KR20240101318A - 배터리 팩 - Google Patents

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KR20240101318A
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battery pack
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battery
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ventilation module
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KR1020230077597A
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정태철
양근주
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 내부공간을 제공하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되는 배터리 셀; 상기 케이스의 내부에 배치되는 적어도 하나 이상의 센서; 상기 케이스에 구비되고, 개폐 가능하도록 구성된 통기 모듈; 그리고, 상기 케이스의 내부에 위치하는 팬;을 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(Energy Storage System; ESS)와 같은 중대형 장치에도 구동용이나 에너지 저장용으로 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 이차 전지는 다수가 전기적으로 연결된 상태에서 모듈 케이스 내부에 함께 수납되는 형태로, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈이 다수 연결되어 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.
그런데, 이와 같이 다수의 이차 전지(배터리 셀) 또는 다수의 배터리 모듈이 좁은 공간에 밀집되어 있는 경우, 열적 이벤트에 취약할 수 있다. 특히, 어느 하나의 배터리 셀에서 열폭주(thermal runaway) 등의 이벤트가 발생하는 경우, 고온의 가스나 화염, 열 등이 생성될 수 있다. 만일, 이러한 가스나 화염, 열 등이 동일한 배터리 모듈 내에 포함된 다른 배터리 셀로 전달되는 경우, 열 전파(thermal propagation)와 같은 폭발적인 연쇄 반응 상황이 나타날 수 있다. 그리고, 이러한 연쇄 반응은, 해당 배터리 모듈에서 화재나 폭발 등의 사고를 일으키는 것은 물론이고, 다른 배터리 모듈에 대해서도 화재나 폭발 등을 유발할 수 있다.
더욱이, 전기 자동차와 같은 중대형 배터리 팩의 경우, 출력 및/또는 용량 증대를 위해 많은 수의 배터리 셀과 배터리 모듈이 포함되어 열적 연쇄 반응에 대한 위험성은 더욱 커질 수 있다. 뿐만 아니라, 전기 자동차 등에 탑재된 배터리 팩의 경우, 주변에 운전자 등과 같은 사용자가 존재할 수 있다. 따라서, 특정 배터리 모듈에서 발생한 열적 이벤트가 적절하게 제어되지 못하고 연쇄 반응이 발생할 경우, 큰 재산상 피해는 물론이고 인명 피해까지 야기될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 열적 이벤트로 인한 가스를 외부로 배출할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 열적 이벤트로 인한 화염이나 화재가 외부로 전파되는 것을 차단할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 내부공간을 제공하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되는 배터리 셀; 상기 케이스의 내부에 배치되는 적어도 하나 이상의 센서; 상기 케이스에 구비되고, 개폐 가능하도록 구성된 통기 모듈; 그리고, 상기 케이스의 내부에 위치하는 팬;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 케이스에 구비되는 에어 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통기 모듈은: 길게 연장되는 개구부; 그리고, 상기 개구부를 개폐하도록 구성된 복수의 셔터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 팬은, 복수로 구비되고 상기 개구부의 길이방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은, 상기 프로세서와 상기 통기 모듈 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 케이스에 구비되고, 외부 기기와 접속 가능하도록 구성된 커넥터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은, 상기 커넥터와 상기 통기 모듈 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 센서는, 복수의 온도 센서를 포함하고, 상기 배터리 팩은, 상기 복수의 온도 센서로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 제1 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 오픈시키고 상기 팬을 작동시키는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 복수의 온도 센서로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 클로즈 시킬 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 센서는, 복수의 압력 센서를 포함하고, 상기 배터리 팩은, 상기 복수의 압력 센서로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 제3 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 오픈시키고 상기 팬을 작동시키는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 복수의 압력 센서로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 상기 제3 값보다 큰 제4 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 클로즈 시킬 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 열적 이벤트로 인한 가스를 외부로 배출할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 열적 이벤트로 인한 화염이나 화재가 외부로 전파되는 것을 차단할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성도이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 통기 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 필터를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성도이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 절단선 B-B'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 구성도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성도이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 케이스(100), 배터리 셀(210), 적어도 하나 이상의 센서(220, 230), 통기 모듈(300) 그리고 팬(400)을 포함할 수 있다.
