WO2023211033A1 - 냉각성능이 강화된 배터리 팩 - Google Patents

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WO2023211033A1
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack that can effectively suppress the heat propagation phenomenon in which other secondary batteries in the surrounding area are continuously overheated when a thermal runaway phenomenon occurs in one secondary battery.
  • secondary batteries can be recharged and have been extensively researched and developed in recent years due to their small size and high capacity.
  • Secondary batteries are classified into coin-shaped batteries, cylindrical batteries, square-shaped batteries, and pouch-shaped batteries, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case in a secondary battery is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and a separator.
  • Patent Document 001 Korean Patent Publication No. 10-2017-0070542 (published on June 22, 2017)
  • the purpose of the present invention is to provide a battery pack that can effectively suppress and prevent heat propagation due to thermal runaway occurring in a secondary battery.
  • the present invention relates to a battery pack, and in one example, a pack case; a plurality of batteries accommodated inside the pack case; a heat sink located above the battery and storing coolant; and a heat sink and a plurality of supply passages connecting the plurality of batteries, respectively; and a plurality of plugs that respectively seal the plurality of supply passages and are melted by heat generated during thermal runaway of the battery.
  • the battery includes a case made of a metal material and provided with a water spout communicating with the supply passage; and a plurality of battery cells accommodated in the case; and a heat absorber disposed between the plurality of battery cells.
  • the heat absorber includes an absorbent material impregnated with a liquid that absorbs and vaporizes heat generated from the battery cell, and an exterior material that accommodates the absorber material.
  • the exterior material may be a thermally conductive pouch, and the pouch may be provided with a weak portion that is preferentially broken when the liquid impregnated in the absorbent material is vaporized and the internal pressure increases.
  • the absorbent material may be a highly absorbent matrix including superabsorbent polymer (SAP) or superabsorbent fiber (SAF).
  • SAP superabsorbent polymer
  • SAF superabsorbent fiber
  • the plug may be melted before the vulnerable portion of the pouch is fractured, and the water spout may be open toward the heat absorber.
  • an insulating material may be disposed between the plurality of batteries.
  • the heat sink includes first and second blocks that are independent from each other, and the plurality of supply passages communicate with the first block and the plurality of batteries, respectively. It includes a passage and a second supply passage communicating the second block with the plurality of batteries, wherein the plurality of plugs each seal the first supply passage and the plurality of plugs respectively seal the first supply passage. It includes a second plug, and the melting point of the first plug and the melting point of the second plug may be different from each other.
  • the liquid stored in the first block is water, and the melting point of the first plug may be lower than the melting point of the second plug.
  • the first plug may be melted before the vulnerable portion of the pouch is fractured.
  • the liquid stored in the second block may be water mixed with additives, and the additive may be a substance that lowers the surface tension of water or a fire extinguishing agent.
  • the second plug may be melted after the vulnerable portion of the pouch is fractured.
  • the water spout includes a first spout communicating with the first supply passage and a second spout communicating with the second supply passage, and the first spout is open toward the heat absorber. You can.
  • the heat sink disposed outside the battery and the heat absorber inside the battery quickly absorb and dissipate heat in an environment with a high temperature rise such as rapid charging in normal times, thereby preventing the occurrence of thermal runaway. performance and lifespan can be maintained without high temperature rise.
  • the present invention provides that when overheating occurs in the battery, the low melting point plug that seals the coolant stored inside the heat sink melts and supplies water to the heat absorber inside the battery case, thereby absorbing the heat of the battery. By delaying rupture and absorbing heat from the battery for a longer period of time, the occurrence of thermal runaway can be suppressed.
  • the battery pack of the present invention can effectively suppress the risk of fire caused by a high-temperature ignition source by discharging water containing a functional additive when thermal runaway occurs in the battery and the risk of flame generation increases.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line "A-A" in Figure 1;
  • Figure 3 is a diagram showing a heat absorber disposed between battery cells accommodated in a case.
  • Figure 4 is a diagram showing a state in which coolant stored in a heat sink is injected into the battery.
  • FIG. 5 is a diagram showing a heat sink provided in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the combined structure of the heat sink of FIG. 5 and the battery.
  • Figure 7 is a diagram showing a state in which the second plug is melted and the liquid stored in the heat sink is injected into the battery.
  • the present invention relates to a battery pack.
  • the battery pack of the present invention includes a pack case, a plurality of batteries accommodated inside the pack case, a heat sink located above the battery and storing cooling water, It includes a plurality of supply passages that communicate with the heat sink and the plurality of batteries, respectively, and a plurality of plugs that seal the plurality of supply passages and are melted by heat generated during thermal runaway of the battery.
  • the battery includes a case made of a metal material and provided with a water spout communicating with the supply passage, a plurality of battery cells accommodated in the case, and disposed between the plurality of battery cells. Includes a heat absorber.
  • the heat sink placed outside the battery and the heat absorber inside the battery quickly absorb and dissipate heat in an environment with a high temperature rise, such as normal rapid charging, thereby suppressing the occurrence of thermal runaway and high temperature rise. Performance and lifespan can be maintained without it.
  • the present invention provides that when overheating occurs in the battery, the low melting point plug that seals the coolant stored inside the heat sink melts and supplies water to the heat absorber inside the battery case, thereby absorbing the heat of the battery. By delaying rupture and absorbing heat from the battery for a longer period of time, the occurrence of thermal runaway can be suppressed.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the battery pack 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line “A-A” in FIG. 1 .
  • the battery pack 10 of the present invention includes a pack case 100 and a plurality of batteries 200 accommodated in the pack case 100.
  • the pack case 100 consists of a main case 110 with a “ ⁇ ” cross-sectional shape, a top case 120 coupled to the open surface of the main case 110, and a pair of side cases 130.
  • the battery 200 is a prismatic secondary battery, and is exemplified as a one-way secondary battery in which positive and negative electrode terminals are arranged together on the upper surface.
  • a heat sink 300 disposed above the battery 200 is provided inside the pack case 100. That is, the heat sink 300 is disposed between the top case 120 of the pack case 100 and the top surface of the battery 200.
