WO2019088474A1 - 전지용 환기 장치 및 이를 포함하는 전지 - Google Patents

전지용 환기 장치 및 이를 포함하는 전지 Download PDF

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WO2019088474A1
WO2019088474A1 PCT/KR2018/011766 KR2018011766W WO2019088474A1 WO 2019088474 A1 WO2019088474 A1 WO 2019088474A1 KR 2018011766 W KR2018011766 W KR 2018011766W WO 2019088474 A1 WO2019088474 A1 WO 2019088474A1
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battery
ventilation
housing
casing
cover
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PCT/KR2018/011766
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바하베른하르트
뢰크알렉산더
딜렌코퍼킴
아이히베르거게오르그
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삼성에스디아이 주식회사
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a ventilator for a battery, and more particularly to a multifunctional breathing and ventilating apparatus for a casing of a battery submodule, a battery module or a battery system,
  • the rechargeable secondary battery differs from the primary battery in that charging and discharging can be repeated and the latter provides only irreversible conversion of the chemical substance into electric energy.
  • the low-capacity secondary battery is used as a power source for small electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, and a camcorder, and a high-capacity secondary battery is used as a power source for a hybrid vehicle.
  • the secondary battery includes an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, a case for accommodating the electrode assembly, and an electrode terminal electrically connected to the electrode assembly.
  • An electrolyte is injected to enable charging and discharging of the battery through an electrochemical reaction of an anode, a cathode and an electrolyte solution.
  • the shape of the case that is, the shape of the cylinder or the shape of the rectangle differs depending on the use of the battery.
  • the secondary battery is used as a battery module formed of a plurality of unit battery cells coupled in series and / or in parallel, and can provide a high energy density, for example, for driving a motor of a hybrid vehicle. That is, the battery module interconnects the electrode terminals of a plurality of unit battery cells according to the required amount of power, and is formed, for example, for an electric vehicle to realize a high-power secondary battery.
  • the battery module can be configured as a block or modular design.
  • each battery cell is connected to a common collector structure and a common battery management system.
  • a modular design a plurality of battery cells are connected to form a submodule, and several submodules are connected to form a battery module.
  • the battery management function can be implemented at the module or sub-module level, thus improving the compatibility of the components.
  • One or more battery modules are mechanically and electrically integrated, equipped with a thermal management system, and configured to communicate with one or more electrical consumers to configure the battery system.
  • a casing may be envisaged that surrounds all the components that make up each unit.
  • the heat management system can be used to efficiently divert, emit, and / or dissipate the heat generated within the casing to provide thermal control of the enclosed components. If such a heat management system is omitted or if heat is not sufficiently emitted from the casing, an abnormal reaction may occur due to an increase in the internal temperature.
  • An example of such an abnormal operating condition is a thermal runaway of the battery cell that can be initiated by a strongly overheated or overcharged lithium ion cell.
  • Thermal runaway is a chemical reaction that accelerates by itself in the cell, and a large amount of heat and gas is generated and all the usable materials are consumed. Due to the large amounts of hydrogen and carbon monoxide in the resulting gas, the resulting gas may be toxic and flammable.
  • the battery cell includes a vent opening that allows the gas produced in an abnormal operating condition to be released from the cell when the gas is over a certain overpressure and / or a certain temperature inside the cell.
  • the battery submodule, the battery module, or the battery system casing surrounds the components inside thereof in an airtight manner. Therefore, it is necessary to implement an opening in the submodule, module, or system casing to prevent damage to the casing and seal due to an increase in internal pressure.
  • the vent openings must safely vent the ventilation gas to protect people from the dangerous fumes and gases that may be generated by heat dissipation (ventilation) or other malfunctions of the battery cell in the casing.
  • the vent opening of the casing should be protected from obstructions and moisture penetration while the battery cell is operating normally. This can be accomplished by a filter element, such as a membrane.
  • the filter element is generally configured to open at a certain overpressure and / or temperature.
  • the submodule, module or system casing additionally requires a respirator to prevent the casing, especially the casing, from loosening due to pressure differences between the exterior and the interior.
  • the breathing apparatus must ensure a balance of pressure between the interior of the casing and its surroundings in normal operating conditions.
  • the breathing element is configured to separate from the vent opening and close upon a venting event.
  • a submodule, module or system casing usually consists of two devices for ventilation and breathing.
  • Integrated ventilation and breathing apparatus typically consist solely of simple filter elements, such as watertight and gas permeable membranes that ensure moisture and dust protection and rupture at discharge events.
  • respiratory gas flow through these devices is very limited and generally these devices can not meet high IP ratings.
  • the integrated breathing and venting device is intended to ensure pressure balance and to prevent the ingress of particles, dust fluids and moisture during normal operation and to provide stable gas release at the discharge event.
  • a housing configured to be attached in a sealing manner to the vent opening of the battery casing and configured to include at least one side wall, a breathable filter configured to separate the interior of the battery casing from a breathing chamber inside the housing,
  • a ventilator for a battery comprising a ventilating membrane separating the chamber in an airtight manner and a breathing sprout for fluidly connecting the ventilating chamber and the external environment and bypassing the ventilating chamber.
  • a battery should be understood as one of a battery submodule, a battery module and a battery system. Therefore, the battery casing should be understood as a casing of one of a battery submodule, a battery module and a battery system.
  • the housing of the ventilator may be configured to be attached to the battery casing to cover or overlap the vent opening, or may be configured to be inserted into the vent opening.
  • the at least one side wall may be made of a plastic or metal material, in particular an injection molded thermosetting plastic material.
  • the housing includes at least one rigid sidewall, while the bottom surface and the top surface thereof can be opened.
  • at least one sidewall can be regarded as a fluid conduit connecting the surface as a first opening and a surface as a second opening, wherein the first opening is fluidly connected to the vent opening of the battery casing.
  • the breathable filter is configured to be breathable to pass gas therethrough, but the filter is at least dust-tight, thereby blocking dust and other obstructions from passing through the filter.
  • the breathable filter is dustproof in such a way that it meets the IP6x protection level according to Ingress Protection Marking. When referred to herein as an IP protection level, this refers to at least one of the ISO 20653: 2013, DIN EN 60529 and IEC 60529 standards, the entire contents of which are incorporated herein by reference in particular with respect to the definition and testing of various IP levels do.
  • the breathable filter can be welded, especially ultrasonically welded, bonded or overmolded, to at least one side wall of the housing, the inside or sidewall of the side wall and / or the surface of the housing. The connection between the breathable filter and the inner side of the housing also meets the IP6x protection level.
  • the breathable filter may be connected to the inside of the cover as described below.
  • the breathable filter is also configured to separate the interior of the battery casing from the breathing chamber in the housing of the ventilator.
  • the breathable filter may be inside the cell casing, in the vent opening of the cell casing or outside the cell casing.
  • the breathable filter completely covers the fluid conduit formed by the housing of the ventilator connecting the interior and exterior of the casing through the vent opening.
  • the face opposite the interior of the battery casing of the breathable filter is the interface of the breathing chamber formed within the housing of the ventilator, i. E., Within the fluid conduit as described above.
  • a breathing chamber is described in more detail below. There is no fluid bypass around the filter between the interior of the casing and the breathing chamber.
  • the ventilation membrane is made of a solid, thin material, particularly a thin metal or plastic material as the membrane, and is thus at least essentially gas tight.
  • the airtightness means a leak rate which prevents gas from passing through the ventilation film during normal operation of the battery including the ventilator of the present invention.
  • the leakage rate of the ventilation film meets the leakage rating I defined in the ANSI / FCI 70-2 1976 (R1982) standard, the contents of which are incorporated herein by reference, in particular with respect to the definition and test method of the leakage rating.
  • the ventilation membrane meets the leakage class II, III, IV, V or VI defined in the standard.
  • the ventilation membrane is welded (especially ultrasonically welded), bonded or overmolded to the inner side of the housing.
  • connection between the breathable filter and the inner surface of the housing meets an IP67 or IP68 protection level.
  • the ventilation membrane itself also meets the IP67 or IP68 protection level.
  • the ventilation membrane is dust tight as defined in the above standard relating to IP rating.
  • the ventilation membrane is an additional interface of the respiratory chamber and separates it from the external environment in an airtight manner.
  • the ventilation membrane may be connected to the inner surface of the cover as described below.
  • the breathing chamber is surrounded by the breathable filter, the ventilation membrane and at least one side wall of the housing.
  • the gas can enter the breathing chamber through the breathable filter but can not exit the breathing chamber through the rigid sidewall of the housing or the intact ventilation membrane.
  • the gas may escape the breathing chamber through a breathing sequence that fluidly connects the breathing chamber and the external environment, bypassing the ventilation membrane.
  • the breathing net comprises a hollow tube having a first opening in the respiration chamber and a second opening directed outwardly, the outer wall of the hollow tube being sealed against the exterior of the breathing chamber.
  • at least a portion of the breathing sequence may be an integral part of the sidewall of the housing or may be molded thereon.
  • the sidewall of the respiratory tract may include, for example, a portion protruding from the outer wall of the housing for attaching the breathing tube.
  • the ventilator according to the present invention is configured to perform a breathing function during normal operation of the battery including the ventilator. There, air flows between them through the breathing sequence, the breathing chamber and the breathing filter due to the pressure difference between the external environment and the inside of the battery casing, while the particles and dust carried by the airflow are filtered by the breathing filter. Since the ventilating membrane is a solid foil and is sealed to the housing, the breathing air can not pass through the ventilating membrane or flow elsewhere. Also, since the breathing chamber is foreseen in the housing, small particles or dust can not block the breathing hole.
  • the ventilation membrane of the ventilator is configured to rupture at a pressure equal to or lower than a maximum permissible pressure in the cell casing.
  • a large amount of hot gas flows from the battery casing to the ventilator.
  • a predetermined breaking pressure and / or breaking temperature of the ventilation film and / or the breathable filter is reached, the pressure and temperature rise caused by the gas flow breaks down at least the ventilation film and the breathable filter.
  • the ventilator of the present invention is a highly integrated solution for a battery casing that emits and breathes in a single device that requires low build-in space and ensures high protection against penetration of particles, dust, fluids and moisture. .
  • a single device can provide a higher level of protection to IP68 and IP6k9k while reducing costs without isolating breathing and venting functions.
  • the ruptured ventilation membrane provides a flow area for the exhaust gas flow that is at least 2, 3, or 5 times larger than the flow area of the respiratory flow. Thus, the exhaust gas flow can be released safely and quickly from the casing.
  • the ventilator according to the present disclosure further comprises a cover connected to a side wall of the housing and configured to protect the ventilating membrane from environmental influences.
  • the cover at least partially overlaps with a first surface of the ventilation membrane opposite the second surface of the ventilation membrane in a direction normal to the ventilation membrane and the second surface is the interface of the ventilation chamber.
  • the cover may be inseparably connected (e.g., welded) or removably attached (e.g., clip secured) to a side wall of the housing.
  • the cover is integrally formed with the housing of the ventilator.
  • the cover provides protection of the ventilation membrane to a degree according to IP6k9k, in particular to a degree of protection of at least IP6k9k, and thus protects the ventilation membrane from accidental damage or water jets (for example during cleaning).
  • the cover overlaps the first surface of the ventilation membrane such that a linear path from the first surface of the ventilation membrane to the exterior environment is not blocked by the cover and can not pass through the cover. Therefore, water injection from any direction can not directly hit the ventilation membrane.
