WO2023229373A1 - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2023229373A1
WO2023229373A1 PCT/KR2023/007088 KR2023007088W WO2023229373A1 WO 2023229373 A1 WO2023229373 A1 WO 2023229373A1 KR 2023007088 W KR2023007088 W KR 2023007088W WO 2023229373 A1 WO2023229373 A1 WO 2023229373A1
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battery
frame
blocking
pack
battery pack
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PCT/KR2023/007088
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English (en)
French (fr)
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김승준
김경우
황지수
강종모
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/512—Connection only in parallel
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 battery pack and a device containing the same, and more specifically, to a battery pack and a device with improved safety.
  • secondary batteries are attracting much attention as an energy source for not only mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices, but also power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • a battery module consisting of at least one battery cell is first constructed, and other components are added using this at least one battery module to pack the battery pack. This method of configuring is common.
  • the temperature of a secondary battery rises higher than an appropriate temperature, the performance of the secondary battery may deteriorate, and in severe cases, there is a risk of explosion or ignition.
  • the temperature of a battery module or battery pack having multiple secondary batteries that is, battery cells
  • the temperature of a battery module or battery pack having multiple secondary batteries can increase rapidly and severely due to the addition of heat from the multiple battery cells in a small space.
  • high output can be obtained, but it is not easy to remove heat generated from the battery cells during charging and discharging. If the heat dissipation of the battery cell is not performed properly, the battery cell deteriorates faster, its lifespan is shortened, and the possibility of explosion or ignition increases.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack with improved safety and a device including the same.
  • a battery pack includes a plurality of battery modules; a pack frame accommodating the plurality of battery modules; An end plate covering the open front and rear surfaces of the battery cell stack; and a blocking member positioned between the pack frame and the end plate, wherein the blocking member includes: a frame member; an opening formed in the frame member; and a blocking plate covering the opening, wherein the blocking plate moves in a specific direction to open and close the opening.
  • the blocking member may further include a mesh structure positioned in the opening, and the blocking plate may cover the mesh structure.
  • the blocking member may further include a plurality of fixing members, and the fixing member may include one end protruding from the frame member and the other end extending perpendicularly from the one end in a direction away from the frame member.
  • the other end may be positioned in conjunction with the pack frame.
  • the blocking plate may move from one end of the fixing member toward the other end of the fixing member under a certain pressure or higher.
  • the fixing member may include an elastic member, and the blocking plate may be movable along a direction in which the elastic member extends.
  • the plurality of battery modules may be arranged in parallel, and the blocking member may be arranged side by side in one direction along the end plates of the plurality of battery modules.
  • the blocking plate When thermal runaway occurs, the blocking plate is moved by the venting gas inside the battery module, and as the blocking plate moves, the opening is connected to the outside, and the venting gas can be discharged through the opening.
  • the blocking member according to another embodiment of the present invention may further include a plurality of protrusions formed on the frame member.
  • the protrusion may contact the outside of the end plate.
  • the protrusion may secure the blocking member on the end plate.
  • the battery pack according to this embodiment further includes a partition wall located in the inner space of the pack frame, and the partition wall can separate the plurality of battery modules from each other.
  • the pack frame may shield the top and bottom of the battery module, and the partition wall may shield the side of the battery module to seal the battery module.
  • the frame member includes a plurality of holes, and a coupling member is inserted into the hole to couple and fix the frame member to the partition wall.
  • a device includes the battery pack described above.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a blocking member, wherein the blocking member includes a blocking plate, and the blocking plate is open to discharge venting gas from a battery module in which thermal runaway has occurred, the battery module Thermal runaway can be quickly suppressed.
  • the blocking member and blocking plate of the present invention are formed to shield battery modules in which thermal runaway has not occurred, preventing the propagation of thermal runaway by protecting adjacent battery modules from venting gas and flames emitted from the battery module on days when thermal runaway has occurred. It can prevent and suppress damage to adjacent battery modules.
  • the battery pack of the present invention can improve safety and protect users by minimizing the thermal runaway phenomenon due to the above configuration.
  • Figure 1 is a diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention viewed from above.
  • Figure 2 is a perspective view of a battery module included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a view from above of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing a blocking member included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing a blocking member opened by moving the blocking plate of Figure 4.
  • Figure 6 is a perspective view showing another embodiment of a blocking member included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view of the blocking member of Figure 6 from another side.
  • Figure 8 is a side view of the blocking member of Figure 4, showing the blocking member closed because the blocking plate does not move.
  • Figure 9 is a side view of the blocking member of Figures 5 and 6, showing the blocking member opened by moving the blocking plate.
  • a part of a layer, membrane, region, plate, etc. when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.
  • being "on” or “on” a reference part means being located above or below the reference part, and necessarily meaning being located “above” or "on” the direction opposite to gravity. no.
  • Figure 1 is a diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention viewed from above.
  • Figure 2 is a perspective view of a battery module included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1000 includes a plurality of battery modules 100; A pack frame 1100 that accommodates the battery module 100; and a blocking member 500 located between the battery module 100 and the pack frame 1100.
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 formed by stacking a plurality of battery cells 110 along a preset direction, and a module frame ( 200). Additionally, the module frame 200 may have a structure that covers four sides corresponding to the top, bottom, and left and right sides of the battery cell stack 120, and the front and rear surfaces of the battery cell stack may be open. The front and rear surfaces of the battery cell stack 120 opened by the module frame 200 may be covered by the end plate 150.
  • the plurality of battery cells 110 are not particularly limited in type, so they may be pouch-type secondary batteries or square-shaped secondary batteries.
  • the battery pack 1000 may further include a partition wall 600 located in the internal space of the battery pack 1000 formed by the pack frame 1100, and The battery modules 100, 101, and 102 may be separated from each other.
  • the pack frame 1100 shields the top and bottom as well as the sides of the battery module 100, and the partition wall 600 may be structured to seal the battery module 100 by shielding the sides of the battery module 100. there is. That is, the battery modules 100, 101, and 102 may be formed to be independent and sealed from each other by the pack frame 1100 and the partition wall 600.
  • the pack frame 1100 may include a lower pack housing 1110 and an upper pack housing (not shown) covering the lower pack housing 1110, and the bottom 1111 of the lower pack housing 1110.
  • a plurality of battery modules 100 may be located in . That is, a plurality of battery modules 100 are disposed on the lower pack housing 1110, and the lower pack housing 1110 and the plurality of battery modules 100 may be covered by the upper pack housing.
  • the lower pack housing 1110 has a plurality of module areas, and the plurality of module areas may be divided by a plurality of partition walls 600 formed within the lower pack housing 1110.
  • the partition wall 600 may be formed between neighboring battery modules 100, 101, and 102, and may be formed between neighboring blocking members 500.
  • the battery module 100 is sealed by the pack frame 1100 and the partition wall 600, and the battery module in which thermal runaway occurred ( The space sealed by the pack frame 1100 and the partition wall 600 can be formed to communicate with the outside only by the blocking member 500 opened at 102).
  • the partition wall 600 and the blocking member 500 can prevent venting gas, sparks, and flames generated due to thermal runaway from propagating to surrounding battery modules. .
