WO2022139147A1 - 배터리팩 - Google Patents

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WO2022139147A1
WO2022139147A1 PCT/KR2021/015011 KR2021015011W WO2022139147A1 WO 2022139147 A1 WO2022139147 A1 WO 2022139147A1 KR 2021015011 W KR2021015011 W KR 2021015011W WO 2022139147 A1 WO2022139147 A1 WO 2022139147A1
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WO
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battery
battery housing
discharge port
insulating refrigerant
expansion tank
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/015011
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English (en)
French (fr)
Inventor
이철상
Original Assignee
제이제이모터스 주식회사
테라팩토리 주식회사
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Publication date
Application filed by 제이제이모터스 주식회사, 테라팩토리 주식회사 filed Critical 제이제이모터스 주식회사
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
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    • H01M10/6567—Liquids
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack capable of preventing an explosion due to overheating of a battery cell.
  • secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HVs) driven by an electric drive source, etc. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HVs hybrid vehicles
  • a battery pack applied to an electric vehicle, etc. is typically composed of a structure including a plurality of battery cells in a battery housing, and the battery cells include a positive electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, an aluminum thin film layer, etc. It has a structure capable of charging and discharging by reaction.
  • the refrigerant is filled inside the battery pack to suppress the temperature rise of the battery cells due to the use of the battery pack.
  • the cooling effect of the refrigerant is reduced, and thus the pressure increases due to the heat inside the battery pack. This may cause the battery pack to explode.
  • An object of the present invention is to provide a battery pack that can prevent explosion of the battery pack.
  • the present invention provides a battery housing having a discharge port communicating with the inside on one side, at least one battery cell provided in the battery housing, accommodated in the battery housing and cooling the battery cell It is provided to open and close the insulating refrigerant, the expansion tank connected to the discharge port, and the discharge port, and when the internal pressure of the battery housing rises above a certain pressure, a valve member for opening the discharge port so that the insulating refrigerant flows into the expansion tank; When the internal pressure is relieved, the insulating refrigerant contained in the expansion tank provides a battery pack that is recovered to the battery housing through the discharge port.
  • the insulating refrigerant surrounds the battery cell and is filled in the battery housing so that it is in direct contact, and includes paraffin and lubricant to increase heat transfer efficiency.
  • valve member provides a battery pack including a relief valve that automatically opens the discharge port when the internal pressure of the battery housing increases by a predetermined pressure or more.
  • the battery housing provides a battery pack in which the outer surface is curved in an uneven shape.
  • the battery housing further includes a pressure sensor for detecting the internal pressure of the battery housing and a power cut-off unit for cutting off the power of the battery cell, and when it is detected that the internal pressure of the battery housing rises above a preset pressure by the pressure sensor, the valve member opens the discharge port, and the power cutoff unit provides a battery pack that cuts off the power of the battery cells.
  • a battery pack having a diameter of 1/10 or less compared to its length is provided.
  • the battery pack according to the embodiment of the present invention can effectively cool the battery cell by absorbing heat through an insulating refrigerant including paraffin and lubricating oil when heat is generated in the battery cell.
  • the discharge flow path connected between the battery housing and the expansion tank is opened through the valve member to quickly By releasing the pressure and introducing the insulating refrigerant into the expansion tank, explosion of the battery pack and leakage of the insulating refrigerant can be prevented.
  • FIG. 1 shows the configuration of a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 2 illustrates an emergency operation state of the battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows the configuration of a battery pack according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG 4 illustrates an emergency operation state of the battery pack according to the second embodiment of the present invention.
  • expressions such as “or” and “at least one” may indicate one of the words listed together, or a combination of two or more.
  • FIG. 1 shows the configuration of a battery pack 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 includes a battery housing 110 , a battery cell 120 , an insulating refrigerant 130 , an expansion tank 140 , and a valve member 150 . ) may be included.
  • the battery housing 110 is in the form of a case with a hollow inside, and is formed in a packaging structure that can surround and protect the battery cell 120 , and an accommodation space for accommodating the battery cell 120 and the insulating refrigerant 130 therein. can be formed.
  • a discharge port 111 communicating with the receiving space inside may be formed on one side of the battery housing 110 .
  • the discharge port 111 formed in the battery housing 110 is provided to discharge the pressure to prevent explosion when the internal pressure of the battery housing 110 increases.
  • a discharge port 111 may be formed on one side of the upper surface.