  • the cover includes at least one opening, wherein the flow region through the at least one opening is larger than the flow region in a breathing sequence.
  • the flow area through the at least one opening is at least three times, particularly preferably at least five times, more preferably at least ten times the flow area through the respiratory flow. More preferably, the at least one opening is configured such that the exhaust gas flows from the inside of the battery casing to the outside environment in a timely manner, preferably before reaching or exceeding the maximum permissible pressure in the battery casing.
  • the flow region refers to the largest area available for fluid flow or gas flow in a fluid conduit at a cross-section of the fluid conduit.
  • the cover includes a top cover having at least one first open area and at least one first closed area, and a baffle cover having at least one second closed area.
  • the baffle cover is spaced from the top cover in the normal direction of the ventilation film and disposed between the top cover and the ventilation film.
  • the baffle cover is inseparably connected to the top cover, detachably attached to the top cover, or integrally formed with the top cover.
  • the at least one second closed area overlaps with the at least one first open area in the normal direction of the ventilation film.
  • each linear path from the first surface of the ventilation film through the at least one first open area is blocked by the at least one second closed area.
  • the total size of the at least one second closed area exceeds the size of the at least one first open area and / or the ventilation film.
  • the cover further comprises a lower cover spaced from the baffle cover in the normal direction of the ventilation film, wherein the baffle cover is disposed between the upper cover and the lower cover.
  • the lower cover includes at least one third open area and at least one third closed area.
  • the baffle cover also includes at least one open area. The at least one third closed zone overlaps at least one second open zone in the normal direction of the ventilation membrane.
  • the cover comprises, for example, a plurality of ribs spaced in a direction substantially parallel to the first surface of the ventilating membrane.
  • the ribs are designed so that each rib is at least partially overlapped with the adjacent ribs in the normal direction.
  • the first rib covers at least a part of the adjacent second rib in the normal direction of the ventilation film.
  • the side wall of the housing comprises a fluid outlet above the ventilation membrane, in particular above the first surface of the ventilation membrane.
  • the fluid outlet is an opening of a side wall connecting the breathing chamber and the external environment. Water accumulated in the ventilation film through the cover is discharged from the housing through the fluid outlet. Therefore, the damage of the ventilation film due to the mass of the accumulated water can be avoided.
  • a protective structure may be disposed between the fluid outlet and the ventilation membrane to block any direct path (e.g., water spray) from the external environment to the ventilation membrane through the fluid outlet.
  • An IP6k9k rating can be obtained for a ventilator comprising a fluid outlet as described herein.
  • the ventilation membrane is supported by a support structure, wherein the support structure is disposed within the breathing chamber.
  • the support structure supports the second surface of the ventilation membrane.
  • the support structure may be a mesh, a grid or a rib connected or attached to the inside of the housing side wall. Further, the support structure is formed integrally with the housing. Due to the support structure, the ventilation membrane will withstand higher pressures acting on the first surface than the second surface. Thus, premature rupture of the ventilation film due to environmental influence is prevented.
  • Another aspect of the present invention relates to a battery casing having an interior vent opening and a battery including the ventilation apparatus as described above, wherein the housing of the ventilation apparatus is attached to the vent opening of the battery casing.
  • the battery is one of a battery submodule, a battery module, and a battery system, and thus the battery casing is one of a battery submodule casing, a battery module casing, and a battery system casing.
  • the housing is attached to the vent opening by being inserted into the vent opening, or by covering or overlapping the vent opening and being substantially attached to the cell casing.
  • the inside of the casing is separated from the breathing chamber by a breathable filter.
  • the ventilation and breathable filters are configured to withstand the pressure exerted during normal operation of the battery.
  • the ventilation membrane and the breathable filter are further configured to rupture at least at a predetermined pressure applied from the interior of the battery casing, for example, on the second surface of the ventilation membrane, Is below the maximum allowable pressure in the battery casing.
  • the housing of the ventilator further comprises at least one attachment means adapted to be attached to the battery casing.
  • the battery casing further comprises at least one internal thread. Internal threads are shaved into the vent opening.
  • the housing of the ventilator includes a threaded portion having an external thread as a sealing portion and attaching means. The ventilator is attached to the battery casing by engaging an external thread of the thread with an internal thread of the vent opening of the casing. Here, the sealing portion is pressed against the outer surface of the battery casing, so that the ventilation device is sealed to the battery casing.
  • the battery further comprises a nut having an internal thread.
  • the outer size of the nut is aligned with the vent opening of the battery casing.
  • the housing of the ventilator includes a threaded portion with an external thread as the sealing portion and the attachment means.
  • the size and dimensions of the threads can be adapted to the internal dimensions of the nut.
  • the ventilation device is attached to the battery casing by engaging an external thread of the threaded portion with an internal thread of the nut while securing the battery casing with a wedge between the sealing portion of the ventilation device and the nut.
  • the threaded portion can include internal threads and the external size thereof can be matched to the vent opening, the external dimensions of the nut being matched to the internal dimensions of the threaded portion, and the nut including external threads.
  • the ventilator in particular the housing of the ventilator, comprises at least one attachment with internal threads.
  • the attachment and / or other portions of the housing also include a seal.
  • the attachment portion may further include a metal insert overmolded with the housing of the ventilator.
  • the internal thread is formed integrally with the housing of the ventilator.
  • the battery further comprises at least one screw, and the battery casing includes at least one mounting hole in addition to the vent opening. The ventilator can then be attached to the battery casing by affixing at least one screw through the mounting hole to the internal threads of the ventilator.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a vehicle including the battery as described above.
  • Other aspects of the present disclosure are set forth within the following description of the dependent claims, the accompanying drawings, or the accompanying drawings.
  • the ventilation device and the battery including the same according to the embodiment of the present invention can be applied to an electric vehicle and a battery pack for an ESS (Energy Storage System).
  • ESS Electronic Storage System
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a ventilator according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional perspective view of the ventilator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view schematically showing a cross-section seen from the front by partially cutting the ventilator according to the first embodiment during the discharge event.
  • FIG. 4 is a top view of the ventilator according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing a cross section of the ventilation device according to the first embodiment during partial breathing operation by partially cutting the ventilation device.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view schematically showing the ventilator according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic side view of the cover of the ventilator according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a top plan view of a top cover of a ventilator according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a top cover of a ventilator according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of a ventilator cover according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a ventilator cover according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a top view showing a horizontal section of a ventilator according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a bottom view showing a horizontal section of a ventilator according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view of a battery having a ventilator according to an embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic view of a ventilation device section of the battery shown in Fig.
  • first and second are used to describe various elements, but it should be understood that these elements should not be limited by these terms. This term is used only to distinguish one element from another.
  • first element may be named a second element, and likewise, the second element may be named a first element without departing from the scope of the present invention.
  • a film, region or element when referred to as being "on” or “directly on” another film, region or element, it may be directly on top of another film, region or element, Or an element may also be present.
  • the terms “upper” and “ lower” are defined along the z-axis.
  • the top cover is located at the top of the z-axis, and the bottom cover is at the bottom.
  • the size of the elements may be exaggerated for clarity.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of a ventilator 10 according to the first embodiment.
  • the ventilator 10 includes a substantially cylindrical housing 20 and a generally rigid side wall 21.
  • the housing may also have an essentially rectangular shape of any other suitable shape.
  • the cover 60 is mounted on the side wall 21 of the housing 20 from above and the nut 80 is mounted on the housing 20 from below.
  • the ventilator (10) is mounted between the battery casing interior (91) and the external environment (92).
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of a section of the ventilator 10 according to the first embodiment shown in Fig.
  • the housing 20 includes an upper cylindrical section 21a of a first diameter and is surrounded by an upper section of the side wall 21.
  • the housing 20 further includes a lower cylindrical section 21b surrounded by the upper section of the side wall 21 and having a second diameter smaller than the first diameter (see FIG. 3).
  • the ventilation film 40 separates the upper cylindrical section 21a and the lower cylindrical section 21b.
  • the lower cylindrical section 21b is formed with a threaded portion 84 having an external thread 82.
  • the transition portion between the lower cylindrical section 21a and the upper cylindrical section 21b is formed as the sealing section 83.
  • a breathable filter 30 is mounted on the inner surface 23 of the side wall 21 of the housing 20.
  • the breathable filter 30 may be welded or glued thereto.
  • the breathable filter 30 is mounted to the lower cylindrical section 21b and / or the lower surface of the housing 20.
  • the breathable filter 30 is formed of a dustproof breathable mesh according to the IP6x protection level.
  • the breathable filter 30 may be formed of a porous material of a fibrous material, particularly a GoreTex (R) material or a paper material, particularly a porous plastic material.
  • the connection between the breathable filter 30 and the housing 20, particularly the side wall 21, also meets the IP6x protection level.
  • the ventilation membrane 40 is attached to the inner surface 23 of the side wall 21 of the housing 20 by ultrasonic welding, overmolding, or an adhesive, for example, directly on the lower end of the upper cylindrical section, Respectively.
  • the ventilation film 40 is made of, for example, a plastic material or a solid thin material such as aluminum.
  • the solid thin material of the ventilation film 40 as well as the welded connection between the ventilation film 40 and the inner surface 23 of the side wall 21 meet the IP67 or IP68 protection level.
  • a breathing chamber 22 is at least partially surrounded between the breathable filter 30, the ventilation film 40 and the inner surface 23 of the side wall 21.
  • the breathing chamber 22 basically fills the entire volume of the lower cylindrical section 21b of the housing 20.
  • the breathing sequence 50 is an elongated hollow cylinder integrally formed with the housing 20 by injection molding of a thermosetting resin such as APS, PP, PU, PBT, etc., with or without a reinforcing material.
  • the respiratory tract 50 is segregated relative to the housing 20 and against the housing 20.
  • the respiratory system 50 includes a breathing hole (not shown) having a hollow tube extending from a first opening in the side wall 21 of the breathing chamber 22 toward a second opening in the end of the breathing order 50, 52).
  • the respiratory system 50 fluidically connects the breathing chamber 22 with the external environment 92.
  • the outer portion of the respiratory tract 50 facing the external environment 92 is formed by a tube adapter 51 for attaching the breathing tube to the respiratory system 50.
  • the breathing tube may be configured to direct the gas away from the ventilator 10, for example to the outside of the vehicle.
  • This tube adapter 51 also achieves an IP67 or IP68 rating for the entire ventilator 10.
  • the breathing sequence 50 assures the respiratory function of the ventilator 10. Due to the pressure difference between the battery casing interior 91 and the external environment 92 the gas flows from the battery casing interior 91 through the breathable filter 30 into the breathing chamber 22 and through the breathing sequence 50 And can flow to the external environment 92. There, the particles and dust carried by the gas stream are filtered by the breathable filter 30.
  • the ventilation membrane 40 is a solid foil and is sealingly mounted, e.g., sealed, welded or overmolded, to the inside of the side wall 21 of the housing 20 so that the respiratory gas flows I can not.
  • the respiratory chamber 22 is relatively large, the normal function of the battery and the breathing function of the ventilator 10 are such that small particles or dust do not clog regularly the opening of the breathing hole 52 of the respiratory tract 50 To be guaranteed.
  • the cover 60 clipped to the housing 20 from the top includes a top cover 63 corresponding to the top surface of the cylindrical housing 20.
