WO2023239083A1 - 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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WO2023239083A1
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battery
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선상옥
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module assembly equipped with a fire extinguishing function and a battery pack including the same. Specifically, the present invention relates to a battery module assembly equipped with a fire extinguishing function and, specifically, a fire extinguishing function that can prevent the fire from spreading to a nearby battery module assembly when a fire occurs inside the battery module assembly. It relates to a battery module assembly and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries that can store the generated electrical energy is increasing due to air pollution caused by the use of fossil fuels and the development of alternative energy due to energy depletion.
  • Secondary batteries that can be charged and discharged are closely used in our daily lives, including in mobile devices, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery storage system according to the prior art.
  • the battery storage system according to the prior art includes a storage box 10, a storage unit 20 for storing the battery, a vacuum pump 30, and connecting the storage unit 20 and the vacuum pump 30. It is comprised of an exhaust pipe 40 and a fire extinguishing unit 50 that extinguishes a fire.
  • the storage parts 20 where the batteries are stored are connected to the vacuum pump 30 through the exhaust pipe 40, and when a fire is detected in the storage part 20, the vacuum pump 30 operates. The fire is initially extinguished by creating a vacuum in the storage unit 20.
  • the shape of the storage unit 20 is difficult to deform, not only does it require a lot of installation space, but it is also difficult to maintain in a vacuum state, and in particular, it has a structure that makes it difficult to discharge heat generated from the battery cells.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2297771
  • the present invention provides a fire extinguishing function that can prevent the spread of fire to nearby battery module assemblies by extinguishing the fire in the battery module assembly when a fire occurs in a battery cell stored inside the battery module assembly.
  • the purpose is to provide a battery module assembly and a battery pack including the same.
  • Another object of the present invention is to provide a battery module assembly equipped with a fire extinguishing function that can reliably exhaust air near the battery module and further increase space utilization, and a battery pack including the same.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery module assembly equipped with a fire extinguishing function and a battery pack including the same, which has a structure capable of discharging heat generated when the battery module operates normally.
  • a battery module assembly equipped with a fire extinguishing function according to the present invention for achieving the above object includes a battery module 100 in which a plurality of battery cells are stored, and a fire detection sensor 200 provided on the outside of the battery module 100. ), when receiving a fire signal from the cover member 300 that houses the battery module 100 and the fire detection sensor 200 and the fire detection sensor 200, the air inside the cover member 300 is released to the outside. It is characterized in that it includes a pump 400 connected to the cover member 300 so as to discharge it.
  • the cover member 300 includes a cover body 310, and an extension portion 320 connecting the cover body 310 and the pump 400. do.
  • connection part 500 made of a bus bar or wire extending a predetermined length
  • connection part 500 is provided on the cover body 310 from the outside. It is characterized in that a through hole 311 is formed so that it can be exposed.
  • an opening 312 for entering and exiting the battery module 100 is formed in the cover body 310, and an opening and closing door 330 is provided in the opening 312. It is characterized by being
  • the opening/closing door 330 is larger than the opening 312, and is partially fixed to the outer surface of the cover body 310.
  • the opening 312 of the opening/closing door 330 is closed when the pump 400 sucks air inside the cover member 300, and the pump 400 ) is characterized in that it is a check valve type in which the opening 312 can be opened when supplying external air to the inside of the cover member 300.
  • the cover body 310 and the extension portion 320 are characterized by being made of heat-resistant or flame-retardant material.
  • the cover body 310 and the extension portion 320 are characterized by flexibility.
  • the cover body 310 and the extension portion 320 are made of brominated flame retardant, silicon, polyvinyl chloride, polystyrene, ABS resin, and polyethylene terephthalate ( It is characterized by containing one or more of polyethylene terephthalate).
  • the present invention may be a battery pack including a plurality of battery module assemblies having the above-described characteristics.
  • the method of operating the above-described battery pack according to the present invention includes a first step of monitoring whether or not a fire is detected using a fire detection sensor provided in each battery module assembly, and discharging air from the battery module assembly to the outside when a fire is detected. It is characterized by comprising a second step.
  • the first step is characterized in that the step of supplying external air to each battery module assembly is performed together.
  • the battery module assembly according to the present invention has the advantage that when a fire occurs, the pump creates a vacuum inside the cover member to extinguish the fire, thereby preventing secondary damage such as fire spread.