  • the outer surface of the battery housing 110 may be formed to be curved in a concave-convex shape for a heat dissipation function, and through this, heat generated from the internal battery cell 120 is easily discharged to the outside of the battery housing 110 . can be released
  • At least one or more battery cells 120 may be provided in the accommodating space inside the battery housing 110 .
  • a plurality of battery cells 120 when a plurality of battery cells 120 are provided, they may be connected in series or parallel to each other and disposed in the receiving space of the battery housing 110 .
  • the insulating refrigerant 130 is a coolant for cooling the battery cells 120 , and may be filled in an accommodating space of the battery housing 110 provided with the battery cells 120 .
  • a refrigerant in which paraffin and lubricating oil are mixed in a predetermined ratio may be used.
  • the paraffin included in the insulating refrigerant 130 may absorb heat generated in the battery cell 120 , and is formed in a solid form at room temperature, and in a liquid form when absorbing heat generated in the battery cell 120 . can be converted to
  • the lubricant may serve to increase heat transfer efficiency as an auxiliary material.
  • Such an insulating refrigerant 130 is provided to surround the battery cell 120 in a solid form in the receiving space of the battery housing 110, and when heat is generated in the battery cell 120 according to the use of power, it is rusted due to the heat. and absorbs heat while being partially converted into a liquid to effectively cool the battery cell 120 .
  • the insulating refrigerant 130 may be converted back to a solid form.
  • the expansion tank 140 may be provided to be connected to the discharge port 111 of the battery housing 110 through the connection pipe 141 .
  • connection pipe 141 is provided to be connected between the battery housing 110 and the expansion tank 140 , a discharge flow path 142 may be formed therein, and a discharge flow path by a valve member 150 to be described later. 142 may be closed.
  • the expansion tank 140 is a pressure vessel with a hollow inside, and the discharge passage 142 is opened by an increase in pressure inside the battery housing 110 , and the pressure is discharged through the discharge port 111 and the discharge passage 142 .
  • the insulating refrigerant 130 discharged through the discharge passage 142 together with the pressure discharge from the battery housing 110 may be accommodated.
  • the valve member 150 may be provided to close the discharge port 111 of the battery housing 110 .
  • valve member 150 may be provided in the connection pipe 141 connected between the battery housing 110 and the expansion tank 140 to close the discharge port 111 or the discharge flow path 142 .
  • valve member 150 may be formed as a relief valve 150a that is automatically opened when the pressure inside the battery housing 110 is higher than a preset pressure.
  • the insulating refrigerant 130 in a solid form absorbs the heat generated in the battery cell 120 and melts it partially into a liquid form. In this process, the volume of the insulating refrigerant 130 expands, thereby increasing the pressure inside the battery housing 110 .
  • the liquid conversion rate of the insulating refrigerant 130 is increased and the volume is rapidly expanded so that the pressure inside the battery housing 110 is greatly increased.
  • the relief valve 150a may be opened for discharge.
  • the relief valve 150a may automatically open the discharge flow path 142 of the connection pipe 141 when the pressure inside the battery housing 110 rises above a preset pressure, and the battery housing 110 inside
  • the insulating refrigerant 130 in liquid form may be discharged to the expansion tank 140 through the discharge port 111 and the discharge passage 142 .
  • the risk of explosion due to a sudden increase in pressure inside the battery housing 110 may be prevented.
  • the connecting pipe 141 connected between the discharge port 111 of the battery housing 110 and the expansion tank 140 may have a diameter of 1/10 or less of the length.
  • the discharge flow path 142 inside the connection pipe 141 is formed narrowly, and in the process of discharging the insulating refrigerant 130 to the expansion tank 140 through the discharge flow path 142, in the discharge flow path 142 inside Convection can be prevented from occurring.
  • connection pipe 141 is The diameter can be formed to be 1/10 or less compared to the length.
  • a relief valve may be additionally provided in the expansion tank or the battery housing for easy pressure discharge.
  • FIG 2 illustrates an emergency operation state of the battery pack 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the battery cell 120 accommodated in the battery housing 110 generates heat due to an electrochemical reaction when power is generated, and surrounds the battery cell 120 inside the battery housing 110 .
  • the battery cell 120 may be cooled through the provided solid insulating refrigerant 130 .
  • the insulating refrigerant 130 in a solid form may absorb heat while melting by the heat generated in the battery cell 120 and may be partially converted into a liquid form.