  • the cover 60 includes a baffle cover 64 injection molded integrally with the top cover 63.
  • the baffle cover 64 is parallel to the top cover 63 and connected thereto through a central portion.
  • the baffle cover 64 is disposed between the top cover 63 and the ventilation film 40 and is spaced from the top cover in the normal direction of the ventilation film 40.
  • the cover 60 further includes a clip 26 (see FIG. 3) having a first section extending downwardly from the top cover 63 and a second section extending outwardly from the first section.
  • the clip 26 is injection-molded integrally with the top cover 63. [ A second portion extending outwardly of the clip 26 is inserted into a corresponding opening 25 in the side wall 21 of the housing 20.
  • a plurality of clips 26, for example four clips, are arranged around the circumference of the sidewall 21.
  • the top cover 63 includes three first open areas 61 separated from each other in the circumferential direction by three first closed areas 62.
  • the baffle cover 64 includes a second closed region 65 extending outwardly from the central portion and having a diameter that is greater than the diameter of the ventilation film 40 and smaller than the diameter of the upper cylindrical section 21a of the housing 20 do. Thus, a ring-shaped gap is formed between the outer periphery of the second closed area 65 of the baffle cover 64 and the inner surface 23 of the side wall 21.
  • the ventilator 10 allows the exhaust gas coming from the inside of the battery casing 91 to flow through the breathing filter 30 or to rupture the breathing filter 30 as shown by the thin arrow in Fig. Next, the exhaust gas flows through the breathing chamber 22 and ruptures the ventilation film 40. Exhaust gas then flows through the annular gap between the baffle cover 64 and the side wall 21 and flows through the first open area 61 of the top cover 63 as shown by the bold line arrow to the outside environment 92).
  • the ventilation film (40) and the breathing filter (30) are configured to rupture at a pressure not higher than the maximum allowable pressure within the battery casing interior (91).
  • the cover 60 is further designed as shown in the schematic perspective view of FIG.
  • the water injection incident on the cover 60 from the external environment 92 is shown by arrows.
  • the first open area 61 includes a large cross-section to permit rapid exhaust venting, but this is a manner that prevents water jets from any direction from the external environment 92 from directly impacting the ventilation film 40 Relative to the second closed area 65 of the baffle cover 64.
  • the second closed area 65 overlaps the first open area 61 and the ventilation film 40 in the normal direction.
  • the cover 60 realizes the protection up to the IP6k9k protection level and realizes the protection level of at least IP6k9k of the ventilator 10.
  • the ventilator 10 of the first embodiment shown in Figs. 1 to 5 may be attached to the battery casing using a nut 80, as shown in Figs.
  • the nut 80 includes internal threads 81 and is located below the vent opening of the battery casing and within the battery casing.
  • the nut can be pre-installed in the battery casing.
  • the housing 20 of the ventilator 10 includes a lower cylindrical section 21b as a threaded portion 84 that includes an external thread 82. [ The threaded portion 84 passes through the vent opening of the battery casing and the external thread 82 engages the internal thread 81 of the nut 80 below the vent opening.
  • a battery casing (not shown) is fitted between the upper surface of the nut 80 and the lower surface of the sealing portion 83 so that a separate sealing (e.g., O-ring) And is pressed against the battery casing to seal the ventilation unit 10 against the battery casing.
  • a separate sealing e.g., O-ring
  • the threaded portion 84 and the sealing portion 83 of the housing 20 form the attachment means 24 of the ventilator 10.
  • FIG. 6 and 7 show an alternative design of the ventilator 10 according to the second embodiment
  • Fig. 6 is a schematic perspective view of a section of the ventilator 10 according to the second embodiment
  • Fig. 7 Sectional view of the cover 60 of the ventilator 10 according to the second embodiment.
  • the ventilator 10 of the second embodiment is similar to the first embodiment mainly with respect to the cylindrical housing 20, the breathable filter 30, the ventilation film 40 and the breathing order 50. Therefore, the description thereof will be omitted here.
  • the cover 60 of the second embodiment is injection molded integrally with the side wall 21 of the housing 20. Fig. However, the cover 60 may also be joined or clip-secured to the side wall 21 of the housing 20.
  • the cover 60 includes a plurality of ribs 70 extending in a direction substantially parallel to the ventilation film 40, that is, in a direction substantially perpendicular to the normal direction of the ventilation film 40.
  • the ribs 70 include an essentially V-shaped cross-section in the normal direction of the ventilation film 40.
  • the V-shape is formed so that the first rib 71 and the second rib 72 adjacent to each other include an overlap 73.
  • at least a part of each first rib 71 overlaps at least a part of the adjacent second rib 72 in the normal direction of the ventilation film.
  • This design allows a gas flow (shown by the bold line arrows in FIG. 7) that freely passes through the channel between adjacent ribs and a water jet (shown by the thin line arrow in FIG. 7) And turned by the rib 70 (shown by the dotted arrow in Fig. 7).
  • the ventilator 10 according to the second embodiment includes a plurality of attachment means 24 that are injection-molded integrally with the housing 20 and molded around the outer periphery of the housing 20 Which is different from the ventilator of the first embodiment.
  • Each attachment means 24 is formed with a blind hole whose opening is directed downward in the direction of the battery casing.
  • the metal insert 85 is pressed or overmolded into each blind hole.
  • the metal insert 85 includes internal threads, so that the ventilator 10 can be screwed into the battery casing using screws.
  • the ventilator 10 of the second embodiment includes an integrated sealing structure 28 formed integrally with the housing 20 by a two-component injection molding process (2K molding).
  • 2K molding two-component injection molding process
  • separate seals 27 may be used as in the embodiment of Figs. 1-5.
  • the integrated sealing structure 28 is formed along the outermost perimeter of the housing 20, for example around the attachment means 24.
  • the integrated sealing structure 28 is made of a softer resin than the remainder of the housing 10 and includes an essentially V-shaped cross-section in which the V-shaped opening faces downwardly toward the battery casing.
  • FIG 8 to 11 show another embodiment of the ventilation device 10 according to one embodiment, for example, the cover 60 for the ventilation device 10 of the first embodiment.
  • FIGS 8 and 9 show the top cover 63 in accordance with this alternative cover design in top and perspective views, respectively.
  • the top cover 63 is an injection molded part having a plurality of cut outs as a first open area 61 and a plurality of circular screens as a first closed area 62.
  • a stack of at least two such covers is required, the circular screen in the second cover is a cutout, Screen.
  • a plurality of covers as shown in Figs. 8 and 9 may be secured together, e.g., clipped together, to form a stack with three covers, for example, as shown in Figs.
  • the uppermost cover in this stack forms the upper cover 63
  • the middle cover forms the baffle cover 64
  • the lowermost cover forms the lower cover 67.
  • the top cover 63 includes a cutout as a first open area 61 and a circular screen as a first closed area 62.
  • the baffle cover 64 includes a cutout as a second open area 66 and a circular screen as a second closed area 65.
  • the lower cover 67 includes a cutout as a third open area 68 and a circular screen as a third closed area 69.
  • the notches 61, 66 and 68 of the adjacent covers are arranged in such a manner that the three covers 63, 64 and 67 are stacked in such a manner that the respective covers are rotated by about 60 degrees with respect to the adjacent covers, Direction.
  • 12 and 13 illustrate additional features that may be applied to any embodiment of the ventilator 10.
  • 12 shows a top view of a horizontal section of the ventilator 10 according to an embodiment
  • Fig. 13 shows a bottom view of a horizontal section of the ventilator 10 according to an embodiment.
  • the side wall 21 of the housing 20 may include a fluid outlet 29a as a through hole in the side wall 21.
  • a fluid outlet 29a As shown in FIG. 12, the side wall 21 of the housing 20 may include a fluid outlet 29a as a through hole in the side wall 21.
  • water may fall through the open area 61 or the rib 70 of the cover 60 and may accumulate on the top of the ventilation film 40. The accumulated water may cause damage to the ventilation film 40 or at least increase the burst pressure at which the ventilation film 40 is ruptured, but the latter is usually not acceptable.
  • the fluid outlet 29a is located above the ventilation film 40 so that the accumulated water can be drained from the housing 20 through the fluid outlet 29a.
  • the protective rib 29b is positioned between the fluid outlet port 29a and the ventilation film 40 in order to attain the IP6k9k degree of protection and the degree of protection up to the IP6k9k degree of protection of the ventilator 10 despite the fluid outlet port 29a.
  • the protective ribs 29b are arranged such that any linear path between the fluid outlet and the ventilation film 40 is blocked by the protective ribs 29b so that water injection through the fluid outlet 29a can damage the ventilation film 40 .
  • the ventilation film 40 is supported by a film support 41 located below the ventilation film 40 in the ventilation chamber 22.
  • the membrane support (41) is integrally formed with the side wall (21) of the housing and is integrally injection molded. Alternatively, the support structure may be clipped or bonded to the side wall 21 of the housing 20, for example, to be glued.
  • the membrane support 41 is formed of a solid mesh or grid structure that does not significantly lower the flow area for the off-gas flow.
  • the ventilation film 40 is placed on the mesh or grid.
  • the ventilation film 40 is able to withstand higher pressures from the external environment 92 than in the breathing chamber 22 and the cell casing interior 91. [ Therefore, premature rupture of the ventilation film 40 can be prevented.
  • FIG. 14 shows a schematic perspective view of a battery 90 having a ventilator 10 according to an embodiment and Fig. 15 is a sectional view of a ventilator 10 in a casing 93 of the battery 90 shown in Fig. Fig.
  • the battery 90 includes a battery casing 93 that can be composed of a metal alloy and / or a plastic material.
  • the battery casing is composed of an upper casing portion 93a and a lower casing portion 93b which are connected to each other across the flange 95 through a plurality of screw connections.
  • the battery 90 further includes a plurality of attachment portions 96 for mounting the battery 90 to a fixed structure (not shown) such as an electric vehicle.
  • the ventilator 10 is inserted into the upper wall of the upper casing portion 93a and therefrom to fill the vent opening (not shown) of the upper casing portion 93a.
  • the vent opening is a cutout portion of the upper casing portion 93a, and its size is matched to the width of the ventilator 10 configured as described above with reference to Figs.
  • the ventilator 10 includes a plurality of attachment means 24 molded integrally with the housing 20 and molded on the periphery of the housing 20.
  • Each attachment means 24 is formed with a blind hole whose opening is directed downward in the direction of the upper casing portion 93a.
  • the metal insert 85 is pressed or overmolded into each blind hole.
  • the metal insert 85 includes internal threads and the ventilator 10 is threaded from the interior 91 of the casing 93 to the upper casing portion 93a through a plurality of screws 94.
  • ventilation device 20 housing
  • sealing O-ring 28 integrated sealing structure
  • baffle cover 65 second closed area
  • cover rib 71 first rib

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Abstract

본 기재는 전지용 환기 장치(10)에 관한 것으로, 특히 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 하나의 케이싱에 적용되는 다기능 호흡 및 환기 장치에 관한 것이며, 상기 환기 장치(10)는 전지 케이싱의 벤트 개구에 밀봉 방식으로 부착되고, 적어도 하나의 측벽(21)을 포함하도록 구성된 하우징(20), 상기 하우징(20) 내부의 호흡 챔버(22)로부터 상기 전지 케이싱의 내부(91)를 분리하도록 구성된 통기성 필터(30), 외부 환경(92)으로부터 상기 호흡 챔버(22)를 기밀 방식으로 분리하도록 구성된 환기 막(40), 및 상기 호흡 챔버(22)와 상기 외부 환경(92)을 유동적으로 연결하고, 상기 환기 막(40)을 우회하는 호흡 순(50)을 포함한다. 나아가 본 기재는 전지 케이싱에 부착된 상기 환기 장치를 포함하는 전지에 관한 것이다. 본 기재의 실시예에 따른 환기 장치와 이를 포함하는 전지는 전기 자동차 및 ESS (Energy Storage System)용 전지팩에 적용할 수 있다.