  • the heat sink 300 stores coolant inside the heat sink 300 to absorb heat generated from the battery 200.
  • a structure in which coolant is stored in the heat sink 300 is described, but in a modified embodiment, a structure in which coolant supplied from the outside circulates through the heat sink 300 and then is discharged. It is also possible to implement it.
  • a plurality of supply passages 330 are provided between the heat sink 300 and the plurality of batteries 200 to communicate with each other.
  • the supply passage 330 is provided at least as many as the number of batteries 200, so that all batteries 200 are connected to the heat sink 300.
  • the supply passage 330 may be provided as a separate member, for example, a plate on which the supply passage 330 is formed, or may be formed integrally with the bottom surface of the heat sink 300 itself. In the illustrated first embodiment, the supply passage 330 is provided in the form of a hole penetrating the bottom surface of the heat sink 300.
  • a plug 340 is coupled to each of the plurality of supply passages 330 to seal the coolant in the heat sink 300.
  • Plug 340 is made of a material that melts at a preset temperature.
  • the plug 340 may be made of a material that melts at a temperature of about 100°C. Accordingly, the plug 340 that seals the supply passage 330 is melted by the heat generated during thermal runaway of the battery 200, and as the plug 340 melts, the coolant in the heat sink 300 flows into the lower battery ( 200).
  • the battery 200 includes a case 210 made of metal having a water spout 212 in communication with the supply passage 330, a plurality of battery cells 220 accommodated in the case 210, and It includes a heat absorber 230 disposed between a plurality of battery cells 220.
  • the battery cell 220 stored in the case 210 is a pouch cell, and the electrode assembly and electrolyte are sealed within the pouch cell. Therefore, even if coolant is injected directly into the case 210, there is no effect on the operation of the battery cell 220. Rather, the cooling effect of the battery 200 is greatly increased by direct coolant contact with the outer surface of the battery cell 220. .
  • two battery cells 220 are stored in the case 210, and a heat absorber 230 is disposed between the plurality of battery cells 220.
  • the heat absorber 230 serves to absorb heat generated from the battery cell 220.
  • the heat absorber 230 accommodates an absorbent material 236 impregnated with a liquid that absorbs and vaporizes heat generated from the battery cell 220, and an absorbent material 236 that absorbs and stores the liquid. It includes an exterior material 232 that does. If the heat absorber 230 is constructed with liquid impregnated in the absorbent material 236, it can be installed inside the case 210 without fear of leakage of the liquid.
  • the present invention uses a liquid-impregnated absorbent material 236 as a super absorbent polymer (Super Absorbent Polymer, SAP) or a super absorbent fiber (SAF). It can be composed of a matrix.
  • SAP Super Absorbent Polymer
  • SAF super absorbent fiber
  • the superabsorbent matrix is porous or fibrous and can absorb a large amount of liquid by exhibiting capillary action, and the superabsorbent fiber can be manufactured in the form of a fiber such as non-woven fabric by processing the superabsorbent resin.
  • the specific type of the superabsorbent polymer and the superabsorbent fiber produced therefrom is not particularly limited, and any type that has an excellent absorption ability for fluid, especially water, can be used without limitation.
  • examples of superabsorbent resins include polyacrylic acid, polyacrylate, polyacrylate graft polymer, starch, cross-linked carboxymethylated cellulose, acrylic acid copolymer, hydrolyzed starch-acrylnitrile graft copolymer, and starch-acrylic acid graft.
  • Copolymer saponified vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer, hydrolyzed acrylonitrile copolymer, hydrolyzed acrylamide copolymer, ethylene-maleic anhydride copolymer, isobutylene-maleic anhydride copolymer, polyvinylsulfonic acid , polyvinylphosphonic acid, polyvinyl phosphoric acid, polyvinyl sulfate, sulfonated polystyrene, polyvinylamine, polydialkylaminoalkyl (meth)acrylamide, polyethyleneimine, polyallylamine, polyallylguanidine, polydimethyldiallylammonium hydride.
  • One or more selected from the group consisting of salts, crosslinked polyacrylic acid, and crosslinked acrylic acid hollow polymers may be included, but are not limited thereto.
  • the type of acrylic acid copolymer used as the superabsorbent polymer in the present invention is not particularly limited, but is preferably acrylic acid monomer and maleic acid, itaconic acid, acrylamide, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, 2-(meth ) It may be a copolymer containing one or more comonomers selected from the group consisting of acryloylethanesulfonic acid, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, and styrenesulfonic acid.
  • the superabsorbent polymer may have a water absorption amount of 10 g/g to 500 g/g, preferably 50 g/g to 200 g/g, but is not limited thereto. That is, 10 g to 500 g of water, preferably 50 g to 200 g, can be absorbed per 1 g of superabsorbent polymer.
  • the greater the water absorption of the superabsorbent polymer the longer the cooling effect can be improved.
  • it exceeds 500 g/g the fluidity of the superabsorbent polymer increases and it is difficult to maintain its shape, making effective cooling impossible.
  • it is less than 10 g/g the duration of the cooling effect may be too short and ineffective.
  • the exterior material 232 of the heat absorber 230 may be a thermally conductive pouch 232', and the pouch 232' may be used to vaporize the liquid impregnated in the absorbent material 236.
  • a weak portion 234 that is preferentially fractured may be provided.
  • a large amount of liquid impregnated in the absorbent material 236 absorbs heat generated from the battery cell 220 and is vaporized when the temperature exceeds the boiling point. Due to the increase in volume due to the phase change from liquid to gas, internal pressure is applied to the pouch 232' sealing the absorbent material 236.
  • the pouch 232' is provided with a weak portion 234 that is preferentially broken when the liquid impregnated in the absorbent material 236 is vaporized and the internal pressure increases.
  • the pouch 232' which is the exterior material 232, may be manufactured using a flexible laminate sheet.
