KR20240022764A - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

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KR20240022764A
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지 모듈; 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 팩 프레임은 바닥부 및 측면부를 포함하며, 상기 팩 프레임의 상기 측면부에는 입자 포집부가 형성된다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안전성이 향상된 전지 팩 및 디바이스에 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.
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.
도 1은 종래 전지 팩을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 전지 팩(10)은 복수의 전지 모듈(1) 및 전지 모듈(1)을 수용하는 팩 프레임(11)을 포함하며, 전지 팩 내부의 가스가 벤팅될 수 있는 구조를 포함하였다.
그러나, 종래 전지 팩(10)에는 전지 팩 내부 발화 시 전지 셀에서 방출되는 고온의 입자를 포집할 수 있는 구조가 부재하여 상기 고온의 입자가 벤팅 가스와 함께 외부로 배출됨에 따라 화염이 발생할 가능성이 매우 높았다. 특히, 전지 팩 내부 발화 시 전지 셀에서 방출되는 고온 입자가 벤팅 가스와 함께 외부로 방출되는 경우 점화원으로 작용하여 큰 규모의 화재 발생의 원인이 될 수 있다.
그러므로, 전지 팩 내부 발화 시 벤팅 가스는 배출하고 화염의 외부 노출은방지하는 구조로서, 특히, 고온의 입자 및 점화원은 전지 팩 내부에서 포집되도록 하여 외부로 노출되는 것을 방지함으로써 화염 발생 확률을 최소화할 수 있는 구조의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 안전성이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 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 전지 팩은 복수의 전지 모듈; 및 상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고, 상기 팩 프레임은 바닥부 및 측면부를 포함하며, 상기 팩 프레임의 상기 측면부에는 입자 포집부가 형성된다.
상기 입자 포집부는 상기 팩 프레임의 내측면에 형성될 수 있다.
상기 입자 포집부는 입자 포집 집합체를 포함하고, 상기 입자 포집 집합체는 복수개의 입자 포집 부재가 배치되어 형성될 수 있다.
상기 측면부는 전면 측면부, 후면 측면부, 및 좌우측 측면부를 포함하고, 상기 입자 포집 집합체는, 상기 전면 측면부 및 전면 측면부와 상기 좌우측 측면부가 결합되는 전면 코너부에 형성되는 제1 입자 포집 집합체; 상기 전면 측면부에 형성되는 제2 입자 포집 집합체; 상기 좌우측 측면부에 형성되는 제3 입자 포집 집합체; 상기 후면 측면부와 상기 좌우측 측면부가 결합되는 후면 코너부에 형성되는 제4 입자 포집 집합체; 및 상기 후면 측면부에 형성되는 제5 입자 포집 집합체를 포함할 수 있다.
상기 전면 측면부 및 상기 후면 측면부에 형성되는 복수개의 배기구를 더 포함하고, 상기 제1 입자 포집 집합체, 제2 입자 포집 집합체 및 상기 제5 입자 포집 집합체는 상기 배기구의 위치와 대응되는 위치에 각각 형성될 수 있다.
상기 입자 포집 부재는, 절곡부를 포함하는 제1 입자 포집 부재; 판상으로 형성되는 제2 입자 포집 부재; 판상으로 형성되고 판상면으로부터 연장되는 연장 고정부를 포함하는 제3 입자 포집 부재; 및 절곡부를 포함하되 절곡부를 중심으로 형성되는 일측과 타측의 면적이 서로 상이한 제4 입자 포집 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 입자 포집 집합체는, 상기 제1 입자 포집 부재 및 상기 제2 입자 포집 부재를 포함하고, 상기 배기구의 양측에 상기 제1 입자 포집 부재가 각각 형성되며, 상기 제1 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제1 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 입자 포집 집합체는, 상기 제2 입자 포집 부재를 복수개 포함하고, 상기 복수개의 제2 입자 포집 부재는 상기 전면 코너부를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 상기 제2 입자 포집 부재는 상기 전면 코너부와 90도 미만의 각도를 이루도록 비스듬하게 형성될 수 있다.
상기 제2 입자 포집 집합체는, 상기 제1 입자 포집 부재를 복수개 포함하고, 상기 배기구의 양측에 상기 제1 입자 포집 부재가 각각 형성되며, 상기 제1 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제1 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제3 입자 포집 집합체는, 상기 제3 입자 포집 부재를 포함할 수 있다.