케이스(100)는 내부공간을 제공할 수 있다. 케이스(100)는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 케이스(100)는 복수의 파트로 구성될 수 있다. 복수의 파트는 체결, 결합, 용접 또는 부착될 수 있다. 케이스(100)는 탑 플레이트(140), 베이스 플레이트(150), 프런트 플레이트(110), 리어 플레이트(120) 및 사이드 플레이트(130)로 구성될 수 있다.
배터리 모듈(200)은 케이스(100)의 내부에 위치할 수 있다. 배터리 모듈(200)은 복수로 구비될 수 있다. 그리고 배터리 모듈(200)은 케이스(100)의 베이스 플레이트(150), 사이드 플레이트(130), 프런트 플레이트(110), 리어 플레이트(120), 탑 플레이트(140) 중 적어도 어느 하나에 체결, 결합, 용접, 부착 또는 고정될 수 있다.
배터리 모듈(200)은 배터리 셀(210)을 포함할 수 있다. 이 때, 배터리 셀(210)은 이차 전지를 의미할 수 있다. 배터리 셀(210)은 원통 형상을 가질 수 있다. 배터리 모듈(200)은 복수의 배터리 셀(210)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀(210)은 어레이를 형성하거나 적층될 수 있다.
배터리 모듈(200)은 적어도 하나 이상의 센서(220, 230)를 포함할 수 있다. 센서(220, 230)는 배터리 셀(210)의 상태를 감지할 수 있다. 복수의 배터리 셀(210)의 상태를 감지하기 위해 복수의 센서(220, 230)는 배터리 모듈(200)의 여러 위치에 분산되어 배치될 수 있다.
통기 모듈(300)은 케이스(100)에 구비될 수 있다. 예들 들어, 통기 모듈(300)은 프런트 플레이트(110)에 구비될 수 있다. 통기 모듈(300)은 케이스(100)에 설치, 체결, 결합, 고정, 용접 또는 부착될 수 있다. 통기 모듈(300)은 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 통기 모듈(300)은 케이스(100)의 내부공간과 케이스(100)의 외부를 연통시키거나 차단시킬 수 있다. 통기 모듈(300)이 오픈되면 케이스(100)의 내부공간과 외부가 연통될 수 있다. 통기 모듈(300)이 클로즈 되면 케이스(100)의 내부공간과 외부가 차단될 수 있다.
팬(400)은 케이스(100)의 내부에 위치할 수 있다. 팬(400)은 케이스(100)의 베이스 플레이트(150), 사이드 플레이트(130), 프런트 플레이트(110), 리어 플레이트(120), 탑 플레이트(140) 또는 통기 모듈(300) 중 적어도 어느 하나에 체결, 결합, 용접, 부착 또는 고정될 수 있다. 팬(400)은 통기 모듈(300)과 인접하도록 배치될 수 있다. 또는, 팬(400)은 통기 모듈(300)과 마주하도록 배치될 수 있다. 또는, 팬(400)은 통기 모듈(300)을 향해 유동을 형성할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩의 내부는 선택적으로 외부와 연통될 수 있다. 또한, 배터리 팩은 배터리 셀(210)의 상태에 기초하여 통기 모듈(300)을 개폐할 수 있다. 또한, 배터리 팩은 통기 모듈(300)이 오픈된 경우, 팬(400)을 구동시켜 벤팅 효율을 높일 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩의 열적 안전성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(200)에 열적 이벤트가 발생하는 경우, 배터리 팩 내부의 온도나 압력이 상승하거나 벤팅 가스(g)가 생성될 수 있다. 이 때, 통기 모듈(300)이 오픈되고 팬(400)이 구동되면, 배터리 내부의 온도나 압력을 신속하게 떨어뜨릴 수 있고, 벤팅 가스(g)를 외부로 신속하게 배출할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 하나 이상의 센서(220, 230)를 포함할 수 있다. 배터리 모듈(200) 각각은 하나 이상의 센서(220, 230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(200)은 각각 4개의 압력센서(230)와 4개의 온도센서(220)를 포함할 수 있다. 