WO2023243821A1 - 가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩 Download PDF

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gas
cross
bracket
venting device
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김두승
심일석
추연철
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a gas venting device for discharging gas inside a battery module or battery pack.
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the gas venting device.
  • Battery packs applied to electric vehicles, etc. have a structure in which multiple battery modules including a plurality of secondary batteries are connected in series or parallel to obtain high output.
  • the secondary battery is capable of repeated charging and discharging through electrochemical reactions between components, including positive and negative electrode current collectors, separators, active materials, and electrolyte solutions.
  • Secondary batteries may generate gas from the inside at any time during use while repeatedly charging and discharging, and this is called venting gas.
  • venting gas For example, when overcurrent flows, the temperature of the internal secondary battery rises rapidly. This rapid increase in temperature may cause a decomposition reaction of the electrolyte and generate gas.
  • gas When gas is generated from a secondary battery inside a battery pack, such gas may be trapped inside the pack, causing the battery pack to explode, or may flow into the interior of a vehicle, etc. through the cooling duct of the battery pack. Accordingly, the battery pack is equipped with a venting device that discharges the internal gas to the outside and reduces the internal pressure.
  • Venting devices generally have a structure in which a venting disk that can rupture depending on internal pressure is inserted between an inlet through which gas flows into a battery module or battery pack and an outlet through which gas is discharged.
  • Figure 1 is a perspective view showing an example of a conventional gas venting device
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a gas flow situation at the outlet of a conventional gas venting device.
  • the conventional gas venting device 1 has the advantage of easy device design because the gas discharge passage 11 of the bracket 10 in communication with the venting disk 20 is designed to be simply cylindrical. there is.
  • the conventional gas venting device 1 simply has a cylindrical structure in which the gas inlet 12 and the outlet 13 are connected, so the pressure between the inlet and the outlet is not large, allowing the gas to be discharged. There was a limit to the flow rate.
  • the present invention was created to solve the above problems.
  • the purpose of the present invention is to provide a gas venting device capable of discharging a higher flow rate per time even with a venting disk of the same area, and a battery module and battery pack including the same. do.
  • the object is to provide a gas venting device that can increase the bursting pressure of the venting disk by eliminating the choking phenomenon at the outlet.
  • the aim is to provide a gas venting device that increases safety and further improves flow stability by preventing the generation of shock waves at the outlet of the flow path.
  • the gas venting device of the present invention for solving the above problems includes a hollow bracket member having a gas discharge passage; and a venting disk coupled to the bracket member to shield the gas discharge passage and configured to rupture when a predetermined pressure is applied, wherein the gas discharge passage has a passage cross-sectional area continuously or sequentially along the gas discharge direction. It includes a first flow path that decreases, and a second flow path that is formed consecutively to the first flow path and whose cross-sectional area of the flow path increases continuously or sequentially along the gas discharge direction.
  • the venting disk may be installed in a throat portion that is a boundary between the first flow path and the second flow path.
  • the first flow path and the second flow path may have the same or different lengths.
  • the cross-sectional profiles of both sides of the first flow path are formed in a tapered shape that approaches each other in the gas discharge direction
  • the cross-sectional profiles of both sides of the second flow path are formed in a tapered shape that moves away from each other in the gas discharge direction. can be formed.
  • the slope of the tapered shape of the first flow path and the slope of the tapered shape of the second flow path may be the same or different.
  • cross-sectional profiles of both sides of the first and second flow passages may be formed in a straight line or curved tapered shape.
  • the first flow path has a first truncated cone shape in which the cross-sectional profiles of both sides are formed in a straight line or curved tapered shape
  • the second flow path has a cross-sectional profile in both sides formed in a straight line or curved tapered shape. It may have a second truncated cone shape.
  • the first flow path has a first truncated pyramid shape in which the cross-sectional profiles of both sides are formed in a tapered shape
  • the second flow path has a second truncated pyramid shape in which the cross-sectional profiles of both sides are formed in a tapered shape.
  • the first pyramid and the second pyramid may be in the shape of a square pyramid with a trapezoidal cross-sectional profile.