상기 제4 입자 포집 집합체는, 상기 제2 입자 포집 부재를 복수개 포함하고, 상기 복수개의 제2 입자 포집 부재는 상기 후면 코너부를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 상기 제2 입자 포집 부재는 상기 후면 코너부와 90도 미만의 각도를 이루도록 비스듬하게 형성될 수 있다.
상기 제5 입자 포집 집합체는, 상기 제4 입자 포집 부재를 포함하고, 상기 배기구의 양측에 상기 제5 입자 포집 부재가 각각 형성되며, 상기 제4 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제4 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 팩 프레임의 측면부에 형성되는 입자 포집부를 포함함으로써, 고온의 입자 및 점화원은 전지 팩 내부에서 포집되도록 하여 외부로 노출되는 것을 방지함으로써 화염 발생 가능성을 최소화할 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 종래 전지 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 전지 팩을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 전지 팩에 수용되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 3의 제1 입자 포집 집합체(500A)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 제2 입자 포집 집합체(500B)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 제3 입자 포집 집합체(500C)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3의 제4 입자 포집 집합체(500D)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3의 제5 입자 포집 집합체(500E)를 확대하여 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 전지 팩을 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 전지 팩을 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 2 및 도 3의 전지 팩에 수용되는 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 적어도 하나 이상의 전지 모듈(100); 및 전지 모듈(100)을 수용하는 팩 프레임(1100)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(200)이 기설정된 방향을 따라 적층되어 형성된 전지 셀 적층체(300), 및 전지 셀 적층체(300)를 수납하는 모듈 프레임(400)을 포함할 수 있다. 또한, 모듈 프레임(400)은 전지 셀 적층체(300)의 상하부와 좌우면에 대응하는 4면을 덮는 구조일 수 있고, 전지 셀 적층체(300)의 전후면은 개방되어 있는 구조일 수 있다. 모듈 프레임(400)에 의해 개방된 전지 셀 적층체(300)의 전후면은 엔드 플레이트에 의해 커버될 수 있다. 여기서, 복수의 전지 셀(200)은 그 종류에 특별한 제한이 없으므로 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지일 수 있다.
이때, 도 2 및 도 3을 참조하면, 팩 프레임(1100)은, 바닥부(1110) 및 측면부(1120)를 포함할 수 있다. 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110) 상에 복수의 전지 모듈(100)이 위치할 수 있다. 즉, 본 발명의 팩 프레임(1100)은 구체적으로 하부 팩 프레임(1100)일 수 있으며, 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110) 상에 복수의 전지 모듈(100)이 배치되며, 팩 프레임(1100) 및 복수의 전지 모듈(100)은 상부 팩 프레임(도시하지 않음)에 의해 덮일 수 있다. 이때, 바닥부(1110) 상에 배치되는 전지 모듈(100)은 제1 전지 모듈(101)과 제2 전지 모듈(102)을 포함할 수 있으며, 전지 모듈(100) 사이에 격벽이 위치하여 전지 모듈(100) 간의 공간을 구획할 수 있다.
또한, 측면부(1120)는 전면 측면부(1120a), 후면 측면부(1120c), 및 좌우측 측면부(1120b)를 포함할 수 있다. 이때, 전면 측면부(1120a)는, 도 3의 바닥부(1110)가 형성되는 전지 팩(1000)의 중심을 기준으로, -x 방향에 형성되는 측면부(1120a)일 수 있으며, 후면 측면부(1120c)는 x 방향에 형성되는 측면부(1120c)일 수 있다. 좌우측 측면부(1120b)는 도 3의 바닥부(1110)가 형성되는 전지 팩(1000)의 중심을 기준으로 y 방향 또는 -y 방향에 형성되는 측면부를 각각 좌측 측면부 또는 우측 측면부로 지칭할 수 있으나, 그 반대일 수도 있다. 따라서, 편의를 위하여 좌측 측면부와 우측 측면부는 좌우측 측면부(1120b)로 통칭될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 후술하는 도 5, 도 6 및 도 9 등에서 도시한 것 처럼 전면 측면부(1120a) 및 후면 측면부(1120b)에 형성되는 배기구(1125)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 배기구(1125)는 복수개 형성될 수 있다. 이때, 배기구(1125)는 전지 팩 내의 화염 발생 시 벤팅 가스를 외부로 신속히 배출하여 전지 팩 내부의 열 폭주를 방지할 수 있다.
