KR20240098779A

KR20240098779A - Battery pack suitable for thermal propagation delay

Info

Publication number: KR20240098779A
Application number: KR1020220180841A
Authority: KR
Inventors: 박승철; 신주환; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-06-28

Abstract

개시되는 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 벤팅장치를 구비하는 복수의 전지 셀로 이루어진 배터리 모듈을 복수 개 탑재하는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스의 사방으로 벽을 이루는 복수의 사이드 프레임 중 적어도 어느 하나에 배치되는 복수의 벤팅밸브를 포함하고, 여기서 상기 복수의 벤팅밸브는, 제1 분출압력을 형성하는 제1 벤팅밸브와, 상기 제1 분출압력보다 더 높은 제2 분출압력을 형성하는 제2 벤팅밸브를 포함한다.The disclosed invention relates to a battery pack, and in one example, a pack case for mounting a plurality of battery modules composed of a plurality of battery cells equipped with a venting device, and a plurality of side frames forming walls in all directions of the pack case. It includes a plurality of venting valves disposed in at least one of the plurality of venting valves, wherein the plurality of venting valves include a first venting valve that forms a first blowing pressure, and a second blowing pressure that is higher than the first blowing pressure. Includes a second venting valve.

Description

Battery pack effective in delaying heat propagation {BATTERY PACK SUITABLE FOR THERMAL PROPAGATION DELAY}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 팩 단위에서 열 전파를 지연하는데 효과적인 배터리 팩에 관한 것이다. The present invention relates to a battery pack, and to a battery pack that is effective in delaying heat propagation in the pack unit.

이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.Unlike primary batteries, secondary batteries can be recharged and have been extensively researched and developed in recent years due to their small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, and electric vehicles and energy storage systems emerge to meet the needs of the times for environmental protection, the demand for secondary batteries as an energy source is increasing more rapidly.

이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.Secondary batteries are classified into coin-shaped batteries, cylindrical batteries, square-shaped batteries, and pouch-shaped batteries, depending on the shape of the battery case. The electrode assembly mounted inside the battery case in a secondary battery is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and a separator.

이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도 상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도 상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.Since secondary batteries require continuous use for a long period of time, it is necessary to effectively control the heat generated during the charging and discharging process. If the secondary battery is not properly cooled, the temperature rise causes an increase in current, and a chain reaction of positive feedback occurs in which the increase in current causes the temperature to rise again, ultimately leading to a catastrophic state of thermal runaway. It reaches.

또한, 이차전지가 모듈이나 팩의 형태로서 집단을 이루고 있는 경우에는 어느 하나의 이차전지에 발생한 열 폭주에 의해 주변의 다른 이차전지가 연속적으로 과열되는 열 전파(Thermal Propagation) 현상이 일어나게 된다. 즉, 배터리 팩 내의 배터리 모듈에서 열 폭주 발생시, 배터리 모듈의 고전압 단자에서 다량의 전도성 분진과 가스, 화염이 분출되며, 이에 따라 인접한 다른 배터리 모듈의 고전압 단자에 분진이 쌓이고 가스와 화염에 의한 열전달에 의해 열 전파 현상이 촉발된다. Additionally, when secondary batteries are grouped in the form of a module or pack, thermal runaway occurring in one secondary battery causes a thermal propagation phenomenon in which other secondary batteries in the surrounding area are continuously overheated. In other words, when thermal runaway occurs in a battery module within a battery pack, a large amount of conductive dust, gas, and flame are ejected from the high-voltage terminal of the battery module. As a result, dust accumulates on the high-voltage terminal of other adjacent battery modules and interferes with heat transfer by gas and flame. The heat propagation phenomenon is triggered by

특히, 자동차용 배터리 팩에 있어서 열 전파의 문제는 인명과 직결되는 것이기 때문에 전기자동차 업체에서는 열 전파 지연기술에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이와 관련한 국제규격도 더욱 엄격해지고 있다. 열 전파 지연을 위해서는 팩 단위에서 일부 배터리 모듈에 집중적으로 열이 가해지지 않도록 균일한 열 분산이 이루어질 필요가 있다. 하지만, 현재의 배터리 팩에 구비된 벤팅밸브는 어떤 벤팅밸브가 먼저 작동하는지가 무작위적으로 정해지기 때문에 벤팅경로 상에 있는 특정 배터리 모듈에 열이 집중되어 열 폭주를 일으키고, 이로써 열 전파가 발생할 가능성이 높다.In particular, since the problem of heat propagation in automotive battery packs is directly related to human life, the demand for heat propagation delay technology is increasing among electric vehicle companies, and international standards related to this are becoming more stringent. In order to delay heat propagation, uniform heat distribution must be achieved to prevent heat from being concentrated on some battery modules in the pack unit. However, because the venting valves provided in current battery packs are randomly determined which venting valve operates first, heat is concentrated on a specific battery module along the venting path, causing thermal runaway, which raises the possibility of heat propagation. This is high.