  • the cover member of the battery module assembly according to the present invention is made of a material with elasticity and flexibility, not only can space utilization be improved and contribute to improving energy density, but an excellent sealing effect can be expected to ensure reliable fire extinguishment. There is an advantage to being able to do this.
  • the cover member of the battery module assembly according to the present invention is provided with an opening and an opening and closing door, and therefore has a structure that allows air to circulate when the battery module is operating normally, which has the advantage of minimizing deterioration in cooling performance. there is.
  • Figure 1 is a perspective view showing a battery storage system according to the prior art.
  • Figure 2 is a perspective view showing the battery module according to the present invention stored in a cover member.
  • Figure 3 is a perspective view of the cover member according to the present invention as seen from one direction.
  • Figure 4 is a perspective view of the cover member shown in Figure 3 when viewed from the other side.
  • Figure 5 is a perspective view of a battery pack according to the present invention.
  • Figure 6 is a flowchart for explaining the operation method of the battery pack according to the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing the battery module according to the present invention stored in the cover member
  • Figure 3 is a perspective view of the cover member according to the present invention viewed from one direction
  • Figure 4 is a perspective view of the cover member shown in Figure 3 from the other side. This is a perspective view from .
  • the battery module assembly includes a battery module 100, a fire detection sensor 200, a cover member 300, a pump 400, and a connection part 500. It is composed.
  • the battery module 100 includes a plurality of battery cells stored inside a module case and connected in series or parallel through a bus bar or the like.
  • the battery cell includes a cell assembly, a cell case storing the cell assembly, and a pair of leads.
  • the cell assembly is a jelly-roll type cell assembly composed of a long sheet-shaped anode and cathode with a separator interposed between them and then wound, or a unit cell with a structure in which rectangular anodes and cathodes are stacked with a separator interposed between them.
  • the cell assembly as described above is built into a cell case, and the cell case typically consists of a laminated sheet structure of an inner layer/metal layer/outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the cell assembly, it must have insulation and electrolyte resistance, and in order to seal it from the outside, the sealing property, that is, the sealing area where the inner layers are heat bonded, must have excellent heat bonding strength.
  • the material of this inner layer may be selected from, but is not limited to, polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, and polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties. Polypropylene, which has excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance, as well as chemical resistance, is most desirable.
  • the metal layer in contact with the inner layer serves as a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside, and a lightweight aluminum film with excellent formability can be used as a preferred material for this metal layer.
  • an external layer is provided on the other side of the metal layer, and this external layer can be made of a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeation prevention, and air permeation prevention to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • a heat-resistant polymer with excellent tensile strength, moisture permeation prevention, and air permeation prevention to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly.
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the leads consisting of the positive and negative leads are electrically connected to the positive and negative tabs of the cell assembly and are then exposed to the outside of the case. Since the above battery cells correspond to generally known configurations, A more detailed description will be omitted.
  • One or more fire detection sensors 200 are located on the outside or inside of the battery module 100, and can detect fire occurring in a battery cell inside the battery module 100, and can detect a signal measured through a wired or wireless method. is transmitted to an external control unit (not shown).
  • the fire detection sensor 200 is shown in FIG. 2 as being located on the top of the battery module 100, this is only an example, and if a fire occurring in the battery module 100 can be detected, the fire detection sensor 200 is located on the top of the battery module 100. It is obvious that it can also be located in .
  • the fire detection sensor 200 may be divided into several types depending on the operating method. For example, it may be a differential fire detector, a constant temperature fire detector, and a photoelectric smoke detector.
  • a differential fire detector is a type of fire detector that detects a rise in temperature. If the rate of increase in the detected temperature per unit time is higher than the standard value, it detects a fire and transmits a fire signal. Depending on sensitivity and performance, they are classified into type 1, type 2, and type 3, and are also divided into spot type and distribution type depending on the physical range area that can be detected.
  • constant temperature type fire detectors are fire detectors that operate when the temperature exceeds a certain level and are available in bimetal type and detection linear type.
  • the bimetal type transmits by moving the contact point using the thermal deformation of the bimetal
  • the sensing line type transmits by using two piano wires as a sensing line with plastic as the boundary. When a fire occurs, the plastic melts and the piano wires come into contact.