  • the insulating refrigerant 130 may melt as a whole and be converted into a liquid form.
  • the battery housing ( 110) The internal pressure is increased, and when the pressure is higher than the preset pressure, the relief valve 150a for closing the discharge port 111 of the battery housing 110 may be automatically opened.
  • the relief valve 150a when the relief valve 150a is opened, the insulating refrigerant 130 inside the battery housing 110 is discharged to the expansion tank 140 through the discharge passage 142 of the connection pipe 141 connected to the discharge port 111. In this way, the pressure inside the battery housing 110 may be relieved.
  • the relief valve 150a is opened through the expansion of the insulating refrigerant 130 that cools the battery cell 120 to relieve the pressure inside the battery housing 110 and External leakage can be prevented by introducing the insulating refrigerant 130 into the expansion tank 140 .
  • FIG. 3 shows the configuration of the battery pack 200 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows the emergency operation state of the battery pack 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • the valve member 150 is electronically configured and , it may further include a pressure sensor 210 and a power cutoff unit 220 .
  • the pressure sensor 210 may be provided to detect the internal pressure of the battery housing 110 .
  • the pressure sensor 210 may transmit a signal to the valve member 150 and the power cutoff unit 220 when the pressure inside the battery housing 110 is detected to be greater than or equal to a preset pressure.
  • the valve member 150 is provided in the connection pipe 141 connecting between the battery housing 110 and the expansion tank 140 to close the discharge passage 142 of the connection pipe 141 , and the pressure sensor 210 . ) may operate to open the discharge passage 142 of the connection pipe 141 when a signal is received.
  • the power cut-off unit 220 may cut off the power of the battery cell 120 when a signal is received from the pressure sensor 210 .
  • the volume expansion of the insulating refrigerant 130 that cools the battery cell 120 causes the inside of the housing to expand. may increase, when it is detected by the pressure sensor 210 that the pressure inside the battery housing 110 rises above a preset pressure, the valve member 150 moves to the expansion tank according to a signal from the pressure sensor 210 .
  • the discharge passage 142 connected to the 140 is opened to relieve the pressure, and the power of the battery cell 120 can be cut off through the power cut-off unit 220 .
  • the battery packs 100 and 200 absorb heat through the insulating refrigerant 130 containing paraffin and lubricant when heat is generated in the battery cell 120 to the battery cell ( 120) can be effectively cooled.
  • the battery pack according to the embodiment of the present invention can increase battery efficiency by uniformly controlling the temperature inside the battery pack, and can prevent fire and explosion due to overheating of the battery pack, so that it is easy for electric vehicles, etc. Of course, it can be effectively applied to various industrial fields in which the battery pack is used.

Abstract

본 발명은 일측에 내부와 통하는 토출구가 형성된 배터리 하우징, 배터리 하우징의 내부에 구비되는 적어도 하나의 배터리셀, 배터리 하우징의 내부에 수용되고 배터리셀을 냉각시키기 위한 절연성 냉매, 토출구와 연결되는 팽창탱크 및 토출구를 개폐하도록 구비되고, 배터리 하우징의 내부 압력이 일정 압력 이상 높아지면, 팽창탱크로 절연성 냉매가 유입되도록 토출구를 개방하는 밸브부재를 포함하고, 배터리 하우징의 내부 압력이 해소되면, 팽창탱크에 수용된 절연성 냉매는 토출구를 통해 배터리 하우징으로 회수되는 배터리팩을 제공한다.

Description

배터리팩
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리셀의 과열 등으로 인한 폭발을 방지할 수 있는 배터리팩에 관한 것이다.
일반적으로 제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
전기차량 등에 적용되는 배터리팩은 통상적으로 배터리 하우징 내에 복수개의 배터리셀을 포함하는 구조로 구성되는데, 배터리셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조로 이루어진다.
이러한 배터리팩은 전력을 발생시킬 때, 전기화학적 반응에 따른 열이 발생하게 되며, 이 열이 상기 배터리팩 내부의 배터리셀에 그대로 남아 있을 경우 배터리셀의 온도를 증가시켜 배터리셀의 작동 조건을 나쁘게 하여 전력 발생 효율이 불량해질뿐만 아니라, 발생한 열에 의해 밀폐된 배터리팩 내부의 압력이 증가됨으로써 폭발 위험성이 있다.