  • the laminate sheet may have a three-layer or more structure including an aluminum thin film layer, an internal resin layer formed on the inside of the aluminum thin film layer, and an external resin layer formed on the outside of the aluminum thin film layer.
  • the inner resin layer may be casted polypropylene (CPP) or polypropylene (PP)
  • the outer resin layer may be polyethylene terephthalate (PET) or nylon.
  • the vulnerable portion 234 of the pouch 232' is preferentially broken by an increase in internal pressure due to vaporization of the liquid by locally lowering the sealing strength of the pouch 232'.
  • the pouch 232' is sealed by heat-sealing the edges of the laminate sheet surrounding the absorber 236, and the weak portion 234 may be formed in a way that the heat-sealing strength is intentionally lower than that of the surrounding area.
  • the weak portion 234 may be formed by making it thinner than the surrounding area, lowering the strength by forming a notch, or locally removing the aluminum thin film layer that maintains durability.
  • the vulnerable portion 234 in the pouch 232' By providing the vulnerable portion 234 in the pouch 232', when a thermal runaway phenomenon occurs in the battery cell 220 and overheating, the liquid impregnated in the absorbent material 236 in the pouch 232' absorbs heat and is vaporized. , when the internal pressure of the vaporized gas rises above a certain pressure, the vulnerable portion 234 of the pouch 232' is ruptured and the gas is ejected. The gas emitted from the heat absorber 230 cools ignition sources such as combustible gases and heating electrodes emitted from the overheated battery cell 220 and suppresses flames, thereby greatly reducing the risk of fire.
  • ignition sources such as combustible gases and heating electrodes emitted from the overheated battery cell 220 and suppresses flames, thereby greatly reducing the risk of fire.
  • the liquid impregnated in absorbent material 236 may be water.
  • Water is the substance with the highest specific heat and latent heat among readily available liquids. Therefore, the water contained in the absorbent material 236 is suitable for application to the heat absorber 230 because it absorbs a large amount of heat during the process of changing phase into gas starting before evaporation.
  • the pouch 232' is provided with the vulnerable portion 234, rapid cooling and fire extinguishing effects can be achieved in emergency situations where high temperatures persist.
  • the heat absorber 230 is ruptured and the accumulated gas is ejected at once, the heat absorber 230 almost loses its function. Therefore, it is desirable for the safety of the battery 200 and the battery pack 10 to maintain the heat absorbing function of the heat absorber 230 for as long as possible.
  • the plug 340 that blocks the supply passage 330 between the heat sink 300 and the water inlet 212 has a weak portion 234 of the pouch 232'. It can be configured to melt before breaking. For example, if the liquid inside the heat absorber 230 is water, the plug 340 is designed to melt at a temperature of approximately 90 to 100° C. before the water completely boils, so that the coolant of the heat sink 300 is stored in the pouch. (232') can be cooled.
  • the coolant of the heat sink 300 cools the battery cell 220 and also cools the heat absorber 230 at the same time, effectively preventing the catastrophe of the battery cell 220 where thermal runaway can no longer be controlled. It can be delayed.
  • the water inlet 212 provided in the case 210 may be arranged to be open toward the heat absorber 230.
  • an insulating material 400 such as mica
  • heat transfer between adjacent batteries 200 is blocked, which causes the phenomenon in which thermal runaway propagates and spreads to the surroundings, that is, This can be advantageous in preventing heat propagation.
  • a cooling pad 410 similar to the heat sink 300 may be provided on the bottom of the pack case 100 to enhance cooling of the battery 200.
  • FIG. 5 is a diagram showing the heat sink 300 provided in the battery pack 10 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a combined structure of the heat sink 300 and the battery 200 of FIG. 5. This is a drawing showing.
  • the second embodiment of the present invention differs from the above-described first embodiment in the configuration of the heat sink 300, the supply passage 330, and the plug 340.
  • the description will focus on the characteristic configuration of the second embodiment, and detailed description of the configuration overlapping with the first embodiment will be omitted.
  • the heat sink 300 includes a first block 310 and a second block 320 that are independent from each other. That is, the interior of the heat sink 300 is divided into two separate areas.
  • the plurality of supply passages 330 communicating with the inside of the battery 200 are a first supply passage 331 and a second block 320 that communicate with the first block 310 and the plurality of batteries 200, respectively. and a second supply passage 332 that communicates each of the plurality of batteries 200.
  • the plurality of plugs 340 include a first plug 341 that seals the first supply passage 331 and a second plug 342 that seals the second supply passage 332, where the first plug 342 seals the second supply passage 332.
  • the melting point of the plug 341 and the melting point of the second plug 342 are different from each other.
  • the liquid contained in the first block 310 and the second block 320 of the heat sink 300 may be different from each other.
  • the liquid stored in the first block 310 is water
  • the melting point of the first plug 341 is lower than the melting point of the second plug 342.
  • the first plug 341 is melted before the vulnerable portion 234 of the pouch 232' is fractured. Accordingly, the water discharged from the first block 310 due to the melting of the first plug 341 cools the pouch 232', thereby prolonging the operation of the heat absorber 230.
  • the liquid stored in the second block 320 is water mixed with additives, and the additive may be a substance that lowers the surface tension of water or a fire extinguishing agent.
  • the additive may be a substance that lowers the surface tension of water or a fire extinguishing agent.
  • These additives are intended to enhance the digestive function of water. Examples of substances that lower the surface tension of water include wetting agents and surfactants. When the surface tension of water is lowered, the penetration effect of water increases, thereby strengthening the effect of extinguishing ignition sources such as heating electrodes or ignition particles.
  • a fire extinguishing agent is a general term for a drug that exerts a fire extinguishing function itself, and various currently commercialized powder fire extinguishing agents or liquid fire extinguishing fluids can be applied.
  • fire extinguishing agent under the trade name F-500 EA (manufacturer HAZARD CONTROL TECHNOLOGIES, INC.) may be added to the water.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the second plug 342 is melted and the liquid stored in the heat sink 300 is injected into the battery 200.
  • the melting point of the second plug 342 is higher than that of the first plug 341.