  • a photoelectric smoke detector is a fire detector that operates by changing the amount of light received by the photoelectric element by causing smoke generated during a fire to flow into the detector and scattering infrared rays from a light emitting diode provided inside the detector. It is used in places where faster detection is required, such as indoor spaces such as warehouses where incomplete combustion is easy to occur, or places related to electricity.
  • differential fire detector constant temperature fire detector
  • photoelectric smoke detector any sensor that can detect a fire occurring in the battery module 100 is not limited thereto.
  • the above-described fire detector receives power from a battery module.
  • the cover member 300 includes a cover body 310, an extension part 320, and an opening/closing door 330.
  • the cover body 310 is hollow on the inside so that it can surround the outside of the battery module 100, and preferably has flexibility so that air near the battery module 100 can be easily discharged.
  • the cover body 310 is provided with one or more through holes 311, openings 312, and support portions 313.
  • one or more through holes 311 are provided on one side of the cover body 310, and are intended to expose a connection part 500 such as a bus bar or wire that is electrically connected to the battery module 100 to the outside. .
  • the opening 312 is located on the other side of the cover body 310, and corresponds to an entrance for storing or separating the battery module 100, and is also used as an outlet for air circulation when the battery module operates normally. do.
  • the area of the opening 312 is not particularly limited, but it is sufficient as long as it allows the battery module 100 to enter and exit.
  • the support portion 313 is located on the inner or outer surface of the cover body 310 along the edge of the opening 312, and has a flat plate shape made of a material such as metal or silicon that is heat resistant and has strength above a certain level and has little shape deformation. It is desirable.
  • the support portion 313 is configured as described above, it is advantageous to fix a part of the opening/closing door 330, and furthermore, when discharging the air inside the cover body 310, the cover body 310 and the opening/closing door 330 ) can adhere closely, contributing to rapid fire suppression.
  • one side of the extension part 320 extends outward from one side of the cover body 310 by a predetermined length, and the pump 400 is connected to the other side, and this extension part 320 is supplied into the cover body 310. Alternatively, it acts as a movement path for discharged air.
  • cover body 310 and the extension portion 320 are preferably made of heat-resistant or flame-retardant material that can minimize damage even if a fire occurs in the battery module 100, and specifically, bromide flame retardant, silicone, and polyvinyl chloride. It may contain one or more of polyvinyl chloride, polystyrene, ABS resin, and polyethylene terephthalate, but is not limited to these materials as long as they can perform the same function.
  • the opening/closing door 330 is provided on the other side of the cover body 310, that is, near the opening 312. More specifically, the opening/closing door 320 is larger than the area of the opening 312, and its upper edge is fixed to the outer surface of the support portion 313, while the remaining edges are not fixed.
  • the opening 312 is closed, and conversely, when the pump 400 supplies external air to the inside of the cover member 300, the opening 312 is closed (
  • the opening/closing door 330 is operated as a check valve type so that 312) can be opened.
  • the opening/closing door 330 and the support part 313 can be fixed using known coupling means such as adhesives, tapes, and hinges.
  • the opening/closing door 330 and the support part 313 can be fixed to each other, and then their fixation is performed.
  • the method is not particularly limited.
  • the opening/closing door 330 is preferably in the shape of a flat plate made of a material such as metal or silicon that is heat-resistant and has a certain level of strength and thus has little shape deformation.
  • the pump 400 is connected to the other end of the extension part 320 to exhaust the air inside the cover body 310 to the outside to create a vacuum inside the cover body 310, or to cover the outside air. Heat generated in the battery module 100 is introduced into the body 310 and discharged to the outside.
  • connection portion 500 for electrically connecting a device requiring power or a plurality of battery modules 100 may be composed of a bus bar or wire, with one side connected to the battery module 100 and the other side connected to the cover body 310. ) is exposed to the outside through the through hole 311.
  • a signal transmission cable (not shown) may be additionally included in the connection unit 500.
  • a sealing adhesive (G) is applied or attached to the portion where the through hole 311 and the connection portion 500 are in contact, and epoxy resin and silicone, which are heat-resistant materials, are preferably used. Any one of these is more preferable, but it is not limited to these materials as long as they can perform the same function.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery pack according to the present invention.
  • the present invention may be a battery pack including a plurality of battery module assemblies described in FIGS. 2 to 4 .