종래에는 배터리팩 사용에 따른 배터리셀의 온도 상승을 억제하기 위해 배터리팩 내부에 냉매를 채우고 있으나, 배터리셀이 장시간 과열되는 경우 냉매의 냉각 효과가 떨어지고, 그로 인하여 배터리팩 내부의 열에 의해 압력이 증가되어 배터리팩이 폭발하는 사고가 발생할 수 있다.
따라서, 배터리셀을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 배터리팩 내부의 압력 증가시 이를 신속하게 해소하여 폭발을 방지할 수 있는 방안의 요구된다.
본 발명에서는 배터리팩, 구체적으로는 절연성 냉매를 통해 배터리셀을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 배터리셀의 온도가 급속하게 오르거나 과열이 발생하여 배터리팩의 내부 압력이 높아지는 경우, 신속하게 압력을 해소하여 배터리팩의 폭발을 방지할 수 있는 배터리팩을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 일측에 내부와 통하는 토출구가 형성된 배터리 하우징, 배터리 하우징의 내부에 구비되는 적어도 하나의 배터리셀, 배터리 하우징의 내부에 수용되고 배터리셀을 냉각시키기 위한 절연성 냉매, 토출구와 연결되는 팽창탱크 및 토출구를 개폐하도록 구비되고, 배터리 하우징의 내부 압력이 일정 압력 이상 높아지면, 팽창탱크로 절연성 냉매가 유입되도록 토출구를 개방하는 밸브부재를 포함하고, 배터리 하우징의 내부 압력이 해소되면, 팽창탱크에 수용된 절연성 냉매는 토출구를 통해 배터리 하우징으로 회수되는 배터리팩을 제공한다.
또한, 절연성 냉매는, 배터리셀을 감싸며 직접 접촉되도록 배터리 하우징의 내부에 채워지고, 파라핀 및 열 전달 효율을 높이기 위한 윤활유를 포함하여, 고체 상태에서 배터리셀에서 열이 발생되면 액체 형태로 변환되면서 열을 흡수하는 배터리팩을 제공한다.
또한, 밸브부재는, 배터리 하우징의 내부 압력이 일정 압력 이상 높아지면 자동적으로 토출구를 개방하는 릴리프 밸브를 포함하는 배터리팩을 제공한다.
또한, 배터리 하우징은, 외측 표면이 요철 형태로 굴곡지게 형성된 배터리팩을 제공한다.
또한, 배터리 하우징의 내부 압력을 검출하는 압력센서 및 배터리셀의 전력을 차단하기 위한 전력차단부를 더 포함하고, 압력센서에 의해 배터리 하우징의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지는 것이 검출되면, 밸브부재는 토출구를 개방하고, 전력차단부는 배터리셀의 전력을 차단하는 배터리팩을 제공한다.
또한, 토출구와 팽창탱크 사이에 연결되어, 토출구 개방 시, 절연성 냉매를 팽창탱크로 유입시키는 연결관을 더 포함하고, 연결관은 내측의 유로를 통해 절연성 냉매를 유동시키는 과정에서, 대류 발생에 의한 절연성 냉매의 산화를 억제하도록, 직경이 길이 대비 1/10 이하로 형성되는 배터리팩을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩은, 배터리셀에서 열이 발생하면 파라핀과 윤활유를 포함하는 절연성 냉매를 통해 열을 흡수하여 배터리셀을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 배터리셀의 온도가 급속하게 오르거나 과열이 발생하여, 배터리 하우징의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지는 경우, 밸브부재를 통해 배터리 하우징과 팽창탱크 사이에 연결된 토출유로를 개방하여, 신속하게 압력을 해소하고 절연성 냉매를 팽창탱크로 유입시킴으로써, 배터리팩의 폭발과 절연성 냉매의 누출을 방지할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩의 비상 시 동작 상태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 배터리팩의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩의 비상 시 동작 상태를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩(100)의 구성을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩(100)은, 배터리 하우징(110), 배터리셀(120), 절연성 냉매(130), 팽창탱크(140) 및 밸브부재(150)를 포함할 수 있다.
배터리 하우징(110)은 내부가 중공된 케이스 형태로서, 배터리셀(120)을 감싸며 보호할 수 있는 패키징 구조로 형성되며, 내부에 배터리셀(120)과 절연성 냉매(130)를 수용하기 위한 수용공간이 형성될 수 있다.