한국공개특허 제2021-0133534호(2021.11.08 공개)Korean Patent Publication No. 2021-0133534 (published on November 8, 2021)

본 발명은 배터리 팩 단위에서 벤팅이 개시되는 지점을 열 분산에 유리한 특정 위치에 고정함으로써 열 전파를 효과적으로 지연할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a battery pack that can effectively delay heat propagation by fixing the point at which venting begins in the battery pack unit to a specific position that is advantageous for heat dissipation.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 벤팅장치를 구비하는 복수의 전지 셀로 이루어진 배터리 모듈을 복수 개 탑재하는 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스의 사방으로 벽을 이루는 복수의 사이드 프레임 중 적어도 어느 하나에 배치되는 복수의 벤팅밸브를 포함하고, 여기서 상기 복수의 벤팅밸브는, 제1 분출압력을 형성하는 제1 벤팅밸브와, 상기 제1 분출압력보다 더 높은 제2 분출압력을 형성하는 제2 벤팅밸브를 포함한다.The present invention relates to a battery pack, and in one example, at least one of a pack case mounting a plurality of battery modules composed of a plurality of battery cells equipped with a venting device, and a plurality of side frames forming walls in all directions of the pack case. It includes a plurality of venting valves disposed in one of the plurality of venting valves, wherein the plurality of venting valves include a first venting valve forming a first blowing pressure, and a second venting valve forming a second blowing pressure higher than the first blowing pressure. 2 Includes venting valve.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 벤팅밸브는 상기 사이드 프레임의 길이방향 모서리에 인접 배치되고, 상기 제2 벤팅밸브는 상기 사이드 프레임의 길이방향 중앙 영역에 배치된다.In one embodiment of the present invention, the first venting valve is disposed adjacent to a longitudinal edge of the side frame, and the second venting valve is disposed in a longitudinal central area of the side frame.

예를 들어, 상기 제1 벤팅밸브는 상기 사이드 프레임의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치되고, 상기 제2 벤팅밸브는 상기 제1 벤팅밸브 사이에 배치될 수 있다.For example, the first venting valve may be disposed at both edges of the side frame in the longitudinal direction, and the second venting valve may be disposed between the first venting valves.

그리고, 상기 제1 벤팅밸브의 제1 분출압력에 대한 상하한의 공차는, 상기 제2 벤팅밸브의 제2 분출압력에 대한 상하한의 공차와 겹치지 않는 것이 바람직할 수 있다.In addition, it may be preferable that the tolerance of the upper and lower limits for the first blowing pressure of the first venting valve does not overlap with the tolerance of the upper and lower limits for the second blowing pressure of the second venting valve.

그리고, 상기 제1 벤팅밸브의 제1 분출압력에 대한 상한 공차는, 상기 제2 벤팅밸브의 제2 분출압력에 대한 하한 공차에 대해 사전에 설정된 안전마진을 가질 수 있으며, 하나의 예에서, 상기 안전마진은 상기 제1 벤팅밸브의 제1 분출압력에 대한 상하한 공차의 5∼20% 범위로 설정될 수 있다.In addition, the upper limit tolerance for the first blowing pressure of the first venting valve may have a safety margin set in advance with respect to the lower limit tolerance for the second blowing pressure of the second venting valve. In one example, the above The safety margin may be set in the range of 5 to 20% of the upper and lower tolerance limits for the first blowing pressure of the first venting valve.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 벤팅밸브 및 제2 벤팅밸브는 대향하는 한 쌍의 사이드 프레임에 각각 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first venting valve and the second venting valve may be respectively disposed on a pair of opposing side frames.

여기서, 대향하는 각 사이드 프레임에서의 상기 제1 벤팅밸브 및 제2 벤팅밸브의 배치는 서로 대칭을 이룰 수 있다.Here, the arrangement of the first venting valve and the second venting valve in each opposing side frame may be symmetrical to each other.

그리고, 실시형태에 따라서는, 상기 제1 벤팅밸브는 상기 사이드 프레임의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치되는 가운데, 상기 제1 벤팅밸브 및 제2 벤팅밸브는 상기 사이드 프레임의 길이방향을 따라 교번으로 배치될 수 있다.And, depending on the embodiment, the first venting valve is disposed at both corners in the longitudinal direction of the side frame, and the first venting valve and the second venting valve are arranged alternately along the longitudinal direction of the side frame. It can be.

이러한 실시형태에서, 상기 제1 벤팅밸브 및 제2 벤팅밸브는 대향하는 한 쌍의 사이드 프레임에 각각 배치되고, 대향하는 각 사이드 프레임에서의 상기 제1 벤팅밸브 및 제2 벤팅밸브의 배치는 서로 대칭을 이룰 수 있다.In this embodiment, the first venting valve and the second venting valve are each disposed on a pair of opposing side frames, and the arrangement of the first venting valve and the second venting valve on each opposing side frame is symmetrical to each other. can be achieved.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 배터리 팩은, 제1 벤팅밸브가 제2 벤팅밸브에 비해 상대적으로 더 낮은 압력에서 작동을 개시한다. 이에 따라, 팩 내부의 일부 전지 셀에서 열 폭주가 발생하여 벤팅장치가 작동한 열 전파 초기 단계에서는 아직은 낮은 팩 케이스 내압에 반응하여 제1 벤팅밸브가 우선적으로 작동한다.In the battery pack of the present invention having the above configuration, the first venting valve starts operating at a relatively lower pressure than the second venting valve. Accordingly, in the initial stage of heat propagation when thermal runaway occurs in some of the battery cells inside the pack and the venting device is activated, the first venting valve operates preferentially in response to the still low internal pressure of the pack case.