다만, 종래 전지 팩(10)의 경우, 전지 팩 내부 발화 시 전지 셀에서 방출되는 고온의 입자를 포집할 수 있는 구조가 부재하여 상기 고온의 입자가 벤팅 가스와 함께 외부로 배출됨에 따라 화염이 발생할 가능성이 매우 높았다. 특히, 전지 팩 내부 발화 시 전지 셀에서 방출되는 고온 입자가 벤팅 가스와 함께 외부로 방출되는 경우 점화원으로 작용하여 큰 규모의 화재 발생의 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)의 팩 프레임(1100)의 측면부(1120)에는 입자 포집부(500)가 형성될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 고온의 가스 및 입자의 벤팅 경로 상에 입자 포집부(500)를 형성하되, 전지 팩(1000) 내부에서 고온의 가스 및 입자의 유동을 고려하여 입자 포집부(500)를 형성하는 위치를 결정함으로써, 효과적인 입자 포집을 통한 전지 팩 안정성 향상 효과를 달성할 수 있다. 특히, 입자 포집부(500)는 전지 팩(1000) 내부에서 가스 및 입자의 유동을 시뮬레이션을 통해 예측하였으며, 가스 분사에 비해 질량이 큰 고온의 입자가 더 큰 관성을 가짐에 따라 직진성이 큰 입자를 포집할 수 있도록 적절한 위치에 입자 포집부(500)를 형성함으로써, 전지 팩(1000) 내부에서 발생하는 고온의 입자가 배기구(1125)를 통해 외부로 노출됨에 따라 발생하는 화재 발생 위험성을 최소화할 수 있다.
이때, 입자 포집부(500)는 팩 프레임(1100)의 내측면에 형성될 수 있다. 팩 프레임(1000)의 내측면은, 복수의 전지 모듈과 마주하는 팩 프레임(1000)의 안쪽에 위치하는 면이다. 전지 셀 및 전지 모듈에서 발생한 고온의 입자는 전지 팩(1000) 내부에서 유동하므로, 입자 포집부(500) 또한 전지 팩(1000) 및 팩 프레임(1100)의 내측면에 형성하여 효과적으로 입자를 포집할 수 있다.
이때, 입자 포집부(500)는 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)를 포함하고, 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)는 복수개의 입자 포집 부재(510, 520, 530, 540)가 배치되어 형성될 수 있다. 입자 포집부(500)는 상기에서 설명한 바와 같이 전지 팩(1000) 내부의 유동을 시뮬레이션을 통해 예측하여 설정한 것으로, 입자 포집부(500)의 위치에 따라 적절한 형태의 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E) 및 입자 포집 부재(510, 520, 530, 540)를 포함하도록 함으로써 전지 팩의 안정성이 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 포함되는 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 도 3의 제1 입자 포집 집합체(500A)를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 6은 도 3의 제2 입자 포집 집합체(500B)를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 7은 도 3의 제3 입자 포집 집합체(500C)를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 8은 도 3의 제4 입자 포집 집합체(500D)를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 9는 도 3의 제5 입자 포집 집합체(500E)를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 전면 측면부(1120a) 및 전면 측면부(1120a)와 좌우측 측면부(1120b)가 결합되는 전면 코너부(1120ac)에 형성되는 제1 입자 포집 집합체(500A)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 입자 포집 집합체(500A)는 배기구(1125)의 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 제1 입자 포집 집합체(500A)는 제1 입자 포집 부재(510) 및 제2 입자 포집 부재(520)를 포함할 수 있다. 특히, 제1 입자 포집 부재(510)는 배기구(1125)의 양측에 각각 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 배기구(1125)의 양측에 각각 형성된 제1 입자 포집 부재(510)는, 제1 입자 포집 부재(510)의 절곡부(511)에 의해 절곡된 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부(515)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 3에서는, 일 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부가 x축과 y축 사이의 특정 방향을 가리키는 경우, 다른 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부는 x축과 -y축 사이의 특정 방향을 가리키는 것일 수 있다. 따라서, 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부(515)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치됨으로써 배기구(1125)의 성능 저하를 방지하면서도 효과적으로 입자를 포집할 수 있다.
