KR20240003775A - 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정성 및 실용성을 높인 배터리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템은, U자형으로 절곡된 프레임을 배터리 모듈에 적용하고, 이를 통해, 배터리 모듈의 상부와 하부 모두에 열전도성 충진재를 도포할 수 있게 하여 배터리 모듈이 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.

Description

열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템{Battery system with thermal runaway stability}
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정성 및 실용성을 높인 배터리 시스템에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
그러나, 소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 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 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
이 때, 배터리 셀 적층체를 지지하기 위해 배터리 셀 적층체의 상부는 프레임 부재를 포함하는 다수의 부품이 적용되게 되어 배터리 셀 적층체 전체를 냉각하기 위한 구조의 적용이 어려웠고, 이에 따라 종래의 기술에서는 배터리 셀의 하부만을 냉각할 뿐이었으므로, 배터리 셀의 온도를 조절함에 있어 그 효율이 매우 떨어졌다.
또한, 배터리 셀이 다수 적층됨에 따라 하나의 배터리 셀의 온도가 일정 이상으로 상승했을 시 인근의 배터리 셀이 그 영향을 받아 열 폭주가 발생하였는데, 배터리 셀 적층체를 보호하는 프레임 부재로 인해 열 폭주 시 내부 압력이 올라가게 되어 배터리 셀 적층체가 폭발하는 일이 발생하였고, 종래의 기술은 이러한 현상에 대해 안정성이 매우 낮다는 문제점이 있었다.
더 나아가, 배터리 셀 적층체의 열폭주를 방지하기 위해 배터리 셀 적층체의 전압 및 온도를 모니터링하는 CMU가 필요하였는데, 종래의 기술에서는 배터리 셀 적층체의 CMU가 별도로 구비됨에 따라 즉각적인 모니터링이 어려워 배터리 셀의 점검 및 수리의 효율이 낮다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 10-2020-0144423 "전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, U자형으로 절곡된 프레임을 배터리 모듈에 적용하고, 이를 통해, 배터리 모듈의 상부와 하부 모두에 열전도성 충진재를 도포할 수 있게 하여 배터리 모듈이 효율적으로 냉각될 수 있는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템을 제공함에 있다.
또한, 배터리 셀의 6면을 전부 밀폐함으로써, 배터리 셀에 문제가 발생하였을 시, 이가 시스템의 외부로 노출되는 것을 최소화 할 수 있는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템을 제공함에 있다.
또한, 각 셀의 사이에 냉각 플레이트 및 내열패드를 적용함으로써, 열 발생을 최소화 하고, 열이 발생하더라도 인근의 배터리 셀로 열이 전이되는 것을 최소화 할 수 있는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템을 제공함에 있다.
또한, 전압 및 온도 센싱 회로가 내장된 센싱 PCB에 격벽을 형성하여, 각 배터리 셀 중 어느 하나에 열폭주가 발생하더라도 인근의 배터리 셀로 열이 전이되는 것을 최소화 할 수 있는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템을 제공함에 있다.
또한, CMU를 배터리 팩의 하우징 외부면에 접하도록 장착하여 즉각적으로 배터리 모듈의 전압 상태, 온도 상태를 모니터링하며 상시적으로 수리가 가능하도록 할 수 있는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템은 2개의 배터리 셀 및 배터리 셀의 사이에 끼워지는 냉각 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 셀 아세이가 소정의 적층 방향으로 적층된 배터리 모듈, 배터리 모듈의 면 중 3개의 면과 결합하도록 일측 및 타측이 개방되고 ㄷ자로 절곡되는 지지 프레임, 배터리 모듈의 측면 중 적어도 하나의 면의 표면에 도포되는 열전도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지지 프레임은, 적층 방향에 수직인 배터리 모듈의 면과 결합하는 2개의 측면 결합부 및 각각의 측면 결합부를 연결하며, 배터리 모듈의 일면과 결합하는 상면 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열전도부는, 배터리 모듈의 측면 중 지지 프레임과 배터리 모듈이 접하지 않는 면에 도포되는 제 1 열전도부 및 상면 결합부와 배터리 모듈의 사이에 도포되는 제 2 열전도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 셀 아세이의 사이에 끼워지는 내열 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지지 프레임은, 각 면에 내측 방향으로 형성되는 스웰링 방지 홈을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 측면 결합부와 배터리 모듈의 사이에 배치되는 앤드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 앤드 플레이트는, 지지 프레임이 개방되는 방향으로 연장되는 와이어 하네스를 포함하고, 와이어 하네스는 배터리 모듈의 전압 및 온도를 측정하는 회로가 집적되는 것을 특징으로 한다.