Description

전지용 환기 장치 및 이를 포함하는 전지
본 기재는 전지용 환기 장치에 관한 것으로, 특히 그 케이싱 내에 통합되어 구성된 전지 서브모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 하나의 케이싱을 위한 다기능 호흡 및 환기 장치에 관한 것이다.
재충전 가능한 이차 전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서 1 차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로의 비가역적인 변환만 제공한다. 저용량의 이차 전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원으로 사용되고, 고용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 전원으로 사용된다.
일반적으로, 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 전지의 충방전을 가능하게 하기 위해 전해액을 주입한다. 케이스의 형상, 즉 원통형 또는 직사각 형상은 전지의 용도에 따라 다르다.
이차 전지는 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 전지 셀로 형성된 전지 모듈로서 사용되어, 일례로 하이브리드 자동차의 모터 구동용으로, 고에너지 밀도를 제공할 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 상호 연결하고, 일례로 전기 자동차용으로, 고전력 이차 전지를 구현하기 위해 형성된다.
전지 모듈은 블록 설계 또는 모듈식 설계로 구성할 수 있다. 블록 설계에서 각 전지 셀은 공통의 집전체 구조 및 공통의 배터리 관리 시스템에 연결된다. 모듈식 설계에서, 복수의 전지 셀이 서브 모듈을 형성하도록 연결되고, 수개의 서브 모듈이 전지 모듈을 형성하도록 연결된다. 배터리 관리 기능은 모듈 또는 서브 모듈 수준에서 구현될 수 있으며 따라서 구성 요소의 호환성이 향상된다. 하나 이상의 전지 모듈이 기계적 및 전기적으로 통합되어 있고, 열 관리 시스템이 장착되어 있으며, 하나 이상의 전기 소비자와 통신하여 전지 시스템을 구성하도록 설정되어 있다.
전지 서브 모듈 수준, 전지 모듈 수준 또는 전지 시스템 수준 중 하나에서는 각각의 유닛을 구성하는 모든 부품을 둘러싸는 케이싱이 예상될 수 있다. 둘러싸인 부품들의 열 제어를 제공하기 위해 열 관리 시스템을 사용하여 케이싱 내에서 생성된 열을 효율적으로 발산, 방출 및/또는 방산할 수 있다. 이러한 열 관리 시스템을 생략하거나 케이싱에서의 열 방출이 충분히 이루어지지 않으면 내부 온도의 상승으로 인해 비정상적인 반응이 발생할 수 있다. 이러한 비정상 작동 조건의 예는 강하게 과열되거나 과충전된 리튬 이온 셀에 의해 시작될 수 있는 전지 셀의 열 폭주(thermal runaway)이다. 열 폭주는 셀 내부에서 스스로 가속화되는 화학 반응으로, 많은 양의 열 및 가스가 발생하여 사용 가능한 모든 재료가 모두 소모된다. 생성된 가스 내에서 다량의 수소 및 일산화탄소로 인해, 생성된 가스는 독성 및 인화성일 수 있다.
통상적으로, 전지 셀은 비정상 작동 상태에서 생성된 가스가 전지 내부의 특정 과압 및/또는 특정 온도를 초과하면 전지로부터 방출되도록 하는 벤트 개구를 포함한다. 그러나, 전지 서브 모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 케이싱은 본질적으로 기밀식으로 그 내부의 부품들을 둘러싸고 있다. 따라서, 내부 압력의 증가로 인한 케이싱 및 밀봉의 손상을 방지하기 위해 서브 모듈, 모듈 또는 시스템 케이싱에 개구부를 구현할 필요가 있다. 이 벤트 개구는 열 방출 (환기) 또는 케이싱 내의 전지 셀의 다른 기능 장애 시 발생할 수 있는 위험한 매연 및 가스로부터 사람을 보호하기 위해 환기 가스를 안전하게 배출해야 한다.
전지 셀이 정상적으로 작동하는 동안 케이싱의 벤트 개구는 장애물 및 습기 침입으로부터 보호해야 한다. 이는 멤브레인과 같은, 필터 요소에 의해 달성될 수 있다. 배출 가스의 신속한 배기를 위해, 상기 필터 요소는 일반적으로 특정 과압 및/또는 온도에서 개방되도록 구성된다.
서브 모듈, 모듈 또는 시스템 케이싱은 외부와 내부의 압력 차이로 인해 케이싱, 특히 케이싱의 밀봉이 헐렁해지는 것을 방지하기 위해 호흡 장치가 추가적으로 필요하다. 호흡 장치는 정상 작동 상태에서 케이싱 내부와 그 주위 사이의 압력 균형을 보장해야 한다. 대부분, 호흡 요소는 벤트 개구로부터 분리되어 배출 이벤트시 닫히도록 구성된다.
따라서 서브 모듈, 모듈 또는 시스템 케이싱은 보통 환기 및 호흡을 위한 두 개의 장치로 구성된다. 통합 환기 및 호흡 장치는 일반적으로, 습기 및 먼지 보호를 보장하고 배출 이벤트에서 파열하는 수밀 및 가스 투과 막과 같은, 단순한 필터 요소로만 구성된다. 그러나 이러한 장치를 통한 호흡 가스 흐름은 매우 제한적이며 일반적으로 이러한 장치는 높은 IP 등급을 충족시킬 수 없다.
따라서, 본 기재의 목적은 종래 기술의 결점들 중 적어도 일부를 극복하거나 감소시키고, 전지, 특히 전지 서브 모듈, 전지 모듈 또는 전지 시스템 중 하나의 케이싱을 위해 통합된 호흡 및 환기 장치를 제공하는 것이며, 상기 통합된 호흡 및 환기 장치는 압력 평형을 보장하고 정상 작동 중에 입자, 먼지 유체 및 습기의 침입을 방지하며 배출 이벤트에서 안정적인 가스 방출을 제공하고자 한다.
종래 기술의 하나 이상의 결점은 본 기재의 장치에 의해 방지되거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 특히, 전지 케이싱의 벤트 개구에 밀봉 방식으로 부착되도록 구성되고, 적어도 하나의 측벽을 포함하도록 구성된 하우징, 상기 하우징 내부의 호흡 챔버로부터 상기 전지 케이싱의 내부를 분리하도록 구성된 통기성 필터, 외부 환경으로부터 상기 호흡 챔버를 기밀 방식으로 분리하는 환기 막, 및 상기 호흡 챔버와 상기 외부 환경을 유동적으로 연결하고, 상기 환기 막을 우회하는 호흡 순(breathing sprout)을 포함하는 전지용 환기 장치가 제공된다.
본 출원의 맥락에서, 전지는 전지 서브 모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템 중 하나로 이해되어야 한다. 따라서, 전지 케이싱은 전지 서브 모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템 중 하나의 케이싱으로 이해되어야 한다. 환기 장치의 하우징은 벤트 개구를 덮거나 중첩시키기 위해 전지 케이싱에 부착되도록 구성되거나, 상기 벤트 개구에 삽입되도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 측벽은 플라스틱 또는 금속 재료, 특히 사출 성형된 열경화성 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 따라서 하우징은 적어도 하나의 단단한 측벽을 포함하는 반면, 그 바닥면 및 그 상부면은 개방될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 측벽은 제1 개구로서 바닥면과 제2 개구로서 표면을 연결하는 유체 도관으로 간주될 수 있으며, 제1 개구는 전지 케이싱의 벤트 개구에 유동적으로 연결된다.
통기성 필터는 통기성을 갖도록 구성되어 이를 통해 가스를 통과시키지만, 필터는 적어도 방진성(dust tight)이므로 먼지 및 기타 장애물이 필터를 통과하는 것을 차단한다. 상기 통기성 필터는 인그레스 보호 등급(Ingress Protection Marking)에 따라 IP6x 보호 레벨을 충족시키는 방식으로 방진성이다. 여기에서 IP 보호 레벨로 언급되는 경우, 이는 ISO 20653:2013, DIN EN 60529 및 IEC 60529 표준 중 적어도 하나를 의미하며, 그 전체 내용은 특히 다양한 IP 레벨의 정의 및 테스트 방법와 관련하여 여기에 참조로 포함된다. 통기성 필터는 하우징의 적어도 하나의 측벽, 측벽의 내측 또는 측벽 및/또는 하우징의 표면에 용접, 특히 초음파 용접, 접합 또는 오버 몰드될 수 있다. 통기성 필터와 하우징의 내부 측면 사이의 연결은 IP6x 보호 레벨을 또한 충족시킨다. 선택적으로는, 통기성 필터는 후술되는 바와 같이 커버(의 내측)에 연결될 수 있다.
상기 통기성 필터는 또한 상기 환기 장치의 하우징 내의 호흡 챔버로부터 상기 전지 케이싱의 내부를 분리하도록 구성된다. 환기 장치를 전지와 함께 사용하는 경우, 통기성 필터는 전지 케이싱의 내부, 전지 케이싱의 벤트 개구 또는 전지 케이싱의 외부에 있을 수 있다. 본질적으로, 통기성 필터는 상기 벤트 개구를 통해 케이싱 내부 및 외부를 연결하는 환기 장치의 하우징에 의해 형성된 유체 도관을 완전히 덮는다. 통기성 필터의 전지 케이싱의 내부와 반대되는 면은 환기 장치의 하우징 내에, 즉 전술한 바와 같은 유체 도관 내에 형성된 호흡 챔버의 한 경계면이다. 이러한 호흡 챔버는 이하에서 보다 상세히 설명된다. 케이싱 내부와 호흡 챔버 사이에는 필터 주위에 유체 바이 패스(fluid bypass)가 존재하지 않는다.
환기 막은 고체의 박형 재료, 특히 멤브레인으로서 박형의 금속 또는 플라스틱 소재로 제조되며, 따라서 적어도 본질적으로 기밀(gas tight)하다. 기밀은 본 기재의 환기 장치를 포함하는 전지의 정상 작동 중에 가스가 환기 막을 통과하지 못하도록 하는 누설률을 의미한다. 환기 막의 누설률은, 특히 누설 등급의 정의 및 시험 방법과 관련하여 그 내용이 본원에 참고 문헌으로 포함된, ANSI/FCI 70-2 1976(R1982) 표준에 정의된 누출 등급 I을 충족시킨다. 상기 환기 막은 상기 표준에서 정의된 누출 등급 II, III, IV, V 또는 VI를 충족시킨다. 상기 환기 막은 하우징의 내측면에 용접(특히 초음파 용접)되거나, 접합 또는 오버 몰드 된다. 상기 통기성 필터와 상기 하우징의 내측면 사이의 연결은 IP67 또는 IP68 보호 레벨을 충족시킨다. 상기 환기 막 자체가 또한 IP67 또는 IP68 보호 레벨을 충족시킨다. 따라서, 상기 환기 막과 이의 상기 하우징의 내부 측면과의 연결은 호흡 챔버의 습기 및 먼지 보호를 제공한다. 상기 환기 막은 IP 등급과 관련된 상기 표준에서 정의된 바와 같이 방진성(dust tight)이다. 상기 환기 막은 상기 호흡 챔버의 추가 경계면이며 기밀 방식으로 외부 환경으로부터 이를 분리한다. 대안적으로, 상기 환기 막은 아래에 설명된 것처럼 커버(의 내부면)에 연결될 수도 있다.