  • the battery pack according to the present invention has a plurality of battery module assemblies arranged side by side in two rows, where the opening and closing doors 330 of each battery module assembly are positioned to face each other. You can.
  • FIG. 5 shows the battery pack as consisting of six battery module assemblies, this is only an example, and it is obvious that the number of battery module assemblies can be changed depending on the amount of power required by the device.
  • Figure 6 is a flowchart for explaining the operation method of the battery pack according to the present invention.
  • the first step is to monitor whether a fire is detected using a fire detection sensor provided in each battery module assembly, and when a fire is detected, the air from the battery module assembly is discharged to the outside. It may be configured to include a second step.
  • the first step of monitoring whether a fire is detected using a fire detection sensor provided in each battery module assembly the presence or absence of a fire in the battery module is confirmed and monitored through a fire detection sensor located outside the battery module.
  • the pump provided in each battery module assembly sucks in external air and supplies it to the cover member in order to discharge the heat generated in the battery module to the outside. At this time, the opening/closing door can naturally remain open due to the air pressure supplied to the cover member, and thus the battery module is cooled.
  • the second step of discharging the air from the battery module assembly to the outside is to extinguish the fire by blocking the oxygen necessary for the fire.
  • a fire detection signal is transmitted to the control unit, and the control unit operates the pump of the corresponding battery module assembly to suck air from the cover member and discharge it to the outside.
  • the opening/closing door is in close contact with the opening, blocking the inflow of external air, and extinguishing the fire by discharging the air inside the cover body.

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Abstract

본 발명은 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 구체적으로 복수개의 배터리 셀이 수납된 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈 외측에 구비된 화재감지센서, 상기 배터리 모듈과 화재감지센서를 수납하는 커버부재 및 상기 화재감지센서로부터 화재 신호를 수신할 시, 상기 커버부재 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 상기 커버부재와 연결되어 있는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. (대표도) 도 2

Description

소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 출원은 2022년 6월 10일자 한국 특허 출원 제2022-0070943호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 구체적으로 배터리 모듈 어셈블리 내부에서 화재 발생 시 화재가 인근 배터리 모듈 어셈블리로 전이되는 것을 방지할 수 있는 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
한편, 전지 셀은 과충전, 과전류 또는 외부 충격 등 다양한 원인으로 인해 고온이나 화재가 발생하고, 이는 인근의 전지 셀 또는 전지 모듈로 전이되어 2차 피해를 유발할 수 있다.
따라서, 전술한 2차 피해 등을 방지하기 위해, 화재를 초기에 진압할 수 있는 기능이 구비된 우수한 전지가 요구되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 보관 시스템을 나타낸 사시도이다. 도 1에서와 같이, 종래기술에 따른 배터리 보관 시스템은 보관함체(10), 전지를 수납하는 수납부(20), 진공펌프(30), 수납부(20)와 진공펌프(30)를 연결하는 배기관로(40) 및 화재를 진압하는 소화부(50)를 포함하여 구성된다.
종래 기술에 따른 배터리 보관 시스템은 전지가 수납된 수납부(20)들이 배기관로(40)를 통해 진공펌프(30)와 연결되어 수납부(20)에서 화재 감지 시 진공펌프(30)가 작동하여 수납부(20)를 진공상태로 만들어 화재를 1차적으로 진압하고 있다.
하지만 하나의 진공펌프(30)에 복수개의 수납부(20)가 연결되어 있어 각각의 수납부(20)를 개별적으로 관리하기 힘들다는 문제점이 있다.