더욱이, 제1 입자 포집 집합체(500A)는 제2 입자 포집 부재(520)를 복수개 포함할 수 있다. 이때, 제2 입자 포집 부재(520)는 전면 코너부(1120ac)를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 제2 입자 포집 부재(520)는 전면 코너부(1120ac)와 90도 미만의 각도(angle)를 이루도록 비스듬하게 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅 유로 상에서 입자의 이동 방향이 변경되는 전면 코너부(1120ac) 상에 제2 입자 포집 부재(520)를 형성함으로써, 코너부 상에 입자를 포집하여 외부로의 누출을 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 전면 측면부(1120a)에 형성되는 제2 입자 포집 집합체(500B)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 입자 포집 집합체(500B)는 배기구(1125)의 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 제2 입자 포집 집합체(500B)는 제1 입자 포집 부재(510)를 복수개 포함할 수 있다.
구체적으로, 제2 입자 포집 집합체(500B)의 제1 입자 포집 부재(510)는 배기구(1125)의 양측에 각각 형성될 수 있다. 또한, 배기구(1125)의 양측에 각각 형성된 제1 입자 포집 부재(510)는, 제1 입자 포집 부재(510)의 절곡부(511)에 의해 절곡된 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부(515)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 3에서는, 일 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부가 x축과 y축 사이의 특정 방향을 가리키는 경우, 다른 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부는 x축과 -y축 사이의 특정 방향을 가리키는 것일 수 있다. 따라서, 제1 입자 포집 부재(510)의 일 단부(515)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치됨으로써 배기구(1125)의 성능 저하를 방지하면서도 효과적으로 입자를 포집할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 좌우측 측면부(1120b)에 형성되는 제3 입자 포집 집합체(500C)를 포함할 수 있다. 이때, 제3 입자 포집 집합체(500c)는 제3 입자 포집 부재(530)를 포함할 수 있다. 또한, 도 7에서는 단수개의 제3 입자 포집 부재(530)가 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 복수개의 제3 입자 포집 부재(530)를 포함하는 것도 가능할 수 있다. 이때, 제3 입자 포집 부재(530)는 벤팅 유로 중 전지 모듈(100)과 팩 프레임(1100) 좌우측 측면부(1120b) 사이에 형성됨으로써, 협소한 공간을 유동하는 고온의 입자들을 효과적으로 포집할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 후면 측면부(1120c)와 좌우측 측면부(1120b)가 결합되는 후면 코너부(1120cc)에 형성되는 제4 입자 포집 집합체(500D)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 입자 포집 집합체(500D)는 제2 입자 포집 부재(520)를 복수개 포함할 수 있다. 또한, 제2 입자 포집 부재(520)는 후면 코너부(1120cc)를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 제2 입자 포집 부재(520)는 후면 코너부(1120cc)와 90도 미만의 각도(angle)를 이루도록 비스듬하게 형성될 수 있다. 따라서, 벤팅 유로 상에서 입자의 이동 방향이 변경되는 후면 코너부(1120cc) 상에 제2 입자 포집 부재(520)를 형성함으로써, 코너부 상에 입자를 포집하여 더 이상 유동하지 못하게 함으로써 상기 입자의 외부로의 누출을 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 후면 측면부(1120c)에 형성되는 제5 입자 포집 집합체(500E)를 포함할 수 있다. 이때, 제5 입자 포집 집합체(500E)는 배기구(1125)의 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 제5 입자 포집 집합체(500E)는 제4 입자 포집 부재(540)를 복수개 포함할 수 있다.