복수의 압력센서(230)와 온도센서(220)는 복수의 배터리 셀(210)의 분포를 따라 분산되어 위치할 수 있다. 복수의 압력센서(230)와 온도센서(220)는 복수의 배터리 셀(210) 주변의 압력과 온도를 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 통기 모듈(300)을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통기 모듈(300)은 길게 연장되는 개구부(301) 그리고 개구부(301)를 개폐하도록 구성된 복수의 셔터(310)를 포함할 수 있다. 도 4의 (a)는 통기 모듈(300)이 오픈된 상태, 도 4의 (b)는 통기 모듈(300)이 클로즈된 상태일 수 있다. 통기 모듈(300)은 좌우방향 또는 Y축 방향을 따라 길게 연장되는 개구부(301)를 구비할 수 있다. 셔터(310)는 좌우방향 또는 Y축 방향을 따라 길게 연장될 수 있다. 그리고 셔터(310)는 복수로 구성될 수 있고, 상하방향 또는 Z축 방향을 따라 배치될 수 있다. 셔터(310)는 개구부(301)를 개폐할 수 있다. 복수의 셔터(310) 각각은 스윙될 수 있다.
통기 모듈(300)이 클로즈 된 경우, 통기 모듈(300)은 개구부(301)를 통해 케이스(100)의 내부로 습기나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 셔터(310)는 EPDM(ethylene　propylene　diene　monomer) 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 통기 모듈(300)은 선택적으로 케이스(100)의 내부를 방수 또는 방진할 수 있다.
도 5는 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 변형 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 팬(400)은 복수로 구비되고 개구부(301)의 길이방향을 따라 배치될 수 있다. 복수의 팬(400)은 좌우방향 또는 Y축 방향을 따라 배치될 수 있다. 복수의 팬(400)은 통기 모듈(300)을 마주할 수 있다. 또는 복수의 팬(400)은 통기 모듈(300)을 향해 유동을 형성할 수 있다. 복수의 팬(400)은 브라켓(410)에 설치될 수 있다. 브라켓(410)은 케이스(100)의 베이스 플레이트(150), 사이드 플레이트(130), 프런트 플레이트(110), 리어 플레이트(120), 탑 플레이트(140) 또는 통기 모듈(300) 중 적어도 어느 하나에 체결, 결합, 용접, 부착 또는 고정될 수 있다. 예를 들어, 브라켓(410)의 일측은 체결부재(S)에 의해 사이드 플레이트(130)에 체결될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 필터(600)를 나타낸 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 에어 필터(600)를 포함할 수 있다. 에어 필터(600)는 케이스(100)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 에어 필터(600)는 리어 플레이트(120)에 구비될 수 있다. 리어 플레이트(120)는 홀(121)을 구비할 수 있다. 에어 필터(600)는 홀(121)에 체결되는 체결부(620), 공기를 통과시키는 필터부(610), 필터부(610)와 체결부(620) 사이에 구비되는 실링 링(630)을 포함할 수 있다. 에어 필터(600)는 케이스(100) 내부의 기압과 외부 기압이 동일해지도록 공기를 통과시킬 수 있다. 또한, 에어 필터(600)는 외부의 습기나 이물질이 케이스(100) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩은 에어 필터(600)를 통해 케이스(100) 내부와 외부의 기압이 동일해지도록 유지할 수 있다. 그리고 배터리 팩은 케이스(100) 내부의 기압이나 온도가 상승하여 에어 필터(600)만으로 적정 온도나 기압을 유지하기 어려워지는 경우 추가적으로 통기 모듈(300)을 오픈할 수 있다.