  • venting gas, sparks, and flames may spread to battery modules adjacent to the battery module in which thermal runaway occurred, which may cause thermal runaway propagation or damage surrounding battery modules. Therefore, through the partition wall 600 and the blocking member 500 formed inside the battery pack 1000, the venting gas generated from the battery module 102 where thermal runaway occurred is effectively discharged from the battery module 102, but The safety of the battery pack 1000 can be improved by blocking venting gas and flames from spreading to the battery module 101.
  • the partition 600 is formed inside the pack frame 1100, so that a venting path can be formed along the partition 600, and the battery in which thermal runaway occurs through the venting path
  • the venting gas generated from the module 102 can be effectively discharged to the outside of the battery module 102, and the venting gas and flame can be blocked from spreading to the neighboring battery module 101.
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked; and an end plate 150 that covers the open front and rear surfaces of the battery cell stack 120, and the blocking member 500 may be positioned between the pack frame 1100 and the end plate 150.
  • the blocking member 500 may be coupled to the pack frame 1100 to be positioned between the pack frame 1100 and the end plate 150.
  • the blocking member 500 may be coupled to the pack frame 1100 through a fixing member 540.
  • the fixing member 540 may be an elastic member or a bolt member.
  • the fixing member 540 is coupled to the pack frame 1100 and simultaneously coupled to the blocking member 500, thereby coupling the blocking member 500 to the pack frame 1100.
  • the fixing member 540 may allow the blocking member 500 to be coupled to the pack frame 1100 through bolt coupling, etc., but is not limited thereto.
  • the blocking member 500 includes a plurality of fixing members 540, and one end 545 of the fixing member 540 is coupled to the pack frame 1100 to secure the blocking member 500 within the battery pack. It can be.
  • the battery modules 100 are arranged in parallel in the internal space of the pack frame 1100, and may be arranged so that the end plates 150 are formed in a parallel direction, as shown in FIG. 1. Accordingly, the blocking members 500 may be arranged side by side in one direction along the end plate 150.
  • the blocking member 500 discharges the venting gas generated from the battery module 102 in which thermal runaway has occurred to the outside of the battery module 102, but shields the adjacent battery module 101 to prevent the propagation of thermal runaway and the adjacent battery module 101. Damage can be prevented.
  • the blocking member 500 is formed side by side in one direction along the end plates 150 of the plurality of battery modules 100, thereby forming a venting gas discharge path from the battery module 102 where thermal runaway occurs and at the same time. By minimizing the influence between the blocking members 500, adjacent battery modules 101 can be effectively protected.
  • Figure 3 is a view from above of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1001 includes a blocking member 500, the blocking member 500 includes a plurality of protrusions 560, and the protrusions 560 include an end plate ( 150) can be in contact with the outside. At this time, contact may mean that part or all of the protrusion 560 contacts the outside of the end plate 150.
  • the end plate 150 is formed adjacent to the pack frame 1100, and the protrusion 560 may be located between the end plate 150 and the pack frame 1100. Additionally, the blocking member 500 may be fixed on the end plate 150 by the protrusion 560, and thus the protrusion 560 may fix the blocking member 500 on the end plate 150.
  • the blocking member 500 may be formed to be in closer contact with the end plate 150 of the battery module 100. Accordingly, venting gas, flame, sparks, etc. generated from the battery module 102 where thermal runaway occurs can be more effectively discharged through the venting path along the blocking member 500. Additionally, adjacent battery modules 101 in which thermal runaway has not occurred are more closely shielded by the blocking member 500, thereby effectively preventing thermal runaway from propagating or damaging adjacent battery modules due to thermal runaway.
  • the venting path formed by the partition wall 600 of the battery pack 1001 can be confirmed in more detail. That is, the partition wall 600 is located between the pack frame 1100 and the battery module 100 and between the neighboring blocking members 500, thereby forming a venting path for the venting gas generated from the battery module 102 where thermal runaway occurred. can be formed.
  • the neighboring and adjacent battery modules 101 are shielded by the partition wall 600 and the blocking member 500 formed between the pack frame 1100 and the battery module 101, so that the battery module 102 in which thermal runaway occurs )
  • the venting gas discharged to the outside of the battery module 102 through the blocking member 500 can be effectively discharged without propagating to the adjacent battery module 101.
  • Figure 4 is a perspective view showing a blocking member included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing a blocking member opened by moving the blocking plate of Figure 4.
  • Figure 6 is a perspective view showing another embodiment of a blocking member included in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view of the blocking member of Figure 6 from another side.
  • Figure 8 is a side view of the blocking member of Figure 4, showing the blocking member closed because the blocking plate does not move.
  • Figure 9 is a side view of the blocking member of Figures 5 and 6, showing the blocking member opened by moving the blocking plate.
  • the blocking members 500 and 501 include a frame member 505 including a first frame 510 and a second frame 520, a first frame 510, and a second frame ( Openings 515 and 525 respectively formed in 520, a fixing member 540 connecting and fixing the frame member 505 and the blocking plate 550, and a blocking plate 550 covering the openings 515 and 525. Includes.
  • the first frame 510 and the second frame 520 may be plates with a central portion open.
  • the first frame 510 and the second frame 520 may have shapes that correspond to each other.
  • the areas where the central portions of the first frame 510 and the second frame 520 are opened may be openings 515 and 525.
  • the frame member 505 may include a plurality of holes 565.
  • the first frame 510 and the second frame 520 may include a plurality of holes 565.
  • a plurality of holes 565 may be formed penetrating the first frame 510 and the second frame 520 .
  • a coupling member such as a bolt may be inserted into the hole 565, and the coupling member may be inserted while penetrating the hole 565 and fixed to the partition wall 600. Accordingly, the first frame 510 and the second frame 520 may be positioned and coupled to the partition wall 600 by a coupling member.
  • Openings 515 and 525 may be formed in the frame member 505 . Openings 515 and 525 may be formed in the first frame 510 and the second frame 520, respectively. The openings 515 and 525 are normally blocked by the blocking plate 550, but when the battery module 100 in a high temperature state ignites, the blocking plate 550 moves and the openings 515 and 525 may be exposed. You can. In this case, venting gas or flame generated in the battery module 100 may move to the outside through the openings 515 and 525.
  • the fixing member 540 has a structure that protrudes from the blocking member 500 and can fix the blocking member 500 on the pack frame 1100.
  • the fixing member 540 may be a pillar protruding from the frame member 505. More specifically, the fixing member 540 may be a pillar protruding from the second frame 520.
  • the fixing member 540 has one end 541 protruding from the frame member 505 and the other end 545 extending vertically from the one end 541 in a direction away from the frame member 505 (y-axis direction). Includes. Specifically, the fixing member 540 has one end 541 protruding from the second frame 520 and extends vertically from the one end 541 in a direction (y-axis direction) away from the second frame 520. Includes the other end 545. In this case, since the other end 545 is positioned while being coupled to the pack frame 1100, the blocking member 500 can be fixedly positioned on the pack frame 1100.
  • the fixing member 540 may be formed as an elastic member, that is, a spring member. That is, both one end 541 and the other end 545 of the fixing member 540 may be formed of elastic members. In this case, when venting gas is generated from the battery module 102 where thermal runaway occurs, the fixing member 540 may be compressed by strong pressure within the battery module 102. Specifically, the fixing member 540 may be compressed from one end 541 to the other end 545 of the fixing member 540 located adjacent to the battery module. Accordingly, the blocking plate 550 may move due to a change in the shape of the fixing member 540.