본 기재에 따른 환기 장치에서, 호흡 챔버는 상기 통기성 필터, 상기 환기 막 및 상기 하우징의 적어도 하나의 측벽에 의해 둘러싸인다. 그곳에서 가스는 통기성 필터를 통해 호흡 챔버로 들어갈 수 있지만 하우징의 견고한 측벽 또는 손상되지 않은 환기 막을 통해 상기 호흡 챔버를 나갈 수는 없다. 그러나 가스는, 상기 환기 막을 우회하면서, 호흡 챔버와 외부 환경을 유동적으로 연결하는 호흡 순을 통해 상기 호흡 챔버를 빠져나올 수 있다. 상기 호흡 순은 상기 호흡 챔버 내의 제1 개구와 외부를 향한 제2 개구를 갖는 중공 튜브를 포함하며, 상기 중공 튜브의 외측벽은 상기 호흡 챔버의 외장에 대해 밀봉된다. 특히 상기 호흡 순의 적어도 일부분은 상기 하우징의 측벽의 일체형 부분이거나 이에 몰딩될 수 있다. 또한, 상기 호흡 순의 측벽은, 일례로, 호흡 튜브를 부착하기 위해, 상기 하우징의 외벽으로부터 돌출하는 부분을 포함할 수 있다.
본 기재에 따른 환기 장치는 상기 환기 장치를 포함하는 전지의 정상 작동 중에 호흡 기능을 수행하도록 구성된다. 그곳에서는 외부 환경과 전지 케이싱 내부 사이의 압력 차로 인하여 호흡 순, 호흡 챔버 및 통기성 필터를 통해 그들 사이에 공기가 흐르는 반면, 상기 공기 흐름에 의해 운반되는 입자 및 먼지는 통기성 필터에 의해 여과된다. 상기 환기 막은 고체 박(foil)이며 하우징에 밀봉되어 있기 때문에, 호흡 공기는 상기 환기 막을 통과하거나 다른 곳으로 흐를 수 없다. 또한, 호흡 챔버가 상기 하우징 내에서 예견되기 때문에 작은 입자 또는 먼지는 호흡 구멍을 막을 수 없다.
상기 환기 장치의 환기 막, 특히 그 재료, 두께 및/또는 상기 하우징에 대한 연결 유형에 의해, 전지의 배출 이벤트에서 파열되도록 구성된다. 상기 환기 막은 상기 전지 케이싱 내의 최대 허용 압력과 같거나 더 낮은 압력에서 파열되도록 구성된다. 배출 이벤트에서 많은 양의 고온 가스가 전지 케이싱에서 상기 환기 장치로 흐른다. 상기 환기 막 및/또는 통기성 필터의 소정의 파단 압력 및/또는 파단 온도에 도달하면, 상기 가스 흐름에 의해 야기된 압력 및 온도 상승은 적어도 상기 환기 막 및 상기 통기성 필터를 파괴한다.
본 기재의 환기 장치는 낮은 빌드-인(build-in) 공간을 요구하고 입자, 먼지, 유체 및 습기의 침입에 대한 높은 보호를 보장하는 단일 장치에서 배출 및 호흡하는 전지 케이싱을 위한 고도로 통합된 솔루션을 제공한다. 특히 단일 장치를 사용하면 호흡 및 배출 기능을 분리하지 않고 비용을 줄이면서 IP68 및 IP6k9k까지의 더 높은 수준의 보호를 제공할 수 있다. 배출 이벤트에서, 파열된 환기 막은 호흡 순의 흐름 영역보다 큰, 적어도 2 배, 3 배 또는 5 배 더 큰 배출 가스 흐름을 위한 유동 영역을 제공한다. 따라서, 배출 가스 흐름은 상기 케이싱으로부터 안전하고 신속하게 방출될 수 있다.
일 실시예에서, 본 기재에 따른 환기 장치는 하우징의 측벽에 연결되고 환경 영향으로부터 환기 막을 보호하도록 구성된 커버를 더 포함한다. 상기 커버는 상기 환기 막의 법선 방향으로 상기 환기 막의 제2 표면에 대향하는 상기 환기 막의 제1 표면과 적어도 부분적으로 중첩되며, 상기 제2 표면은 호흡 챔버의 경계면이다. 상기 커버는 하우징의 측벽에 불가분하게 연결(예를 들어, 용접)되거나 분리 가능하게 부착(예를 들어, 클립 고정)된다. 선택적으로, 상기 커버는 상기 환기 장치의 하우징과 일체로 형성된다.
상기 커버는 IP6k9k에 따른 정도, 특히 적어도 IP6k9k의 보호 정도까지 환기 막의 보호를 제공하고, 따라서 우발적인 손상 또는 물 분사(water jet)(예를 들어, 세척하는 동안의)로부터 환기 막을 보호한다. 상기 커버는, 상기 환기 막의 제1 표면으로부터 상기 외부 환경으로의 선형 경로가 상기 커버에 의해 차단되지 않고 상기 커버를 통과할 수 없도록, 상기 환기 막의 제1 표면과 중첩된다. 따라서 어떤 방향에서 오는 물 분사도 상기 환기 막에 직접 충돌할 수 없다.
커버는 적어도 하나의 개구를 포함하고, 상기 적어도 하나의 개구를 통한 유동 영역은 호흡 순의 유동 영역보다 더 크다. 상기 적어도 하나의 개구를 통한 유동 영역은 상기 호흡 순을 통한 유동 영역의 적어도 3 배, 특히 바람직하게는 적어도 5 배, 더욱 바람직하게는 적어도 10 배이다. 더욱 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 개구는 배출 가스가 전지 케이싱 내부로부터 외부 환경으로 적시에, 바람직하게는 상기 전지 케이싱 내의 최대 허용 압력에 도달하거나 초과하기 전에 흘러가도록 구성된다. 본 기재의 맥락에서, 상기 유동 영역은 유체 도관의 단면에서 유체 도관 내의 유체 흐름 또는 가스 흐름에 대해 이용 가능한 최대 영역을 말한다.
일 실시예에서, 상기 커버는 적어도 하나의 제1 개방 구역 및 적어도 하나의 제1 폐쇄 구역을 갖는 상단 커버와, 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역을 갖는 배플 커버를 포함한다. 상기 배플 커버는 상기 환기 막의 법선 방향으로 상기 상단 커버로부터 이격되고 상기 상단 커버와 상기 환기 막 사이에 배치된다. 상기 배플 커버는 상기 상단 커버에 불가분하게 연결되거나, 상단 커버에 분리 가능하게 부착되거나, 또는 상단 커버와 일체로 형성된다. 이 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역은 상기 환기 막의 법선 방향으로 적어도 하나의 제1 개방 구역과 중첩된다. 따라서, 적어도 하나의 제1 개방 구역을 통한 상기 환기 막의 제1 표면으로부터의 각각의 선형 경로는 상기 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역에 의해 차단된다. 상기 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역의 전체 크기는 상기 적어도 하나의 제1 개방 구역 및/또는 환기 막의 크기를 초과한다.
또 다른 실시예에서, 커버는 환기 막의 법선 방향으로 배플 커버로부터 이격된 하부 커버를 더 포함하며, 상기 배플 커버는 상단 커버와 상기 하부 커버 사이에 배치된다. 상기 하부 커버는 적어도 하나의 제3 개방 구역 및 적어도 하나의 제3 폐쇄 구역을 포함한다. 이 실시예에서, 상기 배플 커버는 또한 적어도 하나의 개방 구역을 포함한다. 상기 적어도 하나의 제3 폐쇄 구역은 상기 환기 막의 법선 방향으로 적어도 하나의 제2 개방 구역과 중첩된다. 따라서, 상기 상단 커버, 배플 커버 및 하부 커버는 함께 미로식 밀봉 구조(labyrinth sealing)를 형성한다.
대안적인 실시예에 따르면, 상기 커버는, 예를 들어, 환기 막의 제1 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 이격되어 있는 복수의 리브를 포함한다. 또한, 상기 리브는 법선 방향으로 각 리브가 인접한 리브와 적어도 부분적으로 중첩되도록 설계된다. 다시 말하면, 상기 환기 막의 법선 방향으로의 리브 단면에서, 제1 리브는 인접한 제2 리브의 적어도 일부분을 상기 환기 막의 법선 방향으로 덮는다. 따라서, 상기 환기 막의 제1 표면으로부터의 선형 경로는 상기 커버 내에서 차단되지 않고 외부 환경으로 통과할 수 없다.
본 기재에 따른 환기 장치의 또 다른 실시예에서, 하우징의 측벽은 환기 막 위에, 특히 상기 환기 막의 제1 표면 위에 유체 배출구를 포함한다. 상기 유체 배출구는 호흡 챔버와 외부 환경을 연결하는 측벽의 개구부이다. 커버를 통과하여 상기 환기 막에 축적된 물은 상기 유체 배출구를 통해 하우징에서 배출된다. 따라서, 축적된 물의 질량으로 인한 상기 환기 막의 손상을 피할 수 있다. 또한, 외부 환경으로부터 상기 유체 배출구를 통해 상기 환기 막으로 전달되는 임의의 직접 경로(예를 들어 물 분사)를 차단하기 위해 상기 유체 배출구와 상기 환기 막 사이에 보호 구조가 배치될 수 있다. 여기에 설명된 바와 같이 유체 배출구를 포함하는 환기 장치에 대해 IP6k9k 등급을 얻을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 환기 막은 지지 구조체에 의해 지지되며, 상기 지지 구조체는 상기 호흡 챔버 내에 배치된다. 다시 말하면, 상기 지지 구조체는 상기 환기 막의 제2 표면을 지지한다. 상기 지지 구조체는 하우징 측벽의 내측에 연결되거나 부착되는 메시(mesh), 그리드(grid) 또는 리브(rib)일 수 있다. 또한, 상기 지지 구조체는 상기 하우징과 일체로 형성된다. 상기 지지 구조로 인해, 상기 환기 막은 제2 표면보다 제1 표면 상에 작용하는 보다 높은 압력을 견딘다. 따라서 환경 영향으로 인한 상기 환기 막의 조기 파열이 방지된다.
본 기재의 다른 측면은 내부에 벤트 개구를 갖는 전지 케이싱 및 전술한 바와 같은 환기 장치를 포함하는 전지에 관한 것으로, 상기 환기 장치의 하우징은 상기 전지 케이싱의 벤트 개구에 부착된다. 전지는 전지 서브 모듈, 전지 모듈 및 전지 시스템 중 하나이며, 따라서 전지 케이싱은 전지 서브 모듈 케이싱, 전지 모듈 케이싱 및 전지 시스템 케이싱 중 하나이다. 상기 하우징은, 상기 벤트 개구에 삽입됨으로써 또는 상기 벤트 개구를 덮거나 중첩하여 실질적으로 상기 전지 케이싱에 부착됨으로써, 상기 벤트 개구에 부착된다. 상기 케이싱의 내부는 통기성 필터에 의해 호흡 챔버와 분리되어 있다.