또한, 지지 프레임과 배터리 모듈의 결합을 추가로 지지하는 클램프를 더 포함하고, 클램프는, 양단부가 소정의 길이 만큼 수직으로 절곡되고, 각각의 양단부는 측면 결합부에 고정되며, 배터리 모듈의 측면 중 지지 프레임과 배터리 모듈이 접하지 않는 면과 접하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지지 프레임의 일측 및 타측에 결합되어 배터리 모듈의 정보를 센싱하는 센싱부를 더 포함하고, 센싱부는, 지지 프레임의 일측에 결합되고 센싱 터미널이 실장된 전면 아세이 및 지지 프레임의 타측에 결합되고 센싱 터미널이 실장된 후면 아세이를 포함하며, 각각의 전면 아세이와 후면 아세이는 배터리 모듈 측으로 돌출형성된 적어도 하나의 격벽을 포함하고, 각각의 격벽은 셀 아세이의 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지지프레임의 일측 및 타측에 결합되어 배터리 모듈을 지지하는 커버부를 더 포함하고, 커버부는, 지지 프레임의 일측 및 타측에 결합되는 한 쌍의 커버 하우징을 포함하고, 각각의 커버 하우징은, 일단이 개방되고, 타단이 폐쇄되며, 일단 및 타단을 둘러싸고 지지 프레임과 결합되는 다수의 결합면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 커버 하우징은, 타단면과 결합면 중 적어도 어느 하나가 90도 이상인 소정의 각도를 가지도록, 결합면 중 어느 하나가 외측방향으로 틸팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 커버 하우징은, 결합면의 외면 또는 내면에 적어도 하나의 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 모듈의 전압 정보 또는 온도 정보를 수신하고를를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 커버 하우징은 외면에 제어부가 거치되는 거치 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 센싱부와 연결되는 전압센싱 와이어를 포함하고, 커버 하우징은, 전압 센싱 와이어가 통과하는 연통홀이 타단면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 커버 하우징은, 타단면 또는 결합면에 제어부와 센싱부 간의 무선통신을 보조하는 무선통신 홈이 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템은 U자형으로 절곡된 프레임을 배터리 모듈에 적용하고, 이를 통해, 배터리 모듈의 상부와 하부 모두에 열전도성 충진재를 도포할 수 있게 하여 배터리 모듈이 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리 셀의 6면을 전부 밀폐함으로써, 배터리 셀에 문제가 발생하였을 시, 이가 시스템의 외부로 노출되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 셀의 사이에 냉각 플레이트 및 내열패드를 적용함으로써, 열 발생을 최소화 하고, 열이 발생하더라도 인근의 배터리 셀로 열이 전이되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전압 및 온도 센싱 회로가 내장된 센싱 PCB에 격벽을 형성하여, 각 배터리 셀 중 어느 하나에 열폭주가 발생하더라도 인근의 배터리 셀로 열이 전이되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, CMU를 배터리 팩의 하우징 외부면에 접하도록 장착하여 즉각적으로 배터리 모듈의 전압 상태, 온도 상태를 모니터링하며 상시적으로 수리가 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 모듈 및 그 세부 구성을 도시한 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈과 지지 프레임의 결합관계를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈의 열교환 방법을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 센싱부의 전면 아세이를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 센싱부의 후면 아세이를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 커버부를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 커버부와 지지 프레임 간의 결합관계를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제어부 및 거치수단을 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 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.