또 수납부(20)는 형상 변형이 어렵기 때문에 설치 공간이 많이 필요할 뿐만 아니라 진공상태로 유지하는 것이 용이하지 않고, 특히 전지 셀에서 발생하는 열을 배출하기 어려운 구조이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국등록특허공보 제2297771호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 배터리 모듈 어셈블리 내부에 수납된 전지 셀에서 화재 발생 시, 해당 배터리 모듈 어셈블리의 화재를 진압함으로써 인근의 배터리 모듈 어셈블리로 전이되는 것을 방지할 수 있는 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 배터리 모듈 인근의 공기를 확실하게 배출하고 나아가 공간 활용성을 높일 수 있는 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가 본 발명에서는 배터리 모듈이 정상적으로 작동할 시에는 발생한 열기를 외부로 배출시킬 수 있는 구조를 갖는 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리는, 복수개의 배터리 셀이 수납된 배터리 모듈(100), 상기 배터리 모듈(100) 외측에 구비된 화재감지센서(200), 상기 배터리 모듈(100)과 화재감지센서(200)를 수납하는 커버부재(300) 및 상기 화재감지센서(200)로부터 화재 신호를 수신할 시, 상기 커버부재(300) 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 상기 커버부재(300)와 연결되어 있는 펌프(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 커버부재(300)는 커버 몸체(310), 및 상기 커버 몸체(310)와 상기 펌프(400)를 연결하는 연장부(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 배터리 모듈(100) 일측에는 소정 길이 연장된 버스바 또는 와이어로 구성된 연결부(500)가 구비되고, 상기 커버 몸체(310)에는 상기 연결부(500)가 외부로 노출될 수 있도록 관통홀(311)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 커버 몸체(310)에는 상기 배터리 모듈(100)의 출입을 위한 개방구(312)가 형성되고, 상기 개방구(312)에는 개폐도어(330)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 개폐도어(330)는 상기 개방구(312) 보다 크고, 상기 커버 몸체(310) 외측면에 일부분이 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 개폐도어(330)는 상기 펌프(400)가 상기 커버부재(300) 내측의 공기를 흡입할 시에는 개방구(312)가 폐쇄되고, 상기 펌프(400)가 외부 공기를 상기 커버부재(300) 내측으로 공급할 시에는 개방구(312)가 개방될 수 있는 체크 밸브 타입인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 커버 몸체(310)와 상기 연장부(320)는 내열성 또는 방염 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 커버 몸체(310)와 상기 연장부(320)는 유연성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리에서, 상기 커버 몸체(310)와 상기 연장부(320)는 브롬계 난연제, 실리콘, 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride), 폴리스티렌(Polystyrene), ABS수지 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 전술한 특징을 가진 배터리 모듈 어셈블리를 복수개 구비한 배터리 팩일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전술한 배터리 팩의 운전방법은, 배터리 모듈 어셈블리 각각에 구비된 화재감지센서로 화재감지여부를 모니터링하는 제1 단계 및 화재가 감지되면 해당 배터리 모듈 어셈블리의 공기를 외부로 배출하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 팩 운전방법에서, 상기 제1 단계에서는 배터리 모듈 어셈블리 각각으로 외부 공기를 공급하는 단계가 함께 수행되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 화재 발생 시 펌프가 커버부재 내부를 진공상태로 만들어 화재를 진압함으로써, 화재 전이 등의 2차 피해를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 커버부재는 신축성 및 유연성을 갖는 소재로 이루어지기 때문에 공간 활용도가 개선되어 에너지 밀도 향상에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 밀폐 효과를 기대할 수 있어 확실한 소화를 담보할 수 있다는 이점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리의 커버부재에는 개방구와 개폐도어가 구비되어 있고, 따라서 배터리 모듈이 정상적으로 작동할 시에는 공기가 순환할 수 있는 구조이어서 냉각 성능이 저하되는 것을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 보관 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈이 커버부재에 수납된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 커버부재를 일측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 커버부재를 타측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩의 운전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈이 커버부재에 수납된 상태를 보여주는 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 커버부재를 일측 방향에서 바라본 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 커버부재를 타측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리는 배터리 모듈(100), 화재감지센서(200), 커버부재(300), 펌프(400) 및 연결부(500)를 포함하여 구성된다.
먼저, 배터리 모듈(100)은 복수개의 전지 셀이 모듈 케이스 내부에 수납된 채, 버스바 등을 통해 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다.
여기서, 전지 셀은 셀 조립체, 셀 조립체를 수납하는 셀 케이스, 및 한 쌍의 리드들을 포함하여 구성된다.
셀 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 셀 조립체는 셀 케이스에 내장되며, 셀 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 셀 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 리드들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
화재감지센서(200)는 배터리 모듈(100)의 외측이나 내측엔 하나 이상 위치하면서, 배터리 모듈(100) 내부의 전지 셀에서 발생하는 화재를 감지할 수 있고, 유선 또는 무선 방식을 통해 측정한 신호를 외부의 제어부(미도시)로 전송한다.
