트부의 단면적을 우선적으로 결정할 필요가 있다. 벤팅 디스크(120)를 스로트부에 설치하면, 벤팅 디스크의 면적, 파열 압력 범위도 스로트부에서의 단면적을 고려하여 비교적 정확하게 설계할 수 있다. 특히, 가스 배출 유로의 입구(112)나 출구(113)에 비하여 스로트부(T)의 유동이 안정적이고, 이러한 안정적인 부분을 기준으로 설계를 진행하므로, 벤팅 디스크(120)의 설계 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 스로트부(T) 전후에서는 압력 편차가 크지 않으므로, 벤팅 디스크가 설정 압력 도달 전에 의도치 않게 파손될 가능성도 적다.

두번째로, 벤팅 디스크(120)를 가스 배출 유로의 입구부, 즉 제1 유로(111A)의 입구(112) 측에 설치할 수 있다. '입구 측'에 설치한다는 것은, 가스 배출 유로(111)를 이루는 제1 유로(111A)의 입구(112)에 설치하는 경우 또는 그 입구에 인접한 부분에 설치하는 경우를 모두 포함한다. 나아가서, 상기 가스 벤팅 장치(100) 안쪽으로 상기 제1 유로(111A)보다 선행하는 추가적인 유로가 형성되는 경우, 이 추가적인 유로에 상기 벤팅 디스크(120)를 설치하는 경우를 포함한다.

이 경우에는 외부 압력으로부터 벤팅 디스크를 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 벤팅 디스크 내측의 이차전지 부품, 모듈 부품 등의 중요 부품을 보호하기 용이하다.

또한, 유로 형상에 있어서 상술한 스로트부의 형상만 결정되면, 전체 유량은 입구 크기에 크게 구애받지 않으므로, 가스 배출 유로의 입구에 설치되는 벤팅 디스크의 사양 선정이 용이하다. 즉, 입출구의 압력 변화에 따른 유속 증가의 효과를 거둘 수 있는 범위 내에서 스로트부와 유로의 형상이 결정되면, 입구부의 면적, 그리고 이에 설치되는 벤팅 디스크의 크기는 적절하게 설계할 수 있다. 따라서, 입구에 벤팅 디스크를 설치하는 경우에는 설계 자유도가 커지는 장점이 있다.

세번째로, 벤팅 디스크(120)를 가스 배출 유로의 출구부, 즉 제2 유로(111B)의 출구(113) 측에 설치할 수 있다.

벤팅 디스크가 유로 입구에 설치되거나 스로트부에 설치될 경우, 벤팅 디스크 파열시 그 파열된 조각들이 유로를 막거나 모듈 내부로 흘러들어가 간섭을 일으킬 수 있다. 이렇게 되면 유로의 유동 안정성이 손상될 수 있다. 벤팅 디스크를 유로 출구에 설치할 경우 이러한 위험성을 줄일 수 있어 유동 안정성에 기여할 수 있다.

벤팅 디스크가 유로 출구(113) 측에 위치하고 있어, 입구로부터 출구 측의 유로에는 어떠한 장애물도 없다. 이에 따라, 가스 배출 유로 내의 가스 유동이 최대한 발달된 이후(fully developed)에 유로가 외부와 연통되므로, 유로의 유동 안정성이 한층 더 개선되어, 배출 가스를 안정적으로 내보낼 수 있게 된다.

상기 벤팅 디스크(120)는 상술한 바와 같이, 제1 유로의 입구(가스 배출 유로의 입구(112)), 제2 유로의 출구(가스 배출 유로의 출구(113)), 또는 제1 유로의 출구와 제2 유로의 입구의 경계부인 스로트부(T)에 설치될 수 있다. 물론, 유로 설계에 따라서, 그 외의 위치에 벤팅 디스크를 설치할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 제1 유로의 입구, 출구, 스로트부에 벤팅 디스크를 설치하는 경우, 각각의 장점이 있다. 브라켓 부재(110)에 대한 벤팅 디스크(120)의 결합 용이성 면에서는, 가스 배출 유로의 입구나 출구 쪽에 벤팅 디스크를 설치하는 것이 좋다. 즉, 가스 배출 유로의 입구 또는 출구 측에 벤팅 디스크(120)를 배치하면, 예컨대 브라켓 부재(110)의 상대결합면에 벤팅 디스크를 접촉시키고 체결부재로 체결하여 용이하게 가스 벤팅 장치를 조립할 수 있다.

반면, 도 3 및 도 4와 같이, 스로트부(T)에 벤팅 디스크가 위치하도록 브라켓 부재를 결합시킬 경우에는, 벤팅 디스크가 결합될 수 있는 장소를 마련하기 위하여, 브라켓 부재 또는 가스 배출 유로의 형상을 별도로 가공할 필요가 있다. 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 브라켓 부재(110)의 몸체에 벤팅 디스크(120)가 끼워지는 슬롯(S1,S2)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 브라켓 부재(110)의 가스 배출 유로(111)의 스로트부 내주면에는 벤팅 디스크(120)를 끼울 수 있도록 추가적인 슬롯(삽입 홈)(S2)을 형성할 필요가 있다. 상기 벤팅 디스크(120)의 일부는 가스 배출 유로의 스로트부를 가로질러 상기 삽입홈(S2)에 끼워져 고정될 수 있다. 이후, 체결부재(140)에 의하여 벤팅 디스크(120)를 상기 브라켓 부재(110)에 고정할 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시예와 같이, 스로트부에 벤팅 디스크를 결합하는 경우에는 상기와 같이, 브라켓 부재의 형상이나 구조를 다소 복잡하게 가공해야 하는 단점이 있을 수 있다.