전지가 정상적으로 작동하면 호흡은 통기성 필터, 호흡 챔버 및 환기 장치의 호흡 순을 통해 일어난다. 상기 환기 막 및 통기성 필터, 특히 이들의 두께 및 재료는 전지의 정상 작동 중에 가해지는 압력을 견디도록 구성된다. 상기 환기 막 및 통기성 필터, 특히 이들의 두께 및 재료는, 적어도 전지 케이싱의 내부로부터, 예를 들어 상기 환기 막의 제2 표면 상에 가해지는 소정의 압력에서 파열되도록 추가로 구성되며, 상기 소정의 압력은 상기 전지 케이싱 내의 최대 허용 압력 이하이다. 따라서, 배출 이벤트에서 상기 통기성 필터 및 환기 막은 파열되고 상기 배출 가스 흐름은 짧은 시간에 환기 장치를 통해 전지 케이싱을 빠져 나갈 수 있다.
환기 장치의 하우징은 전지 케이싱에 부착되도록 구성된 적어도 하나의 부착 수단을 더 포함한다. 전술한 바와 같은 전지의 한 실시예에서, 상기 전지 케이싱은 적어도 하나의 내부 나사산을 더 포함한다. 내부 나사산은 벤트 개구내로 깍아진다. 이 실시예에 따르면, 상기 환기 장치의 하우징은 밀봉부와 부착 수단으로서 외부 나사산을 갖는 나사부를 포함한다. 상기 환기 장치는 상기 나사부의 외부 나사산을 상기 케이싱의 벤트 개구의 내부 나사산과 결합시킴으로써 상기 전지 케이싱에 부착된다. 여기서, 상기 밀봉부는 상기 전지 케이싱의 외부 표면에 가압되고, 따라서 상기 환기 장치는 상기 전지 케이싱에 대해 밀봉된다.
또 다른 실시예에 따르면, 전지는 내부 나사산을 갖는 너트를 더 포함한다. 상기 너트의 외부 크기는 전지 케이싱의 벤트 개구에 맞추어진다. 이 실시예에 따르면, 환기 장치의 하우징은 밀봉부와 부착 수단으로서 외부 나사산을 갖는 나사부를 포함한다. 나사부의 크기와 치수는 상기 너트의 내부 크기에 맞춰질 수 있다. 상기 환기 장치의 밀봉부와 상기 너트 사이에서 상기 전지 케이싱을 쐐기로 고정하면서, 상기 나사부의 외부 나사산을 상기 너트의 내부 나사산과 결합시킴으로써 상기 환기 장치는 상기 전지 케이싱에 부착된다. 선택적으로, 상기 나사부는 내부 나사산을 포함할 수 있고 이의 외부 크기는 벤트 개구에 맞춰 질 수 있으며, 너트의 외부 크기는 나사부의 내부 크기에 맞춰지며 너트는 외부 나사산을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 환기 장치, 특히 환기 장치의 하우징은 내부 나사산을 갖는 적어도 하나의 부착부를 포함한다. 상기 하우징의 부착부 및/또는 다른 부분은 또한 밀봉부를 포함한다. 상기 부착부는 상기 환기 장치의 하우징으로 오버 몰드된 금속 인서트를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 내부 나사산은 상기 환기 장치의 하우징과 일체로 형성된다. 이 실시예에 따르면, 상기 전지는 적어도 하나의 나사를 더 포함하고, 상기 전지 케이싱은 벤트 개구에 더하여 적어도 하나의 장착 구멍을 포함한다. 그 다음으로, 상기 환기 장치는 상기 장착 구멍을 통해 적어도 하나의 나사를 상기 환기 장치의 내부 나사산에 부착함으로써 상기 전지 케이싱에 부착될 수 있다.
본 기재의 다른 측면은 전술한 바와 같은 전지를 포함하는 차량에 관한 것이다. 본 기재의 또 다른 측면은 종속항, 첨부된 도면 또는 첨부된 도면의 다음의 설명 내에서 개시된다.
이와 같은 본 기재의 실시예에 따른 환기 장치와 이를 포함하는 전지는 전기 자동차 및 ESS (Energy Storage System)용 전지팩에 적용할 수 있다.
본 기재의 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세하게 설명함으로써 통상의 기술자에게 명백해질 것이다:
도 1은 제1 실시예에 따른 환기 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 환기 장치의 단면 개략 사시도이다.
도 3은 배출 이벤트 동안 제1 실시예에 따른 환기 장치를 부분 절개하여 정면에서 보이는 단면을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 환기 장치의 상면도이다.
도 5는 호흡 작동 중 제1 실시예에 따른 환기 장치를 부분 절개하여 정면에서 보이는 단면을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 환기 장치를 절단하여 개략적으로 도시한 절단 사시도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 환기 장치의 커버의 개략적인 측면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 환기 장치의 상단 커버의 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 환기 장치의 상단 커버의 개략적인 사시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 환기 장치용 커버의 개략 사시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 환기 장치용 커버의 평면도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 환기 장치의 수평 단면을 도시한 상면도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 환기 장치의 수평 단면을 도시한 저면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 환기 장치를 구비한 전지의 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 전지의 환기 장치 단면의 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 기재의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 기재의 실시예에 따른 효과 및 특징 및 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내고, 중복되는 설명은 생략된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련하여 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다.
"제1" 및 "제2" 라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제2 요소는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 제1 요소로 명명될 수 있다.
다음의 본 기재의 실시예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥이 달리 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다. "포함하다", "구성되다", "포함하는" 또는 "구성되는" 용어들은 속성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소 및 조합을 특정하지만 다른 속성, 영역, 고정된 수, 단계, 프로세스, 요소, 구성 요소 및 이들의 조합을 배제하지는 않음을 또한 이해할 것이다.
또한, 필름, 영역 또는 요소가 다른 필름, 영역 또는 요소의 "위에" 또는 "바로 위에" 있다고 언급될 때, 다른 필름, 영역 또는 요소의 바로 위에 있을 수도 있고, 또는 그 사이에 끼어 있는 필름, 영역 또는 요소가 또한 존재할 수도 있다. 또한, 용어 "상부" 및 "하부"는 z 축에 따라 정의된다. 예를 들어, 상단 커버는 z 축의 상부에 위치하고, 하부 커버는 그 하부에 위치한다. 도면에서, 요소의 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "실질적으로", "약" 및 유사한 용어는 근사의 용어로서 사용되며 정도의 용어로서 사용되지 않으며, 기술분야 통상의 기술자에 의해 인식되는, 측정 또는 계산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이다. 또한, 용어 "실질적으로"가 수치를 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되는 경우, "실질적인"이라는 용어는 중심에 위치한 값의 +/- 5 %의 범위를 나타낸다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서와 관련하여 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의되지 않는 한 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 환기 장치(10)의 개략적인 사시도를 나타낸다. 환기 장치(10)는 기본적으로 원통형인 하우징(20) 및 대체로 견고한 측벽(21)을 포함한다. 상기 하우징은 또한 임의의 다른 적합한 형상의 본질적으로 직사각형인 형상을 가질 수 있다. 커버(60)는 하우징(20)의 측벽(21)에 위로부터 장착되고, 너트(80)는 하우징(20)에 아래쪽으로부터 장착된다. 환기 장치(10)는 전지 케이싱 내부(91)와 외부 환경(92) 사이에 장착된다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 환기 장치(10)의 단면의 개략적인 사시도를 나타낸다. 하우징(20)은 제1 직경의 상부 원통 섹션(21a)을 포함하고 측벽(21)의 상부 섹션에 의해 둘러싸여 있다. 하우징(20)은 측벽(21)의 상부 섹션에 의해 둘러싸이고 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 하부 원통 섹션(21b)을 더 포함한다(도 3 참조). 환기 막(40)은 상부 원통 섹션(21a)과 하부 원통 섹션(21b)을 분리한다. 하부 원통 섹션(21b)은 외부 나사산(82)을 갖는 나사부(84)로 형성된다. 하부 원통 섹션(21a)과 상부 원통 섹션(21b) 사이의 전이부가 밀봉부(83)로서 형성된다.
하부 원통 섹션(21b)의 하단부에는 통기성 필터(30)가 하우징(20)의 측벽(21)의 내부면(23)에 장착된다. 통기성 필터(30)는 거기에 용접 또는 접착될 수 있다. 대안적으로, 통기성 필터(30)는 하부 원통 섹션(21b) 및/또는 하우징(20)의 하부면에 장착된다. 통기성 필터(30)는 IP6x 보호 레벨에 따라 방진성의 통기성 메쉬로 형성된다. 통기성 필터(30)는 섬유 재료, 특히 GoreTex® 재료 또는 종이 재료의 다공성 재료, 특히 다공성 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 통기성 필터(30)와 하우징(20), 특히 측벽(21), 사이의 연결은 또한 IP6x 보호 레벨을 충족시킨다. 상부 원통 섹션의 하단, 즉 밀봉부(83)의 바로 위에, 환기 막(40)이 하우징(20)의 측벽(21)의 내부면(23)에, 예를 들어 초음파 용접, 오버 몰드 또는 접착제로 장착된다. 환기 막(40)은, 예를 들어 플라스틱 재료 또는 알루미늄인 고체의 박형 재료로 이루어진다. 환기 막(40)과 측벽(21)의 내부면(23) 사이의 용접 연결부뿐만 아니라 환기 막(40)의 고체의 박형 재료는 IP67 또는 IP68 보호 레벨을 충족시킨다.
통기성 필터(30), 환기 막(40) 및 측벽(21)의 내부면(23) 사이에는 호흡 챔버(22)가 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 호흡 챔버(22)는 기본적으로 하우징(20)의 하부 원통 섹션(21b)의 전체 용적을 채운다. 호흡 순(50)은 보강재가 있거나 없는 APS, PP, PU, PBT 등의 열경화성 수지의 사출 성형에 의한 하우징(20)과 일체로 형성된 가늘고 긴 중공형 원통이다. 대안적으로, 호흡 순(50)은 하우징(20)에 대해 분리되어 하우징(20)에 대해 밀봉된다. 호흡 순(50)은 호흡 챔버(22)의 측벽(21)의 제1 개구로부터 호흡 순(50)의 단부에서 외부 환경(92)을 향하는 제2 개구를 향해 연장되는 중공 튜브를 갖는 호흡 구멍(52)을 포함한다. 따라서, 호흡 순(50)은 호흡 챔버(22)를 외부 환경(92)과 유동적으로 연결한다. 외부 환경(92)과 마주하는 호흡 순(50)의 외측 부분은 호흡 튜브를 호흡 순(50)에 부착하기 위한 튜브 어댑터(51)로 형성된다. 상기 호흡 튜브는 환기 장치(10)로부터 가스를 멀어지게, 예를 들어 차량의 외부로, 유도하도록 구성될 수 있다. 이러한 튜브 어댑터(51)로도 전체 환기 장치(10)에 대해 IP67 또는 IP68 등급이 달성된다.