또한, 배터리 하우징(110)에는 일측에 내부의 수용공간과 통하는 토출구(111)가 형성될 수 있다.
여기서, 배터리 하우징(110)에 형성된 토출구(111)는 배터리 하우징(110)의 내부 압력이 높아지는 경우, 폭발 방지를 위하여 압력을 배출하기 위해 마련되며, 일 예로써, 본 실시예에서는 배터리 하우징(110)의 상면 일측에 토출구(111)가 형성될 수 있다.
또한, 배터리 하우징(110)의 외측 표면은 방열 기능을 위해 요철(凹凸) 형태로 굴곡지게 형성될 수 있고, 이를 통해 내부의 배터리셀(120)로부터 발생되는 열을 배터리 하우징(110) 외부로 용이하게 방출할 수 있다.
배터리셀(120)은 적어도 하나 또는 그 이상의 복수개로 구비되어 배터리 하우징(110) 내부의 수용공간에 수용될 수 있다.
이때, 배터리셀(120)이 복수개로 구비되는 경우에는 상호 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 하우징(110)의 수용공간에 배치될 수 있다.
절연성 냉매(130)는 배터리셀(120)을 냉각시키기 위한 냉각재로서, 배터리셀(120)이 구비된 배터리 하우징(110)의 수용공간에 채워질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 절연성 냉매(130)로는 파라핀과 윤활유 등이 소정 비율로 혼합된 냉매를 사용할 수 있다.
여기서, 절연성 냉매(130)에 포함된 파라핀은 배터리셀(120)에서 발생되는 열을 흡수할 수 있는데, 상온에서 고체 형태로 형성되고, 배터리셀(120)에서 발생되는 열을 흡수하는 경우 액체 형태로 변환될 수 있다.
더불어, 윤활유는 보조재로서 열 전달 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
이와 같은 절연성 냉매(130)는 배터리 하우징(110)의 수용공간 내에서 고체 형태로 배터리셀(120)을 감싸도록 구비되고, 전력 사용에 따라 배터리셀(120)에서 열이 발생되면, 열로 인해 녹으며 부분적으로 액체로 변환되면서 열을 흡수하여 배터리셀(120)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 배터리셀(120)의 냉각으로 인하여 배터리 하우징(110) 내부의 온도가 내려가면, 절연성 냉매(130)는 다시 고체 형태로 변환될 수 있다.
팽창탱크(140)는 배터리 하우징(110)의 토출구(111)와 연결관(141)을 통해 연결되도록 구비될 수 있다.
여기서, 연결관(141)은 배터리 하우징(110)과 팽창탱크(140) 사이에 연결되어 구비되고, 내부에 토출유로(142)가 형성될 수 있으며, 후술되는 밸브부재(150)에 의해 토출유로(142)가 폐쇄될 수 있다.
또한, 팽창탱크(140)는 내부가 중공된 압력 용기로서, 배터리 하우징(110) 내부의 압력 증가에 의해 토출유로(142)가 개방되어, 토출구(111)와 토출유로(142)를 통하여 압력 배출이 이루어지는 경우, 배터리 하우징(110)으로부터 압력 배출과 함께 토출유로(142)를 통하여 토출되는 절연성 냉매(130)를 수용할 수 있다.
밸브부재(150)는 배터리 하우징(110)의 토출구(111)를 폐쇄하도록 구비될 수 있다.
구체적으로, 밸브부재(150)는 배터리 하우징(110)과 팽창탱크(140) 사이에 연결된 연결관(141)에 구비되어, 토출구(111) 또는 토출유로(142)를 폐쇄하도록 구비될 수 있다.
일 예로써, 밸브부재(150)는 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지면 자동적으로 개방되는 릴리프 밸브(150a)로 형성될 수 있다.
구체적으로, 배터리 하우징(110)의 내부의 배터리셀(120)에서 열이 발생할 때, 고체 형태의 절연성 냉매(130)가 배터리셀(120)에서 발생되는 열을 흡수하며 녹으면서 부분적으로 액체 형태로 변환되는데, 이 과정에서 절연성 냉매(130)의 부피가 팽창하게 되어 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 높아질 수 있다.
이때, 배터리셀(120)이 과열되거나 온도가 급속하게 오르는 경우에는, 절연성 냉매(130)의 액체 변환률이 증가되면서 부피가 급격하게 팽창되어 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 크게 높아짐으로써, 압력 배출을 위하여 릴리프 밸브(150a)가 개방될 수 있다.