하지만, 상술한 바와 같이, 스로트부에 벤팅 디스크가 설치되는 경우, 상술한 바와 같이, 벤팅 디스크의 설계 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 스로트부에서의 압력 편차가 크지 않으므로, 벤팅 디스크가 설정 압력 도달 전에 의도치 않게 파손될 가능성도 적다.

이와 같이, 벤팅 디스크를 스로트부에 설치할 경우의 효과를 감안한다면, 가공이 다소 어렵더라도 도 3 및 도 4와 같은 구조의 가스 벤팅 장치를 채택할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 브라켓 부재 또는 브라켓 부재에 삽입되는 배출 가이드를 복수개로 구성하고 이 복수개의 브라켓 부재나 복수개의 배출 가이드 사이에 벤팅 디스크를 체결하면, 브라켓 부재를 복잡하게 가공할 필요가 없다.

이하에서는, 벤팅 디스크가 스로트부에 설치되는 가스 벤팅 장치의 실시예에 관하여 설명하기로 한다.

제1 유로와 제2 유로의 길이, 형상, 단면적 크기, 단면적 변화율은 이차전지, 배터리 모듈, 배터리 팩의 설계 사양, 요구 안전성, 가스의 유동 안정성 등을 고려하여 적절하게 설계할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다. 도 6(a)는 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로를 도시한 것이고, 도 6(b)는 양측부의 단면 프로파일이 곡선형이 유로를 도시한 것이다. 도 7(a)는 양측부의 단면 프로파일이 곡선형과 직선형으로 이루어진 유로를 도시한 것이고, 도 7(b)는 양측부의 단면 프로파일이 직선형과 곡선형으로 이루어진 유로를 도시한 것이다. 도 8(a)는 유로 양측부의 단면 프로파일이 사다리꼴 형상인 유로 형상을 도시한 것이고, 도 8(b)는 이 유로의 입체적인 형상인 각뿔대 형상을 타낸 개략 사시도이다.

전체적인 가스 배출 유로의 길이, 또는 제1 유로와 제2 유로의 길이는, 가스 배출 압력, 유로 단면적, 모듈이나 팩의 크기 등을 고려하여 결정할 수 있다.

예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 유로와 제2 유로의 길이는 동일하게 구성할 수 있다. 이 경우는 가스 유속의 변화가 비교적 단순한 경우에 적용할 수 있고, 브라켓 부재의 가공이 용이하다.

하지만, 도 6 내지 도 8과 같이, 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 길이를 상이하게 하는 것도 가능하다. 특히, 아음속 구간인 제1 유로(111A)의 길이를 짧게 하고, 초음속 구간인 제2 유로(111B)의 길이를 길게 할 수 있다. 제1 유로를 짧게 하고 제2 유로의 길이를 길게 하면, 스로트부의 초킹을 신속하게 해소할 수 있으며, 제2 유로의 초음속의 유동을 충분하게 발달시킨 상태에서 출구로부터 가스를 배출시킬 수 있다. 이에 의하여, 배출 가스의 유동 관성을 증대시켜 충격파 발생 구간을 출구(113)에서 보다 먼 쪽에서 형성할 수 있다.

제1 유로(111A)는 유로 단면적이 가스 배출 방향을 따라 연속적으로 또는 순차적으로 감소한다. 상기 유로 단면적이 연속적으로 감소하는 경우를 고려하면, 제1 유로(111A)의 양측부의 단면 프로파일은 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상을 형성한다. 여기서 유로의 양측부란 유로의 상부와 하부를 이루는 입구 및 출구 측이 아닌 유로의 내주벽을 형성하는 양쪽의 측부를 지칭한다.

또한, 제2 유로(111B)의 단면적이 가스 배출 방향을 따라 연속적으로 증가하는 경우에, 제2 유로(111B) 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상을 형성한다.

제1,2 유로의 길이 외에 상기 양측부의 단면 프로파일의 테이퍼 형상의 기울기도 설계 목표에 따라 다르게 결정할 수 있다. 즉, 유동 변화가 비교적 단순한 경우, 혹은 벤팅 경로가 짧은 경우에는, 도 3 및 도 4와 같이 제1, 2 유로의 테이퍼 형상의 기울기를 동일하게 설정할 수 있다. 반면, 유동 태양이 복잡하고 초킹 및 충격파 방지의 관점에서, 도 6 및 도 7과 같이, 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기를 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기보다 크게 형성할 수 있다.

한편, 상기 양측부의 단면 프로파일은 직선의 테이퍼 형상에 한하지 않고 곡선의 테이퍼 형상을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 6(a)와 같이, 제1,2 유로의 단면 프로파일을 모두 직선 테이퍼 형상으로 하거나, 도 6(b)와 같이 모두 곡선 테이퍼 형상으로 할 수 있다. 또는, 제1 유로 및 제2 유로의 양측부 단면 프로파일을, 직선과 곡선이 혼합된 형태로 구성할 수도 있다. 즉, 도 7(a)와 같이 제1 유로의 단면 프로파일을 곡선으로 제2 유로의 단면 프로파일을 직선으로 구성할 수 있다. 또는 도 7(b)와 같이 제1,2 유로의 단면 프로파일을 직선-곡선으로 구성할 수 있다.

뿐만 아니라, 제1 유로 및 제2 유로의 각각의 하나의 유로 내에서도 직선과 곡선이 부분적으로 혼합된 형태로 단면 프로파일을 구성할 수 있다. 중요한 것은, 전체적인 유로의 단면적 조건이 연속적으로 또는 순차적으로 감소(제1 유로) 및 증가(제2 유로)되는 것을 만족하여야 한다.