따라서, 본 발명은 팩 케이스에 복수의 벤팅밸브를 설치할 때 특정 벤팅밸브의 파열압력을 상대적으로 낮게 설계함으로써 벤팅 초기에 우선적으로 작동하는 벤팅밸브의 위치를 고정시킬 수 있고, 이를 통해 배터리 팩 단위에서 벤팅이 개시되는 지점을 열 분산에 유리한 특정 위치에 고정함으로써 열 전파를 효과적으로 지연할 수 있다.Therefore, the present invention can fix the position of the venting valve that operates preferentially at the beginning of venting by designing the burst pressure of a specific venting valve to be relatively low when installing a plurality of venting valves in the pack case, and through this, it is possible to fix the position of the venting valve that operates preferentially in the battery pack unit. Heat propagation can be effectively delayed by fixing the point where venting begins at a specific location that is advantageous for heat dissipation.

다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical effects that can be achieved through the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 배터리 팩에 대한 분해 사시도.
도 3은 도 1의 배터리 팩에서의 초기 벤팅경로를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 제1 및 제2 벤팅밸브의 분출압력을 비교한 그래프 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 배터리 팩에서의 초기 벤팅경로를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 배터리 팩을 도시한 도면.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later, so the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a diagram showing one embodiment of a battery pack according to the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the battery pack of Figure 1;
FIG. 3 is a diagram schematically showing the initial venting path in the battery pack of FIG. 1.
Figure 4 is a graph comparing the blowout pressures of the first and second venting valves.
5 is a diagram illustrating a battery pack according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the initial venting path in the battery pack of FIG. 5.
Figure 7 is a diagram showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can make various changes and have various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 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 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.Additionally, in the present invention, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is described as being "on" another part, this includes not only being "directly on" the other part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is described as being “under” another part, this includes not only being “immediately beneath” the other part, but also cases where there is another part in between. Additionally, in this application, being placed “on” may include being placed not only at the top but also at the bottom.

제1 벤팅밸브는, 제2 벤팅밸브보다 상대적으로 더 낮은 압력에서 작동을 개시한다. 이에 따라, 팩 내부의 일부 전지 셀에서 열 폭주가 발생하여 벤팅장치가 작동한 열 전파 초기 단계에서는 아직은 낮은 팩 케이스 내압에 반응하여 제1 벤팅밸브가 우선적으로 작동한다. 따라서, 팩 케이스에 복수의 벤팅밸브를 설치할 때, 특정 벤팅밸브의 파열압력을 상대적으로 낮게 설계함으로써 벤팅 초기에 작동하는 벤팅밸브의 위치를 고정시킬 수 있게 된다.The first venting valve starts operating at a relatively lower pressure than the second venting valve. Accordingly, in the initial stage of heat propagation when thermal runaway occurs in some of the battery cells inside the pack and the venting device is activated, the first venting valve operates preferentially in response to the still low internal pressure of the pack case. Therefore, when installing a plurality of venting valves in a pack case, it is possible to fix the position of the venting valve operating at the beginning of venting by designing the burst pressure of a specific venting valve to be relatively low.

따라서, 본 발명은 배터리 팩 단위에서 벤팅이 개시되는 지점을 열 분산에 유리한 특정 위치에 고정함으로써 열 전파를 효과적으로 지연할 수 있다.Therefore, the present invention can effectively delay heat propagation by fixing the point at which venting begins in the battery pack unit to a specific position that is advantageous for heat dissipation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. For reference, the directions used in the following description, such as front-back, up-down, left-right, and up-down, left-right, which designate relative positions, are intended to aid understanding of the invention, and unless otherwise specified, the directions shown in the drawings are used as the standard.

[제1 실시형태][First Embodiment]

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩(10)의 일 실시형태를 도시한 도면, 그리고 도 2는 도 1의 배터리 팩(10)에 대한 분해 사시도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the battery pack 10 according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack 10 of FIG. 1 .

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩(10)은 벤팅장치(112)를 구비하는 복수의 전지 셀(110)로 이루어진 배터리 모듈(100)을 복수 개 탑재하는 팩 케이스(200)를 포함한다.As shown in Figures 1 and 2, the battery pack 10 of the present invention includes a pack case 200 that mounts a plurality of battery modules 100 consisting of a plurality of battery cells 110 equipped with a venting device 112. ) includes.

배터리 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 하나의 블록으로 집합된 모듈로서, 다수의 전지 셀(110)을 팩 케이스(200)에 장착하기 위한 기본단위인 동시에, 복수의 전지 셀(110) 사이에 이루어지는 직렬 및/또는 병렬연결에 의해 배터리 모듈(100)은 필요한 출력을 생산하게 된다. 여기서, 전지 셀(110)은 각형 케이스의 외형을 구비하고 있으며, 각각의 전지 셀(110)은 각형 케이스 상에 벤팅장치(112)를 구비하고 있다. 전지 셀(110)의 벤팅장치(112)는 내부의 전극조립체(도면 미도시)에서 열 폭주가 발생한 경우에 동반되는 압력 상승에 반응하여 개방됨으로써 내압을 해소하고, 이를 통해 전지 셀(110)의 구조붕괴를 방지 또는 지연하는 안전장치를 말한다.The battery module 100 is a module in which a plurality of battery cells 110 are gathered into one block, and is a basic unit for mounting a plurality of battery cells 110 to the pack case 200, and also includes a plurality of battery cells ( The battery module 100 produces the required output by serial and/or parallel connection between the battery modules 110). Here, the battery cell 110 has the outer shape of a square case, and each battery cell 110 is equipped with a venting device 112 on the square case. The venting device 112 of the battery cell 110 opens in response to the increase in pressure accompanying when thermal runaway occurs in the internal electrode assembly (not shown), thereby relieving the internal pressure, thereby relieving the internal pressure of the battery cell 110. It refers to a safety device that prevents or delays structural collapse.