  • the second plug 342 may be made of a material that melts at the temperature of superheated steam that is generated inside the heat absorber 230 and then ejected when the weak portion 234 is broken.
  • the heat absorber 230 can no longer be cooled even by the water supplied from the first block 310, and the vapor pressure inside the heat absorber 230 is limited. In a situation where a high-temperature atmosphere reaches , there is a high possibility that combustion or explosion of the battery cell 220 will occur in this high-temperature atmosphere.
  • the second embodiment of the present invention is configured to extinguish a fire that may occur after the heat absorber 230 loses its function.
  • the water inlet 212 of the battery 200 communicates with the first water inlet 213 and the second supply passage 332, which communicate with the first supply passage 331. It includes a second water inlet 214, and the first water inlet 213 opens toward the heat absorber 230 to immediately cool the heat absorber 230.
  • the need for the second water inlet 214 to be opened toward the heat absorber 230 is relatively low, and for effective fire extinguishment, it is desirable for the second water inlet 214 to be opened toward the battery cell 220. You can.
  • case 212 water spout
  • first water spout 214 second spout
  • vulnerable part 236 absorbent material
  • first supply passage 332 second supply passage
  • plug 341 first plug

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Abstract

개시되는 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 팩 케이스;와, 상기 팩 케이스 내부에 수용된 복수 개의 배터리;와, 상기 배터리의 상방에 위치하며, 냉각수가 저장된 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 복수 개의 공급통로; 및 상기 복수 개의 공급통로를 각각 밀봉하고, 상기 배터리의 열폭주 시 발생하는 열에 의해 용융되는 복수 개의 플러그를 포함한다.

Description

냉각성능이 강화된 배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 어느 이차전지에 열 폭주 현상이 발생하였을 때 주변의 다른 이차전지가 연속적으로 과열되는 열 전파 현상을 효과적으로 억제할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2022. 04. 29일자 대한민국 특허출원 제10-2022-0053370호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
이차전지는 일차전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 환경보호의 시대적 요구에 맞춰 부각되는 전기 차량과 에너지 저장 시스템 등으로 인해 에너지원으로서의 이차전지의 수요는 더욱 급격하게 증가하고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
이차전지는 장기간 동안 연속적인 사용이 요구되므로, 충방전 과정 중에 발생하는 열을 효과적으로 제어할 필요가 있다. 이차전지의 냉각이 원활히 이루어지지 못할 경우에는 온도상승이 전류의 증가를 야기하고, 전류의 증가가 또다시 온도상승의 원인이 되는 정귀환의 연쇄반응이 일어나, 결국 열 폭주(Thermal Runaway)의 파국상태에 이르게 된다.
또한, 이차전지가 모듈이나 팩의 형태로서 집단을 이루고 있는 경우에는 어느 하나의 이차전지에 발생한 열 폭주에 의해 주변의 다른 이차전지가 연속적으로 과열되는 열 전파(Thermal Propagation) 현상이 일어나게 된다. 나아가 과열된 이차전지에서 방출되는 가연성 가스와 가열전극 등의 점화원으로 인해 화재 발생의 위험이 높으므로, 이러한 발화 위험을 억제할 필요가 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 001) 한국공개특허 제10-2017-0070542호(2017.06.22 공개)
본 발명은 이차전지에서 발생한 열 폭주에 의한 열 전파 현상을 효과적으로 억제 및 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 팩 케이스;와, 상기 팩 케이스 내부에 수용된 복수 개의 배터리;와, 상기 배터리의 상방에 위치하며, 냉각수가 저장된 히트 싱크;와, 상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 복수 개의 공급통로; 및 상기 복수 개의 공급통로를 각각 밀봉하고, 상기 배터리의 열폭주 시 발생하는 열에 의해 용융되는 복수 개의 플러그를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리는, 금속 재질로 이루어지고, 상기 공급통로와 연통하는 주수구를 구비하는 케이스;와, 상기 케이스 내에 수용되는 복수 개의 전지 셀; 및 상기 복수 개의 전지 셀 사이에 배치된 흡열체를 포함한다.
그리고, 상기 흡열체는, 상기 전지 셀에서 발생하는 열을 흡수하여 기화하는 액체가 함침된 흡수재 및 상기 흡수재를 수용하는 외장재를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 상기 외장재는 열전도성의 파우치일 수 있으며, 상기 파우치는 상기 흡수재에 함침된 액체가 기화되어 내압이 증가하면 우선적으로 파단되는 취약부가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 흡수재는 고흡수성 폴리머(SAP) 또는 고흡수성 섬유(SAF)를 포함하는 고흡수성 매트릭스일 수 있다.
그리고, 상기 플러그는 상기 파우치의 취약부가 파단되기 이전에 용융될 수 있으며, 또한 상기 주수구는 상기 흡열체를 향해 개구된 것일 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 배터리 사이에는 단열재가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 히트 싱크는 서로 독립된 제1 블록과 제2 블록을 포함하고, 상기 복수 개의 공급통로는 상기 제1 블록과 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 제1 공급통로 및 상기 제2 블록과 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 제2 공급통로를 포함하며, 상기 복수 개의 플러그는 상기 제1 공급통로를 각각 밀봉하는 제1 플러그 및 상기 제2 공급통로를 각각 밀봉하는 제2 플러그를 포함하고, 상기 제1 플러그의 용융점과 제2 플러그의 용융점은 서로 다른 것일 수 있다.
여기서, 상기 제1 블록에 저장된 액체는 물이고, 상기 제1 플러그의 용융점은 상기 제2 플러그의 용융점보다 낮은 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 플러그는 상기 파우치의 취약부가 파단되기 이전에 용융되는 것일 수 있다.
그리고, 상기 제2 블록에 저장된 액체는 첨가제가 혼합된 물이고, 상기 첨가제는 물의 표면장력을 낮추는 물질이거나, 또는 소화약제인 것일 수 있다.
아울러 상기 제2 플러그는, 상기 파우치의 취약부가 파단된 이후에 용융되는 것일 수 있다.