  • a flow path having a straight cross-sectional profile on both sides may be connected to the inlet side of the first flow path.
  • the bracket member may have a through hole
  • the gas venting device may include an exhaust guide inserted into the through hole and through which the gas discharge passage is formed.
  • the discharge guide includes a first discharge guide inserted into the aperture and having a first flow path formed through it, and a first discharge guide inserted into the aperture and having a second flow path formed through it, and the venting disk includes the It may be coupled between the first discharge guide and the second discharge guide to shield the gas discharge passage.
  • a fastening portion for fastening the discharge guide to the bracket member may be formed on the outer peripheral surface of the discharge guide.
  • the bracket member includes a first bracket located on the inlet side of the gas discharge passage and having the first passage, and a second bracket located on the outlet side of the gas discharge passage and having the second passage. It includes, and the venting disk may be coupled between the first bracket and the second bracket to shield the gas discharge passage.
  • first bracket and the second bracket each have a through hole, and a first discharge guide through which a first flow path is formed is inserted into the through hole of the first bracket, and a second discharge guide is inserted into the through hole of the second bracket.
  • a second discharge guide through which a flow path is formed may be inserted.
  • venting disk includes an outer peripheral portion of the disk coupled to the bracket member
  • an inner periphery of the disc that is formed as one body with the outer periphery of the disc and shields the gas discharge passage, but ruptures when a predetermined pressure is applied; It includes, and a notch may be formed on the inner periphery of the disc so that it ruptures when the predetermined pressure is applied.
  • the present invention also provides a battery module including the gas venting device.
  • the battery module includes a plurality of secondary batteries; And a module frame on which the secondary battery is mounted; It includes, and the above-described gas venting device may be coupled to one side of the module frame.
  • the present invention also provides a battery pack including the gas venting device.
  • the battery pack includes at least one battery module including a plurality of secondary batteries;
  • a battery pack case on which the battery module is mounted It includes a gas venting device as described above may be coupled to one side of the battery pack case.
  • the gas venting device according to the present invention and the battery module or battery pack including the same can improve the safety of the battery module and battery pack by discharging a greater flow rate per time even if a venting disk of the same area is used.
  • the discharged gas is discharged at a high speed, and due to this high-speed flow inertia, shock waves can be generated far from the exit or the shock waves themselves can be prevented.
  • the gas venting device of the present invention the battery module and battery pack including the same have the advantage of significantly improving safety even when events such as heat propagation occur.
  • Figure 1 is a perspective view showing an example of a conventional gas venting device.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the gas flow situation at the outlet of a conventional gas venting device.
  • Figure 3 is a diagram showing an embodiment of the gas venting device of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the coupling structure of the venting disk and the bracket member in the gas venting device of FIG. 3.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the gas flow situation at the outlet of the gas venting device of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing the shape of a flow path of a gas venting device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing the shape of a flow path of a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing the shape of a flow path of a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram showing a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram showing a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a diagram showing a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a diagram showing the fastening structure of a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a perspective view showing the assembly structure of a gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a schematic diagram showing the shape of a venting disk according to the present invention.
  • Figure 15 is a schematic diagram showing the combined structure of a gas venting device in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 16 is a schematic diagram showing the combined structure of a gas venting device in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the gas venting device of the present invention includes a hollow bracket member having a gas discharge passage; and a venting disk coupled to the bracket member to shield the gas discharge passage and configured to rupture when a predetermined pressure is applied, wherein the gas discharge passage has a passage cross-sectional area continuously or sequentially along the gas discharge direction. It includes a first flow path that decreases, and a second flow path that is formed consecutively to the first flow path and whose cross-sectional area of the flow path increases continuously or sequentially along the gas discharge direction.
  • the present invention also provides a battery module including the gas venting device.
  • the battery module includes a plurality of secondary batteries; And a module frame on which the secondary battery is mounted; It includes, and the above-described gas venting device may be coupled to one side of the module frame.
  • the present invention also provides a battery pack including the gas venting device.