여기서, 본 발명의 명세서에서는 전지 셀(110) 단위에서의 벤팅기구를 벤팅장치(112)라 칭하고, 팩 단위에서의 벤팅기구를 벤팅밸브(300)라 칭하기로 한다. 이는 양자를 서로 구별하기 위해 선택한 용어의 차이로 이해할 수 있으며, 작동원리 자체는 벤팅장치(112)와 벤팅밸브(300)가 동일할 수 있다. 본 발명은 팩 단위에서의 벤팅밸브(300)에 관련한 것이기에, 전지 셀(110)마다 구비되는 벤팅장치(112)에 대한 상세한 설명은 생략한다.Here, in the specification of the present invention, the venting mechanism in the battery cell 110 unit is referred to as the venting device 112, and the venting mechanism in the pack unit is referred to as the venting valve 300. This can be understood as a difference in terms chosen to distinguish the two from each other, and the operating principle itself may be the same for the venting device 112 and the venting valve 300. Since the present invention relates to the venting valve 300 in pack units, a detailed description of the venting device 112 provided for each battery cell 110 will be omitted.

팩 케이스(200)는, 복수의 배터리 모듈(100)을 탑재하는 배터리 팩(10)의 케이스를 지칭한다. 팩 케이스(200)는 복수의 배터리 모듈(100)을 수용하는 공간을 형성하면서 탑재된 배터리 모듈(100)을 보호하는 동시에 배터리 팩(10)의 구조적 강성을 확보할 수 있는 프레임 구조로 짜여진다. 도 2에 예시적으로 도시된 배터리 팩(10)은 총 8개의 배터리 모듈(100)을 탑재하고 있으며, 팩 케이스(200) 중앙을 가로지르는 센터 빔(230) 쪽으로 배터리 모듈(100)의 전면이 향하도록 배열되어 있다. 배터리 모듈(100)의 전면에는 버스바를 연결하기 위한 고전압 단자가 배치되며, 이를 보호하기 위한 써멀 배리어가 배터리 모듈(100)에 장착될 수 있다.The pack case 200 refers to a case of the battery pack 10 on which a plurality of battery modules 100 are mounted. The pack case 200 forms a space for accommodating a plurality of battery modules 100 and has a frame structure that protects the mounted battery modules 100 and at the same time secures the structural rigidity of the battery pack 10. The battery pack 10 shown by way of example in FIG. 2 is equipped with a total of eight battery modules 100, and the front of the battery modules 100 is oriented toward the center beam 230 crossing the center of the pack case 200. arranged to face. A high-voltage terminal for connecting a bus bar is disposed on the front of the battery module 100, and a thermal barrier to protect this may be mounted on the battery module 100.

팩 케이스(200)는, 바닥면을 이루는 베이스 플레이트(210)와, 베이스 플레이트(210)의 전후좌우 측의 모서리를 따라 각각 결합하여 수용공간을 형성하는 사이드 프레임(220)을 포함한다. 육면체 형태의 팩 케이스(200)를 이루기 위해, 사이드 프레임(220)은 4개가 구비되어 있다. The pack case 200 includes a base plate 210 forming a bottom surface, and a side frame 220 that is coupled along the front, left, right, and left edges of the base plate 210 to form a receiving space. In order to form the hexahedral pack case 200, four side frames 220 are provided.

그리고, 팩 케이스(200)는 내부의 수용공간을 밀폐하도록 덮는 상부커버(240)를 포한한다. 상부커버(240)는 사이드 프레임(220)의 상면에 결합하며, 사이드 프레임(220)과 상부커버(240) 사이의 접촉면을 밀봉하도록 그 사이에 개스킷(242)이 개재될 수 있다.In addition, the pack case 200 includes an upper cover 240 that covers the internal receiving space to seal it. The upper cover 240 is coupled to the upper surface of the side frame 220, and a gasket 242 may be interposed thereto to seal the contact surface between the side frame 220 and the upper cover 240.

여기서, 본 발명의 배터리 팩(10)은 팩 케이스(200)의 사방으로 벽을 이루는 복수의 사이드 프레임(220) 중 적어도 어느 하나에 배치되는 복수의 벤팅밸브(300)를 포함한다. 벤팅밸브(300)는 사전에 설정된 값을 초과하는 압력이 작용하면 파열되는 노치부(306)를 구비하는 럽쳐 디스크(304)를 포함하며, 럽쳐 디스크(304)의 테두리는 벤팅밸브(300)의 몸체(302)에 고정되어 있다(도 1의 부분 확대도 참조).Here, the battery pack 10 of the present invention includes a plurality of venting valves 300 disposed on at least one of the plurality of side frames 220 forming walls in all directions of the pack case 200. The venting valve 300 includes a rupture disk 304 having a notch portion 306 that ruptures when a pressure exceeding a preset value is applied, and the edge of the rupture disk 304 is the edge of the venting valve 300. It is fixed to the body 302 (see partially enlarged view of FIG. 1).