비록 도 2에서는 화재감지센서(200)가 배터리 모듈(100) 상면에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과하며, 배터리 모듈(100)에서 발생한 화재를 감지할 수 있다면, 배터리 모듈의 측면에도 위치할 수 있음은 자명하다.
여기서, 화재감지센서(200)는 작동 방법에 따라 여러 종류로 나뉠 수 있는데, 일 예로, 차동식 화재감지기, 정온식 화재감지기 및 광전식 연기감지기일 수 있다.
차동식 화재감지기는 온도상승을 감지하는 화재감지기의 일종으로서 단위시간당 감지온도의 상승률이 기준값 이상인 경우 화재 발생으로 감지하여 화재 발생신호를 송출한다. 그리고 감도와 성능에 따라 1종, 2종, 3종으로 구분되며, 감지할 수 물리적 범위 영역에 따라 스폿형과 분포형으로 구분되기도 한다.
또 정온식 화재감지기는 일정 온도 이상이 되었을 때 작동하는 화재 감지기로 바이메탈식과 감지선형이 있다. 바이메탈식은 바이메탈의 열변형을 이용하여 접점을 움직여 발신하는 것이고, 감지선형은 플라스틱을 경계로 하여 2개의 피아노선을 감지선으로 화재 발생시 플라스틱이 녹아 피아노선을 접촉시켜서 발신하는 형식이다.
또 광전식 연기감지기는 화재시 발생하는 연기가 감지기 안으로 유입되고, 감지기 내부에 구비된 발광 다이오드로부터 나오는 적외선을 산란시켜 광전소자의 수광량이 변하여 작동하는 화재 감지기이다. 창고와 같이 밀폐되어 불완전 연소가 쉬운 실내나 전기와 관련된 곳 등 보다 빠른 감지가 요구되는 장소에 사용되고 있다.
전술한 차동식 화재감지기, 정온식 화재감지기 및 광전식 연기감지기는 예시일 뿐, 배터리 모듈(100)에서 발생하는 화재를 감지할 수 있는 센서라면 이에 제한하지 않는다.
그리고 전술한 화재감지기는 배터리 모듈로부터 전원을 공급받는 것이 바람직하다.
이어서, 커버부재(300)에 관해 설명하기로 한다. 커버부재(300)는 커버 몸체(310), 연장부(320) 및 개폐도어(330)를 포함하여 구성된다.
먼저 커버 몸체(310)는 배터리 모듈(100) 외측을 감쌀 수 있도록 내부가 비어 있으며, 배터리 모듈(100) 인근의 공기가 배출되기 용이하도록 유연성을 갖는 것이 좋다.
또 커버 몸체(310)에는 하나 이상의 관통홀(311), 개방구(312) 및 지지부(313)가 구비되어 있다. 상세하게 하나 이상의 관통홀(311)은 커버 몸체(310)의 일측면에 구비되는데, 배터리 모듈(100)과 전기적으로 연결되어 있는 버스바 또는 와이어 등의 연결부(500)를 외부로 노출시키기 위한 것이다.
개방구(312)는 커버 몸체(310)의 타측면에 위치하며, 배터리 모듈(100)의 수납이나 분리를 위한 출입구에 해당되고, 또 배터리 모듈이 정상적으로 작동할 시에는 공기 순환을 위한 출구로 활용된다.
여기서, 개방구(312)의 면적은 특별히 제한하지 않지만, 배터리 모듈(100)이 출입 가능할 정도이면 충분하다.
지지부(313)는 개방구(312) 가장자리를 따라 커버 몸체(310)의 내측면 또는 외측면에 위치하며, 내열성이면서 일정 이상의 강도를 가져 형상 변형이 작은 금속이나 실리콘 등의 소재로 이루어진 평판 형상인 것이 바람직하다.
지지부(313)가 상기와 같은 구성으로 이루어질 경우, 개폐도어(330)의 일부를 고정하는 것이 유리하고, 나아가 커버 몸체(310) 내부 공기를 배출시킬 시에는 커버 몸체(310)와 개폐도어(330)가 긴밀하게 밀착할 수 있어 신속한 화재진압에 기여할 수 있다.