  • the battery pack includes at least one battery module including a plurality of secondary batteries; and a battery pack case on which the battery module is mounted. It includes a gas venting device as described above may be coupled to one side of the battery pack case.
  • Figure 3 is a diagram showing an embodiment of the gas venting device of the present invention
  • Figure 4 is a diagram showing the coupling structure of the venting disk and the bracket member in the gas venting device of Figure 3
  • Figure 5 is a diagram showing the gas venting device of the present invention. This is a schematic diagram showing the gas flow situation at the outlet.
  • the gas venting device 100 includes a hollow bracket member 110 having a gas discharge passage 111; and a venting disk 120 coupled to the bracket member 110 to shield the gas discharge passage 111 and configured to rupture when a predetermined pressure is applied, wherein the gas discharge passage 111 is configured to rupture the gas discharge passage 111.
  • a first flow path (111A) whose cross-sectional area continuously or sequentially decreases along the discharge direction, and a second flow path (111B) formed in succession to the first flow path and whose cross-sectional area of the flow path continuously or sequentially increases along the gas discharge direction. ) includes.
  • the gas venting device 100 includes a hollow bracket member 110 having a gas discharge passage, and is coupled to the bracket member to shield the gas discharge passage, It includes a venting disk 120 configured to burst when a predetermined pressure is applied.
  • FIG. 3(a) is a schematic cross-sectional view of the gas venting device 100
  • FIG. 3(b) is a perspective view of the gas venting device 100.
  • the bracket member 110 is formed in a hollow shape, so that the hollow space can directly form a gas discharge passage.
  • another member eg, discharge guide
  • the bracket member 110 has a through hole at approximately the center, and the through hole forms a gas discharge passage 111.
  • the bracket member 110 is provided with a venting disk 120 that shields the gas discharge passage.
  • the venting disk 1120 is made of a material that can rupture when a predetermined pressure is applied.
  • it can be made of a ruptureable metal or plastic material.
  • it can be made of a polymer material that can be thinned, such as vinyl or film.
  • a notch may be provided on the venting disk area corresponding to the flow path to facilitate rupture.
  • the predetermined pressure may be determined in consideration of the design situation of the cells within the battery module or battery pack and the degree of safety required. For example, if a flame occurs within the module or pack or exceeds a set high temperature and high pressure, the venting disk 120 may rupture. Alternatively, to increase safety, it is possible to design the venting disk to rupture at a relatively low set pressure, which is the pressure before an internal explosion occurs.
  • the venting disk 120 is located on the gas discharge passage 111 and is coupled to the bracket member 110 to shield the gas discharge passage 111.
  • the gas discharge passage 111 includes a first passage 111A whose cross-sectional area continuously or sequentially decreases along the gas discharge direction, and a first passage 111A formed sequentially in the first passage and having a cross-sectional area continuously along the gas discharge direction. Alternatively, it includes a second flow path 111B that increases sequentially.
  • the present invention can discharge a large amount of gas by increasing the outlet flow rate, eliminating the chalking phenomenon, as described below, by forming two flow paths with different flow path cross-sectional areas in succession, and preventing the generation of shock waves to prevent the flow. Stability can be improved.
  • a battery pack is equipped with a plurality of battery modules, and each battery module has a plurality of secondary batteries built in. As these secondary batteries are repeatedly charged and discharged, gas is generated due to a decomposition reaction of the electrolyte. The heat generated during the charging and discharging process of the battery promotes gas generation and expands the gas, increasing the pressure inside the battery module or battery pack. If this process continues, the battery module or battery pack may explode, or internal gas may flow into the interior of the vehicle through ducts, etc., so if the pressure of the gas exceeds a certain level, the venting disk ruptures and the gas is discharged. A venting device is attached.
  • the conventional gas venting device simply has a cylindrical gas discharge passage in which the gas inlet and outlet are connected, so the pressure difference between the inlet and outlet is not large, so there is a limit to the flow rate of gas that can be discharged. There was.
  • the gas discharge flow path 111 of the present invention includes a first flow path 111A whose cross-sectional area of the flow path continuously or sequentially decreases along the gas discharge direction, and a first flow path formed in succession along the gas discharge direction. It is provided with a second flow path (111B) whose cross-sectional area increases continuously or sequentially.