럽쳐 디스크(304)는 금속재질의 얇은 판형 부재로서, 표면에 노치(Notch) 가공을 한 노치부(306)가 형성되어 있다. 어느 전지 셀(110)에 열 폭주가 발생하여 벤팅장치(112)가 작동하면 고온 가스와 화염, 분진 등의 연소생성물이 분출하고, 이에 따라 팩 케이스(200) 내부의 압력이 상승한다. 밀폐된 팩 케이스(200)의 내압이 상승하면 그 압력에 의해 벤팅밸브(300)의 몸체(302)에 테두리가 고정된 럽쳐 디스크(304) 전반에 걸쳐 인장변형이 발생하다가 강도가 약한 노치부(306)가 찢어지면서 팩 케이스(200)의 내압을 해소하게 된다.The rupture disk 304 is a thin plate-shaped member made of metal, and a notched portion 306 is formed on the surface. When thermal runaway occurs in a battery cell 110 and the venting device 112 operates, combustion products such as high-temperature gas, flame, and dust are ejected, and the pressure inside the pack case 200 increases accordingly. When the internal pressure of the sealed pack case 200 increases, tensile deformation occurs throughout the rupture disk 304, the edge of which is fixed to the body 302 of the venting valve 300, due to the pressure, and then the weak notch portion ( As 306) is torn, the internal pressure of the pack case 200 is relieved.

본 발명의 배터리 팩(10)은, 팩 케이스(200)의 사방으로 벽을 이루는 복수의 사이드 프레임(220) 중 적어도 어느 하나에 배치되는 복수의 벤팅밸브(300)를 포함한다. 도 1 및 도 2의 배터리 팩(10)은, 하나의 사이드 프레임(220)에 네 개의 벤팅밸브(300)가 설치되어 있다. 여기서 복수의 벤팅밸브(300)는, 제1 분출압력(P1)을 형성하는 제1 벤팅밸브(310)와, 제1 분출압력(P1)보다 더 높은 제2 분출압력(P2)을 형성하는 제2 벤팅밸브(320)의 두 종류를 포함한다.The battery pack 10 of the present invention includes a plurality of venting valves 300 disposed on at least one of the plurality of side frames 220 forming the four walls of the pack case 200. The battery pack 10 of FIGS. 1 and 2 has four venting valves 300 installed on one side frame 220. Here, the plurality of venting valves 300 include a first venting valve 310 forming a first blowing pressure P1 and a second blowing valve forming a second blowing pressure P2 higher than the first blowing pressure P1. 2 Includes two types of venting valves (320).

벤팅밸브(300)의 분출압력은 곧 럽쳐 디스크(304)의 파열강도에 비례한다. 즉, 럽쳐 디스크(304)의 파열강도가 높을수록 벤팅밸브(300)에서 배출되는 연소생성물의 분출압력은 올라간다. 럽쳐 디스크(304)의 파열강도는 재질 및/또는 두께에 따른 항복강도, 노치부(306)의 깊이, 노치부(306)의 형태 등에 의해 조절될 수 있다.The blowout pressure of the venting valve 300 is directly proportional to the rupture strength of the rupture disk 304. In other words, the higher the rupture strength of the rupture disk 304, the higher the ejection pressure of combustion products discharged from the venting valve 300. The bursting strength of the rupture disk 304 can be adjusted by the yield strength depending on the material and/or thickness, the depth of the notch 306, the shape of the notch 306, etc.

본 발명에서는 분출압력이 서로 다른 제1 벤팅밸브(310)와 제2 벤팅밸브(320)로서 복수의 벤팅밸브(300)가 구비되며, 제1 벤팅밸브(310)는 더 낮은 압력에서 제2 벤팅밸브(320)보다 먼저 파열한다. 즉, 본 발명의 배터리 팩(10)은, 제1 벤팅밸브(310)의 제1 분출압력(P1)을 낮게 설계해놓음으로써, 팩 케이스(200)의 내압이 상승하는 가운데 제1 벤팅밸브(310)가 우선적으로 작동하게 되고, 이는 곧 본 발명의 배터리 팩(10)은 제1 벤팅밸브(310)의 위치에서 항상 벤팅작동이 개시되도록 그 시작점이 고정될 수 있음을 의미한다.In the present invention, a plurality of venting valves 300 are provided, including a first venting valve 310 and a second venting valve 320 with different blowing pressures, and the first venting valve 310 operates as a second venting valve at a lower pressure. It ruptures before the valve 320. That is, the battery pack 10 of the present invention is designed to have a low first blowing pressure (P1) of the first venting valve 310, so that the internal pressure of the pack case 200 increases while the first venting valve ( 310 is operated preferentially, which means that the starting point of the battery pack 10 of the present invention can be fixed so that the venting operation always starts at the position of the first venting valve 310.