또한, 상기 곡선의 곡률도 각 유로에 따라 다르게 설정하거나, 혹은 하나의 유로 내에서도 가스 배출 방향을 따라 상이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7의 곡선형 테이퍼 유로는 유로 중앙으로부터 유로 내벽을 향하여 오목하게 구부러진 형상으로 되어 있지만, 반대로 유로 내벽으로부터 유로 중앙을 향하여 볼록하게 돌출된 형상의 곡선 유로로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이, 유로의 양측부의 단면 프로파일을 직선과 곡선이 혼합된 형태, 혹은 곡선의 곡률이 상이한 형태로 구성하면, 다음과 같은 효과가 있다.

예컨대, 유로의 단면 프로파일이 직선형으로만 이루어진 경우는 단순하기 때문에 제작이 용이하지만, 배관 등 다른 부품과 연결되었을 때 유로의 벽면에서 각진 부분이 발생할 수 있기 때문에 일부 유동이 불안정한 구간이 발생할 수 있다. 또한, 단면적의 감소율이 일정하기 때문에, 예컨대 유로의 입구에서 유동이 불안정한 가스가 유입될 경우 상기 가스의 유동 불안정성이 해소되지 못하고 유로의 출구까지 유지될 가능성이 크다. 즉, 단면적 감소율 또는 증가율이 일정한 유로는 해당 유로 내에서 유동 불안정성을 조절할 수 있는 자유도가 떨어진다는 단점이 있다.

이에 대하여, 단면적의 감소율이 유로를 따라 변화하는 형상(예컨대, 양측부 단면 프로파일이 직선과 곡선이 혼합된 형태, 혹은 곡선의 곡률이 상이한 형태)으로 할 경우에는, 상술한 유동 불안정성을 유로 내에서 조절 내지 관리할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 도 7과 같이 제1,2 유로(111A, 111B)의 형상 내지 양측부의 프로파일이 상이한 경우에, 예컨대 제1 유로의 유동이 불안정하더라도 제2 유로의 형상을 적절히 설계함으로써, 유동이 안정화되도록 할 수 있다. 이와 같이, 제1,2 유로의 형상을 달리하거나, 하나의 유로 안에서도 형상 내지 단면 프로파일을 상이하게 설계함으로써, 해당 유로 내에서 가스 유동을 조절할 수 있으므로, 유동 안정성 조절을 위한 설계 자유도가 높아진다.

이에 더하여, 상술한 바와 같이, 제1, 2 유로의 길이, 테이퍼 형상의 기울기도 조절한다면 유동 안정성 조절을 위한 설계 자유도를 더욱 높일 수 있다.

한편, 가스 배출 유로(111)는 가스 배출 방향에 수직한 단면의 형상을 도 4에 도시한 바와 같이 원형으로 설계할 수 있다. 이 경우 가스 배출 유로(111)의 입체적인 형상은 원추대 형상일 수 있다. 이에 따라, 가스 배출 유로(111)의 입구(112) 및 출구(113)의 형상은 원형이며, 각각 원추대 형상의 아랫면과 윗면을 구성한다.

여기서, 가스 배출 유로(111)의 제1 유로(111A)는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대(111C) 형상을 가진다. 또한, 상기 제2 유로(111B)는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대(111D) 형상을 가진다.

구체적으로, 도 6의 가스 배출 유로는 제1,2 유로를 각각 형성하는 제1,2원추대(111C, 111D) 형상의 외주면이 직선 또는 곡선의 단면 프로파일을 가진다.

또한, 도 7의 가스 배출 유로는 제1 유로를 형성하는 제1원추대(111C) 형상의 외주면이 곡선(도 7(a)) 또는 직선(도 76(b))의 단면 프로파일을 가지고, 제2 유로를 형성하는 제2원추대(111D) 형상의 외주면이 직선(도 7(a)) 또는 곡선(도 7(b))의 단면 프로파일을 가진다.

이상과 같이, 제1,2 원추대 형상의 단면 프로파일을 변경 내지 혼합함으로써, 상술한 바와 같이 유동 안정성 조절을 더욱 효과적으로 행할 수 있다.

도 3 내지 도 7에서는, 상기 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 원형으로서, 제1,2 유로가 각각 원추대 형상을 형성하고 있다. 그러나, 상기 단면 형상은 원형에 한하지 않으며, 도 8과 같이 장방형의 단면 형상을 가질 수 있다.

즉, 제1 유로 및 제2 유로의 단면적이 각각 감소 및 증가하는 조건을 만족하는 범위에서, 도 8과 같이 가스 배출 유로(111)에 수직한 방향의 단면 형상이 장방형인 유로를 채택하는 것도 가능하다. 도 8을 참조하면, 상기 제1 유로(111A)는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대(111E) 형상을 가지고, 상기 제2 유로(111B)는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대(111F) 형상을 가지도록 되어 있다. 도 8의 가스 배출 유로에 있어서, 상기 제1 각뿔대(111E) 및 제2 각뿔대(111F)는 유로 양측부의 단면 프로파일이 사다리꼴을 이룬다.