계속해서, 연장부(320)의 일측은 커버 몸체(310) 일측에서 외부로 소정 길이 연장되며, 타측에는 펌프(400)가 연결되는데, 이러한 연장부(320)는 커버 몸체(310) 내부로 공급 또는 배출되는 공기의 이동통로로서 작용한다.
한편 커버 몸체(310)와 연장부(320)는 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하더라도 손상을 최소화할 수 있는 내열성 또는 방염 소재인 것이 바람직하고, 구체적으로는 브롬게 난연제, 실리콘, 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride), 폴리 스티렌(Polystyrene), ABS수지 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있지만, 동일한 기능을 수행할 수 있다면 이들 소재로 제한하지 않는다.
개폐도어(330)는 커버 몸체(310)의 타측면, 즉 개방구(312) 부근에 구비된다. 보다 상세하게는 개폐도어(320)는 개방구(312)의 면적보다 크며, 상부 가장자리가 지지부(313) 외측면에 고정되는 한편 나머지 가장자리는 고정되지 않는다.
따라서 펌프(400)가 커버부재(300) 내측의 공기를 흡입할 시에는 개방구(312)가 폐쇄되고, 반대로 펌프(400)가 외부 공기를 커버부재(300) 내측으로 공급할 시에는 개방구(312)가 개방될 수 있도록 개폐도어(330)는 체크 밸브 타입으로 작동된다.
여기서, 개폐도어(330)와 지지부(313)는 접착제, 테이프 및 경첩 등 공지의 결합수단을 통해 고정할 수 있지만, 개폐도어(330)와 지지부(313)를 서로 고정할 수 있다가 이들의 고정방법은 특별히 제한하지 않는다.
또한 첨부한 도 3 및 4에서는 개폐도어(330)의 상부 가장자리가 지지부(313)에 고정된 것으로 도시하고 있으나, 하부 가장자리 또는 측부 가장자리가 지지부(313)에 고정되는 것도 가능하다.
지지부(313)와 마찬가지로, 개폐도어(330)의 경우에도 내열성이면서 일정 이상의 강도를 가져 형상 변형이 작은 금속이나 실리콘 등의 소재로 이루어진 평판 형상인 것이 바람직하다.
이어서, 펌프(400)은 연장부(320)의 타측 끝단에 연결되어, 커버 몸체(310) 내부의 공기를 외부로 배출시켜 커버 몸체(310) 내부를 진공상태로 만들거나, 외부의 공기를 커버 몸체(310) 내부로 유입시켜 배터리 모듈(100)에서 발생한 열을 외부로 방출시킨다.
전원이 필요한 디바이스, 또는 복수개의 배터리 모듈(100)들을 전기적으로 연결하기 위한 연결부(500)는 버스바 또는 와이어로 구성될 수 있으며, 일측은 배터리 모듈(100)에 연결되고 타측은 커버 몸체(310)의 관통홀(311)을 관통하여 외부로 노출된다.
또 화재감지센서(200)에서 측정된 정보를 유선 방식을 통해 외부에 위치한 제어부(미도시)에 전달할 필요가 있을 시에는, 신호전송 케이블(미도시)이 연결부(500)에 추가적으로 포함될 수 있다.
한편, 커버 몸체(310)의 기밀성을 유지할 수 있도록, 관통홀(311)과 연결부(500)가 접하는 부분에는 실링용 접착제(G)가 도포 또는 부착되는 것이 바람직하고, 내열성 소재인 에폭시 수지 및 실리콘 중 어느 하나인 것이 보다 바람직하지만, 동일한 기능을 수행할 수 있다면 이들 소재로 제한하지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩의 사시도이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명은 도 2 내지 도 4에서 설명한 배터리 모듈 어셈블리를 복수개 포함하는 배터리 팩일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 도 5에 도시한 바와 같이, 옆으로 나란하게 배치된 복수개의 배터리 모듈 어셈블리가 2열로 배치되어 있으며, 이때 각 배터리 모듈 어셈블리의 개폐도어(330)는 서로 마주보도록 위치할 수 있다.