이와 같이, 제1 벤팅밸브(310)를 적용하여 벤팅 초기에 배출이 시작되는 벤팅밸브(300)의 위치를 고정시킬 수 있고, 이를 통해 배터리 팩(10) 단위에서 벤팅이 개시되는 지점으로서 열 분산에 유리한 특정 위치에 제1 벤팅밸브(310)를 설치함으로써 열 전파를 효과적으로 지연할 수 있다. 이러한 제1 벤팅밸브(310)의 위치로서, 도 3에 도시한 것과 같이, 제1 벤팅밸브(310)는 사이드 프레임(220)의 길이방향 모서리에 인접 배치된다. 그리고, 이에 대응하여 제2 벤팅밸브(320)는 사이드 프레임(220)의 길이방향 중앙 영역에 배치된다.In this way, by applying the first venting valve 310, the position of the venting valve 300 where discharge begins at the beginning of venting can be fixed, and through this, heat is dissipated as the point where venting begins in the battery pack 10 unit. Heat propagation can be effectively delayed by installing the first venting valve 310 at a specific location that is advantageous. As for the position of the first venting valve 310, as shown in FIG. 3, the first venting valve 310 is disposed adjacent to the longitudinal edge of the side frame 220. And, correspondingly, the second venting valve 320 is disposed in the longitudinal central area of the side frame 220.

구체적으로는, 제1 벤팅밸브(310)는 사이드 프레임(220)의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치되고, 제2 벤팅밸브(320)는 제1 벤팅밸브(310) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 사이드 프레임(220)의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치하면, 연소생성물은 배터리 팩(10)의 폭 방향으로 넓게 분산하여 고르게 배출되고, 이에 따라 국부적으로 일부 배터리 모듈(100)에 집중하여 연소생성물이 배출되는 경우(예를 들어, 좌우 어느 일측의 2개 벤팅밸브만 먼저 작동하는 경우)에 비해 열 분산이 원활이 이루어짐으로써 열 전파를 지연시키는 효과를 얻을 수 있다.Specifically, the first venting valve 310 may be disposed at both longitudinal edges of the side frame 220, and the second venting valve 320 may be disposed between the first venting valves 310. In this way, when disposed at both edges of the side frame 220 in the longitudinal direction, combustion products are distributed widely and evenly discharged in the width direction of the battery pack 10, and thus locally concentrated on some battery modules 100. Compared to the case where combustion products are discharged (for example, when only the two venting valves on either side operate first), the effect of delaying heat propagation can be obtained by dispersing heat more smoothly.

이와 같이, 제1 벤팅밸브(310)와 제2 벤팅밸브(320)의 분출압력에 차등을 둠으로써 열 전파를 지연시키는 효과는, 제1 벤팅밸브(310)가 제2 벤팅밸브(320)보다 확실히 먼저 작동해야만 보장되는 것이다, 이를 감안하여, 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320) 각각의 상하한 공차를 적절히 관리할 필요가 있다.In this way, the effect of delaying heat propagation by differentiating the blowing pressure of the first venting valve 310 and the second venting valve 320 is that the first venting valve 310 is stronger than the second venting valve 320. This is only guaranteed by operating it first. Considering this, it is necessary to properly manage the upper and lower tolerances of each of the first and second venting valves 310 and 320.

도 4는 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320)의 분출압력을 비교한 그래프 도면으로서, 제1 벤팅밸브(310)의 분출압력에 대한 상하한의 공차는, 제2 벤팅밸브(320)의 분출압력에 대한 상하한의 공차와 겹치지 않는 것이 바람직하다. 다시 말해, 규격상 제1 벤팅밸브(310)가 파열하는 제1 분출압력(P1)이 아무리 높더라도 제2 벤팅밸브(320)가 파열하는 제2 분출압력(P2)이 가장 낮은 경우보다는 높도록 공차를 관리함으로써, 제1 벤팅밸브(310)가 제2 벤팅밸브(320)보다 확실히 먼저 작동하는 것이 보장될 수 있다.Figure 4 is a graph comparing the blowout pressures of the first and second venting valves 310 and 320. The upper and lower tolerances for the blowout pressure of the first venting valve 310 are that of the second venting valve 320. It is desirable that it does not overlap with the upper and lower tolerances for the blowout pressure. In other words, no matter how high the first blowing pressure (P1) at which the first venting valve 310 ruptures according to the standard is, the second blowing pressure (P2) at which the second venting valve 320 ruptures is higher than the lowest case. By managing the tolerance, it can be ensured that the first venting valve 310 operates before the second venting valve 320.

그리고, 제1 벤팅밸브(310)의 분출압력에 대한 상한 공차가, 제2 벤팅밸브(320)의 분출압력에 대한 하한 공차에 대해 사전에 설정된 안전마진(MG)을 가지도록 한다면, 더욱 확실한 분출압력의 차이를 보장할 수 있다. 예를 들어, 안전마진(MG)은 제1 벤팅밸브(310)의 제1 분출압력(P1)에 대한 상하한 공차(제1 분출압력의 허용공차 폭)의 5∼20% 범위로 설정될 수 있다.In addition, if the upper limit tolerance for the blowout pressure of the first venting valve 310 has a safety margin (MG) set in advance with respect to the lower limit tolerance for the blowout pressure of the second venting valve 320, the blowout pressure will be more reliable. The difference in pressure can be guaranteed. For example, the safety margin (MG) can be set in the range of 5 to 20% of the upper and lower limit tolerance (allowable tolerance width of the first blowing pressure) for the first blowing pressure (P1) of the first venting valve 310. there is.