이러한 장방형의 단면 형상을 가지는 가스 배출 유로도 설계 목적 내지 유동 안정성의 조절을 위하여 적절하게 채용할 수 있다. 이와 같이, 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 원형이 아닌 장방형(사각형)을 가지는 유로, 즉 유로의 입체적인 형상이 각뿔대를 형성하는 유로는, 도 8 외에 도 6 및 도 7과 같은 형상의 양측부 단면 프로파일을 가지는 유로에도 적용 가능하다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 필요에 따라서 상기 가스 배출 유로(111) 의 안쪽, 즉 제1 유로(111A) 의 안쪽에 직선형 유로(115)를 추가적으로 형성할 수 있다. 이와 같이 직선형 유로(115)가 추가되면, 가스 벤팅 장치(100) 내측의 유동 흐름을 안정적으로 제1 유로(111A) 측으로 이끌 수 있다. 또한, 브라켓 부재(110) 내측에 직선형 유로(115)를 포함하는 경우에는 유로를 가공하기 위한 공구를 브라켓 부재(110) 내측으로 도입하기 용이하므로 가공 용이성 면에서 유리할 수 있다. 상기 직선형 유로(115)는 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 장방형이지만, 원형인 유로, 즉 입체형상이 원통형인 유로도 가능하다.

이러한 직선형 유로(115)는 도 8과 같은 각뿔대 형상 유로 외에 도 3 내지 도 7의 원추대 형상 유로의 입구측에도 적용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(200)를 나타낸 도면으로서, 도 9(a)는 개략 단면도이고, 도 9(b)는 상기 가스 벤팅 장치의 구성요소인 배출 가이드(130)의 개략 사시도이다.

상기 도 3 내지 도 8에서는, 브라켓 부재(110)의 통공 자체를 제1 유로와 제2 유로를 포함하는 가스 배출 유로(111)로 형성하였다.

그러나, 이렇게 되면, 제품 사양 변화에 따라 유로 형상의 변경을 쉽게 하기 어려우며, 유로 변경을 위해서는 다른 유로 형상의 브라켓 부재로 브라켓 부재 자체를 교체하여야 하는 불편함이 있다.

도 9의 실시예에서는, 상기 브라켓 부재(110)의 통공 내에 가스 배출 유로(131)가 관통 형성된 배출 가이드(130)를 삽입하여 본 발명의 목적을 달성하고 있다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 제1 유로와 제2 유로로 이루어진 가스 배출 유로를 배출 가이드(130)에 관통 형성시키고, 이 배출 가이드(130)를 브라켓 부재(110)의 통공에 결합시킴과 동시에 상기 배출 가이드(130)의 가스 배출 유로(131)에 벤팅 디스크(120)를 결합시키고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 배출 가이드의 가스 배출 유로(131)는, 양측부의 테이퍼 형상 단면 프로파일 방향이 서로 반대인 제1 원추대(131C) 형상의 제1 유로(131A)와 제2 원추대(131D) 형상의 제2 유로(131B)가 연이어져 형성된 형태이다.

상기 배출 가이드(130)는 탈착형 또는 교체 가능한 구조이다. 이와 같이, 본 실시예에서는 브라켓 부재(110)에 가스 배출 유로(131)를 구비한 별도의 배출 가이드(130)를 사용함으로써 가스의 배출을 원활하게 하고, 부품의 쉬운 교체가 가능하며, 유로의 형상을 쉽게 변경할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 벤팅 디스크(120)가 상기 배출 가이드(130)에 결합되고, 상기 배출 가이드(130)가 상기 브라켓 부재(110)에 결합됨으로써, 결과적으로 상기 벤팅 디스크(120)가 상기 브라켓 부재(110)에 결합되는 형태가 된다. 상기 벤팅 디스크를 상기 배출 가이드에 결합하기 위하여, 상기 배출 가이드에도 도 3 및 도 4의 브라켓 부재와 유사하게 상기 벤팅 디스크를 끼울 수 있는 슬롯들을 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 도 4 내지 도 8을 참조하여 기술한 가스 배출 유로(111)의 길이, 기울기, 형상에 관한 설명은, 상기 배출 가이드(130)의 가스 배출 유로(131)의 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(300)를 나타낸 도면으로서, 도 10(a)는 개략 단면도이고, 도 10(b)는 상기 가스 벤팅 장치의 구성요소인 배출 가이드(130)의 개략 사시도이다.

도 10의 실시예는, 단일의 브라켓 부재(110) 내에 제1,2 유로(131A, 131B)를 각각 구비한 2개의 배출 가이드(130A,130B)가 설치된 것이다. 즉, 상기 배출 가이드(130)가, 브라켓 부재의 통공 내에 삽입되며 제1 유로(131A)가 관통 형성된 제1 배출 가이드(130A)와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로(131B)가 관통 형성된 제2 배출 가이드(130B)로 구성된다. 이때, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 제1 배출 가이드(130A)와 제2 배출 가이드(130B) 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로(131)를 차폐한다. 본 실시예는, 배출 가이드(130)가 유로의 형상이 상이한 2개의 배출 가이드로 구성되므로, 각각의 배출 가이드의 형상이 단순하게 되어 각 가이드의 가공이 용이하다. 또한, 2개의 배출 가이드 사이에 벤팅 디스크(120)의 외주부를 끼워 결합할 수 있다. 이 때문에, 도 9의 실시예와 같이, 배출 가이드(130)에 벤팅 디스크(120)를 끼우기 위한 슬롯을 가공할 필요가 없다. 또한, 상기 벤팅 디스크가 상기 제1 배출 가이드(130A)와 제2 배출 가이드(130B) 사이에 체결되므로, 벤팅 디스크와 배출 가이드 간에 보다 넓은 결합 면적을 확보하여 결합력을 높일 수 있다

도 10에서, 제1 배출 가이드(130A)는 제1 원추대(131C) 형상의 제1 유로(131A)를 구비하고, 제2 배출 가이드(130B)는 제2 원추대(131D) 형상의 제2 유로(131B)를 구비한다. 도 9에서는, 상기 제1,2 원추대가 일체로 형성되는 가스 배출 유로(131)를 형성한다. 반면, 도 10에서는, 상기 제1,2 원추대가 분할된 형태의 가스 배출 유로(131)를 형성한다. 벤팅 디스크(120)는, 상기 제1 원추대 형상과 제2 원추대 형상의 사이에 해당하는 가스 배출 유로, 즉 스로트부에 설치된다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(400)에 관한 도면이다.