그리고, 상기 주수구는, 상기 제1 공급통로와 연통하는 제1 주수구 및 상기 제2 공급통로와 연통하는 제2 주수구를 포함하고, 상기 제1 주수구는 상기 흡열체를 향해 개구된 것일 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 배터리 팩에 의하면, 평상 시 급속충전과 같은 온도상승이 많은 환경에서 배터리 외부에 배치된 히트 싱크와 배터리 내부의 흡열체가 신속히 열을 흡수 및 분산함으로써 열 폭주 발생을 억제하고, 높은 온도상승 없이 성능 및 수명을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리에 과열이 발생했을 경우 히트 싱크 내부에 저장된 냉각수를 밀봉하던 저융점의 플러그가 녹아 배터리 케이스 내부의 흡열체에 물을 공급하고, 이에 따라 배터리의 열을 흡수하는 흡열체의 파열을 지연시키면서 더 오랜 시간 동안 배터리의 열을 흡수함으로써 열 폭주 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 팩은 배터리에 열 폭주가 발생하여 화염 발생 위험이 높아졌을 경우에는 기능성 첨가제가 함유된 물을 배출함으로써 고온 점화원에 의한 화재 발생의 위험을 효과적으로 억제할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 "A-A" 절개선을 따른 단면도.
도 3은 케이스 내에 수용된 전지 셀 사이에 배치된 흡열체를 도시한 도면.
도 4는 히트 싱크에 저장된 냉각수가 배터리 내부로 주수되는 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 팩에 구비되는 히트 싱크를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 히트 싱크와 배터리의 결합구조를 도시한 도면.
도 7은 제2 플러그가 용융되어 히트 싱크에 저장된 액체가 배터리 내부로 주수되는 상태를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 본 발명의 배터리 팩은 팩 케이스와, 상기 팩 케이스 내부에 수용된 복수 개의 배터리와, 상기 배터리의 상방에 위치하며, 냉각수가 저장된 히트 싱크와, 상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 복수 개의 공급통로, 그리고 상기 복수 개의 공급통로를 각각 밀봉하고, 상기 배터리의 열폭주 시 발생하는 열에 의해 용융되는 복수 개의 플러그를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리는, 금속 재질로 이루어지고, 상기 공급통로와 연통하는 주수구를 구비하는 케이스, 상기 케이스 내에 수용되는 복수 개의 전지 셀, 그리고 상기 복수 개의 전지 셀 사이에 배치된 흡열체를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 배터리 팩은 평상 시 급속충전과 같은 온도상승이 많은 환경에서 배터리 외부에 배치된 히트 싱크와 배터리 내부의 흡열체가 신속히 열을 흡수 및 분산함으로써 열 폭주 발생을 억제하고, 높은 온도상승 없이 성능 및 수명을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리에 과열이 발생했을 경우 히트 싱크 내부에 저장된 냉각수를 밀봉하던 저융점의 플러그가 녹아 배터리 케이스 내부의 흡열체에 물을 공급하고, 이에 따라 배터리의 열을 흡수하는 흡열체의 파열을 지연시키면서 더 오랜 시간 동안 배터리의 열을 흡수함으로써 열 폭주 발생을 억제할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 배터리 팩(10)에 대한 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩(10)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A-A" 절개선을 따른 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩(10)은 팩 케이스(100)와, 팩 케이스(100) 내에 수용된 복수 개의 배터리(200)를 포함한다. 팩 케이스(100)는 "∪" 단면 형태의 메인 케이스(110)와, 메인 케이스(110)의 개방면에 결합하는 상면 케이스(120) 및 한 쌍의 사이드 케이스(130)로 이루어져 있다. 배터리(200)는 각형 이차전지로서, 양극과 음극의 전극단자가 상면에 함께 배치되어 있는 일방향 이차전지가 예시되어 있다.
그리고, 팩 케이스(100)의 내부에는, 배터리(200)의 상방에 배치되는 히트 싱크(300)가 구비된다. 즉, 팩 케이스(100)의 상면 케이스(120)와 배터리(200)의 상면 사이에 히트 싱크(300)가 배치된다. 히트 싱크(300)는 배터리(200)에서 발생한 열을 흡수하기 위하여, 그 내부에 냉각수를 저장하고 있다. 참고로, 본 발명의 제1 실시형태에서는 히트 싱크(300) 안에 냉각수가 저장된 구조로 설명하고 있지만, 변형된 실시형태로서 외부에서 공급된 냉각수가 히트 싱크(300)를 순환한 후 배출되는 구조로 구현하는 것도 가능하다.
히트 싱크(300)와 복수 개의 배터리(200) 사이에는 이들을 상호 연통시키는 복수 개의 공급통로(330)가 구비된다. 공급통로(330)는 적어도 배터리(200)의 개수만큼 구비되어 모든 배터리(200)는 히트 싱크(300)와 연결된다. 공급통로(330)는 별도의 부재, 예를 들어 공급통로(330)가 형성된 플레이트로 구비되거나, 또는 히트 싱크(300)의 바닥면 자체에 일체로 형성될 수 있다. 도시된 제1 실시형태에서는, 히트 싱크(300)의 바닥면을 관통하는 홀의 형태로서 공급통로(330)가 마련되어 있다.
복수 개의 공급통로(330)에는 각각 플러그(340)가 결합되어 히트 싱크(300) 내의 냉각수를 밀봉한다. 플러그(340)는 사전에 설정된 온도에서 용융되는 재질로 만들어진다. 예를 들어, 플러그(340)는 100℃ 정도의 온도에서 용융되는 재질로 만들어질 수 있다. 이에 따라, 공급통로(330)를 밀봉하는 플러그(340)는 배터리(200)의 열폭주 시 발생하는 열에 의해 용융되며, 플러그(340)가 용융됨으로써 히트 싱크(300) 안의 냉각수는 하방의 배터리(200) 쪽으로 배출된다.