  • the first flow path 111A with a reduced cross-sectional area of the present invention can increase the pressure difference at the inlet and outlet compared to a conventional cylindrical flow path, thereby increasing the gas discharge flow rate.
  • the so-called chalking phenomenon may occur not only in conventional cylindrical flow paths but also in flow paths with a reduced cross-sectional area such as the first flow path.
  • the gas in the subsonic section where the gas flow speed is below the speed of sound, the gas is considered to be a so-called incompressible gas, and the gas flow speed increases as the cross-sectional area of the gas discharge passage decreases.
  • the gas flow speed at the outlet of the flow path cannot exceed the speed of sound according to physical laws.
  • the present invention is provided with a second flow path (111B) whose cross-sectional area is increased.
  • the gas After the outlet flow velocity of the first flow path (111A) reaches the speed of sound, when the cross-sectional area of the flow path increases again as in the second flow path (111B), the gas exhibits the behavior of a so-called compressible gas and, unlike the first flow path, the cross-sectional area of the flow path increases again. Accordingly, a supersonic flow occurs where the flow speed increases. That is, the gas flow rate that was stagnant at the outlet of the first flow path (111A) further increases as the cross-sectional area increases in the second flow path (111B), resulting in a flow exceeding the speed of sound.
  • the present invention has the advantage of being able to alleviate or eliminate the generation of shock waves as in the prior art.
  • shock waves are generated near the outlet. Shock waves are an irreversible loss of flow energy and are accompanied by a rapid increase in pressure behind the outlet. If the pressure on the outlet side increases in this way, the inlet and outlet pressure difference decreases, preventing gas discharge.
  • the outlet flow speed is so large that it reaches supersonic speed, and due to this high-speed flow inertia, the shock wave is connected to the outlet 113. It occurs far away.
  • the shock wave is connected to the outlet 113. It occurs far away.
  • shock waves can be formed at a distance from the outlet.
  • the intensity of the generated shock wave may be much smaller, as indicated by the dotted line in FIG. 5, or in some cases, it may be dissipated into the atmosphere without generating a shock wave.
  • the bursting pressure of the venting disk can also be selected to be relatively high.
  • the shape, length, cross-sectional area size, cross-sectional area change rate, etc. of the first flow path and the second flow path forming the gas discharge flow path of the present invention are determined by design specifications such as the type, number, and arrangement structure of the secondary cells installed in the battery module and battery pack. You can select it by changing it accordingly. In other words, the heat propagation situation, flame generation situation, temperature, and pressure that occur within the battery module or pack vary depending on the design specifications of the secondary battery. Additionally, it is necessary to consider the number and arrangement structure of battery modules installed inside the battery pack.
  • the venting disk 120 is installed in the gas discharge passage 111 of the bracket member 110 to shield the gas discharge passage 111.
  • the venting disk 120 can be installed in any part of the path between the first flow path and the second flow path.
  • the venting disk can be installed in the most appropriate location by considering the pressure, flow rate, cross-sectional area, flow path shape, and ease of installation depending on the location of the gas discharge channel.
  • the venting disk 120 can be installed in the throat portion T, which is the boundary between the first flow path 111A and the second flow path 111B.
  • the throat portion (T) forms a cross-sectional area that changes from subsonic behavior to supersonic behavior, it is necessary to preferentially determine the cross-sectional area of this throat portion when designing the flow path.
  • the area and burst pressure range of the venting disk can be designed relatively accurately by considering the cross-sectional area in the throat portion.
  • the flow of the throat portion (T) is more stable than that of the inlet 112 or outlet 113 of the gas discharge passage, and design is performed based on this stable portion, thereby improving the design accuracy of the venting disk 120. There is an advantage in that it can be improved.
  • the venting disk 120 can be installed at the entrance of the gas discharge passage, that is, at the inlet 112 of the first passage 111A.
  • Installation at the 'inlet side' includes both installation at the inlet 112 of the first flow path 111A forming the gas discharge flow path 111 or installation at a portion adjacent to the inlet.