  • the fixing member 540 which is an elastic member, may be compressed by the gas generated from the thermal runaway battery module 102, and as a result, the blocking plate 550 is connected to one end 541 of the fixing member 540. ) can move toward the other end 545 (y-axis direction). Additionally, when the elastic member is compressed, the blocking plate 550 can move due to the elasticity of the elastic member.
  • the blocking plate 550 may move by the elastic force of the spring member generated when the spring member is compressed. That is, the blocking plate 550 may move from one end 541 to the other end 545 of the fixing member 540 due to strong pressure caused by the venting gas generated from the battery module 102.
  • the blocking plate 550 may be a plate provided to cover the openings 515 and 525.
  • the size of the blocking plate 550 may be larger than the size of the openings 515 and 525. Therefore, when the battery module 100 is in a normal state, the blocking plate 550 may be positioned in contact with the second frame 520 and cover the openings 515 and 525, but in the battery module 100 When placed in a high temperature and high pressure state, such as a thermal runaway phenomenon, the blocking plate 550 may move from one end 541 to the other end 545 of the fixing member 540. As a result, the openings 515 and 525 are opened so that the venting gas and flame can move to the outside.
  • the blocking plate 550 provided at a position corresponding to the neighboring battery module 101 may not move. . Accordingly, the thermal runaway phenomenon may not be transmitted to the neighboring battery module 101, and the safety of the battery may be improved. That is, the openings 515 and 525 of the battery module 101 in a normal state in which thermal runaway does not occur are shielded by the blocking plate 550, thereby keeping the inside of the battery pack where the battery module 101 is located in a sealed state. It can be maintained.
  • the blocking member 501 may include a mesh structure 530 formed on the frame member 505.
  • the mesh structure 530 may be formed at a position corresponding to the opening 525.
  • the blocking member 501 is a mesh structure 530 formed between the first frame 510 and the second frame 520 and located in the opening 525, that is, , a mesh structure 530 formed at a position corresponding to the opening 525, and a blocking plate 550 covering the mesh structure 530.
  • the frame member 505 including the first frame 510 and the second frame 520 may form the body of the blocking member 500.
  • the mesh structure 530 may be formed at a position corresponding to the opening 525, and specifically, may be formed between the first frame 510 and the second frame 520.
  • the mesh structure 530 is stably fixed by being formed between the first frame 510 and the second frame 520, and venting gas generated from the battery module 102 where thermal runaway occurs is prevented from forming in the mesh structure 530. By passing through, ignition sources, etc. may be primarily filtered, thereby minimizing the possibility of propagation of thermal runaway and additional flame generation.
  • the first frame 510, the mesh structure 530, and the second frame 520 may be stacked in that order, and the mesh structure 530 includes the first frame 510 and the second frame 520. ) may be fixed between.
  • Figures 4 and 8 show the blocking member 500 in a shielded state because thermal runaway does not occur in the battery module 100, and the first frame 510 and the second frame 520 are respectively It may include openings 515 and 525. Additionally, the mesh structure 530 may be exposed to the outside of the first frame 510 and the second frame 520 through the openings 515 and 525. Additionally, the mesh structure 530 exposed to the outside may be covered by a blocking plate 550. That is, the blocking plate 550 may cover the mesh structure 530 exposed by the openings 515 and 525.
  • the blocking member 500 formed adjacent to the battery module 101 in which thermal runaway has not occurred includes a blocking plate 550 formed to cover the mesh structure 530, and the blocking plate 550 is connected to the frame. It may be formed in close contact with the member 505. Therefore, even if thermal runaway occurs in a nearby battery module 100, venting gas and flames are prevented from flowing into the battery module 100, thereby preventing thermal runaway and preventing damage to the battery module 100. .
  • the blocking member 500 formed adjacent to the battery module 102 in which thermal runaway occurred is blocked by the blocking plate 550 by venting gas generated inside the battery module 102.
  • the blocking plate 550 can move.
  • the blocking plate 550 can move in a specific direction to open and close the openings 515 and 525.
  • the specific direction may be the direction in which the fixing member 540 extends.
  • the blocking plate 550 may move along the direction in which the fixing member 540 and the elastic member extend. That is, the blocking plate 550 that covers the mesh structure 530 may be moved to be spaced apart from the mesh structure 530 and the frame member 505.
  • the blocking member 500 may include a plurality of fixing members 540.
  • the fixing member 540 may be formed on the frame member 505, and more specifically, may be formed on the second frame 520.
  • the plurality of fixing members 540 may be formed to be spaced apart from each other, and more specifically, may be formed at positions adjacent to the mesh structure 530 and the openings 515 and 525.
  • one end 545 of the fixing member 540 may be coupled to the pack frame 1100 to form a blocking member 500 on the pack frame 1100.
  • the blocking plate 550 may move along the direction in which the fixing member 540 extends (y-direction). That is, when the blocking plate 550 moves due to the venting gas being generated from the thermal runaway battery module 102, the blocking plate 550 moves along the direction in which the fixing member 540 extends, thereby forming the mesh structure 530 and It may be spaced apart from the frame member 505.
  • the fixing member 540 may include an elastic member. More specifically, the fixing member 540 may include an elastic member, and the elastic member may include a spring member. That is, the blocking plate 550 can move along the direction (y direction) in which the elastic member extends, and more specifically, can move along the direction in which the spring member extends, and the blocking plate 550 can be moved along the direction in which the spring member is extended. When 550 is pressed, the blocking plate 550 may move along the spring member. At this time, the spring member not only minimizes the possibility of being damaged by the strong pressure caused by the venting gas, but also supports and absorbs the movement of the blocking plate 550 that moves quickly by the venting gas, effectively blocking the blocking plate 550. can enable movement.
  • the mesh structure 530 may be opened or closed to the outside of the battery module. Specifically, before thermal runaway occurs, the mesh structure 530 is covered by the blocking plate 550 to shield the battery module from the outside, or as the blocking plate 550 moves away from the mesh structure 530, the battery module is shielded from the outside. can be connected Accordingly, the venting gas and flame generated from the battery module 102 where thermal runaway occurs may pass through the mesh structure 530 and be discharged onto the venting path inside the battery pack 1000. At this time, the venting gas and flame generated from the battery module 102 may pass through the mesh structure 530. By filtering out some ignition sources and flames, the propagation of thermal runaway and the generation of additional flames can be minimized.
  • the blocking plate 550 may be made of a material that does not melt even when thermal runaway occurs.
  • the blocking plate 550 may be made of steel, but is not limited thereto.
  • all components of the blocking member 500 may be made of a material that does not melt even when thermal runaway occurs.
  • they may be made of steel, but are not limited thereto.
  • a protrusion 560 may be formed on the blocking plate 550 as described above, and the protrusion 560 may contact the outside of the end plate 150. At this time, contact may mean that part or all of the protrusion 560 contacts the outside of the end plate 150.
  • the end plate 150 is formed adjacent to the pack frame 1100, and the protrusion 560 may be located between the end plate 150 and the pack frame 1100. Additionally, the blocking member 500 may be fixed on the end plate 150 by the protrusion 560, and thus the protrusion 560 may fix the blocking member 500 on the end plate 150.