히트 싱크(300)에서 배출된 냉각수는 과열된 배터리(200)를 냉각하는데, 본 발명의 배터리 팩(10)은 이러한 냉각 효과를 증대하기 위해, 배터리(200) 안으로 냉각수를 직접 주수하도록 구성된다. 이를 위해, 배터리(200)는 공급통로(330)와 연통하는 주수구(212)를 구비하는 금속 재질의 케이스(210)와, 케이스(210) 내에 수용되는 복수 개의 전지 셀(220)과, 그리고 복수 개의 전지 셀(220) 사이에 배치된 흡열체(230)를 포함한다.
여기서, 케이스(210)에 수납된 전지 셀(220)은 파우치 셀로서, 전극 조립체와 전해액은 파우치 셀 안에 밀봉되어 있다. 따라서, 케이스(210) 내부로 직접 냉각수를 주수하더라도 전지 셀(220)의 작동에는 아무런 영향이 없으며, 오히려 전지 셀(220) 외면에 직접 냉각수가 접촉함으로써 배터리(200)의 냉각 효과는 크게 상승한다.
그리고, 도시된 실시형태에서, 케이스(210) 내에는 두 개의 전지 셀(220)이 수납되어 있는데, 복수의 전지 셀(220) 사이에는 흡열체(230)가 배치되어 있다. 흡열체(230)는 전지 셀(220)에서 발생하는 열을 흡수하는 역할을 한다.
본 발명의 제1 실시형태에서, 흡열체(230)는 전지 셀(220)에서 발생하는 열을 흡수하여 기화하는 액체가 함침된 흡수재(236)와, 액체를 흡수 저장한 흡수재(236)를 수용하는 외장재(232)를 포함한다. 액체를 흡수재(236)에 함침한 상태로 흡열체(230)를 구성하면, 액체의 누출 염려 없이 케이스(210) 내부에 설치할 수 있게 된다.
본 발명은 흡열체(230)의 성능을 강화하기 위해, 액체를 함침한 흡수재(236)를 고흡수성 폴리머(Super Absorbent Polymer, SAP) 또는 고흡수성 섬유(Super Absorbent Fiber, SAF)를 포함하는 고흡수성 매트릭스로 구성할 수 있다.
고흡수성 매트릭스는 다공질 또는 섬유질로 모세관 현상을 발현함으로써 다량의 액체를 흡수하는 것이 가능하며, 고흡수성 섬유는 고흡수성 수지를 가공하여 부직포와 같은 섬유의 형태로 제조할 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지 및 이로부터 제조되는 고흡수성 섬유의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 유체, 특히 물에 대한 흡수 능력이 뛰어난 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명에서는 고흡수성 수지의 예로서, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리아크릴산염 그래프트 중합체, 전분, 가교된 카르복시메틸화 셀룰로오스, 아크릴산 공중합체, 가수분해된 전분-아크릴니트릴 그래프트 공중합체, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 비누화 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 공중합체, 가수분해된 아크릴아미드 공중합체, 에틸렌-말레산 무수물 공중합체, 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐술폰산, 폴리비닐포스폰산, 폴리비닐인산, 폴리비닐황산, 술폰화 폴리스티렌, 폴리비닐아민, 폴리디알킬아미노알킬(메타)아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 폴리알릴구아니딘, 폴리디메틸디알릴암모늄 히드록시드, 4차화 폴리스티렌 유도체, 구아니딘-변성 폴리스티렌, 4차화 폴리(메타)아크릴아미드, 폴리비닐구아니딘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있고, 바람직하게는 가교화된 폴리아크릴산 염, 가교화된 폴리아크릴산 및 가교화된 아크릴산 중공합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 고흡수성 수지로 사용되는 아크릴산 공중합체의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 아크릴산 단량체와 말레산, 이타콘산, 아크릴아미드, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 및 스티렌술폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지는 물에 대한 흡수량이 10 g/g 내지 500 g/g, 바람직하게는 50 g/g 내지 200 g/g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 고흡수성 수지 1 g당 물 10 g 내지 500 g, 바람직하게는 50 g 내지 200 g을 흡수할 수 있다.
본 발명에서 고흡수성 수지의 물에 대한 흡수량이 많을수록 냉각 효과의 지속 시간을 향상시킬 수 있으나, 500 g/g을 초과하면 고흡수성 수지의 유동성이 증가하여 형태를 유지하기 어려워 효과적인 냉각을 발휘할 수 없고, 10 g/g 미만이면 냉각 효과의 지속 시간이 너무 짧아 비효율적일 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시형태에서, 흡열체(230)의 외장재(232)는 열전도성의 파우치(232')일 수 있으며, 또한 파우치(232')는 흡수재(236)에 함침된 액체가 기화되어 내압이 증가하면 우선적으로 파단되는 취약부(234)가 구비될 수 있다.
흡수재(236)에 다량으로 함침되어 있는 액체는 전지 셀(220)에서 발생하는 열을 흡수하다가 그 온도가 비등점을 초과하면 기화된다. 액체에서 기체로의 상변화에 따른 부피 증가로 인해, 흡수재(236)를 밀봉하는 파우치(232')에는 내압이 작용하게 된다.
여기서, 파우치(232')에는 흡수재(236)에 함침된 액체가 기화되어 내압이 증가하면 우선적으로 파단되는 취약부(234)가 구비된다. 외장재(232)인 파우치(232')는 유연한 라미네이트 시트를 이용하여 제조될 수 있다.
라미네이트 시트는 알루미늄 박막층, 알루미늄 박막층의 내측에 형성된 내부 수지층, 그리고 알루미늄 박막층의 외측에 형성된 외부 수지층을 포함하는 3층 이상의 구조일 수 있다. 예를 들어, 내부 수지층은 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있고, 외부 수지층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 나일론일 수 있다.
파우치(232')의 취약부(234)는, 파우치(232')의 밀봉 강도를 국부적으로 낮춤으로써 액체의 기화에 따른 내압 증가에 의해 우선적으로 파단된다. 파우치(232')는 흡수재(236)를 감싸는 라미네이트 시트의 모서리를 열융착함으로써 밀봉 처리되는데, 취약부(234)는 열융착 강도를 주변보다 의도적으로 낮게 만드는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 주변보다 두께를 얇게 만들거나 노치를 형성하여 강도를 낮추거나, 또는 내구성을 유지하는 알루미늄 박막층을 국부적으로 제거함으로써 취약부(234)가 형성될 수 있다.