[제2 실시형태][Second Embodiment]

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(10)을 도시한 도면이다. 도 5을 보면, 제1 벤팅밸브(310) 및 제2 벤팅밸브(320)는 대향하는 한 쌍의 사이드 프레임(220)에 각각 배치되어 있다.Figure 5 is a diagram showing a battery pack 10 according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the first venting valve 310 and the second venting valve 320 are respectively disposed on a pair of opposing side frames 220.

일측 사이드 프레임(220)에 배치된 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320)의 위치관계는 전술한 제1 실시형태를 따른다. 즉, 두 개의 제1 벤팅밸브(310)가 사이드 프레임(220)의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치되고, 나머지 제2 벤팅밸브(320)는 제1 벤팅밸브(310) 사이에 배치되어 있다.The positional relationship of the first and second venting valves 310 and 320 disposed on one side frame 220 follows the above-described first embodiment. That is, two first venting valves 310 are disposed at both edges in the longitudinal direction of the side frame 220, and the remaining second venting valves 320 are disposed between the first venting valves 310.

또한, 제2 실시형태에서는 대향하는 각 사이드 프레임(220)에서의 제1 벤팅밸브(310) 및 제2 벤팅밸브(320)의 배치는 서로 대칭을 이루고 있다. 따라서, 전체적인 벤팅밸브(300)의 배치구조는, 대향하는 사이드 프레임(220)의 길이방향 모서리 양측에는 제1 벤팅밸브(310)가 배치됨으로써, 결과적으로 팩 케이스(200)의 4개 모서리 영역으로 4개의 제1 벤팅밸브(310)가 에워싸는 형태를 이루고 있다. 그리고, 제2 벤팅밸브(320)는 대향하는 사이드 프레임(220)의 중앙 영역에 집중 배치되어 있다.Additionally, in the second embodiment, the arrangement of the first venting valve 310 and the second venting valve 320 in each opposing side frame 220 is symmetrical to each other. Accordingly, the overall arrangement structure of the venting valve 300 is such that the first venting valve 310 is disposed on both sides of the longitudinal edges of the opposing side frame 220, resulting in four corner areas of the pack case 200. Four first venting valves 310 form an surrounding shape. And, the second venting valve 320 is centrally arranged in the central area of the opposing side frame 220.

이러한 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(10)의 초기 벤팅경로는 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 어느 전지 셀(110) 또는 배터리 모듈(100)의 열 폭주에 의해 팩 케이스(200)의 내압이 상승하다 제1 분출압력(P1)에 도달하면, 팩 케이스(200)의 4개 모서리 영역에 있는 제1 벤팅밸브(310)가 우선적으로 작동한다. 이렇게 4개 모서리에서 연소생성물이 배출되는 초기 벤팅경로에 의해, 배터리 팩(10)의 거의 전면에 걸쳐 대각방향으로 넓게 분산하여 고르게 배출되고, 이에 따라 어느 한 쪽 사이드 프레임(220)의 모서리를 통해 연소생성물이 배출되는 제1 실시형태보다도 더욱 열 분산이 양호하게 이루어짐으로써 열 전파 지연에 유리한 효과를 얻을 수 있다.The initial venting path of the battery pack 10 according to this second embodiment is schematically shown in FIG. 6. When the internal pressure of the pack case 200 increases due to thermal runaway of any of the battery cells 110 or the battery module 100 and reaches the first blowout pressure P1, the pressure in the four corner areas of the pack case 200 The first venting valve 310 operates preferentially. Due to the initial venting path in which combustion products are discharged from the four corners, they are distributed widely and evenly in the diagonal direction over almost the entire surface of the battery pack 10, and thus are discharged through the corners of either side frame 220. Since heat dispersion is achieved more favorably than in the first embodiment in which combustion products are discharged, an advantageous effect in delaying heat propagation can be obtained.

도 7은 제1 벤팅밸브(310)와 제2 벤팅밸브(320)의 배치에 대한 하나의 변형된 실시예를 도시하고 있다. 도 7의 실시예는. 기본적으로는 도 5의 제2 실시형태를 따르면서, 제1 벤팅밸브(310) 및 제2 벤팅밸브(320)가 사이드 프레임(220)의 길이방향을 따라 교번으로 배치되는 구성을 구비하고 있다.Figure 7 shows one modified embodiment of the arrangement of the first venting valve 310 and the second venting valve 320. The embodiment of Figure 7. Basically, following the second embodiment of FIG. 5, the first venting valve 310 and the second venting valve 320 are arranged alternately along the longitudinal direction of the side frame 220.