비록 도 5에서는 배터리 팩이 6개의 배터리 모듈 어셈블리로 이루어진 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과하며 디바이스가 요구하는 전력량에 따라 배터리 모듈 어셈블리의 개수는 얼마든지 변경될 수 있음은 자명하다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩의 운전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하여 배터리 팩의 운전방법을 설명하면, 배터리 모듈 어셈블리 각각에 구비된 화재감지센서로 화재감지여부를 모니터링하는 제1 단계, 및 화재가 감지되면 해당 배터리 모듈 어셈블리의 공기를 외부로 배출하는 제2 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 배터리 모듈 어셈블리 각각에 구비된 화재감지센서로 화재감지여부를 모니터링하는 제1 단계에서는, 배터리 모듈 외측에 위치하는 화재감지센서를 통해 배터리 모듈의 화재 발생 유무를 확인 및 모니터링하는 단계이다.
만약, 화재감지센서에 의해 배터리 모듈이 정상적으로 작동하고 있는 것으로 판단한 경우, 배터리 모듈에서 발생한 열기를 외부로 방출시키기 위하여 배터리 모듈 어셈블리 각각에 구비된 펌프는 외부 공기를 흡입한 후 커버부재로 공급한다. 이때, 개폐도어는 커버부재로 공급된 공기압에 이해 자연스럽게 개방된 상태를 유지할 수 있고, 따라서 배터리 모듈이 냉각된다.
한편, 외부 공기가 커버부재 내부로 연속적으로 공급되도록 설정하는 것도 가능하지만, 일정 이상 온도로 상승할 시에만 공급하도록 제어하는 것도 가능하다.
화재가 감지되면 해당 배터리 모듈 어셈블리의 공기를 외부로 배출하는 제2 단계는 화재에 필요한 산소를 차단함으로써 화재를 진압하는 단계이다.
구체적으로, 화재감지센서에 의해 화재가 발생한 것으로 감지되면, 화재감지신호가 제어부로 전송되며, 제어부에서는 해당 배터리 모듈 어셈블리의 펌프를 작동시켜 커버부재의 공기를 흡입한 후 외부로 배출시킨다.
이때, 개폐도어가 개방구에 밀착됨으로써, 외부 공기가 유입되는 것을 차단하는 한편, 커버 몸체 내측의 공기가 배출됨으로써 화재가 진압된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 배터리 모듈
200: 화재감지센서
300: 커버부재
310: 커버 몸체
311: 관통홀 312: 개방구
313: 지지부
320: 연장부
330: 개폐도어
400: 펌프
500: 연결부
G: 실링용 접착제

Claims (12)

  1. 복수개의 배터리 셀이 수납된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈 외측에 구비된 화재감지센서;
    상기 배터리 모듈과 화재감지센서를 수납하는 커버부재; 및
    상기 화재감지센서로부터 화재 신호를 수신할 시, 상기 커버부재 내측의 공기를 외부로 배출할 수 있도록 상기 커버부재와 연결되어 있는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재는 커버 몸체, 및 상기 커버 몸체와 상기 펌프를 연결하는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 일측에는 소정 길이 연장된 버스바 또는 와이어로 구성된 연결부가 구비되고, 상기 커버 몸체에는 상기 연결부가 외부로 노출될 수 있도록 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커버 몸체에는 상기 배터리 모듈의 출입을 위한 개방구가 형성되고, 상기 개방구에는 개폐도어가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개폐도어는 상기 개방구 보다 크고, 상기 커버 몸체 외측면에 일부분이 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개폐도어는 상기 펌프가 상기 커버부재 내측의 공기를 흡입할 시에는 개방구가 폐쇄되고, 상기 펌프가 외부 공기를 상기 커버부재 내측으로 공급할 시에는 개방구가 개방될 수 있는 체크 밸브 타입인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 커버 몸체와 상기 연장부는 내열성 또는 방염 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버 몸체와 상기 연장부는 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 커버 몸체와 상기 연장부는 브롬계 난연제, 실리콘, 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride), 폴리스티렌(Polystyrene), ABS수지 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈 어셈블리를 복수개 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 기재된 배터리 팩의 운전방법으로서,
    배터리 모듈 어셈블리 각각에 구비된 화재감지센서로 화재감지여부를 모니터링하는 제1 단계; 및
    화재가 감지되면 해당 배터리 모듈 어셈블리의 공기를 외부로 배출하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 운전방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 배터리 모듈 어셈블리 각각으로 외부 공기를 공급하는 단계가 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 운전방법.
PCT/KR2023/006956 2022-06-10 2023-05-23 소화 기능이 구비된 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩 WO2023239083A1 (ko)

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