도 8은 도 1의 절단선 A-A'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 화재가 발생한 경우 통기 모듈(300)을 클로즈할 수 있다. 배터리 팩은 케이스(100) 내부의 온도와 압력이 화재가 났다고 판단될 정도로 상승된 경우, 오픈된 통기 모듈(300)을 클로즈 할 수 있다. 이로 인해, 화염이 배터리 팩의 외부로 전파 또는 유출되는 것을 차단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성도이다. 도 11 및 도 12는 도 10의 절단선 B-B'에 따른 배터리 팩의 내부를 나타낸 도면이다. 도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 배터리 셀(210)과 전기적으로 연결되는 프로세서(500)를 더 포함하고, 배터리 셀(210)은 프로세서(500)와 통기 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
프로세서(500)는 BDU(510, Battery disconnect unit)와 마스터 BMS(520, Master Battery Management System)를 포함할 수 있다. BDU(510)는 제1 커넥터(710)를 통해 배터리 팩의 전력이 외부로 출력되거나 외부로부터 배터리 팩으로 전력이 입력되는 것을 제어할 수 있다. 마스터 BMS(520)는 제2 커넥터(720)를 통해 배터리 팩의 제어정보나 신호를 자동차 주고받도록 구성될 수 있다. 마스터 BMS(520)는 슬레이브 BMS(240)와 전기적으로 연결될 수 있다. 슬레이브 BMS(240)는 배터리 모듈(200)마다 각각 구비될 수 있다. 슬레이브 BMS(240)는 배터리 모듈(200)의 제어정보 또는 상태정보를 마스터 BMS(520)와 주고 받도록 구성될 수 있다. 또한, 슬레이브 BMS(240)는 해당 배터리 모듈(200)에 포함되는 배터리 셀(210)의 상태 정보를 획득할 수 있다.
배터리 모듈(200)은 프로세서(500)와 통기 모듈(300) 사이에 위치할 수 있다. 그리고 팬은 배터리 모듈(200)과 통기 모듈(300) 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(200)에서 발생된 벤팅 가스(g)는 프로세서(500)를 통과하지 않고 통기 모듈(300)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이로 인해, 프로세서(500)는 고온의 벤팅 가스(g)에 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 안정성이 향상될 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 케이스(100)에 구비되고, 외부 기기와 접속 가능하도록 구성된 커넥터(700)를 더 포함할 수 있고, 배터리 셀(210)은 커넥터와 통기 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
통기 모듈(300)은 리어 플레이트(120)에 구비될 수 있다. 제1 커넥터(710)와 제2 커넥터(720)는 프런트 플레이트에 구비될 수 있다. 프로세서(500)는 프런트 플레이트(110)에 인접 또는 제1 커넥터(710)와 제2 커넥터(720)에 인접하게 위치할 수 있다. 또한, 배터리 팩의 냉각을 위한 냉각 포트(800)가 프런트 플레이트(110)에 구비될 수 있다. 냉각유체는 냉각 포트(800)를 유동할 수 있다.
자동차와 배터리 팩은 제1 커넥터(710)와 제2 커넥터(720)를 통해 물리적 또는 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(200)에서 발생된 벤팅 가스(g)는 커넥터(700)를 통과하지 않고 통기 모듈(300)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이로 인해, 커넥터는 고온의 벤팅 가스(g)에 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 안정성이 향상될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 구성도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 제어 순서도이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 적어도 하나 이상의 센서(220, 230)는 복수의 온도 센서(220)를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수의 온도 센서(220)로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1)을 초과하는 경우, 통기 모듈(300)을 오픈시키고 팬(400)을 작동시키는 프로세서(500)를 더 포함할 수 있다.