이하로, 도 1 내지 2를 참조하여 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)의 기본 구성에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 배터리 모듈(100)과 이를 지지하는 지지 프레임(200)을 포함할 수 있다. 보다 자세히, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(100)은 다수의 셀 아세이(110)를 포함할 수 있다. 셀 아세이(110)는 2개의 배터리 셀(111)과 2개의 배터리 셀(111) 사이에 끼워지는 일자형 냉각 플레이트(112)를 포함한 형태로, 이러한 셀 아세이(110)를 소정의 적층 방향으로 적층한 것이 본 발명의 배터리 모듈(100)이라 할 수 있다. 이 때, 각각의 셀 아세이(110)의 사이에 끼워지는 내열 패드(120)를 추가로 구비함으로써, 셀 아세이(110) 중 어느 하나에서 열폭주가 발생하더라도 인근 셀 아세이(110)로 열이 전이되는 것을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 지지 프레임(200)은 배터리 모듈(100)의 면 중 3개의 면과 결합하도록 일측 및 타측이 개방되고 ㄷ자로 절곡되는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 평판을 ㄷ자로 두 번 절곡 형성함으로써, 연속으로 접한 배터리 모듈(100)의 3면과 결합할 수 있다. 이 때, 지지 프레임(200)과 결합하는 배터리 모듈(100)의 면은 도 1의 좌우방향과 전후방향으로 이루어지는 평면과 평행한 면 중 하나(이하 상면)와, 상하방향과 전후방향으로 이루어지는 평면과 평행한 2개의 면(이하 측면)인 것이 바람직하다. 이 때, 각 배터리 셀(111)의 전극은 상하방향과 전후방향으로 이루어지는 평면과 평행한 면(이하 전면, 후면)에 위치하며, 배터리 셀(111)과 냉각 플레이트(112)가 접하는 면은 측면인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 배터리 모듈(100)의 측면 중 적어도 하나의 면의 표면에 도포되는 열전도부(300)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 열전도부(300)는 열 전도성 충진재, 즉 방열용 갭필러일 수 있다. 열전도부(300)는 배터리 모듈(100)의 상면과 마주보는 면인 하면에 도포되는 제 1 열전도부(310)와, 배터리 모듈(100)의 상면에 도포되는 제 2 열전도부(320)를 포함할 수 있다. 다만, 배터리 모듈(100)의 상면에 도포되는 제 2 열전도부(320)의 경우, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)이 적용되는 환경에 따라 불필요한 경우 생략될 수 있다.
ㄷ자로 개방된 지지 프레임(200)이 배터리 모듈(100)을 보호하는 구조로 결합됨으로써, 배터리 모듈(100)의 상면 및 하면 모두에 열전도부(300)를 배치하는 공정 및 이를 수정하는 공정이 용이해질 수 있다. 궁극적으로 배터리 모듈(100)의 상면 및 하면에 열전도부(300)를 모두 포함함으로써 방열 효율을 높일 수 있다.
이하로, 도 3을 참조하여 본 발명의 배터리 셀(111) 간 열교환 방법의 효율성에 대해 설명한다.
상기와 같은 구성을 택함으로써, 셀 아세이(110)에 각각 포함된 냉각 파이프로 인해 배터리 셀(111)에서 발생하는 열을 일차적으로 냉각할 수 있고, 그 이상으로 배터리 셀(111)에 열이 발생하더라도, 배터리 모듈(100)의 상면 및 하면에 배치된 열전도부(300)로 인해서, 지지 프레임(200) 및 배터리 모듈(100)의 외측으로 냉각수가 지나가는 냉각 파이프가 지나가도록 배치되었을 시, 열전도부(300)를 매개로 배터리 모듈(100)의 양면에서 2차적으로 배터리 모듈(100)을 냉각할 수 있다. 뿐만 아니라, 각각의 셀 아세이(110)의 사이에 배치된 내열 패드(120)로 인해 하나의 셀 아세이(110)에서 열폭주가 발생하더라도 인근의 셀 아세이(110)에 전이되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 배터리 모듈(100)의 열폭주 가능성에 있어 안정성을 높게 확보할 수 있다.