본 실시예는 벤팅 디스크(120)를 브라켓 부재(110)에 결합하기 용이하도록, 상기 브라켓 부재를 2개로 분할하여 구성한 것이다. 즉, 상기 브라켓 부재를, 상기 가스 배출 유로의 입구(112) 측에 위치하며 상기 제1 유로(111A)를 가지는 제1 브라켓(110A)과, 상기 가스 배출 유로(11)의 출구(113) 측에 위치하며 상기 제2 유로(111B)를 가지는 제2 브라켓(110B)을 포함하도록 하였다. 그리고, 상기 벤팅 디스크를 상기 제1 브라켓(110A)과 제2 브라켓(110B) 사이에 위치시키고, 체결부재(140)로 상기 제1,2 브라켓과 벤팅 디스크(120)를 체결함으로써, 벤팅 디스크를 용이하게 브라켓 부재에 결합할 수 있다. 이때, 상기 벤팅 디스크(120)는 제1,2 브라켓(110A, 110B) 사이에 위치함과 동시에, 자연스럽게 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 경계부인 스로트부에 위치하게 된다. 따라서, 상기 벤팅 디스크의 파열 부위가 압력 변화가 크지 않은 가스 배출 유로의 스로트부에 위치하게 되어 벤팅 디스크의 의도치 않은 파열을 방지할 수 있게 된다. 또한 본 실시예에서는, 브라켓 부재(110)가 제1 유로(111A)를 가지는 제1 브라켓(110A)과, 제2 유로(111B)를 가지는 제2 브라켓(110B)으로 각각 형성되므로, 도 3 및 도 4와 같이 단일의 브라켓 부재에 복잡한 형상의 제1,2 유로를 모두 가공하는 것에 비하여 브라켓의 제조가 용이한 장점이 있다. 즉, 제1 브라켓(110A)은 유로 단면적이 감소하는 제1 유로만을 가지도록 가공하고, 제2 브라켓(11B)은 유로 단면적이 증가하는 제2 유로만을 가지도록 가공하면 되므로, 브라켓 가공작업이 단순해진다. 또한, 제1 브라켓과 제2 브라켓이 대향하는 측면에 상기 벤팅 디스크의 양면을 접촉시키고 이 접촉 부분에 체결부재를 체결하여 벤팅 디스크를 보다 안정적이고 강고하게 브라켓 부재에 결합할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 체결구조를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 조립구조를 나타낸 사시도이다.

도 12의 실시예(500, 600)는, 도 11과 같이 브라켓 부재(110)를 제1,2 브라켓(110A, 110B)의 2개로 형성하고, 또한 도 10과 같이 2개의 배출 가이드(130A,130B)를 도입한 것이다.

도 12를 참조하면, 브라켓 부재(110)는, 각각 통공을 구비한 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)으로 구성되고, 상기 제1 브라켓(110A)의 통공에 제1 유로(131A)가 관통 형성된 제1 배출 가이드(130A)가 삽입되고, 상기 제2 브라켓(110B)의 통공에 제2 유로(131B)가 관통 형성된 제2 배출 가이드(130B)가 삽입된다.

본 실시예에서는, 브라켓 부재와 배출 가이드가 각각 분할되므로, 부품의 가공이 더욱 용이해지고, 벤팅 디스크의 결합 작업이 한층 더 용이하게 되었다.

즉, 제1 브라켓(110A)의 통공에 제1 배출 가이드(130A)를 결합하고, 제2 브라켓(110B)의 통공에 제2 배출 가이드(130B)를 결합한 다음, 상기 제1,2 브라켓과 제1,2 배출 가이드 사이에 상기 벤팅 디스크(120)를 위치시키고 체결부재(140)로 결합하면, 보다 넓은 결합면적으로 벤팅 디스크를 브라켓 부재와 배출 가이드에 안정적으로 결합시킬 수 있다. 또한, 벤팅 디스크, 배출 가이드 및 브라켓 부재가 하나의 체결부재로 한꺼번에 일체로 체결되므로, 결합작업을 보다 간편하게 행할 수 있다.

상기 배출 가이드(130)는 그 외주면에 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부(135)를 형성할 수 있다.

예컨대, 상기 제1,2브라켓(110A,110B)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 볼트와 같은 체결부재(140)에 의해 체결될 수 있다. 이 경우, 도 12(a)와 같이 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 외주면에 각 배출 가이드를 각 브라켓(110A, 110B)에 각각 체결하기 위한 체결부(135)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 제1,2브라켓(110A, 110B) 내 통공에 각각 삽입되어야 하므로 그 단면이 통공의 형상에 대응하는 형상이며, 상기 체결부(135)는 그 외주 부분을 따라 벤팅 디스크(120)의 외주부와 비슷한 형상으로 돌출되어 있는 판상형의 돌기 형상을 이룰 수 있다. 본 실시예에서, 상기 체결부(135)는 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 모두 형성될 수 있다. 상기 체결부(135)에는 제1,2 브라켓(110A, 110B)과 함께 볼트 체결되기 위한 체결공(미도시)이 형성되어 있는데, 상기 체결부(135)에 형성되는 체결공은 제1,2 브라켓(110A, 110B)에 형성되는 체결공과 동일한 위치에 형성되어, 볼트 삽입을 통해 고정된다.