구체적으로, 제5 입자 포집 집합체(500E)의 제4 입자 포집 부재(540)는 배기구(1125)의 양측에 각각 형성될 수 있다. 또한, 배기구(1125)의 양측에 각각 형성된 제4 입자 포집 부재(540)는, 제4 입자 포집 부재(540)의 절곡부(541)에 의해 절곡된 제4 입자 포집 부재(540)의 일 단부(545)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 3에서는, 일 제4 입자 포집 부재(540)의 일 단부(545)가 -x축과 y축 사이의 특정 방향을 가리키는 경우, 다른 제4 입자 포집 부재(540)의 일 단부(545)는 -x축과 -y축 사이의 특정 방향을 가리키는 것일 수 있다. 따라서, 제4 입자 포집 부재(540)의 일 단부(545)들이 서로 상이한 방향을 향하도록 배치됨으로써 배기구(1125)의 성능 저하를 방지하면서도 효과적으로 입자를 포집할 수 있다. 더욱이, 제5 입자 포집 집합체(500E)는 제4 입자 포집 부재(540) 대신 제1 입자 포집 부재(510)를 포함할 수 있음은 물론, 제1 입자 포집 부재(510)와 제4 입자 포집 부재(540)를 모두 포함하는 것 또한 가능하다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)에 포함되는 입자 포집 부재(510, 520, 530, 540)에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 입자 포집부(500)에 형성되는 다수의 입자 포집 부재(510, 520, 530, 540)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 입자 포집 부재(510)는 상기에서 설명한 바와 같이 절곡부(511)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 입자 포집 부재(510)는 판상이나, 절곡부(511)에 의해 구부러진 형태의 판상형 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 입자 포집 부재(510)는 벤팅 유로 및 배기구 위치에 형성되어 절곡부(511)의 내측면에 입자를 포집함으로써 고온의 입자가 벤팅 유로를 유동하거나 배기구를 통해 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 8을 참조하면, 제2 입자 포집 부재(520)는 판상으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 입자 포집 부재(520)는 복수개의 제2 입자 포집 부재(520)가 서로 이격되어 일정 간격으로 형성되고, 복수개의 제2 입자 포집 부재(520)는 코너부(1120ac, 1120cc)와 90도 미만의 일정 각도(angle)를 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 입자 포집 부재(520)는 복수개가 형성됨으로써 입자를 포집할 수 있는 공간을 확보할 수 있고, 해당 공간에 의해 고온의 입자를 포집함으로써 고온의 입자가 벤팅 유로를 유동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 제3 입자 포집 부재(530)는 판상으로 형성되고, 판상면(531)으로부터 연장되는 연장 고정부(535)를 포함할 수 있다. 즉, 제3 입자 포집 부재(530)는 연장 고정부(535)에 의해 전지 모듈(100)과 팩 프레임(1100) 사이에 끼워지는 등으로 협소한 벤팅 경로에서의 고온 입자의 유동을 억제할 수 있으며 입자를 효과적으로 포집할 수 있다.
또한, 제4 입자 포집 부재(540)는 절곡부(541)를 포함하되, 절곡부(541)를 중심으로 형성되는 일측면과 타측면의 면적이 서로 상이할 수 있다. 즉, 제4 입자 포집 부재(540)가 배기구(1125)에 형성됨에 있어, 배기구(1125)와 접촉하는 일측면(547)의 면적이 타측면의 면적보다 작게 형성되어 배기구(1125)에 끼움 결합되는 등으로 결합되거나, 다양한 형태의 결합 형태를 형성할 수 있다. 또한, 제4 입자 포집 부재(540)는 벤팅 유로 및 배기구 위치에 형성되어 절곡부(541)에 입자를 포집함으로써 고온의 입자가 벤팅 유로를 유동하거나 배기구를 통해 외부로 배출되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 입자 포집부(500)를 포함하며, 입자 포집부(500)는 다수의 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)로 형성되고, 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)에 형성되는 다수의 입자 포집 부재(510, 520, 530, 540)가 전지 팩 내부의 고온의 입자를 포집함으로써, 고온의 입자가 외부로 방출되어 점화원으로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 입자 포집부(500)는 전지 팩(1000) 내부의 유동을 시뮬레이션을 통해 예측하였으며, 가스 분사에 비해 질량이 큰 고온의 입자가 더 큰 관성을 가짐에 따라 직진성이 큰 입자를 포집할 수 있도록 적절한 위치에 입자 포집부(500), 즉, 입자 포집 집합체(500A, 500B, 500C, 500D, 500E)를 형성함으로써, 전지 팩(1000) 내부에서 발생하는 고온의 입자가 배기구(1125)를 통해 외부로 노출됨에 따라 발생하는 화재 발생 위험성을 최소화할 수 있다.
또한, 전지 팩 내부 화염 발생 시에도 이를 신속히 외부로 배출하여 열폭주를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 가스만을 신속히 방출하여 전지 팩 외부 화염 발생을 최소화하고, 전지 팩(1000)의 안전성이 향상되어 사용자를 보호할 수 있다.
더불어, 본 발명의 전지 팩(1000)은 상기에서 설명한 구성과 더불어, 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.