  • the blocking member 500 may be formed to be in closer contact with the end plate 150 of the battery module 100 by the protrusion 560. Accordingly, venting gas, flame, sparks, etc. generated from the battery module 102 where thermal runaway occurs can be more effectively discharged through the venting path along the blocking member 500. Additionally, adjacent battery modules 101 in which thermal runaway has not occurred are more closely shielded by the blocking member 500, thereby effectively preventing thermal runaway from propagating or damaging adjacent battery modules due to thermal runaway.
  • the battery packs 1000 and 1001 include a blocking member 500 formed adjacent to the battery modules 100, 101 and 102, thereby preventing thermal runaway from venting gas generated from the battery module 102, It can smoothly discharge sparks and flames and prevent backflow of venting gas.
  • the blocking member 500 of the battery module 101 located adjacent to the battery module 102 where thermal runaway occurs is shielded by the blocking plate 550, thereby preventing venting gas, sparks, and flames from flowing into the adjacent battery module 101.
  • the possibility of propagation minimized, but the possibility of damage to the adjacent battery module 101 due to venting gas, sparks, and flames is minimized, thereby improving the safety of the battery packs 1000 and 1001 and protecting users.
  • the battery pack (1000, 1001) of the present invention may be a structure in which one or more battery modules are packed together and a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of the battery, a cooling device, etc. are added and packed. there is.
  • BMS battery management system
  • the battery packs 1000 and 1001 of the present invention can be applied to various devices. These devices can be applied to transportation means such as electric bicycles, electric cars, and hybrid cars, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use battery modules, and this also falls within the scope of the present invention. .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지 모듈; 상기 복수의 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임; 상기 전지 셀 적층체의 개방된 전후면을 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 팩 프레임과 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 차단 부재를 포함하고, 상기 차단 부재는, 프레임 부재; 상기 프레임 부재에 형성되는 개구부; 및 상기 개구부를 커버하는 차단 플레이트를 포함하며, 상기 차단 플레이트는 특정 방향으로 이동하며 상기 개구부를 개폐한다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 5월 27일자 한국 특허 출원 제10-2022-0065587호 및 2023년 5월 23일자 한국 특허 출원 제10-2023-0066280호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안전성이 향상된 전지 팩 및 디바이스에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 주목을 받고 있다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 복수개의 전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지 셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
일반적으로, 이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 다수의 이차 전지, 즉 전지 셀을 구비한 전지 모듈이나 전지 팩은 좁은 공간에서 다수의 전지 셀로부터 나오는 열이 합산되어 온도가 더욱 빠르고 심하게 올라갈 수 있다. 다시 말해서, 다수의 전지 셀이 적층된 전지 모듈과 이러한 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 경우, 높은 출력을 얻을 수 있지만, 충전 및 방전 시 전지 셀에서 발생하는 열을 제거하는 것이 용이하지 않다. 전지 셀의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우 전지 셀의 열화가 빨라지면서 수명이 짧아지게 되고, 폭발이나 발화의 가능성이 커지게 된다.
이때, 전지셀, 전지 모듈 및 전지 팩에서의 열 폭주(thermal runaway) 발생 시 화염이 발생하고, 전지 셀로부터 발생하는 벤팅 가스 및 화염 등으로 인하여 화재 발생 가능성이 높다. 특히, 일 전지 모듈에서 열 폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 되면 인접 전지 모듈로의 전파가 매우 빨라진다. 또한, 전지 모듈 및 전지 팩 간의 열 폭주 전파(thermal runaway propagation)로 인해 대규모의 화재 및 폭발의 발생 가능성이 높다.
그러므로, 열 폭주 및 열 폭주 전파 현상을 방지 및 억제할 수 있는 구조의 필요성이 있으며, 특히, 열 폭주가 발생한 일 전지 모듈에서의 벤팅 가스 및 화염 등이 인접 전지 모듈로 전달되는 것을 차단할 수 있는 구조를 통한 전지 팩 안전성 확보의 필요성이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 안전성이 향상된 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은, 복수의 전지 모듈; 상기 복수의 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임; 상기 전지 셀 적층체의 개방된 전후면을 커버하는 엔드 플레이트; 및 상기 팩 프레임과 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 차단 부재를 포함하고, 상기 차단 부재는, 프레임 부재; 상기 프레임 부재에 형성되는 개구부; 및 상기 개구부를 커버하는 차단 플레이트를 포함하며, 상기 차단 플레이트는 특정 방향으로 이동하며 상기 개구부를 개폐한다.
상기 차단 부재는, 상기 개구부에 위치하는 메쉬 구조체를 더 포함하고, 상기 차단 플레이트는 상기 메쉬 구조체를 커버할 수 있다.
상기 차단 부재는 복수개의 고정 부재를 더 포함하고, 상기 고정 부재는 상기 프레임 부재로부터 돌출된 일단부와, 상기 일단부로부터 상기 프레임 부재와 멀어지는 방향으로 수직하게 연장된 타단부를 포함할 수 있다.
상기 타단부는 상기 팩 프레임과 결합되어 위치할 수 있다.
상기 차단 플레이트는, 일정한 압력 이상의 상태에서, 상기 고정 부재의 일단부에서 상기 고정 부재의 타단부를 향해 이동할 수 있다.
상기 고정 부재는 탄성 부재를 포함하고, 상기 차단 플레이트는 상기 탄성 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 이동 가능할 수 있다.
상기 복수의 전지 모듈은 병렬로 배치되며, 상기 차단 부재는 상기 복수의 전지 모듈의 엔드 플레이트를 따라 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
열 폭주 발생 시 상기 전지 모듈 내부의 벤팅 가스에 의해 상기 차단 플레이트가 이동하고, 상기 차단 플레이트가 이동함에 따라 상기 개구부는 외부와 연결되며, 상기 벤팅 가스는 상기 개구부를 통과하여 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차단 부재는 상기 프레임 부재에 형성되는 복수개의 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 엔드 플레이트의 외측과 접촉할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 차단 부재를 상기 엔드 플레이트 상에 고정시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 팩은 상기 팩 프레임의 내부 공간에 위치하는 격벽을 더 포함하고, 상기 격벽은 상기 복수의 전지 모듈을 서로 분리시킬 수 있다.
상기 팩 프레임은 상기 전지 모듈의 상부 및 하부를 차폐하고, 상기 격벽은 상기 전지 모듈의 측면을 차폐하여 전지 모듈을 밀폐시킬 수 있다.
상기 프레임 부재는 복수 개의 홀을 포함하고, 상기 홀에는 결합 부재가 삽입되어 상기 프레임 부재를 상기 격벽과 결합 고정시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 차단 부재를 포함하고, 상기 차단 부재는 차단 플레이트를 포함하고, 상기 차단 플레이트는 열 폭주가 발생한 일 전지 모듈로부터 벤팅 가스가 배출되도록 개방되어, 상기 전지 모듈의 열 폭주를 신속하게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 차단 부재 및 차단 플레이트는 열 폭주가 발생하지 않은 전지 모듈을 차폐하도록 형성되어 열 폭주가 발생한 일 전지 모듈로부터 배출된 벤팅 가스 및 화염으로부터 인접 전지 모듈을 보호함으로써 열 폭주의 전파를 방지 및 억제하고 인접 전지 모듈의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지 팩은 상기 구성에 의해 열 폭주 현상이 최소화됨으로써 안전성이 향상되고 사용자를 보호할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 차단 부재를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 차단 플레이트가 이동하여 개방된 차단 부재를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 또 다른 구현예의 차단 부재를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 차단 부재를 또 다른 측면에서 바라본 사시도이다.