본 기재의 실시예에 따른 환기 장치(10)를 포함하는 전지의 정상 기능 동안, 호흡 순(50)은 환기 장치(10)의 호흡 기능을 보장한다. 전지 케이싱 내부(91)와 외부 환경(92) 사이의 압력 차이로 인하여, 가스는 배터리 케이싱 내부(91)로부터 통기성 필터(30)를 통해 호흡 챔버(22)로 흐르고, 호흡 순(50)을 통해 외부 환경(92)으로 흐를 수 있다. 거기에서, 가스 흐름에 의해 운반된 입자 및 먼지는 통기성 필터(30)에 의해 여과된다. 환기 막(40)은 고체 박(foil)이며 밀봉식으로, 예를 들어, 밀봉, 용접 또는 오버 몰드 되어 하우징(20)의 측벽(21)의 내측으로 장착되며, 따라서 호흡 기체가 다른 곳으로 흐를 수 없다. 또한, 호흡 챔버(22)가 비교적 크기 때문에, 전지의 정상적인 기능 및 환기 장치(10)의 호흡 기능 중에 호흡 순(50)의 호흡 구멍(52)의 개구를 작은 입자 또는 먼지가 규칙적으로 막히게 하지 않도록 보장한다.
상부로부터 하우징(20)에 클립핑된 커버(60)는 원통형 하우징(20)의 상면에 대응하는 상단 커버(63)를 포함한다. 커버(60)는 상단 커버(63)와 일체로 사출 성형된 배플 커버(64)를 포함한다. 배플 커버(64)는 상단 커버(63)와 평행하고 중앙 부분을 통해 이에 연결되어 있다. 배플 커버(64)는 상단 커버(63)와 환기 막(40) 사이에 배치되고 상단 커버로부터 환기 막(40)의 법선 방향으로 이격되어 있다. 커버(60)는 상단 커버(63)로부터 하방으로 연장되는 제1 섹션 및 상기 제1 섹션으로부터 바깥쪽으로 연장되는 제2 섹션을 갖는 클립(26)(도 3 참조)을 더 포함한다. 클립(26)은 상단 커버(63)와 일체로 사출 성형된다. 클립(26)의 외측으로 연장하는 제2 부분은 하우징(20)의 측벽(21)의 대응 개구(25) 내로 삽입된다. 복수의 클립(26), 예를 들어 4 개의 클립이 측벽(21)의 원주 주위에 배열된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상단 커버(63)는 3 개의 제1 폐쇄 구역(62)에 의해 원주 방향으로 서로 분리된 3개의 제1 개방 구역(61)을 포함한다. 배플 커버(64)는 중심 부분으로부터 외측으로 연장되고 환기 막(40)의 직경을 초과하며 하우징(20)의 상부 원통 섹션(21a)의 직경보다 작은 직경을 갖는 제2 폐쇄 구역(65)을 포함한다. 따라서, 배플 커버(64)의 제2 폐쇄 구역(65)의 외주와 측벽(21)의 내부면(23) 사이에 환형(ring-shaped) 갭이 형성된다.
도 3과 같은 배출 이벤트에서 전지 케이싱 및/또는 주변 부품이 손상되는 것을 방지하기 위해 엄청난 양의 가스가 전지에서 신속히 배출되어야 한다. 환기 장치(10)는 도 3의 가는 선 화살표로 도시된 바와 같이 전지 케이싱 내부(91)로부터 나오는 배출 가스가 호흡 필터(30)를 통해 흐르거나 호흡 필터(30)를 파열시킬 수 있게 한다. 다음으로, 배출 가스는 호흡 챔버(22)를 통해 흐르고, 환기 막(40)을 파열시킨다. 그리고 나서, 배출 가스는 배플 커버(64)와 측벽(21) 사이의 환형 갭을 통해 흐르고, 굵은 선 화살표로 도시된 바와 같이 상단 커버(63)의 제1 개방 구역(61)을 통해 외부 환경(92)으로 흐른다. 환형 갭과 제1 개방 구역(61)의 하우징(20) 하부 및 상부 원통 섹션(21a, 21b)의 큰 단면으로 인해, 배출 가스의 신속한 배기가 달성된다. 환기 막(40) 및 호흡 필터(30)는 전지 케이싱 내부(91) 내의 최대 허용 압력 이하의 압력에서 파열되도록 구성된다.
유입 장애물 또는 물 분사로 인한 손상으로부터 환기 막(40)을 보호하기 위해, 커버(60)는 도 5의 개략 사시도에 도시된 바와 같이 추가로 설계된다. 외부 환경(92)으로부터 커버(60)에 입사되는 물 분사는 화살표에 의해 도시된다. 제1 개방 구역(61)은 신속한 배출 가스 배기를 허용하기 위한 큰 단면을 포함하지만, 이는 외부 환경(92)으로부터 임의의 방향으로부터 오는 물 분사가 환기 막(40)에 직접 충돌하는 것을 방지하는 방식으로 배플 커버(64)의 제2 폐쇄 구역(65)에 대해 상대적으로 배치된다. 상세하게는, 제2 폐쇄 구역(65)은 제1 개방 구역(61)과 환기 막(40)의 법선 방향으로 중첩된다. 따라서, 커버(60)는 IP6k9k 보호 레벨까지 보호를 실현하고, 환기 장치(10)의 적어도 IP6k9k의 보호 레벨을 실현한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 제1 실시예의 환기 장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 너트(80)를 사용하여 전지 케이싱에 부착될 수 있다. 너트(80)는 내부 나사산(81)을 포함하며, 전지 케이싱의 벤트 개구 아래 및 전지 케이싱 내에 위치한다. 너트는 전지 케이싱에 사전 설치될 수 있다. 환기 장치(10)의 하우징(20)은 외부 나사산(82)을 포함하는 나사부(84)로서 하부 원통 섹션(21b)을 포함한다. 나사부(84)는 전지 케이싱의 벤트 개구를 통과하고 외부 나사산(82)은 상기 벤트 개구 아래의 너트(80)의 내부 나사산(81)과 결합된다. 따라서, 너트(80)의 상면과 밀봉부(83)의 하부면 사이에 전지 케이싱(도시되지 않음)이 끼워져서, 별도의 실링(sealing)(예를 들어, O-링)(27)이 상기 전지 케이싱에 대해 가압되어 환기 장치(10)를 전지 케이싱에 대해 밀봉시킨다. 따라서, 제1 실시예에 따르면, 나사부(84) 및 하우징(20)의 밀봉부(83)는 환기 장치(10)의 부착 수단(24)을 형성한다.
도 6 및 도 7은 제2 실시예에 따른 환기 장치(10)의 대안적인 디자인을 나타내는 바, 도 6은 제2 실시예에 따른 환기 장치(10)의 단면의 개략적인 사시도이고, 도 7은 제2 실시예에 따른 환기 장치(10)의 커버(60)의 개략적인 단면도이다.
제2 실시예의 환기 장치(10)는 주로 원통형 하우징(20), 통기성 필터(30), 환기 막(40) 및 호흡 순(50)에 대하여 제1 실시예와 유사하다. 따라서 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 커버(60)는 하우징(20)의 측벽(21)과 일체로 사출 성형된다. 그러나, 커버(60)는 또한 하우징(20)의 측벽(21)에 접합 또는 클립 고정될 수 있다. 커버(60)는, 환기 막(40)에 실질적으로 평행한 방향으로, 즉 환기 막(40)의 법선 방향에 실질적으로 수직한 방향으로 연장되는 복수의 리브(70)를 포함한다. 제2 실시예에 따른 환기 장치(10)의 커버 디자인은, 자유 흐름 단면, 즉 배출 이벤트에서 배출 가스에 대한 유동 면적의 손실이 없더라도, 제1 실시예의 환기 장치(10)에 비해 환기 막(40)의 법선 방향으로 감소된 높이를 허용한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 리브(70)는 환기 막(40)의 법선 방향으로 본질적으로 V 자형 단면을 포함한다. 여기서, 상기 V 자 형상은 제1 리브(71)와 인접한 제2 리브(72)가 오버랩(73)을 각각 포함하도록 이루어진다. 바꾸어 말하면, 각 제1 리브(71)의 적어도 일부는 인접한 제2 리브(72)의 적어도 일부와 환기 막의 법선 방향으로 중첩된다. 이 디자인은 인접한 리브 사이의 채널을 자유롭게 통과하는 가스 흐름(도 7의 굵은 선 화살표로 도시됨)을 허용하며, 외부 환경(92)으로부터 오는 물 분사(도 7의 가는 선 화살표로 도시됨)는 리브(70)에 의해 방향이 바뀐다(도 7의 점선 화살표로 도시됨).
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 환기 장치(10)는 하우징(20)과 일체형으로 사출 성형되고 하우징(20)의 외부 둘레에 성형되는 복수의 부착 수단(24)을 포함한다는 점에서 제1 실시예의 환기 장치와 또한 다르다. 각각의 부착 수단(24)은 그 개구가 전지 케이싱의 방향으로 하방으로 향하는 막힌 구멍으로 형성된다. 금속 인서트(85)는 각 막힌 구멍 내로 가압되거나 오버 몰드 된다. 금속 인서트(85)는 내부 나사산을 포함하며, 따라서 환기 장치(10)는 나사를 사용하여 전지 케이싱에 나사 결합될 수 있다.
또한, 제2 실시예의 환기 장치(10)는 2 성분 사출 성형 공정(2K 성형)으로 하우징(20)과 일체로 형성되는 통합 밀봉 구조(28)를 포함한다. 대안적으로, 도 1 내지 도 5의 실시예에서와 같이 별도의 실링(27)이 사용될 수 있다. 통합 밀봉 구조(28)는 하우징(20)의 가장 바깥쪽 둘레, 예를 들어 부착 수단(24)의 둘레를 따라 형성된다. 통합 밀봉 구조(28)는 나머지 하우징(10)보다 더 연질의 수지로 만들어지며, V자의 개구가 하방으로 전지 케이싱을 향하는 본질적으로 V자형인 단면을 포함한다. 환기 장치(10)를 전지 케이싱에 나사 결합시킴으로써, 밀봉 구조(28)는 전지 케이싱에 압착되고 전지 케이싱에 대해 밀봉된다. 통합 밀봉 구조(28)는 별도의 실링(27)으로 손실될 수 없다.
도 8 내지 도 11은 일 실시예에 따른 환기 장치(10), 예를 들어 제1 실시예의 환기 장치(10)용 커버(60)의 다른 실시예를 도시한다.
도 8 및 도 9는 이 대안적인 커버 디자인에 따른 상단 커버(63)를 각각 상면도 및 사시도로 도시한다. 상단 커버(63)는 제1 개방 구역(61)으로서의 복수의 절결부(cut out) 및 제1 폐쇄 구역(62)으로서의 복수의 원형 스크린을 갖는 사출 성형 부품이다. 환기 막(40)을 외부 환경(92)으로부터 오는 환경적 영향으로 인한 손상으로부터 보호하기 위해, 적어도 2 개의 그러한 커버들의 스택이 필요하며, 제2 커버에서 원형 스크린은 절결부가 되고 절결부는 원형 스크린이 된다.
선택적으로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 복수의 커버가 함께 고정, 예를 들어 클립으로 고정되어, 예를 들어 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 3개의 커버로 스택을 형성한다. 이러한 스택에서 최상부의 커버는 상단 커버(63)를 형성하고 중간 커버는 배플 커버(64)를 형성하고 최하부의 커버는 하부 커버(67)를 형성한다.