즉, 릴리프 밸브(150a)는 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지면 자동적으로 연결관(141)의 토출유로(142)를 개방할 수 있으며, 배터리 하우징(110) 내부에서 액체 형태의 절연성 냉매(130)가 토출구(111) 및 토출유로(142)를 통하여 팽창탱크(140)로 배출될 수 있다.
이에 따라, 배터리 하우징(110) 내부의 급격한 압력 증가로 인한 폭발 위험을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 배터리 하우징(110)의 토출구(111)와 팽창탱크(140) 사이에 연결되는 연결관(141)은 직경이 길이의 1/10 이하로 형성될 수 있다.
이를 통해, 연결관(141) 내부의 토출유로(142)를 좁게 형성하여, 토출유로(142)를 통하여 절연성 냉매(130)를 팽창탱크(140)로 토출하는 과정에서 토출유로(142) 내부에서 대류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 토출유로(142)로 유입되는 고온의 절연성 냉매가 토출유로(142) 내부에서 대류를 일으키게 되면, 고온의 절연성 냉매(130)가 산화될 수 있으며, 이를 억제하기 위해 연결관(141)은 직경을 길이 대비 1/10 이하로 형성할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 연결관(141)에 릴리프 밸브(150a)가 구비된 구조에 대해 설명하였으나, 수월한 압력 배출을 위해 릴리프 밸브를 팽창탱크 또는 배터리 하우징에 추가로 구비할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리팩(100)의 비상 시 동작 상태를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 배터리 하우징(110)에 수용된 배터리셀(120)은 전력을 발생시킬 때 전기화학적 반응에 의한 열이 발생하게 되며, 배터리 하우징(110) 내부에서 배터리셀(120)을 감싸도록 구비되는 고체 형태의 절연성 냉매(130)를 통해 배터리셀(120)을 냉각시킬 수 있다.
이 과정에서, 고체 형태의 절연성 냉매(130)는 배터리셀(120)에서 발생되는 열에 의해 녹으면서 열을 흡수할 수 있으며 부분적으로 액체 형태로 변환될 수 있다.
배터리셀(120)의 온도가 급속하게 오르거나 과열이 발생하는 경우에는 절연성 냉매(130)가 전체적으로 녹으면서 액체 형태로 변환될 수 있는데, 이 경우 절연성 냉매(130)의 부피 팽창에 의해 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 높아지게 되고, 기설정된 압력 이상으로 압력이 높아지면 배터리 하우징(110)의 토출구(111)를 폐쇄하는 릴리프 밸브(150a)가 자동적으로 개방될 수 있다.
이때, 릴리프 밸브(150a)가 개방되면 배터리 하우징(110) 내부의 절연성 냉매(130)가 토출구(111)와 연결된 연결관(141)의 토출유로(142)를 통하여 팽창탱크(140)로 배출될 수 있고, 이를 통해 배터리 하우징(110) 내부의 압력을 해소할 수 있다.
즉, 배터리셀(120)의 계속되는 온도 상승이나 과열로 인하여 냉매의 냉각 효율이 떨어지는 경우, 배터리 하우징(110)의 내부의 온도 상승으로 인하여 내부 압력이 증가하여 배터리팩(100)의 폭발이 발생할 수 있는데, 본 실시예의 배터리팩(100)의 경우에는 배터리셀(120)을 냉각시키는 절연성 냉매(130)의 팽창을 통해 릴리프 밸브(150a)를 개방시켜, 배터리 하우징(110) 내부의 압력을 해소하고 절연성 냉매(130)를 팽창탱크(140)로 유입시킴으로써 외부 누출을 방지할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 배터리팩(200)의 구성을 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩(200)의 비상 시 동작 상태를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리팩(200)은, 앞서 설명한 제1 실시예의 배터리팩(100)과 비교하여, 밸브부재(150)가 전자식으로 구성되고, 압력센서(210)와 전력차단부(220)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 압력센서(210)는 배터리 하우징(110)의 내부 압력을 검출하도록 구비될 수 있다.
또한, 압력센서(210)는 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 기설정된 압력 이상으로 검출되면, 밸브부재(150)와 전력차단부(220)로 신호를 전송할 수 있다.