이하로, 도 4를 참조하여 본 발명의 지지 프레임(200)의 구체적인 형상 및 배터리 모듈(100)과의 연결관계에 대해 보다 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(200)은, 적층 방향에 수직인 배터리 모듈(100)의 면, 즉 배터리 모듈(100)의 측면과 결합하는 2개의 측면 결합부(210)와 각각의 측면 결합부(210)를 연결하며, 배터리 모듈(100)의 일면, 즉 배터리 모듈(100)의 상면과 결합하는 상면 결합부(220)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때 측면 결합부(210) 및 상면 결합부(220)는 각각의 평판을 용접하여 결합된 것일 수 있다. 또는 측면 결합부(210) 및 상면 결합부(220)는 서로 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 하나의 평판에서 절곡되어 형성될 수 있다.
또한, 지지 프레임(200)은, 측면 결합부(210) 및 상면 결합부(220)에 내측 방향, 즉 배터리 모듈(100)과 접촉하는 방향으로 돌출 형성되는 스웰링 방지 홈(230)을 적어도 하나 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 지지 프레임(200)이 형성됨으로써, 배터리 모듈(100)의 스웰링 현상을 최소화 할 수 있을 뿐 아니라, 배터리 모듈(100)과 지지 프레임(200)의 조립 및 분해 공정 간단히 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 측면 결합부(210)와 배터리 모듈(100)의 사이에 배치되는 앤드 플레이트(400)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉 앤드 플레이트(400)는 배터리 모듈(100)의 측면에 결합되는 것이 바람직하다. 앤드 플레이트(400)는 지지 프레임(200)과 배터리 모듈(100)을 절연하기 위해 절연 물질로 구성될 수 있고, 또한 지지 프레임(200)이 개방되는 방향인 배터리 모듈(100)의 전면 및 후면 측으로 연장되는 와이어 하네스(410)를 포함할 수 있다. 와이어 하네스(410)는 배터리 모듈(100)의 전압 및 온도를 측정하는 회로가 집적되는 것이 바람직하다. 와이어 하네스(410)는 후술할 센싱부(600)와 연결되어 제어부(800)가 배터리 모듈(100)의 전압 상태 및 온도 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 지지 프레임(200)과 배터리 모듈(100)의 결합을 추가로 지지하는 클램프(500)를 더 포함할 수 있다. 클램프(500)는, 양단부가 소정의 길이 만큼 수직으로 절곡되고, 각각의 양단부는 측면 결합부에 고정되며, 배터리 모듈(100)의 측면 중 지지 프레임(200)과 배터리 모듈(100)이 접하지 않는 면인 배터리 모듈(100)의 하면과 접하는 것이 바람직하다. 클램프(500)와 지지 프레임(200)은 서로 용접 결합되는 것이 바람직하다. 클램프(500)를 포함함으로써, 지지 프레임(200)이 배터리 모듈(100)의 스웰링 힘을 보다 효율적으로 지지할 수 있다.
이하로, 도 5 내지 6을 참조하여 본 발명의 센싱부(600)에 대해 보다 자세히 설명한다.