도 8은 도 4의 차단 부재의 측면도로서, 차단 플레이트가 이동하지 않아 폐쇄된 차단 부재를 나타낸 측면도이다.
도 9는 도 5 및 도 6의 차단 부재의 측면도로서, 차단 플레이트가 이동하여 개방된 차단 부재를 나타낸 측면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 전지 모듈의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 복수의 전지 모듈(100); 전지 모듈(100)을 수용하는 팩 프레임(1100); 및 전지 모듈(100)과 팩 프레임(1100) 사이에 위치하는 차단 부재(500)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 기설정된 방향을 따라 적층되어 형성된 전지 셀 적층체(120), 및 전지 셀 적층체(120)를 수납하는 모듈 프레임(200)을 포함할 수 있다. 또한, 모듈 프레임(200)은 전지 셀 적층체(120)의 상하부와 좌우면에 대응하는 4면을 덮는 구조일 수 있고, 전지 셀 적층체의 전후면은 개방되어 있는 구조일 수 있다. 모듈 프레임(200)에 의해 개방된 전지 셀 적층체(120)의 전후면은 엔드 플레이트(150)에 의해 커버될 수 있다. 여기서, 복수의 전지 셀(110)은 그 종류에 특별한 제한이 없으므로 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지일 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 팩 프레임(1100)에 의해 형성되는 전지 팩(1000)의 내부 공간에 위치하는 격벽(600)을 더 포함할 수 있으며, 격벽(600)을 통해 전지 모듈(100, 101, 102)은 각각 분리되어 있을 수 있다. 또한, 팩 프레임(1100)은 전지 모듈(100)의 측면뿐만 아니라 상부 및 하부를 차폐하고, 격벽(600)은 전지 모듈(100)의 측면을 차폐하여 전지 모듈(100)을 밀폐시키는 구조일 수 있다. 즉, 팩 프레임(1100) 및 격벽(600)에 의해 전지 모듈(100, 101, 102)은 서로 독립 및 각각 밀폐되도록 형성될 수 있다.
이때, 팩 프레임(1100)은, 하부 팩 하우징(1110) 및 하부 팩 하우징(1110)을 덮는 상부 팩 하우징(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 하부 팩 하우징(1110)의 바닥부(1111)에 복수의 전지 모듈(100)이 위치할 수 있다. 즉, 하부 팩 하우징(1110) 상에 복수의 전지 모듈(100)이 배치되며, 하부 팩 하우징(1110) 및 복수의 전지 모듈(100)은 상기 상부 팩 하우징에 의해 덮일 수 있다. 또한, 하부 팩 하우징(1110)은 복수의 모듈 영역을 가지며, 복수의 모듈 영역은 하부 팩 하우징(1110) 내에 형성된 복수의 격벽(600)으로 구획될 수 있다.
한편, 격벽(600)은 서로 이웃하는 전지 모듈(100, 101, 102) 사이에 형성될 수 있으며, 서로 이웃하는 차단 부재(500) 사이에 형성될 수 있다. 이때, 후술할 내용과 같이, 차단 부재(500)가 개방되는 경우를 제외하고는, 전지 모듈(100)은 팩 프레임(1100) 및 격벽(600)에 의해 밀폐되고, 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)에서 개방된 차단 부재(500)에 의해서만 팩 프레임(1100) 및 격벽(600)에 의해 밀폐된 공간이 외부와 연통 가능하게 되도록 형성될 수 있다.
따라서, 격벽(600) 및 차단 부재(500)는 전지 팩(1000) 내부에서 열 폭주 발생 시, 열 폭주로 인해 발생되는 벤팅 가스, 스파크 및 화염이 주변의 전지 모듈로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 열 폭주가 발생한 전지 모듈과 인접하는 전지 모듈로 벤팅 가스, 스파크 및 화염 등이 전파됨으로써 열 폭주 전파가 발생하거나 주변의 전지 모듈이 손상될 수 있다. 그러므로, 전지 팩(1000) 내부에 형성되는 격벽(600) 및 차단 부재(500)를 통해, 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)로부터 발생한 벤팅 가스는 전지 모듈(102)로부터 효과적으로 배출하되, 이웃하는 전지 모듈(101)에는 벤팅 가스 및 화염 등이 전파되지 않도록 차단함으로써 전지 팩(1000)의 안전성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기에서 설명한 바와 같이, 팩 프레임(1100) 내부에는 격벽(600)이 형성됨으로써 격벽(600)을 따라 벤팅 경로(venting path)가 형성될 수 있으며, 상기 벤팅 경로를 통해 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)로부터 발생한 벤팅 가스는 효과적으로 전지 모듈(102) 외부로 배출하고, 이웃하는 전지 모듈(101)에는 벤팅 가스 및 화염이 전파되지 않도록 차단할 수 있다.
이때, 전지 모듈(100)은 복수의 전지 셀(110)이 적층된 전지 셀 적층체(120); 및 전지 셀 적층체(120)의 개방된 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(150)를 포함하고, 차단 부재(500)는 팩 프레임(1100)과 엔드 플레이트(150) 사이에 위치할 수 있다.
차단 부재(500)는 팩 프레임(1100)과 엔드 플레이트(150)와 사이에 위치하도록 팩 프레임(1100)에 결합될 수 있다. 차단 부재(500)는 팩 프레임(1100) 상에 고정 부재(540)를 통해 결합될 수 있다. 일 예로, 고정 부재(540)는 탄성 부재 또는 볼트 부재일 수 있다.
이 경우, 고정 부재(540)는 팩 프레임(1100) 상에 결합됨과 동시에 차단 부재(500)와도 결합되어, 차단 부재(500)를 팩 프레임(1100)과 결합시킬 수 있다. 또는, 고정 부재(540)는 볼트 결합 등을 통해 차단 부재(500)가 팩 프레임(1100)에 결합될 수 있도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 차단 부재(500)는 복수개의 고정 부재(540)를 포함하고, 고정 부재(540)의 일 단부(545)는 팩 프레임(1100)에 결합됨으로써 전지 팩 내에서 차단 부재(500)가 고정될 수 있다.