  • the venting disk 120 is installed in this additional flow path.
  • the venting disc can be effectively protected from external pressure.
  • it is easy to protect important components such as secondary battery components and module components inside the venting disk.
  • the shape of the above-mentioned throat portion is determined in the flow path shape, the total flow rate is not greatly affected by the inlet size, so it is easy to select the specifications of the venting disk installed at the inlet of the gas discharge flow path.
  • the shape of the throat and flow path is determined within a range that can achieve the effect of increasing the flow rate due to pressure changes at the inlet and outlet, the area of the inlet and the size of the venting disk installed there can be appropriately designed. Therefore, installing a venting disk at the inlet has the advantage of increasing design freedom.
  • the venting disk 120 can be installed at the outlet of the gas discharge passage, that is, on the outlet 113 side of the second passage 111B.
  • venting disk is installed at the entrance to the flow path or in the throat, when the venting disk ruptures, the ruptured pieces may block the flow path or flow into the module, causing interference. If this happens, the flow stability of the flow path may be damaged. Installing a venting disk at the outlet of the flow path can reduce this risk and contribute to flow stability.
  • venting disk Since the venting disk is located on the flow path outlet 113 side, there are no obstacles in the flow path from the inlet to the outlet side. Accordingly, after the gas flow in the gas discharge flow path is fully developed, the flow path is communicated with the outside, so the flow stability of the flow path is further improved, making it possible to stably discharge the exhaust gas.
  • the venting disk 120 is the inlet of the first flow path (inlet 112 of the gas discharge flow path), the outlet of the second flow path (outlet 113 of the gas discharge flow path), or the outlet of the first flow path. It can be installed in the throat portion (T), which is the boundary between the inlet and the second flow passage. Of course, depending on the flow path design, the venting disk can be installed in other locations.
  • the bracket member or the gas discharge passage is The shape needs to be processed separately.
  • slots S1 and S2 into which the venting disk 120 is inserted may be formed in the body of the bracket member 110.
  • a portion of the venting disk 120 may be inserted into and fixed to the insertion groove S2 across the throat of the gas discharge passage.
  • venting disk 120 can be fixed to the bracket member 110 by the fastening member 140.
  • the venting disk 120 when a venting disk is coupled to the throat portion, there may be a disadvantage that the shape or structure of the bracket member needs to be processed somewhat complicatedly, as described above.
  • bracket members or discharge guides inserted into the bracket members are configured and a venting disk is fastened between the plurality of bracket members or the plurality of discharge guides, there is no need to complexly process the bracket member. .
  • the length, shape, cross-sectional area size, and cross-sectional area change rate of the first flow path and the second flow path can be appropriately designed considering the design specifications of the secondary battery, battery module, and battery pack, safety requirements, and gas flow stability.
  • FIGS. 6 to 8 are diagrams showing the flow path shape of a gas venting device according to various embodiments of the present invention.
  • Figure 6(a) shows a flow path in which the cross-sectional profiles of both sides are straight
  • Figure 6(b) shows a flow path in which the cross-sectional profiles of both sides are curved
  • Figure 7(a) shows a flow path in which the cross-sectional profiles of both sides are curved and straight
  • Figure 7(b) shows a flow path in which the cross-sectional profiles of both sides are straight and curved
  • Figure 8(a) shows a flow path shape in which the cross-sectional profiles of both sides of the flow path are trapezoidal
  • Figure 8(b) is a schematic perspective view showing the three-dimensional shape of this flow path, which is a pyramid shape.
  • the overall length of the gas discharge passage can be determined by considering the gas discharge pressure, passage cross-sectional area, size of the module or pack, etc.
  • the first flow path and the second flow path may be configured to have the same length. This case can be applied when the change in gas flow rate is relatively simple, and processing of the bracket member is easy.
  • the length of the first passage 111A which is a subsonic section
  • the length of the second passage 111B which is a supersonic section
  • the cross-sectional area of the first flow path 111A continuously or sequentially decreases along the gas discharge direction.
  • the cross-sectional profiles of both sides of the first passage 111A form a tapered shape that approaches each other toward the gas discharge direction.