밸브부재(150)는 배터리 하우징(110)과 팽창탱크(140) 사이를 연결하는 연결관(141)에 구비되어 연결관(141)의 토출유로(142)를 폐쇄할 수 있고, 압력센서(210)로부터 신호가 수신되면 연결관(141)의 토출유로(142)를 개방하도록 동작할 수 있다.
더불어, 전력차단부(220)는 압력센서(210)로부터 신호가 수신되면 배터리셀(120)의 전력을 차단할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예의 배터리팩(100)은 배터리셀(120)의 온도가 급속하게 오르거나 과열이 발생하는 경우, 배터리셀(120)을 냉각시키는 절연성 냉매(130)의 부피 팽창으로 인하여 하우징 내부의 압력이 높아질 수 있는데, 압력센서(210)에 의해 배터리 하우징(110) 내부의 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지는 것이 검출되면, 압력센서(210)의 신호에 따라 밸브부재(150)가 팽창탱크(140)와 연결된 토출유로(142)를 개방하여 압력을 해소하고, 전력차단부(220)를 통해 배터리셀(120)의 전력을 차단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩(100,200)은, 배터리셀(120)에서 열이 발생하면 파라핀과 윤활유를 포함하는 절연성 냉매(130)를 통해 열을 흡수하여 배터리셀(120)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 배터리셀(120)의 온도가 급속하게 오르거나 과열이 발생하여, 배터리 하우징(110)의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지는 경우, 밸브부재(150)를 통해 배터리 하우징(110)과 팽창탱크(140) 사이에 연결된 토출유로(142)를 개방하여, 신속하게 압력을 해소하고 절연성 냉매(130)를 팽창탱크(140)로 유입시킴으로써, 배터리팩(100)의 폭발과 절연성 냉매(130)의 누출을 방지할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩은, 배터리팩 내부의 온도를 균일하게 제어하여 배터리 효율을 증대시킬 수 있고, 배터리팩의 과열 등으로 인한 화재 및 폭발 등을 방지할 수 있어, 전기차량 등에 용이하게 적용될 수 있음은 물론, 배터리팩이 사용되는 다양한 산업분야 전반에 효과적으로 활용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 일측에 내부와 통하는 토출구가 형성된 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징의 내부에 구비되는 적어도 하나의 배터리셀;
    상기 배터리 하우징의 내부에 수용되고 상기 배터리셀을 냉각시키기 위한 절연성 냉매;
    상기 토출구와 연결되는 팽창탱크; 및
    상기 토출구를 개폐하도록 구비되고, 상기 배터리 하우징의 내부 압력이 일정 압력 이상 높아지면, 상기 팽창탱크로 상기 절연성 냉매가 유입되도록 상기 토출구를 개방하는 밸브부재를 포함하고,
    상기 배터리 하우징의 내부 압력이 해소되면, 상기 팽창탱크에 수용된 절연성 냉매는 상기 토출구를 통해 상기 배터리 하우징으로 회수되는 배터리팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연성 냉매는,
    상기 배터리셀을 감싸며 직접 접촉되도록 상기 배터리 하우징의 내부에 채워지고, 파라핀 및 열 전달 효율을 높이기 위한 윤활유를 포함하여, 고체 상태에서 상기 배터리셀에서 열이 발생되면 액체 형태로 변환되면서 열을 흡수하는 배터리팩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브부재는,
    상기 배터리 하우징의 내부 압력이 일정 압력 이상 높아지면 자동적으로 상기 토출구를 개방하는 릴리프 밸브를 포함하는 배터리팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징은,
    외측 표면이 요철 형태로 굴곡지게 형성된 배터리팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 내부 압력을 검출하는 압력센서; 및
    상기 배터리셀의 전력을 차단하기 위한 전력차단부를 더 포함하고,
    상기 압력센서에 의해 상기 배터리 하우징의 내부 압력이 기설정된 압력 이상으로 높아지는 것이 검출되면, 상기 밸브부재는 상기 토출구를 개방하고, 상기 전력차단부는 상기 배터리셀의 전력을 차단하는 배터리팩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 토출구와 상기 팽창탱크 사이에 연결되어, 상기 토출구 개방 시, 상기 절연성 냉매를 상기 팽창탱크로 유입시키는 연결관을 더 포함하고,
    상기 연결관은 내측의 유로를 통해 상기 절연성 냉매를 유동시키는 과정에서, 대류 발생에 의한 절연성 냉매의 산화를 억제하도록, 직경이 길이 대비 1/10 이하로 형성되는 배터리팩.
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