전지 모듈(100)은 팩 프레임(1100) 내부 공간에 병렬로 배치되며, 도 1에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트(150)가 나란한 방향으로 형성되도록 배치되는 것일 수 있다. 따라서, 차단 부재(500)는 엔드 플레이트(150)를 따라 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 차단 부재(500)는 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)로부터 발생한 벤팅 가스를 전지 모듈(102) 외부로 배출하되, 인접한 전지 모듈(101)은 차폐함으로써 열 폭주의 전파 및 인접 전지 모듈(101)의 손상을 방지할 수 있다. 이때, 차단 부재(500)는 복수개의 전지 모듈(100)의 엔드 플레이트(150)를 따라 일 방향으로 나란하게 형성됨으로써, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터의 벤팅 가스 배출 경로를 형성함과 동시에 차단 부재(500) 간의 영향을 최소화함으로써 인접 전지 모듈(101)을 효과적으로 보호할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩에 대해 설명한다. 상기에서 설명한 전지 팩의 내용과 동일한 내용을 포함하므로, 상이한 내용만을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩을 위에서 바라본 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1001)은 차단 부재(500)를 포함하고, 차단 부재(500)는 복수개의 돌출부(560)를 포함하며, 돌출부(560)는 엔드 플레이트(150)의 외측과 접촉할 수 있다. 이때, 접촉한다는 것은 돌출부(560)의 일부 또는 전부가 엔드 플레이트(150)의 외측과 접촉하는 것일 수 있다.
이때, 엔드 플레이트(150)는 팩 프레임(1100)과 인접하게 형성되며, 돌출부(560)는 엔드 플레이트(150)와 팩 프레임(1100) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 차단 부재(500)는 돌출부(560)에 의해 엔드 플레이트(150) 상에 고정될 수 있으며, 따라서 돌출부(560)는 차단 부재(500)를 엔드 플레이트(150) 상에 고정시킬 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 전지 팩(1001)에 따르면, 차단 부재(500)는 전지 모듈(100)의 엔드 플레이트(150)와 보다 밀착되도록 형성될 수 있다. 따라서, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스, 화염 및 스파크 등이 차단 부재(500)를 따라 벤팅 경로로 보다 효과적으로 배출될 수 있다. 또한, 열 폭주가 발생하지 않은 인접 전지 모듈(101)은 차단 부재(500)에 의해 보다 면밀히 차폐됨으로써 열 폭주가 전파되거나 열 폭주에 의해 인접 전지 모듈이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1001)의 격벽(600)에 의해 형성되는 벤팅 경로를 보다 구체적으로 확인할 수 있다. 즉, 격벽(600)은 팩 프레임(1100)과 전지 모듈(100) 사이 및 서로 이웃하는 차단 부재(500) 사이에 위치함으로써, 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스의 벤팅 경로를 형성할 수 있다. 특히, 이웃 및 인접하는 전지 모듈(101)은 팩 프레임(1100)과 전지 모듈(101) 사이에 형성되는 격벽(600) 및 차단 부재(500)에 의해 차폐으로써, 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)의 차단 부재(500)를 통해 전지 모듈(102)의 외부로 배출된 벤팅 가스는 인접하는 전지 모듈(101)에 전파되지 않고 효과적으로 배출될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 차단 부재에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 차단 부재를 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 차단 플레이트가 이동하여 개방된 차단 부재를 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩에 포함되는 또 다른 구현예의 차단 부재를 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 6의 차단 부재를 또 다른 측면에서 바라본 사시도이다. 도 8은 도 4의 차단 부재의 측면도로서, 차단 플레이트가 이동하지 않아 폐쇄된 차단 부재를 나타낸 측면도이다. 도 9는 도 5 및 도 6의 차단 부재의 측면도로서, 차단 플레이트가 이동하여 개방된 차단 부재를 나타낸 측면도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 차단 부재(500, 501)는 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)을 포함하는 프레임 부재(505), 제1 프레임(510)과 제2 프레임(520)에 각각 형성되는 개구부(515, 525), 프레임 부재(505)와 차단 플레이트(550)를 연결 및 고정하는 고정 부재(540), 및 개구부(515, 525)를 커버하는 차단 플레이트(550)를 포함한다.
제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)은, 중앙부가 뚫린 형태의 플레이트일 수 있다. 이 경우, 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)은 형상이 서로 대응될 수 있다. 여기서, 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)의 중앙부가 뚫린 영역은, 개구부(515, 525)일 수 있다.
프레임 부재(505)는 복수 개의 홀(565)을 포함할 수 있다. 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)은 복수 개의 홀(565)을 포함할 수 있다. 복수 개의 홀(565)은 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)을 관통하면서 형성될 수 있다. 이 경우, 홀(565)에는 볼트와 같은 결합 부재가 삽입될 수 있고, 결합 부재는 홀(565)을 관통하면서 삽입되어 격벽(600)에 고정될 수 있다. 따라서, 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)은, 결합 부재에 의해 격벽(600)과 결합 고정되어 위치할 수 있다.
개구부(515, 525)는 프레임 부재(505)에 형성될 수 있다. 개구부(515, 525)는 제1 프레임(510)과 제2 프레임(520)에 각각 형성될 수 있다. 개구부(515, 525)는 평상시에는 차단 플레이트(550)로 인해 막혀 있지만, 고온 상태의 전지 모듈(100)이 발화하는 경우, 차단 플레이트(550)가 이동함으로 인해 개구부(515, 525)가 노출될 수 있다. 이 경우, 개구부(515, 525)를 통해 전지 모듈(100)에서 발생한 벤팅 가스나 화염이 외부로 이동할 수 있다.
고정 부재(540)는 차단 부재(500)에서 돌출된 구조로, 차단 부재(500)를 팩 프레임(1100) 상에 고정시킬 수 있다. 구체적으로, 고정 부재(540)는 프레임 부재(505)로부터 돌출된 기둥일 수 있다. 보다 구체적으로, 고정 부재(540)는 제2 프레임(520)으로부터 돌출된 기둥일 수 있다.
고정 부재(540)는 프레임 부재(505)로부터 돌출된 일단부(541)와, 일단부(541)로부터 프레임 부재(505)과 멀어지는 방향(y축 방향)으로 수직하게 연장된 타단부(545)를 포함한다. 구체적으로, 고정 부재(540)는 제2 프레임(520)으로부터 돌출된 일단부(541)와, 일단부(541)로부터 제2 프레임(520)과 멀어지는 방향(y축 방향)으로 수직하게 연장된 타단부(545)를 포함한다. 이 경우, 타단부(545)는 팩 프레임(1100)과 결합되면서 위치하므로, 차단 부재(500)는 팩 프레임(1100) 상에 고정되어 위치할 수 있다.
고정 부재(540)는 탄성 부재, 즉, 스프링 부재로 형성될 수 있다. 즉, 고정 부재(540)의 일단부(541)와 타단부(545)는 모두 탄성 부재로 형성될 수 있다. 이 경우, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 벤팅 가스가 발생하면, 전지 모듈(102) 내의 강한 압력에 의해 고정 부재(540)가 압축될 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈과 인접하게 위치한 고정 부재(540)의 일단부(541)에서 타단부(545)로 고정 부재(540)가 압축될 수 있다. 따라서, 고정 부재(540)의 형상 변화에 의해, 차단 플레이트(550)가 이동할 수 있다.
정리하자면, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)에서 발생되는 가스에 의해, 탄성 부재인 고정 부재(540)가 압축될 수 있고, 이에 의해 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540)의 일단부(541)에서부터 타단부(545)를 향해(y축 방향)으로 이동할 수 있다. 또한, 탄성 부재가 압축됨으로써, 차단 플레이트(550)는 탄성 부재의 탄성에 의해 이동할 수 있다.