본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은, 지지 프레임(200)의 일측 및 타측에 결합되어 배터리 모듈(100)의 정보를 센싱하는 센싱부(600)를 더 포함할 수 있다. 보다 자세히, 센싱부(600)는 배터리 모듈(100)에 포함된 배터리 셀(111)의 전압 정보 및 온도 정보를 센싱할 수 있다. 또한 센싱부(600)는, 지지 프레임(200)의 일측이자 배터리 모듈(100)의 전면에 결합되고 센싱 터미널(650)이 실장된 전면 아세이(610) 및 지지 프레임(200)의 타측이자 배터리 모듈(100)의 후면에 결합되고 센싱 터미널(650)이 실장된 후면 아세이(620)를 포함할 수 있다. 이 때 각각의 전면 아세이(610)와 후면 아세이(620)는 배터리 모듈(100) 측으로 돌출형성된 적어도 하나의 격벽(630)을 포함하고, 각각의 격벽(630)은 셀 아세이 간에 위치하는 것이 바람직하다. 보다 자세히, 각 격벽(630)은 열전이를 방지하기 위한 것으로써, 열 전도성이 낮고 내열성이 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
보다 자세히, 전면 아세이(610)는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 배터리 셀(111)의 전극과 연결된 +/- 단자대(640)를 양단에 포함할 수 있고, 센싱을 위한 회로가 집적된 센싱 PCB를 포함할 수 있으며, 센싱 PCB에는 각 배터리 셀(111)의 전압을 센싱할 수 있는 전압 센싱용 커넥터(660)가 실장될 수 있다. 또한, 전면 아세이(610)는 각 배터리 셀(111)의 전극과 연통되는 센싱 터미널(650)을 포함할 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)과 접하는 측 면에 돌출 형성되는 격벽(630)은 내열패드와 접하고 각 셀 아세이의 사이에 끼워질 수 있다. 실질적으로 열폭주는 배터리 셀(111)이 전력을 공급받는 전극 단자 측에서부터 발생하므로, 배터리 셀(111)이 다수 집약되어 적층되어 있는 경우, 각 배터리 셀(111)의 단자 사이를 내열성이 높은 격벽(630)이 차단함으로써, 배터리 모듈(100)의 부피 감소 뿐 아니라 열폭주 안정성 측면에서 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 후면 아세이(620)는, 도 6의 (a) 에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 전압 및 온도 센싱을 위한 회로가 집적된 센싱 PCB를 포함할 수 있으며, 센싱 PCB에는 각 배터리 셀(111)의 전압을 센싱할 수 있는 전압 센싱용 커넥터(660)가 실장될 수 있다. 또한, 전면 아세이(610)는 각 배터리 셀(111)의 전극과 연통되는 센싱 터미널(650)을 포함할 수 있다.
또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)과 접하는 측 면에 돌출 형성되는 격벽(630)은 내열패드와 접하고 각 셀 아세이의 사이에 끼워질 수 있다. 실질적으로 열폭주는 배터리 셀(111)이 전력을 공급받는 전극 단자 측에서부터 발생하므로, 배터리 셀(111)이 다수 집약되어 적층되어 있는 경우, 각 배터리 셀(111)의 단자 사이를 내열성이 높은 격벽(630)이 차단함으로써, 배터리 모듈(100)의 부피 감소 뿐 아니라 열폭주 안정성 측면에서 높은 효과를 얻을 수 있다.
이하로, 도 7 내지 9를 참조하여 본 발명의 커버부(700)에 대해 보다 자세히 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은, 지지프레임의 일측 및 타측에 결합되어 배터리 모듈(100)을 지지하는 커버부(700)를 더 포함하고, 커버부(700)는, 지지 프레임(200)의 일측 및 타측에 결합되는 한 쌍의 커버 하우징(710)을 포함하고, 각각의 커버 하우징(710)은, 일단이 개방되고, 타단이 폐쇄되며, 일단 및 타단을 둘러싸고 지지 프레임(200)과 결합되는 다수의 결합면(711)을 포함하는 것이 바람직하다.