상단 커버(63)는 제1 개방 구역(61)으로서의 절결부와 제1 폐쇄 구역(62)으로서의 원형 스크린을 포함한다. 배플 커버(64)는 제2 개방 구역(66)으로서의 절결부와 제2 폐쇄 구역(65)으로서의 원형 스크린을 포함한다. 하부 커버(67)는 제 3 개방 구역(68)으로서의 절결부와 제 3 폐쇄 구역(69)으로서의 원형 스크린을 포함한다. 3 개의 커버(63, 64, 67)를 각각의 커버가 인접한 커버에 대해 약 60°만큼 회전되는 방식으로 적층함으로써, 인접한 커버의 절결부(61, 66, 68)는 환기 막(40)의 법선 방향으로 중첩하지 않게 된다. 반대로, 각각의 커버(63, 64, 67)의 폐쇄 구역(62, 67, 69)은 인접한 커버(63, 64, 67)의 개방 구역(61, 66, 68)과 중첩하고, 따라서 커버(63, 64, 67)의 조합에 의해 달성되는 미로식 밀봉 디자인으로 인해 물 분사가 튀어 나오게 된다. 이는 도 11에 도시되어 있는데, 배플 커버(64)의 제 2 폐쇄 구역(65)이 상단 커버(63)의 제1 개방 구역(61)을 통해 보이는 검은 점선 영역으로 도시되어 있다. 따라서, IP6k9k 보호가 달성된다.
도 12 및 도 13은 환기 장치(10)의 임의의 실시예에 적용될 수 있는 추가적인 특징을 도시한다. 특히, 도 12는 일 실시예에 따른 환기 장치(10)의 수평 단면의 상면도를 나타내고, 도 13은 일 실시예에 따른 환기 장치(10)의 수평 단면의 저면도를 나타낸다.
도 12에 도시된 바와 같이, 하우징(20)의 측벽(21)은 측벽(21)에 관통 구멍으로서의 유체 배출구(29a)를 포함할 수 있다. 환기 장치(10)가 불리한 위치에 장착되는 경우, 물은 커버(60)의 개방 구역(61) 또는 리브(70)를 통해 떨어질 수 있으며 환기 막(40)의 상부에 축적될 수 있다. 축적된 물은 환기 막(40)을 손상시키거나 적어도 환기 막(40)이 파열되는 파열 압력을 더 높이는 결과를 초래할 수 있으나, 후자는 통상 용납되지 않는다. 유체 배출구(29a)는 환기 막(40) 위에 위치하고, 따라서 축적된 물은 유체 배출구(29a)를 통해 하우징(20)으로부터 배수될 수 있다. 유체 배출구(29a)에도 불구하고 환기 장치(10)의 IP6k9k 보호 등급, IP6k9k 보호 등급까지의 보호 등급을 달성하기 위해, 보호 리브(29b)가 유체 배출구(29a)와 환기 막(40) 사이에 위치될 수 있다. 보호 리브(29b)는, 유체 배출구와 환기 막(40) 사이의 임의의 선형 경로가 보호 리브(29b)에 의해 차단되어 유체 배출구(29a)를 통한 물 분사가 환기 막(40)을 손상시킬 수 없도록 구성된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 환기 막(40)은 호흡 챔버(22) 내의 환기 막(40) 아래에 위치된 막 지지체(41)에 의해 지지된다. 막 지지체 (41)는 하우징의 측벽(21)과 통합 형성되며, 일체로 사출 성형된다. 대안적으로, 지지 구조체는 하우징(20)의 측벽(21)에 클립 고정되거나 접합, 예를 들어, 접착될 수 있다. 막 지지체(41)는 배출 가스 흐름에 대한 유동 영역을 상당히 낮추지 않는 고체 메쉬 또는 그리드 구조로 형성된다. 동시에, 환기 막(40)은 메쉬 또는 그리드 상에 놓인다. 따라서, 막 지지체(41)로 인해, 환기 막(40)은 호흡 챔버(22) 및 전지 케이싱 내부(91)에서보다 외부 환경(92)으로부터의 더 높은 압력을 견딘다. 따라서, 환기 막(40)의 조기 파열이 방지될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 환기 장치(10)를 갖는 전지(90)의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 15는 도 14에 도시된 전지(90)의 케이싱(93) 내의 환기 장치(10)의 단면의 개략도를 나타낸다.
전지(90)는 금속 합금 및/또는 플라스틱 재료로 구성될 수 있는 전지 케이싱(93)을 포함한다. 전지 케이싱은 플랜지(95)를 가로질러 복수의 나사 연결부를 통해 서로 연결된 상부 케이싱 부분(93a)와 하부 케이싱 부분(93b)으로 구성된다. 전지(90)는, 예를 들어 전기 자동차 등의 고정 구조체(미도시)에 전지(90)를 장착하기 위한 복수의 부착부(96)를 또한 포함한다.
일 실시예에 따른 환기 장치(10)는 상부 케이싱 부분(93a)의 상단 벽에 삽입되고, 거기에서 상부 케이싱 부분(93a)의 벤트 개구(도시되지 않음)를 채운다.
도 15에 도시된 바와 같이, 벤트 개구는 상부 케이싱 부분(93a)의 절결부로서, 그 크기는 도 6 및 도 12를 참조하여 전술한 바와 같이 구성된 환기 장치(10)의 폭에 맞추어진다. 특히, 환기 장치(10)는 하우징(20)과 일체형으로 사출 성형되고 하우징(20)의 외주에 성형되는 복수의 부착 수단(24)을 포함한다. 각각의 부착 수단(24)은 그 개구가 상부 케이싱 부분(93a)의 방향으로 하방을 향하는 막힌 구멍으로 형성된다. 금속 인서트(85)는 각각의 막힌 구멍 내로 가압되거나 오버 몰드 된다. 금속 인서트(85)는 내부 나사산을 포함하고, 환기 장치(10)는 케이싱(93)의 내부(91)로부터 복수의 나사(94)를 통해 상부 케이싱 부분(93a)에 나사 결합된다.
상기에서는 본 기재의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
[부호의 설명]
10: 환기 장치 20: 하우징
21: 측벽 21a: 상부 원통 섹션
21b: 하부 원통 섹션 22: 호흡 챔버
23: 측벽의 내부면 24: 부착 수단
25: 개구 26: 커버 클립
27: 실링 O-링 28: 통합 밀봉 구조
29a: 유체 배출구 29b: 보호 구조
30: 통기성 필터 40: 환기 막
41: 막 지지체 50: 호흡 순
51: 튜브 어댑터 52: 호흡 구멍
60: 커버 61: 제1 개방 구역
62: 제1 폐쇄 구역 63: 상단 커버
64: 배플 커버 65: 제2 폐쇄 구역
66: 제2 개방 구역 67: 하부 커버
68: 제3 개방 구역 69: 제3 폐쇄 구역
70: 커버 리브 71: 제1 리브
72: 제2 리브 73: 오버랩
80: 너트 81: 내부 나사산
82: 외부 나사산 83: 밀봉부
84: 나사부 85: 금속 인서트
90: 전지 91: 전지 케이싱 내부
92: 외부 환경 93: 전지 케이싱
94: 나사 95: 플랜지

Claims (15)

  1. 전지 케이싱에 밀봉 방식으로(in a sealing manner) 부착되고, 적어도 하나의 측벽을 포함하도록 구성된 하우징;
    상기 하우징 내부의 호흡 챔버로부터 상기 전지 케이싱의 내부를 분리하도록 구성된 통기성 필터;
    외부 환경으로부터 상기 호흡 챔버를 기밀 방식으로(in a gas tight manner) 분리하도록 구성된 환기 막; 및
    상기 호흡 챔버와 상기 외부 환경을 유동적으로(fluidly) 연결하고, 상기 환기 막을 우회하는 호흡 순(breathing sprout)
    을 포함하는 전지용 환기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호흡 챔버는 상기 통기성 필터, 상기 환기 막, 및 상기 하우징의 적어도 하나의 측벽에 의해 둘러싸인, 환기 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통기성 필터 및/또는 상기 환기 막은 상기 하우징의 적어도 하나의 측벽에 용접되거나, 접합되거나 또는 오버 몰드된(overmolded), 환기 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 환기 막은 상기 전지의 배출 이벤트시 파열되도록 구성되는, 환기 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 측벽에 연결되고, 외부 영향으로부터 상기 환기 막을 보호하도록 구성된 커버를 더 포함하는 환기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 호흡 순의 유동 영역보다 더 큰 유동 영역을 갖는 적어도 하나의 개구를 포함하는 환기 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 커버는,
    적어도 하나의 제1 개방 구역과 적어도 하나의 제1 폐쇄 구역을 갖는 상단 커버; 및
    상기 상단 커버와 상기 환기 막 사이에 위치되고 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역을 포함하는 배플 커버
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제2 폐쇄 구역은 상기 환기 막의 법선 방향으로 상기 적어도 하나의 제1 개방 구역과 중첩하는, 환기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 커버는,
    상기 배플 커버와 상기 환기 막 사이에 위치되고, 적어도 하나의 제3 개방 구역 및 적어도 하나의 제3 폐쇄 구역을 포함하는 하부 커버를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제3 폐쇄 구역은 상기 환기 막의 법선 방향으로 적어도 하나의 제2 개방 구역과 중첩하며,
    상기 상단 커버, 상기 배플 커버 및 상기 하부 커버는 함께 미로식 밀봉 구조(labyrinth sealing)를 형성하는, 환기 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 커버는,
    상기 환기 막의 법선 방향으로, 인접한 제2 리브와 중첩하는 제1 리브를 포함하는 복수의 이격된 리브를 포함하는, 환기 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 환기 막 위의 유체 배출구와, 상기 유체 배출구 및 상기 환기 막의 사이에 배치된 보호 구조체를 포함하는, 환기 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 환기 막은 상기 호흡 챔버 내의 지지 구조체에 의해 지지되는, 환기 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지는 전지 서브모듈, 전지 모듈 그리고 전지 시스템 중 하나인, 환기 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 하우징을 상기 전지 케이싱에 부착하도록 구성된 적어도 하나의 부착 수단을 포함하는, 환기 장치.
  14. 벤트 개구를 갖는 전지 케이싱; 및
    제 1 항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 환기 장치
    를 포함하고,
    상기 환기 장치의 하우징은 상기 전지 케이싱에 부착되고, 상기 전지 케이싱의 내부는 상기 통기성 필터에 의해 상기 호흡 챔버로부터 분리되는, 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전지 케이싱 내의 내부 나사산, 내부 나사산을 갖는 너트 또는 적어도 하나의 나사를 더 포함하고,
    상기 환기 장치는 밀봉부와, 부착 수단으로서 외부 나사산이 형성된, 나사부를 포함하고, 상기 외부 나사산을 상기 전지 케이싱의 내부 나사산과 결합시킴으로써 상기 전지 케이싱에 부착되거나, 또는
    상기 환기 장치는 밀봉부와, 부착 수단으로서 외부 나사산이 형성된, 나사부를 포함하고, 상기 외부 나사산을 상기 너트의 내부 나사산과 결합시키고, 상기 환기 장치와 상기 너트 사이에 상기 전지 케이싱을 끼워 고정함으로써 상기 전지 케이싱에 부착되거나, 또는
    상기 환기 장치는 부착 수단으로써 내부 나사산을 구비한 적어도 하나의 금속 인서트를 포함하고 상기 적어도 하나의 나사에 의해 상기 전지 케이싱에 나사 결합되는, 전지.
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