또한, 고정 부재(540)가 스프링 부재 및 볼트 부재를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 경우, 차단 플레이트(550)는 스프링 부재가 압축되면서 발생하는 스프링 부재의 탄성력에 의해 이동할 수 있다. 즉, 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스에 의한 강한 압력에 의해, 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540)의 일단부(541)로부터 타단부(545) 방향으로 이동할 수 있다.
차단 플레이트(550)는 개구부(515, 525)를 덮으면서 구비되는 판일 수 있다. 차단 플레이트(550)의 크기는 개구부(515, 525)의 크기보다 클 수 있다. 따라서, 전지 모듈(100)이 정상적인 상태인 경우, 차단 플레이트(550)는 제2 프레임(520)과 접하면서 위치하면서 개구부(515, 525)를 덮으면서 위치할 수 있으나, 전지 모듈(100)에서 열 폭주 현상이 일어나는 등 고온 및 고압 상태에 놓인 경우, 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540)의 일단부(541)에서 타단부(545) 방향으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 개구부(515, 525)가 개방되어 벤팅 가스 및 화염이 외부로 이동할 수 있고, 이 경우 이웃하는 전지 모듈(101)과 대응되는 위치에 구비되는 차단 플레이트(550)는 이동하지 않을 수 있다. 따라서, 이웃하는 전지 모듈(101)에는 열 폭주 현상이 전이되지 않을 수 있어, 전지의 안전성이 향상될 수 있다. 즉, 열 폭주가 발생하지 않는 정상 상태의 전지 모듈(101)에서의 개구부(515, 525)는 차단 플레이트(550)에 의해 차폐됨으로써, 전지 모듈(101)이 위치하는 전지 팩 내부를 밀폐 상태로 유지할 수 있다.
또한, 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단 부재(501)는 프레임 부재(505)에 형성되는 메쉬 구조체(530)를 포함할 수 있다. 이때, 메쉬 구조체(530)는 개구부(525)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 또 다른 실시예로서, 본 실시예에 따른 차단 부재(501)는 제1 프레임(510)과 제2 프레임(520) 사이에 형성되어 개구부(525)에 위치하는 메쉬 구조체(530), 즉, 개구부(525)와 대응되는 위치에 형성되는 메쉬 구조체(530) 및 메쉬 구조체(530)를 커버하는 차단 플레이트(550)를 포함한다.
제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)을 포함하는 프레임 부재(505)는 차단 부재(500)의 몸체를 형성할 수 있다. 또한, 메쉬 구조체(530)는 개구부(525)와 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 구체적으로는, 제1 프레임(510)과 제2 프레임(520) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 메쉬 구조체(530)는 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520) 사이에 형성됨으로써 안정적으로 고정됨은 물론, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스가 메쉬 구조체(530)를 통과함으로써 점화원 등이 1차적으로 필터링됨으로써 열 폭주의 전파 및 추가 화염 발생 가능성을 최소화하는 것일 수 있다. 다시 말해, 제1 프레임(510), 메쉬 구조체(530), 및 제2 프레임(520)의 순서대로 적층되는 것일 수 있으며, 메쉬 구조체(530)는 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520) 사이에서 고정되는 것일 수 있다.
이때, 도 4 및 도 8에서는 전지 모듈(100)에서 열 폭주가 발생하지 않아 차폐된 상태의 차단 부재(500)를 도시하고 있는 바, 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520)은 각각 개구부(515, 525)를 포함할 수 있다. 또한, 개구부(515, 525)를 통해 메쉬 구조체(530)는 제1 프레임(510) 및 제2 프레임(520) 외부로 노출될 수 있다. 또한, 외부로 노출된 메쉬 구조체(530)는 차단 플레이트(550)에 의해 커버될 수 있다. 즉, 차단 플레이트(550)는 개구부(515, 525)에 의해 노출된 메쉬 구조체(530)를 커버할 수 있다.
그러므로, 열 폭주가 발생하지 않은 전지 모듈(101)에 인접하게 형성되는 차단 부재(500)는 메쉬 구조체(530)를 커버하도록 형성되는 차단 플레이트(550)를 포함하고, 차단 플레이트(550)는 프레임 부재(505)와 밀착되어 형성될 수 있다. 따라서, 인근 전지 모듈(100)에 열 폭주가 발생하더라도 벤팅 가스 및 화염이 전지 모듈(100) 내부로 유입되는 것을 방지하여 열 폭주 발생을 방지하고, 전지 모듈(100)의 손상을 방지할 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 9를 참조하면, 열 폭주가 발생한 전지 모듈(102)과 인접하게 형성되는 차단 부재(500)는, 전지 모듈(102) 내부에서 발생하는 벤팅 가스에 의해 차단 플레이트(550)가 이동할 수 있다. 구체적으로, 차단 플레이트(550)는 특정 방향으로 이동하며 개구부(515, 525)를 개폐할 수 있다. 이때, 후술할 내용과 같이, 상기 특정 방향은 고정 부재(540)가 뻗어 있는 방향일 수 있다. 보다 구체적으로, 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540), 또한 탄성 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 이동하는 것일 수 있다. 즉, 메쉬 구조체(530)를 커버하던 차단 플레이트(550)는 메쉬 구조체(530) 및 프레임 부재(505)로부터 이격되도록 이동되는 것일 수 있다.
이때, 차단 부재(500)는 복수개의 고정 부재(540)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 고정 부재(540)는 프레임 부재(505) 상에 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는 제2 프레임(520) 상에 형성될 수 있다. 복수개의 고정 부재(540)는 서로 이격되도록 형성될 수 있고, 보다 구체적으로 메쉬 구조체(530) 및 개구부(515, 525)와 인접하는 위치에 형성되는 것일 수 있다. 이때, 고정 부재(540)의 일 단부(545)는 팩 프레임(1100)에 결합됨으로써 팩 프레임(1100) 상에 차단 부재(500)를 형성할 수 있다.
한편, 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540)가 뻗어 있는 방향(y 방향)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 벤팅 가스가 발생함으로써 차단 플레이트(550)가 이동할 때, 차단 플레이트(550)는 고정 부재(540)가 뻗어 있는 방향을 따라 이동함으로써 메쉬 구조체(530) 및 프레임 부재(505)로부터 이격될 수 있다.
이때, 고정 부재(540)는 탄성 부재를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 고정 부재(540)는 탄성 부재를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 부재는 스프링 부재를 포함할 수 있다. 즉, 차단 플레이트(550)는 탄성 부재가 뻗어 있는 방향(y 방향)을 따라 이동할 수 있고, 보다 구체적으로, 스프링 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 이동할 수 있으며, 벤팅 가스에 의한 강한 압력에 의해 차단 플레이트(550)가 가압됨으로써 상기 스프링 부재를 따라 차단 플레이트(550)가 이동하는 것일 수 있다. 이때, 상기 스프링 부재는 벤팅 가스에 의한 강한 압력에 의해 손상될 가능성이 최소화될 뿐만 아니라, 벤팅 가스에 의해 빠르게 이동하는 차단 플레이트(550)의 움직임을 지탱 및 흡수할 수 있어 효과적으로 차단 플레이트(550)의 이동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 차단 플레이트(550)가 이동함에 따라, 메쉬 구조체(530)는 전지 모듈 외부로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 구체적으로, 열 폭주 발생 전 메쉬 구조체(530)는 차단 플레이트(550)에 의해 커버되어 전지 모듈이 외부와 차폐되거나, 차단 플레이트(550)가 메쉬 구조체(530)로부터 멀어짐에 따라 전지 모듈이 외부와 연결될 수 있다. 따라서, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스 및 화염은 메쉬 구조체(530)를 통과하여 전지 팩(1000) 내부의 벤팅 경로 상으로 배출될 수 있으며, 이때, 메쉬 구조체(530)에 의해 일부 점화원 및 화염이 필터링되어 열 폭주의 전파 및 추가적인 화염 발생이 최소화될 수 있다.