또한, 본 발명의 전지 팩(1000)은 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
200: 전지 셀
300: 전지 셀 적층체
400: 모듈 프레임
500: 입자 포집부
1000: 전지 팩
1100: 팩 프레임
1110: 바닥부
1120: 측면부
1125: 배기구

Claims (13)

  1. 복수의 전지 모듈; 및
    상기 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임을 포함하고,
    상기 팩 프레임은 바닥부 및 측면부를 포함하며,
    상기 팩 프레임의 상기 측면부에는 입자 포집부가 형성되는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 입자 포집부는 상기 팩 프레임의 내측면에 형성되는 전지 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 입자 포집부는 입자 포집 집합체를 포함하고,
    상기 입자 포집 집합체는 복수개의 입자 포집 부재가 배치되어 형성되는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 측면부는 전면 측면부, 후면 측면부, 및 좌우측 측면부를 포함하고,
    상기 입자 포집 집합체는,
    상기 전면 측면부 및 전면 측면부와 상기 좌우측 측면부가 결합되는 전면 코너부에 형성되는 제1 입자 포집 집합체;
    상기 전면 측면부에 형성되는 제2 입자 포집 집합체;
    상기 좌우측 측면부에 형성되는 제3 입자 포집 집합체;
    상기 후면 측면부와 상기 좌우측 측면부가 결합되는 후면 코너부에 형성되는 제4 입자 포집 집합체; 및
    상기 후면 측면부에 형성되는 제5 입자 포집 집합체를 포함하는 전지 팩.
  5. 제4항에서,
    상기 전면 측면부 및 상기 후면 측면부에 형성되는 복수개의 배기구를 더 포함하고,
    상기 제1 입자 포집 집합체, 제2 입자 포집 집합체 및 상기 제5 입자 포집 집합체는 상기 배기구의 위치와 대응되는 위치에 각각 형성되는 전지 팩.
  6. 제4항에서,
    상기 입자 포집 부재는,
    절곡부를 포함하는 제1 입자 포집 부재;
    판상으로 형성되는 제2 입자 포집 부재;
    판상으로 형성되고 판상면으로부터 연장되는 연장 고정부를 포함하는 제3 입자 포집 부재; 및
    절곡부를 포함하되 절곡부를 중심으로 형성되는 일측과 타측의 면적이 서로 상이한 제4 입자 포집 부재를 포함하는 전지 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 입자 포집 집합체는,
    상기 제1 입자 포집 부재 및 상기 제2 입자 포집 부재를 포함하고,
    상기 배기구의 양측에 상기 제1 입자 포집 부재가 각각 형성되며,
    상기 제1 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제1 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치되는 전지 팩.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 입자 포집 집합체는,
    상기 제2 입자 포집 부재를 복수개 포함하고,
    상기 복수개의 제2 입자 포집 부재는 상기 전면 코너부를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 상기 제2 입자 포집 부재는 상기 전면 코너부와 90도 미만의 각도를 이루도록 비스듬하게 형성되는 전지 팩.
  9. 제6항에서,
    상기 제2 입자 포집 집합체는,
    상기 제1 입자 포집 부재를 복수개 포함하고,
    상기 배기구의 양측에 상기 제1 입자 포집 부재가 각각 형성되며,
    상기 제1 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제1 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치되는 전지 팩.
  10. 제6항에서,
    상기 제3 입자 포집 집합체는,
    상기 제3 입자 포집 부재를 포함하는 전지 팩.
  11. 제6항에서,
    상기 제4 입자 포집 집합체는,
    상기 제2 입자 포집 부재를 복수개 포함하고,
    상기 복수개의 제2 입자 포집 부재는 상기 후면 코너부를 따라 일정 간격으로 이격 배치되고, 상기 제2 입자 포집 부재는 상기 후면 코너부와 90도 미만의 각도를 이루도록 비스듬하게 형성되는 전지 팩.
  12. 제6항에서,
    상기 제5 입자 포집 집합체는,
    상기 제4 입자 포집 부재를 포함하고,
    상기 배기구의 양측에 상기 제5 입자 포집 부재가 각각 형성되며,
    상기 제4 입자 포집 부재의 상기 절곡부에 의해 절곡된 상기 제4 입자 포집 부재의 일 단부는 서로 상이한 방향을 향하도록 배치되는 전지 팩.
  13. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.

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