이 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 커버 하우징(710)은, 타단면과 결합면(711) 중 적어도 어느 하나가 90도 이상인 소정의 각도를 가지도록, 결합면(711) 중 어느 하나가 외측방향으로 틸팅되는 것이 바람직하다. 이에 따라 배터리 셀(111) 내부의 쇼트 또는 열폭주와 같은 이벤트 발생 시 형성되는 가스를 외부로 배출할 수 있다. 이 때, 커버 하우징(710)은 소정 이상의 탄성 및 강성을 가짐으로써, 커버 하우징(710) 및 지지 프레임(200)으로 이루어진 내부 공간의 압력이 소정 이상일 시에만 틸팅된 결합면(711)이 벌어지도록 할 수 있다. 이에 따라 내부의 가스만 배출하되 화염과 같은 위험요소는 외부로 배출되지 않도록 실링함으로써 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)의 내외부 안정성을 높일 수 있다.
이 때, 일 예로, 결합면(711) 중 배터리 모듈(100)의 측면과 접하는 2개의 면은 지지 프레임(200)과 볼트로 결합될 수 있다. 이에 따라 가스배출은 배터리 모듈(100)의 상면 및 하면과 접하는 결합면(711)을 통해서만 이루어질 수 있고, 가스 배출을 위해 결합면(711)과 지지 프레임(200) 사이에 이격이 발생하더라도 커버 하우징(710)과 지지 프레임(200)의 결합이 유지될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100)에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 또 다른 방안으로, 커버 하우징(710)은, 결합면(711)의 외면 또는 내면에 적어도 하나의 배출홈이 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 배출홈은 결합면(711) 중 배터리 모듈(100)의 상면 및 하면과 결합된 면에 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 배터리 셀(111) 내부의 쇼트 또는 열폭주와 같은 이벤트 발생 시 형성되는 가스를 외부로 배출할 수 있다.
더 나아가, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템(1000)은 배터리 모듈(100)의 전압 정보 또는 온도 정보를 수신하고, 이를 제어하는 제어부(800)를 더 포함하고, 커버 하우징(710)은 외면에 제어부(800)가 거치되는 거치 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 거치 수단의 일단에는 제어부(800)가 거치되고, 타단은 커버 하우징(710)의 결합면(711) 또는 타단면과 결합하는 것이 바람직하다. 이 때, 거치수단(712)와 커버 하우징(710)은 볼트로 결합될 수 있으며, 거치수단(712)는 커버 하우징(710)에 탈착식으로 결합될 수 있다.
또한, 제어부(800)는, 센싱부(600)와 연결되는 전압센싱 와이어(810)를 포함하고, 커버 하우징(710)은, 전압 센싱 와이어가 통과하는 연통홀(713)이 타단면에 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 연통홀(713)이 형성되는 커버 하우징(710)은 배터리 셀(111)의 후면과 접하는 커버 하우징(710)인 것이 바람직하다. 또한, 커버 하우징(710)은, 타단면 또는 결합면(711)에 제어부(800)와 센싱부(600) 간의 무선통신을 보조하는 무선통신 홈이 적어도 하나 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 커버 하우징(710)의 외면에 제어부(800)가 접하여 배치됨으로써, 사용자로 하여금 즉각적으로 배터리 모듈(100)의 전압 상태, 온도 상태를 인지할 수 있도록 할 수 있고, 상시적으로 수리가 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템
100 : 배터리 모듈
110 : 셀 아세이
111 : 배터리 셀 112 : 냉각 플레이트
120 : 내열 패드
200 : 지지 프레임
210 : 측면 결합부 220 : 상면 결합부
230 : 스웰링 방지 홈
300 : 열전도부
310 : 제 1 열전도부 320 : 제 2 열전도부
400 : 앤드 플레이트
410 : 와이어 하네스
500 : 클램프
600 : 센싱부
610 : 전면 아세이 620 : 후면 아세이
630 : 격벽 640 : +/- 단자대
650 : 센싱 터미널 660 : 커넥터
700 : 커버부
710 : 커버 하우징
711 : 결합면 712 : 거치수단
713 : 연통홀
800 : 제어부
810 : 전압센싱 와이어

Claims (15)

  1. 2개의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀의 사이에 끼워지는 냉각 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 셀 아세이가 소정의 적층 방향으로 적층된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 면 중 3개의 면과 결합하도록 일측 및 타측이 개방되고 ㄷ자로 절곡되는 지지 프레임;