한편, 차단 플레이트(550)는 열 폭주 발생 시에도 용융되지 않는 소재로 형성될 수 있으며, 일 예로 강철(steel) 소재로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 차단 부재(500)의 모든 구성 요소는 열 폭주 발생 시에도 용융되지 않는 소재로 형성될 수 있으며, 일 예로 강철(steel) 소재로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
더불어, 도 7을 참조하면, 차단 플레이트(550)에는 앞서 설명한 바와 같이 돌출부(560)가 형성될 수도 있으며, 돌출부(560)는 엔드 플레이트(150)의 외측과 접촉할 수 있다. 이때, 접촉한다는 것은 돌출부(560)의 일부 또는 전부가 엔드 플레이트(150)의 외측과 접촉하는 것일 수 있다.
이때, 엔드 플레이트(150)는 팩 프레임(1100)과 인접하게 형성되며, 돌출부(560)는 엔드 플레이트(150)와 팩 프레임(1100) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 차단 부재(500)는 돌출부(560)에 의해 엔드 플레이트(150) 상에 고정될 수 있으며, 따라서 돌출부(560)는 차단 부재(500)를 엔드 플레이트(150) 상에 고정시킬 수 있다.
특히, 차단 부재(500)는 돌출부(560)에 의해 전지 모듈(100)의 엔드 플레이트(150)와 보다 밀착되도록 형성될 수 있다. 따라서, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스, 화염 및 스파크 등이 차단 부재(500)를 따라 벤팅 경로로 보다 효과적으로 배출될 수 있다. 또한, 열 폭주가 발생하지 않은 인접 전지 모듈(101)은 차단 부재(500)에 의해 보다 면밀히 차폐됨으로써 열 폭주가 전파되거나 열 폭주에 의해 인접 전지 모듈이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 팩(1000, 1001)은 전지 모듈(100, 101, 102)과 인접하게 형성되는 차단 부재(500)를 포함함으로써, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)로부터 발생하는 벤팅 가스, 스파크 및 화염을 원활히 배출하고 벤팅 가스의 역류를 방지할 수 있다. 동시에, 열 폭주 발생 전지 모듈(102)과 인접하게 위치하는 전지 모듈(101)의 차단 부재(500)는 차단 플레이트(550)에 의해 차폐됨으로써 벤팅 가스, 스파크 및 화염이 인접 전지 모듈(101)로 전파될 가능성이 최소화될 뿐만 아니라 벤팅 가스, 스파크 및 화염에 의한 인접 전지 모듈(101)의 손상 가능성이 최소화됨으로써, 전지 팩(1000, 1001)의 안전성이 향상되고, 사용자를 보호할 수 있다.
더불어, 본 발명의 전지 팩(1000, 1001)은 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
또한, 본 발명의 전지 팩(1000, 1001)은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지 모듈
110: 전지 셀
120: 전지 셀 적층체
150: 엔드 플레이트
200: 모듈 프레임
500: 차단 부재
510: 제1 프레임
520: 제2 프레임
530: 메쉬 구조체
540: 고정 부재
550: 차단 플레이트
560: 돌출 부재
600: 격벽
1000: 전지 팩
1100: 팩 프레임

Claims (15)

  1. 복수의 전지 모듈;
    상기 복수의 전지 모듈을 수용하는 팩 프레임;
    상기 전지 셀 적층체의 개방된 전후면을 커버하는 엔드 플레이트; 및
    상기 팩 프레임과 상기 엔드 플레이트 사이에 위치하는 차단 부재를 포함하고,
    상기 차단 부재는,
    프레임 부재;
    상기 프레임 부재에 형성되는 개구부; 및
    상기 개구부를 커버하는 차단 플레이트를 포함하며,
    상기 차단 플레이트는 특정 방향으로 이동하며 상기 개구부를 개폐하는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 차단 부재는,
    상기 개구부에 위치하는 메쉬 구조체를 더 포함하고,
    상기 차단 플레이트는 상기 메쉬 구조체를 커버하는 전지 팩.
  3. 제1항에서,
    상기 차단 부재는 복수개의 고정 부재를 더 포함하고,
    상기 고정 부재는 상기 프레임 부재로부터 돌출된 일단부와, 상기 일단부로부터 상기 프레임 부재와 멀어지는 방향으로 수직하게 연장된 타단부를 포함하는 전지 팩.
  4. 제3항에서,
    상기 타단부는 상기 팩 프레임과 결합되어 위치하는 전지 팩.
  5. 제3항에서,
    상기 차단 플레이트는, 일정한 압력 이상의 상태에서, 상기 고정 부재의 일단부에서 상기 고정 부재의 타단부를 향해 이동하는 전지 팩.
  6. 제3항에서,
    상기 고정 부재는 탄성 부재를 포함하고,
    상기 차단 플레이트는 상기 탄성 부재가 뻗어 있는 방향을 따라 이동 가능한 전지 팩.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 전지 모듈은 병렬로 배치되며,
    상기 차단 부재는 상기 복수의 전지 모듈의 엔드 플레이트를 따라 일 방향으로 나란히 배치되는 전지 팩.
  8. 제1항에서,
    열 폭주 발생 시 상기 전지 모듈 내부의 벤팅 가스에 의해 상기 차단 플레이트가 이동하고,
    상기 차단 플레이트가 이동함에 따라 상기 개구부는 외부와 연결되며,
    상기 벤팅 가스는 상기 개구부를 통과하여 배출되는 전지 팩.
  9. 제1항에서,
    상기 차단 부재는 상기 프레임 부재에 형성되는 복수개의 돌출부를 더 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 돌출부는 상기 엔드 플레이트의 외측과 접촉하는 전지 팩.
  11. 제9항에서,
    상기 돌출부는 상기 차단 부재를 상기 엔드 플레이트 상에 고정시키는 전지 팩.
  12. 제1항에서,
    상기 팩 프레임의 내부 공간에 위치하는 격벽을 더 포함하고,
    상기 격벽은 상기 복수의 전지 모듈을 서로 분리시키는 전지 팩.
  13. 제12항에서,
    상기 팩 프레임은 상기 전지 모듈의 상부 및 하부를 차폐하고,
    상기 격벽은 상기 전지 모듈의 측면을 차폐하여 전지 모듈을 밀폐시키는 전지 팩.
  14. 제12항에서,
    상기 프레임 부재는 복수 개의 홀을 포함하고,
    상기 홀에는 결합 부재가 삽입되어 상기 프레임 부재를 상기 격벽과 결합 고정시키는 전지 팩.
  15. 제1항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
PCT/KR2023/007088 2022-05-27 2023-05-24 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 WO2023229373A1 (ko)

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