한편, 상기 체결부(135)가 형성되는 위치는 적절히 설계될 수 있다. 예컨대, 도 12(a)와 같이 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 형성되는 체결부(135)가 각각 제1 브라켓(110A)과 벤팅 디스크(120) 사이 및 제2 브라켓(110B)과 벤팅 디스크(120) 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 다만 체결부의 위치가 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 체결부(135)가 제1,2 브라켓(110A, 110B)이 벤팅 디스크(120)와 접하는 면의 타면에 접하도록 형성될 수도 있다.

또한, 도 12(b)와 같이, 상기 배출 가이드의 체결부는 외주면을 따라 형성되는 나사 형상 체결부일 수 있다. 이 경우, 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 나사 체결 방식으로 체결될 수 있다. 즉, 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110A)의 통공 내벽 및 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 외주면에 나사 체결을 위한 나사산(116,136)이 대응 형성될 수 있으며, 이에 따라 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110A)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 각각 너트 및 볼트가 체결되는 것과 같은 방식으로 체결될 수 있다. 상기 나사산은 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 모두 형성될 수 있다. 이와 같이 배출 가이드(130)가 브라켓(110A, 110A)에 대해 나사 체결 방식으로 체결되는 경우 부품의 구조 및 체결 방식이 간편해지며, 제1,2 배출 가이드(140)가 브라켓 부재(110)에 강하게 고정될 수 있다. 다만, 이 경우에도 제1,2 브라켓과 그 사이에 놓인 벤팅 디스크를 체결하기 위하여 별도의 체결부재가 필요하다.

상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 형성되는 가스 배출 유로의 형상은 배터리 팩의 안전성 기준 등에 따라 보다 다양한 형태로 설계 가능하다.

또한, 상기 가스 배출 유로(111,131)의 스로트부(T)의 단면적은 배터리 모듈 및 배터리 팩의 구조 또는 달성하고자 하는 안전성 조건에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 상기 가스 배출 유로 입구(제1 유로의 입구(112,132))의 단면적의 20% 내지 80% 일 수 있다. 상세하게는 상기 스로트부의 단면적은 입구 단면적의 20% 내지 40%, 또는 40% 내지 60% 또는 60% 내지 80%이며, 더욱 상세하게는 55 내지 65% 일 수 있다.

상기 가스 배출 유로의 출구(제2 유로의 출구(113,133))의 단면적은 상기 입구 단면적과 동일하거나 상이할 수 있다.

한편, 상기 가스 배출 유로(111,131)의 내벽에는 가스 배출을 보조하기 위한 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴은 나사산, 엠보싱 또는 또는 가스 배출 방향과 평행한 직선의 패턴을 갖는 돌기 형상일 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴은 유로의 내벽을 따라 유로의 내부를 감싸는 형태의 나사산 돌기 형태일 수 있다. 이러한 패턴은 가스의 배출을 촉진할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 벤팅 디스크의 형상을 나타낸 모식도이다.

도 14(a)는 도 3 및 도 4의 브라켓 부재, 또는 도 9의 배출 가이드에 형성된 슬롯에 삽입되는 형태의 벤팅 디스크(120)를 도시한 것이고, 도 14(b)는 도 12와 같이 복수의 브라켓과 배출 가이드 사이에 체결되는 벤팅 디스크(120')의 형태를 도시한 것이다.

도 14(a)를 참조하면, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 브라켓 부재(110)에 체결되는 디스크 외주부(121); 및 상기 디스크 외주부(121)와 한 몸체로 형성되고, 상기 통공을 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부(122); 를 포함한다. 상기 벤팅 디스크의 외주부 하부에는 외주부 연장부(125)가 형성되며, 이 외주부 연장부(125)에 체결공(123)이 형성되어 있다.

구체적으로, 상기 벤팅 디스크(120) 전체는 브라켓 부재(도 4) 또는 배출 가이드(도 9)에 형성된 슬롯에 삽입되고, 이 때, 상기 벤팅 디스크 상측의 외주부 일부가 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 형성된 가스 배출 유로 스로트부 내벽의 슬롯(삽입 홈)에 삽입된다. 이후, 상기 벤팅 디스크의 외주부 연장부는 체결부재(140)에 의하여 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 결합된다.

도 14(b)의 벤팅 디스크(120')는 상기 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)에 체결되는 디스크 외주부(121); 및 상기 디스크 외주부(121)와 한 몸체로 형성되고, 상기 통공을 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부(122); 를 포함한다. 도 14(b)의 벤팅 디스크(120')는 가스 벤팅 장치 내에서 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드와 동심으로 배치된다.

상기 디스크 내주부(122)는 소정의 압력이 가해질 경우 파열 가능한 금속 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 예를 들어 디스크 내주부(122)는 두께가 얇은 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 재질의 금속 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 디스크 내주부(122)는 파열시 압력 조건에 맞추어 적절히 선택할 수 있다.

상기 디스크 내주부(122)는 정상 조건에서는 브라켓 부재 또는 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)에 형성된 통공을 차단함으로써 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부로 수분 또는 이물질이 침투하는 것을 방지한다. 그러나 배터리 모듈 또는 배터리 팩에서 다량의 가스가 발생하면 내부의 압력이 상승하고, 이러한 압력이 디스크 내주부(122)를 파열시키는 힘으로 작용하게 된다. 이 때 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 압력은 외부의 기압보다 높은 상태이므로 내부의 가스가 음압에 의해 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.