도 7의 실시예에서도 제1 벤팅밸브(310)는 대향하는 사이드 프레임(220)의 길이방향 양쪽 모서리에 각각 배치되어 있는데, 그 사이로 제1 벤팅밸브(310) 및 제2 벤팅밸브가 교번을 이루도록 사이드 프레임(220)의 길이방향을 따라 번갈아 배치되어 있다. 즉, 도 7을 기준으로 한다면, 사이드 프레임(220)의 한 쪽 모서리에서부터 "제1 벤팅밸브(310) - 제2 벤팅밸브(320) - 제1 벤팅밸브(310) ..."의 순서로 번갈아 배치되어 마지막으로 제1 벤팅밸브(310)가 자리를 잡게 된다.In the embodiment of FIG. 7, the first venting valve 310 is disposed at both longitudinal edges of the opposing side frame 220, and the first venting valve 310 and the second venting valve alternate between them. They are arranged alternately along the longitudinal direction of the side frame 220. That is, based on FIG. 7, from one corner of the side frame 220, in the following order: "first venting valve 310 - second venting valve 320 - first venting valve 310..." They are arranged alternately, and finally the first venting valve 310 is positioned.

이와 같은 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320)의 교번 배치에 의하면, 제2 벤팅밸브(320)가 복수로 구비되는 경우에는 반드시 중앙 영역에 제1 벤팅밸브(310)가 위치하게 된다. 이에 따라, 배터리 팩(10)의 중앙 영역에서도 제1 벤팅밸브(310)가 작동함으로써 더욱 균일한 열 분산 효과를 기대할 수 있게 된다.According to this alternating arrangement of the first and second venting valves 310 and 320, when a plurality of second venting valves 320 are provided, the first venting valve 310 is always located in the central area. Accordingly, the first venting valve 310 operates also in the central area of the battery pack 10, so that a more uniform heat dispersion effect can be expected.

여기서, 도 7은 변형된 실시예의 하나로서 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320)가 대향하는 한 쌍의 사이드 프레임(220)에 각각 배치되는 제2 실시형태를 예로 들고 있지만, 제1 실시형태에 따라 한 쪽 사이드 프레임(220)에만 제1 및 제2 벤팅밸브(310, 320)가 배치되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하게 이해될 것이다.Here, Figure 7 shows the second embodiment as an example in which the first and second venting valves 310 and 320 are respectively disposed on a pair of opposing side frames 220 as one of the modified embodiments, but the first embodiment It will be clearly understood that the same application can be applied even when the first and second venting valves 310 and 320 are disposed on only one side frame 220 depending on the shape.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Above, the present invention has been described in more detail through drawings and examples. However, since the configurations described in the drawings or examples described in this specification are only one embodiment of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, at the time of filing this application, various equivalents and It should be understood that variations may exist.

10: 배터리 팩 100: 배터리 모듈
110: 전지 셀 112: 벤팅장치
200: 팩 케이스 210: 베이스 플레이트
220: 사이드 프레임 230: 센터 빔
240: 상부커버 242: 개스킷
300: 벤팅밸브 302: 몸체
304: 럽쳐 디스크 306: 노치부
310: 제1 벤팅밸브 320: 제2 벤팅밸브
P1: 제1 분출압력 P2: 제2 분출압력
MG: 안전마진10: battery pack 100: battery module
110: battery cell 112: venting device
200: pack case 210: base plate
220: side frame 230: center beam
240: upper cover 242: gasket
300: venting valve 302: body
304: Rupture disk 306: Notch portion
310: first venting valve 320: second venting valve
P1: First blowout pressure P2: Second blowout pressure
MG: margin of safety

Claims

A pack case for mounting a plurality of battery modules consisting of a plurality of battery cells equipped with a venting device; and
a plurality of venting valves disposed on at least one of a plurality of side frames forming walls in all directions of the pack case;
Including,
The plurality of venting valves are,
A battery pack comprising a first venting valve forming a first blowing pressure, and a second venting valve forming a second blowing pressure higher than the first blowing pressure.

According to paragraph 1,
The first venting valve is disposed adjacent to a longitudinal edge of the side frame, and the second venting valve is disposed in a longitudinal central region of the side frame.

According to paragraph 2,
The first venting valve is disposed at both longitudinal edges of the side frame, and the second venting valve is disposed between the first venting valves.

According to paragraph 1,
The battery pack, wherein the upper and lower limit tolerances for the first blowing pressure of the first venting valve do not overlap with the upper and lower limit tolerances for the second blowing pressure of the second venting valve.

According to clause 4,
The battery pack, wherein the upper limit tolerance for the first blowing pressure of the first venting valve has a safety margin set in advance with respect to the lower limit tolerance for the second blowing pressure of the second venting valve.

According to clause 5,
The safety margin is,
A battery pack characterized in that it is set in the range of 5 to 20% of the upper and lower limit tolerance for the first blowing pressure of the first venting valve.

According to paragraph 3,
A battery pack, wherein the first venting valve and the second venting valve are respectively disposed on a pair of opposing side frames.

In clause 7,
A battery pack, characterized in that the arrangement of the first venting valve and the second venting valve on each opposing side frame is symmetrical to each other.

According to paragraph 2,
The first venting valve is disposed at both edges of the side frame in the longitudinal direction, and the first venting valve and the second venting valve are alternately disposed along the longitudinal direction of the side frame.

According to clause 9,
The first venting valve and the second venting valve are respectively disposed on a pair of opposing side frames, and the arrangement of the first venting valve and the second venting valve on each opposing side frame is symmetrical to each other. battery pack.