파우치(232')에 취약부(234)가 구비됨으로써, 전지 셀(220)에 열 폭주 현상이 발생하여 과열될 경우 파우치(232') 내의 흡수재(236)에 함침된 액체가 열을 흡수하여 기화되고, 기화된 가스의 내압이 일정 압력 이상으로 상승하면 파우치(232')의 취약부(234)가 파단되어 기체를 분출한다. 흡열체(230)에서 분출된 기체는 과열된 전지 셀(220)에서 방출되는 가연성 가스와 가열전극 등의 점화원을 냉각하고 화염을 억제함으로써 화재의 위험을 크게 감소시킨다.
본 발명의 일 실시형태에서, 흡수재(236)에 함침된 액체는 물일 수 있다. 물은 쉽게 구할 수 있는 액체 중에서 비열과 잠열이 가장 큰 물질에 해당한다. 따라서, 흡수재(236)에 담긴 물은 기화되기 전부터 시작하여 기체로 상변화하는 과정 중에 흡수하는 열량이 많기 때문에 흡열체(230)에 적용하기에 적합하다.
이와 같이, 파우치(232')에 취약부(234)가 구비되면, 고온이 지속되는 위급 상황에서 신속한 냉각과 소화 효과까지 발휘할 수 있다. 그러나, 일단 흡열체(230)가 파단되어 쌓여있던 기체가 일시에 분출되고 나면, 흡열체(230)는 그 기능을 거의 상실한다. 따라서, 흡열체(230)의 흡열기능이 가능한 오래 유지되는 것이 배터리(200), 나아가 배터리 팩(10)의 안전을 위해 바람직하다.
이를 위해, 본 발명의 배터리 팩(10)은, 히트 싱크(300)와 주수구(212) 사이의 공급통로(330)를 폐색하는 플러그(340)가 파우치(232')의 취약부(234)가 파단되기 이전에 용융되도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 흡열체(230) 내부의 액체가 물이라면, 물이 완전히 비등하기 전의 대략 90∼100℃ 정도의 온도에서 플러그(340)가 녹도록 설계함으로써, 히트 싱크(300)의 냉각수가 파우치(232')를 냉각하도록 할 수 있다.
파우치(232')의 냉각으로 인해 액체의 비등이 지연되고, 따라서 흡열체(230)가 파단되어 그 기능을 상실하기까지의 시간이 지연된다. 즉, 히트 싱크(300)의 냉각수는 전지 셀(220)을 냉각하는 동시에 흡열체(230)도 함께 냉각하게 되고, 이를 통해 열 폭주를 더 이상 제어할 수 없는 전지 셀(220)의 파국을 효과적으로 늦출 수 있다.
전지 셀(220)과 그 사이에 배치된 흡열체(230)의 즉각적인 냉각을 위해, 케이스(210)에 구비된 주수구(212)는 흡열체(230)를 향해 개구되어 있도록 배치할 수 있다. 그리고, 복수 개의 배터리(200) 사이에는 단열재(400), 예컨대 운모와 같은 단열재(400)를 배치함으로써 인접한 배터리(200) 사이의 열전달을 차단하는 것이 열 폭주가 주변으로 전파되어 확산되는 현상, 즉 열전파 현상을 방지하는데 유리할 수 있다. 또한, 팩 케이스(100)의 바닥면에는 히트 싱크(300)와 유사한 냉각 패드(410)가 구비되어 배터리(200)의 냉각을 강화할 수도 있다.
[제2 실시형태]
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(10)에 구비되는 히트 싱크(300)를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 히트 싱크(300)와 배터리(200)의 결합구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 제2 실시형태는, 히트 싱크(300) 및 공급통로(330), 그리고 플러그(340)의 구성에 있어서 전술한 제1 실시형태와 차이가 있다. 이하에서는, 제2 실시형태의 특징적인 구성을 중심으로 설명하며, 제1 실시형태와 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시형태에서, 히트 싱크(300)는 서로 독립된 제1 블록(310)과 제2 블록(320)을 포함한다. 즉, 히트 싱크(300)의 내부는 서로 분리된 두 개의 영역으로 나뉘어 있다. 그리고, 배터리(200) 내부와 연통하는 복수 개의 공급통로(330)는 제1 블록(310)과 복수 개의 배터리(200)를 각각 연통시키는 제1 공급통로(331)와, 제2 블록(320)과 복수 개의 배터리(200)를 각각 연통시키는 제2 공급통로(332)를 포함한다.
아울러 복수 개의 플러그(340)는 제1 공급통로(331)를 각각 밀봉하는 제1 플러그(341) 및 제2 공급통로(332)를 각각 밀봉하는 제2 플러그(342)를 포함하고, 여기서 제1 플러그(341)의 용융점과 제2 플러그(342)의 용융점은 서로 다르다.
여기서, 히트 싱크(300)의 제1 블록(310)과 제2 블록(320)에 수용된 액체는 서로 다른 것일 수 있다. 예를 들어, 전술한 제1 실시형태와 동일하게, 제1 블록(310)에 저장된 액체는 물이고, 제1 플러그(341)의 용융점은 제2 플러그(342)의 용융점보다 낮다. 또한, 제1 플러그(341)는 파우치(232')의 취약부(234)가 파단되기 이전에 용융된다. 이에 따라, 제1 플러그(341)의 용융에 의해 제1 블록(310)에서 배출된 물이 파우치(232')를 냉각함으로써 흡열체(230)의 작동을 연장시킨다.