도 14(b)의 디스크 외주부(121)에는 원주방향으로 체결공(123)이 형성되어 브라켓 부재의 대응되는 체결공을 통하여 상기 벤팅 디스크를 브라켓 부재에 체결부재로 결합할 수 있다.

상기 디스크 내주부(122)에는 소정이 압력이 가해지면 파열되도록 노치(124)가 형성되어 있다. 이러한 노치(124)는 벤팅 디스크(130)의 표면으로부터 두께 방향으로 부분 절취되어 형성된다. 노치(124)의 형상은 십자형, 원형 사각형, U자형, 타원형, 호형 등의 형상으로 설계될 수 있으며, 노치(124)의 단면은 사다리꼴, V자형, 사각형, 호형 등과 같은 형상이 가능하다. 디스크 내주부(122)에 형성되는 노치(124)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 노치(124)의 형상은 도 14와 같이 X자 형상일 수 있다. 이 경우 디스크 내주부(122)가 파열되어도 디스크 내주부(122)의 파열된 조각이 완전히 떨어져 나가지 않고, 디스크 외주부(121)에 결합될 수 있다. 디스크 내주부의 파열된 조각이 벤팅 디스크로부터 완전히 분리되어 떨어져나가면 이를 제거하기 어렵고, 다른 부품을 손상시킬 수 있다.

또한, 도 12를 참조하면, 상기 제1 브라켓(110)과 벤팅 디스크(130) 사이 및 상기 제2 브라켓(120)과 벤팅 디스크(130) 사이 중 어느 하나 이상에는 디스크 패드(미도시)가 개재될 수 있다. 이러한 디스크 패드는 디스크 외주부(131)에 대응되는 형태로, 환형 또는 링 형태로 마련될 수 있다. 상기 디스크 패드는 제1 브라켓(110)과 벤팅 디스크(130) 사이 또는 제2 브라켓(120)과 벤팅 디스크(130) 사이의 기밀성을 높이고, 디스크 외주부(132)의 파손을 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 디스크 패드는 탄성이 있는 고무재질 등으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(2000)에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1000,2000)은, 복수의 이차전지(미도시); 및 상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임(1100,2100); 을 포함하며, 상기 모듈 프레임(1100,2100)의 일측에 가스 벤팅 장치(500,600)가 체결된 구조이다.

구체적으로, 상기 이차전지는 양극, 음극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체가 전해액과 함께 셀 케이스 내에 탑재된 형상이다. 이러한 이차전지에 대한 구성에 대해서는 본원발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다.

하나의 예에서, 상기 가스 벤팅 장치(500,600)는 도 15와 같이 제1 브라켓(110A) 또는 제2 브라켓(110B)이 모듈 프레임(1100)과 접한 상태로 체결될 수 있다. 본 실시예에서는, 브라켓 및 배출 가이드가 각각 2개로 분리된 가스 벤팅 장치가 모듈 프레임에 체결된 것을 도시하고 있다. 그러나, 단일의 브라켓 부재 및 배출 가이드, 혹은 단일의 브라켓 부재와 분리된 배출 가이드가 적용된 상술한 다른 실시예의 가스 벤팅 장치들도 모듈 프레임에 결합될 수 있음은 물론이다.

이 경우 도 15(a)와 같이 제1 브라켓(110A)이 모듈 프레임(1100)의 외면과 접한 상태로 체결되거나, 도 15(b)와 같이 제2 브라켓(110B)이 모듈 프레임(1100)의 내면과 접한 상태로 체결된다. 본 발명의 명세서에서, 모듈 프레임(1100)의 내면이란 모듈 프레임(1100)에서 이차전지가 탑재되는 내부 공간을 향하는 면을 의미하며, 외면이란 모듈 프레임(1100)의 외부로 노출된 면을 의미한다. 모듈 프레임(1100)에는 제1 브라켓(110A), 제2 브라켓(110A), 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 체결부(미도시)에 형성된 체결공 및 벤팅 디스크(120)의 체결공(볼트 관통홀)에 대응하는 구멍이 형성되어 있어, 제1 브라켓(110A), 벤팅 디스크(120), 제1,2 배출 가이드(130A,130B) 및 제2 브라켓(110B)이 한 번의 볼트 체결을 통해 모듈 프레임(1100)에 고정될 수 있다. 나아가, 상기 모듈 프레임(1100)은 제1,2 브라켓(110A, 110B)에 형성된 통공 또는 제1,2 배출 가이드(130A,130B)에 형성된 가스 배출 유로(131)의 입구에 대응하는 크기의 구멍이 형성됨으로써 모듈 내 발생한 가스가 배출될 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(2000)에서, 상기 가스 벤팅 장치(500,600)는 모듈 프레임(2100)이 제1 브라켓(110A)과 제2 브라켓(110B) 사이에 개재된 상태로 체결될 수 있다. 구체적으로, 도 16과 같이 가스 벤팅 장치의 제1 브라켓(110A)은 모듈 프레임(2100)의 내면에 접하고, 제2 브라켓(110B)은 모듈 프레임(2100)의 외면에 접한 상태로 체결될 수 있다. 이 때, 벤팅 디스크(120)는, 제1 브라켓(110A)과 모듈 프레임(2100) 사이 또는 제2 브라켓(110B)과 모듈 프레임(2100) 사이에 체결될 수 있다. 배출 가이드에 체결부가 형성된 형태일 경우, 벤팅 디스크는 체결부와 모듈 프레임 사이에 위치하게 된다.