배터리 셀(210)에서 열적 이벤트가 발생된 경우, 열적 이벤트가 발생된 배터리 셀(210)에 인접한 온도 센서(220)로부터 측정된 온도 값은 최대 온도 값(Tmax)일 수 있다. 그리고 열적 이벤트가 발생된 배터리 셀(210)로부터 멀리 떨어진 배터리 셀(210)에 인접한 온도 센서(220)로부터 측정된 온도 값은 최소 온도 값(Tmin)일 수 있다. 예를 들어, 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 60도를 초과하는 경우, 프로세서(500)는 통기 모듈(300)을 오픈시키고 팬(400)을 작동시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩은 열적 이벤트를 감지하여 벤팅 가스(g)를 신속하게 외부로 배출할 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩의 내부 온도를 빠르게 낮출 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 프로세서(500)는 복수의 온도 센서(220)로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1)보다 큰 제2 값(T2)을 초과하는 경우, 통기 모듈(300)을 클로즈 시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 값은 60도이고 제2 값(T2)은 200도일 수 있다. 프로세서(500)는 복수의 온도 센서(220)로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1)보다 큰 제2 값(T2)이상이 되는 경우, 배터리 팩의 내부에서 화재가 발생한 것으로 판단하여, 통기 모듈(300)을 클로즈 시키고 팬(400)의 작동 off 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩은 화염 또는 화재가 외부로 전파되는 것을 차단할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 적어도 하나 이상의 센서(220, 230)는 복수의 압력 센서(230)를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수의 압력 센서(230)로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1)을 초과하는 경우, 통기 모듈(300)을 오픈시키고 팬(400)을 작동시키는 프로세서(500)를 더 포함할 수 있다.
배터리 셀(210)에서 열적 이벤트가 발생된 경우, 열적 이벤트가 발생된 셀에 인접한 압력 센서(230)로부터 측정된 압력 값은 최대 압력 값(Pmax)일 수 있다. 그리고 열적 이벤트가 발생된 배터리 셀(210)로부터 멀리 떨어진 배터리 셀(210)에 인접한 압력 센서(230)로부터 측정된 압력 값은 최소 압력 값(Pmin)일 수 있다. 예를 들어, 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 1.5 bar를 초과하는 경우, 프로세서(500)는 통기 모듈(300)을 오픈시키고 팬(400)을 작동시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩은 열적 이벤트를 감지하여 벤팅 가스(g)를 신속하게 외부로 배출할 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩의 내부 압력을 빠르게 낮출 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 프로세서(500)는 복수의 압력 센서(230)로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1)보다 큰 제4 값(P2)을 초과하는 경우, 통기 모듈(300)을 클로즈 시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제3 값(P1)은 1.5 bar이고 제2 값(P2)은 2bar일 수 있다. 프로세서(500)는 복수의 압력 센서(230)로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1)보다 큰 제4 값(P2)을 초과하는 경우, 배터리 팩의 내부에서 화재가 발생한 것으로 판단하여, 통기 모듈(300)을 클로즈 시키고 팬(400)의 작동 off 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩은 화염 또는 화재가 외부로 전파되는 것을 차단할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 프로세서(500)는 복수의 온도 센서(220)로부터 측정된 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1) 이상이고, 복수의 압력 센서(230)로부터 측정된 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1) 이상인지 판단할 수 있다(S1310). 이 때, 복수의 온도 센서(220)로부터 측정된 온도 값은 슬레이브 BMS(240)를 통해 마스터 BMS(520)로 전달될 수 있다. 그리고 복수의 압력 센서(230)로부터 측정된 압력 값은 슬레이브 BMS(240)를 통해 마스터 BMS(520)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 값(T1)은 60도, 제3 값(P1)은 1.5bar일 수 있다.
프로세서(500)는 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1) 이상이고, 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1) 이상인 경우, 그 상태가 미리 정해진 시간(REF) 이상인지 판단할 수 있다(S1320). 미리 정해진 시간(REF)은 수 초 또는 수 분일 수 있다. 미리 정해진 시간(REF)을 딜레이 타임(REF)이라고 칭할 수도 있다.
프로세서(500)는 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제1 값(T1) 이상이고, 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제3 값(P1) 이상인 상태가 미리 정해진 시간(REF) 이상으로 지속되는 경우, 통기 모듈(300)을 오픈시키고 팬(400)을 구동시킬 수 있다(S1330). 그리고 프로세서(500)는 배터리 팩의 상태 정보를 VCU(Vehicle Control Unit)에 전달할 수 있다. 또한, 프로세서(500)는 배터리 팩으로부터 자동차로 전달되는 전력을 감소 또는 차단시킬 수 있다. 또는, VCU(900)는 배터리 팩으로부터 자동차로 전달되는 전력을 감소 또는 차단시키도록 프로세서를 제어할 수 있다.