이와 대비하여, 제2 블록(320)에 저장된 액체는 첨가제가 혼합된 물이고, 첨가제는 물의 표면장력을 낮추는 물질이거나, 또는 소화약제일 수 있다. 이러한 첨가제는 물의 소화기능을 강화하기 위한 것이다. 물의 표면장력을 낮추는 물질로는 습윤제나 계면활성제를 예로 들 수 있으며, 물의 표면장력이 낮아지면 물의 침투효과가 상승함으로써 가열전극이나 발화입자 등의 점화원에 대한 소화효과가 강화된다.
소화약제는 그 자체가 소화기능을 발휘하는 약제를 통칭하는 것으로서, 현재 상용화된 각종 분말 소화약재나 액체 소화액재 등이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상품명 F-500 EA(제조사 HAZARD CONTROL TECHNOLOGIES, INC.)의 소화약제가 물에 첨가될 수 있다.
도 7은 제2 플러그(342)가 용융되어 히트 싱크(300)에 저장된 액체가 배터리(200) 내부로 주수되는 상태를 도시한 도면이다. 제2 플러그(342)의 용융점은 제1 플러그(341)보다 높은데, 특히 제2 플러그(342)는 파우치(232')의 취약부(234)가 파단된 이후에 용융되는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 제2 플러그(342)는 흡열체(230) 내부에서 생성된 후 취약부(234)가 파단되어 분출되는 과열 증기의 온도에서 용융되는 재질로 만들어질 수 있다.
흡열체(230)의 취약부(234)가 파단되는 상황은, 제1 블록(310)에서 공급된 물에 의해서도 더 이상 흡열체(230)를 냉각할 수 없어 흡열체(230) 내부의 증기압이 한계에 도달하는 고온 분위기가 지속되는 상황으로서, 전지 셀(220)은 이러한 고온 분위기에서 연소나 폭발이 발생할 가능성이 높다.
따라서, 이러한 위급 상황에 대응하기 위해, 제2 블록(320) 안에는 첨가제가 혼합된 물을 저장하고, 제2 플러그(342)는 파우치(232')의 취약부(234)가 파단된 이후에 용융되도록 함으로써, 흡열체(230)의 기능 상실 이후에 일어날 수 있는 화재를 소화할 수 있도록 구성한 것이 본 발명의 제2 실시형태이다.
그리고, 제1 실시형태에서와 유사하게, 배터리(200)의 주수구(212)는 제1 공급통로(331)와 연통하는 제1 주수구(213) 및 제2 공급통로(332)와 연통하는 제2 주수구(214)를 포함하며, 제1 주수구(213)는 흡열체(230)를 향해 개구되어 흡열체(230)를 즉각적으로 냉각하게 된다. 제2 주수구(214)는 흡열체(230)를 향해 개구되어야 할 필요성이 상대적으로 낮으며, 효과적인 소화를 위해 제2 주수구(214)는 전지 셀(220)을 향하도록 개구되는 것이 바람직할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[부호의 설명]
10: 배터리 팩 100: 팩 케이스
110: 메인 케이스 120: 상면 케이스
130: 사이드 케이스 200: 배터리
210: 케이스 212: 주수구
213: 제1 주수구 214: 제2 주수구
220: 전지 셀 230: 흡열체
232: 외장재 232': 파우치
234: 취약부 236: 흡수재
300: 히트 싱크 310: 제1 블록
320: 제2 블록 330: 공급통로
331: 제1 공급통로 332: 제2 공급통로
340: 플러그 341: 제1 플러그
342: 제2 플러그 400: 단열재
410: 냉각 패드

Claims (15)

  1. 팩 케이스;
    상기 팩 케이스 내부에 수용된 복수 개의 배터리;
    상기 배터리의 상방에 위치하며, 냉각수가 저장된 히트 싱크;
    상기 히트 싱크와 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 복수 개의 공급통로; 및
    상기 복수 개의 공급통로를 각각 밀봉하고, 상기 배터리의 열폭주 시 발생하는 열에 의해 용융되는 복수 개의 플러그;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는,
    금속 재질로 이루어지고, 상기 공급통로와 연통하는 주수구를 구비하는 케이스;
    상기 케이스 내에 수용되는 복수 개의 전지 셀; 및
    상기 복수 개의 전지 셀 사이에 배치된 흡열체;
    를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡열체는,
    상기 전지 셀에서 발생하는 열을 흡수하여 기화하는 액체가 함침된 흡수재; 및
    상기 흡수재를 수용하는 외장재;
    를 포함하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외장재는 열전도성의 파우치인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파우치는,
    상기 흡수재에 함침된 액체가 기화되어 내압이 증가하면 우선적으로 파단되는 취약부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡수재는,
    고흡수성 폴리머(SAP) 또는 고흡수성 섬유(SAF)를 포함하는 고흡수성 매트릭스인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플러그는,
    상기 파우치의 취약부가 파단되기 이전에 용융되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주수구는 상기 흡열체를 향해 개구된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 사이에는 단열재가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 서로 독립된 제1 블록과 제2 블록을 포함하고,
    상기 복수 개의 공급통로는,
    상기 제1 블록과 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 제1 공급통로 및 상기 제2 블록과 상기 복수 개의 배터리를 각각 연통시키는 제2 공급통로를 포함하며,
    상기 복수 개의 플러그는,
    상기 제1 공급통로를 각각 밀봉하는 제1 플러그 및 상기 제2 공급통로를 각각 밀봉하는 제2 플러그를 포함하고, 상기 제1 플러그의 용융점과 제2 플러그의 용융점은 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 블록에 저장된 액체는 물이고,
    상기 제1 플러그의 용융점은 상기 제2 플러그의 용융점보다 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 플러그는,
    상기 파우치의 취약부가 파단되기 이전에 용융되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 블록에 저장된 액체는 첨가제가 혼합된 물이고,
    상기 첨가제는 물의 표면장력을 낮추는 물질이거나, 또는 소화약제인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 플러그는,
    상기 파우치의 취약부가 파단된 이후에 용융되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 주수구는,
    상기 제1 공급통로와 연통하는 제1 주수구 및 상기 제2 공급통로와 연통하는 제2 주수구를 포함하고,
    상기 제1 주수구는 상기 흡열체를 향해 개구된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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