    상기 배터리 모듈의 측면 중 적어도 하나의 면의 표면에 도포되는 열전도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 프레임은,
    상기 적층 방향에 수직인 상기 배터리 모듈의 면과 결합하는 2개의 측면 결합부 및
    각각의 상기 측면 결합부를 연결하며, 상기 배터리 모듈의 일면과 결합하는 상면 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열전도부는,
    상기 배터리 모듈의 측면 중 상기 지지 프레임과 상기 배터리 모듈이 접하지 않는 면에 도포되는 제 1 열전도부 및
    상기 상면 결합부와 상기 배터리 모듈의 사이에 도포되는 제 2 열전도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    각각의 상기 셀 아세이의 사이에 끼워지는 내열 패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 프레임은,
    각 면에 내측 방향으로 형성되는 스웰링 방지 홈을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 측면 결합부와 상기 배터리 모듈의 사이에 배치되는 앤드 플레이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 앤드 플레이트는,
    상기 지지 프레임이 개방되는 방향으로 연장되는 와이어 하네스를 포함하고,
    상기 와이어 하네스는 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도를 측정하는 회로가 집적되는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 지지 프레임과 상기 배터리 모듈의 결합을 추가로 지지하는 클램프;를 더 포함하고,
    상기 클램프는,
    양단부가 소정의 길이 만큼 수직으로 절곡되고, 각각의 상기 양단부는 상기 측면 결합부에 고정되며,
    상기 배터리 모듈의 측면 중 상기 지지 프레임과 상기 배터리 모듈이 접하지 않는 면과 접하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 프레임의 일측 및 타측에 결합되어 상기 배터리 모듈의 정보를 센싱하는 센싱부;를 더 포함하고,
    상기 센싱부는,
    상기 지지 프레임의 일측에 결합되고 센싱 터미널이 실장된 전면 아세이 및
    상기 지지 프레임의 타측에 결합되고 센싱 터미널이 실장된 후면 아세이를 포함하며,
    각각의 상기 전면 아세이와 상기 후면 아세이는 상기 배터리 모듈 측으로 돌출형성된 적어도 하나의 격벽을 포함하고,
    각각의 상기 격벽은 상기 셀 아세이의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 지지프레임의 일측 및 타측에 결합되어 상기 배터리 모듈을 지지하는 커버부;를 더 포함하고,
    상기 커버부는,
    상기 지지 프레임의 일측 및 타측에 결합되는 한 쌍의 커버 하우징을 포함하고,
    각각의 상기 커버 하우징은,
    일단이 개방되고, 타단이 폐쇄되며,
    상기 일단 및 타단을 둘러싸고 상기 지지 프레임과 결합되는 다수의 결합면을 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 커버 하우징은,
    타단면과 상기 결합면 중 적어도 어느 하나가 90도 이상인 소정의 각도를 가지도록, 상기 결합면 중 어느 하나가 외측방향으로 틸팅되는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 커버 하우징은,
    상기 결합면의 외면 또는 내면에 적어도 하나의 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 전압 정보 또는 온도 정보를 수신하고, 이를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 커버 하우징은 외면에 상기 제어부가 거치되는 거치 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    센싱부와 연결되는 전압센싱 와이어를 포함하고,
    상기 커버 하우징은,
    상기 전압 센싱 와이어가 통과하는 연통홀이 타단면에 형성되는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 커버 하우징은,
    타단면 또는 상기 결합면에 상기 제어부와 센싱부 간의 무선통신을 보조하는 무선통신 홈이 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템.
KR1020220081077A 2022-07-01 2022-07-01 열폭주 안정성을 갖는 배터리 시스템 KR20240003775A (ko)

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