프로세서(500)는 통기 모듈(300)을 오픈하고 팬(400)을 구동시키는 동안, 복수의 온도 센서(200)로부터 측정된 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제2 값(T2) 이상이고, 복수의 압력 센서(230)로부터 측정된 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제4 값(P2) 이상인지 판단할 수 있다(S1340). 제2 값(T2)은 제1 값(T1)보다 큰 값일 수 있다. 제4 값(P2)은 제3 값(P1)보다 큰 값일 수 있다. 예를 들어, 제2 값(T2)은 200도, 제4 값(P2)은 2bar 일 수 있다. 또한, VCU는 자동차의 탑승자에게 경고 신호, 위험 신호 또는 응급 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(500)는 온도 값의 최대 값(Tmax)과 최소 값(Tmin)의 차이가 제2 값(T2) 이상이고, 압력 값의 최대 값(Pmax)과 최소 값(Pmin)의 차이가 제4 값(P2) 이상인 경우, 통기 모듈(300)을 클로즈시키고 팬(400)을 off시킬 수 있다(S1350). 그리고 프로세서(500)는 배터리 팩의 상태 정보를 VCU(Vehicle Control Unit)에 전달할 수 있다. VCU는 자동차의 탑승자에게 경고 신호, 대비 신호, 위험 신호 또는 응급 신호를 출력할 수 있다. 또한, 프로세서(500)는 배터리 팩으로부터 자동차로 전달되는 전력을 감소 또는 차단시킬 수 있다. 또는, VCU(900)는 배터리 팩으로부터 자동차로 전달되는 전력을 감소 또는 차단시키도록 프로세서를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 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 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 케이스
110: 프런트 플레이트
120: 리어 플레이트
121: 홀
130: 사이드 플레이트
140: 탑 플레이트
150: 베이스 플레이트
200: 배터리 모듈
210: 배터리 셀
220: 온도 센서
230: 압력 센서
240: 슬레이브 BMS
300: 통기 모듈
301: 개구부
310: 셔터
400: 팬
410: 브라켓
500: 프로세서
510: BDU
520: 마스터 BMS
600: 에어 필터
610: 필터부
620: 체결부
630: 실링 링
700: 커넥터
710: 제1 커넥터
720: 제2 커넥터
800: 냉각포트
900: VCU

Claims (11)

  1. 내부공간을 제공하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 배치되는 배터리 셀;
    상기 케이스의 내부에 배치되는 적어도 하나 이상의 센서;
    상기 케이스에 구비되고, 개폐 가능하도록 구성된 통기 모듈; 그리고,
    상기 케이스의 내부에 위치하는 팬;을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스에 구비되는 에어 필터를 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 통기 모듈은:
    길게 연장되는 개구부; 그리고,
    상기 개구부를 개폐하도록 구성된 복수의 셔터;를 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 팬은,
    복수로 구비되고 상기 개구부의 길이방향을 따라 배치되는 배터리 팩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 배터리 셀은,
    상기 프로세서와 상기 통기 모듈 사이에 배치되는 배터리 팩.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스에 구비되고, 외부 기기와 접속 가능하도록 구성된 커넥터를 더 포함하고,
    상기 배터리 셀은,
    상기 커넥터와 상기 통기 모듈 사이에 배치되는 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 센서는,
    복수의 온도 센서를 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    상기 복수의 온도 센서로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 제1 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 오픈시키고 상기 팬을 작동시키는 프로세서를 더 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 온도 센서로부터 각각 측정된 온도 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 클로즈 시키는 배터리 팩.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 센서는,
    복수의 압력 센서를 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    상기 복수의 압력 센서로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 제3 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 오픈시키고 상기 팬을 작동시키는 프로세서를 더 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 압력 센서로부터 각각 측정된 압력 값의 최대 값과 최소 값의 차이가 상기 제3 값보다 큰 제4 값을 초과하는 경우, 상기 통기 모듈을 클로즈 시키는 배터리 팩.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 배터리 팩을 포함하는 자동차.

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