한편, 상기 배터리 모듈(2000)은 상기 모듈 프레임(2100)과 가스 벤팅 장치(500,600) 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 실링 부재는 고무 링이나 실리콘 수지일 수 있으며, 가스 벤팅 장치와 모듈 프레임 사이의 틈에 설치되어 배터리 모듈을 밀폐시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며, 상기 배터리 팩 케이스의 일측에 앞서 설명한 바와 같은 가스 벤팅 장치가 체결될 수 있다.

이 경우, 상기 가스 벤팅 장치는, 상술한 모듈 프레임과 가스 벤팅 장치의 결합과 동일한 방식으로 배터리 팩 케이스에 체결될 수 있다.

마찬가지로, 상기 배터리 팩은 배터리 팩 케이스와 가스 벤팅 장치의 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재를 포함할 수 있다.

이상으로부터, 본 발명에 따른 가스 벤팅 장치, 이를 구비한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 내부가 밀폐된 상태에서, 내부의 압력이 기준치를 초과할 경우 벤팅 디스크가 파열되어 배터리 팩 내부의 가스가 외부로 배출된다.

본 발명은 가스 배출 유로의 단면적이 가스 배출 방향으로 연속적으로 또는 순차적으로 감소한 후 다시 증가하는 연속되는 2개의 유로를 채택하였다. 이에 따라, 출구 유속이 아음속에 그쳐서 초킹 현상이 발생하는 종래의 한계를 극복하고, 가스 배출 유로의 출구 유속을 초음속 이상으로 하여 보다 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 출구부에서의 가스의 유동 안정성이 크게 개선되고, 충격파 발생을 저감 내지 방지할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

100, 200, 300, 400, 500, 600: 가스 벤팅 장치
110: 브라켓 부재
110A: 제1 브라켓
110B: 제2 브라켓
111: 가스 배출 유로
111A: 제1 유로
111B: 제2 유로
111C: 제1 원추대
111D: 제2 원추대
111E: 제1 각뿔대
111F: 제2 각뿔대
112: 입구
113: 출구
T: 스로트부
S1,S2: 슬롯
115: 직선형 유로
116: 나사산
120, 120': 벤팅 디스크
121: 디스크 외주부
122: 디스크 내주부
123: 체결공(볼트 관통홀)
124: 노치
125: 외주부 연장부
130: 배출 가이드
130A: 제1 배출 가이드
130B: 제2 배출 가이드
131: 가스 배출 유로
131A: 제1 유로
131B: 제2 유로
131C: 제1 원추대
131D: 제2 원추대
132: 입구
133: 출구
135: 체결부
136: 나사산
140: 체결부재
1000, 2000: 배터리 모듈
1100, 2100: 모듈 프레임

Claims (19)

1. 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재; 및
   상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크;를 포함하며,
   상기 가스 배출 유로는,
   가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로와,
   상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로를 포함하는 가스 벤팅 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 벤팅 디스크는, 상기 제1 유로와 제2 유로의 경계부인 스로트부(throat portion)에 설치되는 가스 벤팅 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유로와 제2 유로는 길이가 동일 또는 상이한 가스 벤팅 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유로의 양측부의 단면(斷面) 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상으로 형성되고,
   상기 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상으로 형성되는 가스 벤팅 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기와 상기 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기는 동일 또는 상이한 가스 벤팅 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 가스 벤팅 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대 형상을 가지고,
   상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대 형상을 가지는 가스 벤팅 장치.
   
8. 제4항에 있어서,
   상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대 형상을 가지고,
   상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대 형상을 가지는 가스 벤팅 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 각뿔대 및 제2 각뿔대는 단면 프로파일이 사다리꼴인 사각뿔대 형상인 가스 벤팅 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로의 입구 측에 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로가 연결되는 가스 벤팅 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓 부재는 통공을 구비하고,
    상기 통공 내에 삽입되며 상기 가스 배출 유로가 관통 형성된 배출 가이드를 포함하는 가스 벤팅 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 배출 가이드는, 상기 통공 내에 삽입되며 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드를 포함하고,
    상기 벤팅 디스크는 상기 제1 배출 가이드와 제2 배출 가이드 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하는 가스 벤팅 장치.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 배출 가이드의 외주면에 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부가 형성되는 가스 벤팅 장치.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓 부재는,
    상기 가스 배출 유로의 입구 측에 위치하며 상기 제1 유로를 가지는 제1 브라켓과,
    상기 가스 배출 유로의 출구 측에 위치하며 상기 제2 유로를 가지는 제2 브라켓을 포함하고,
    상기 벤팅 디스크는 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하는 가스 벤팅 장치.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 브라켓 및 제2 브라켓은 각각 통공을 구비하며,
    상기 제1 브라켓의 통공에는 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드가 삽입되고,
    상기 제2 브라켓의 통공에는 제2 유로가 관통 형성된 제2 배출 가이드가 삽입되는 가스 벤팅 장치.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 디스크는,
    상기 브라켓 부재에 결합되는 디스크 외주부; 및
    상기 디스크 외주부와 한 몸체로 형성되고, 상기 가스 배출 유로를 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부; 를 포함하며,
    상기 디스크 내주부에는 상기 소정의 압력이 가해지면 파열되도록 노치가 형성되어 있는 가스 벤팅 장치.
    
17. 복수의 이차전지; 및
    상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임; 을 포함하며,
    상기 모듈 프레임의 일측에 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스 벤팅 장치가 결합되는 배터리 모듈.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 모듈 프레임과 가스 벤팅 장치의 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
    
19. 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며,
    상기 배터리 팩 케이스의 일측에 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스 벤팅 장치가 결합된 배터리 팩.
    

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