  • both sides of the flow path refer to both sides forming the inner circumferential wall of the flow path rather than the inlet and outlet sides forming the upper and lower parts of the flow path.
  • the cross-sectional profiles of both sides of the second flow path 111B form a tapered shape that moves away from each other toward the gas discharge direction.
  • the slope of the tapered cross-sectional profile of both sides may also be determined differently depending on the design goal. That is, when the flow change is relatively simple or the venting path is short, the slopes of the tapered shapes of the first and second flow paths can be set to be the same, as shown in FIGS. 3 and 4. On the other hand, because the flow mode is complex and from the viewpoint of preventing choking and shock waves, the slope of the tapered shape of the first flow path may be formed to be greater than the slope of the tapered shape of the second flow path, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the cross-sectional profile of the both sides is not limited to a straight tapered shape but may include a curved tapered shape.
  • the cross-sectional profiles of the first and second flow passages may both have a straight taper shape, or they may all have a curved taper shape as shown in FIG. 6(b).
  • the cross-sectional profiles of both sides of the first flow path and the second flow path may be configured as a mixture of straight lines and curves. That is, as shown in FIG. 7(a), the cross-sectional profile of the first flow path can be configured as a curve and the cross-sectional profile of the second flow path can be configured as a straight line.
  • the cross-sectional profiles of the first and second flow paths can be configured as straight lines and curves, as shown in FIG. 7(b).
  • a cross-sectional profile may be configured in a form in which straight lines and curves are partially mixed within each of the first flow path and the second flow path.
  • the cross-sectional area conditions of the overall flow path must be satisfied to continuously or sequentially decrease (first flow path) and increase (second flow path).
  • the curvature of the curve may be set differently depending on each flow path, or may be set differently along the gas discharge direction even within one flow path.
  • the curved tapered flow path in FIGS. 6 and 7 has a shape bent concavely from the center of the flow path toward the inner wall of the flow path, but on the contrary, it can also be composed of a curved flow path with a shape that protrudes convexly from the inner wall of the flow path toward the center of the flow path. possible.
  • the cross-sectional profile of the flow path is only straight, it is simple and easy to manufacture, but when connected to other parts such as pipes, angled parts may occur on the walls of the flow path, which may cause some sections where the flow is unstable.
  • the reduction rate of the cross-sectional area is constant, for example, if gas whose flow is unstable flows in at the entrance of the flow path, there is a high possibility that the flow instability of the gas will not be resolved and will remain until the outlet of the flow path.
  • a flow path with a constant rate of decrease or increase in cross-sectional area has the disadvantage of reducing the degree of freedom to control flow instability within the flow path.
  • the reduction rate of the cross-sectional area changes along the flow path (for example, the cross-sectional profiles on both sides are a mixture of straight lines and curves, or the curvatures of the curves are different), the above-mentioned flow instability occurs within the flow path.
  • It has the advantage of being controllable and manageable. That is, when the shapes of the first and second flow paths 111A and 111B or the profiles of both sides are different as shown in FIG. 7, for example, even if the flow in the first flow path is unstable, the shape of the second flow path is appropriately designed to stabilize the flow. can do. In this way, by varying the shapes of the first and second flow paths or designing the shape or cross-sectional profile differently even within one flow path, the gas flow within the corresponding flow path can be adjusted, thereby increasing the degree of design freedom for controlling flow stability.'
  • the degree of design freedom for controlling flow stability can be further increased.
  • the gas discharge passage 111 may be designed to have a circular cross-sectional shape perpendicular to the gas discharge direction as shown in FIG. 4.
  • the three-dimensional shape of the gas discharge passage 111 may be a truncated cone shape.
  • the shape of the inlet 112 and the outlet 113 of the gas discharge passage 111 is circular, and each constitute a truncated cone-shaped lower and upper surface.
  • the first flow path 111A of the gas discharge flow path 111 has the shape of a first truncated cone 111C in which cross-sectional profiles of both sides are formed in a straight or curved tapered shape.
  • the second flow path 111B has a second truncated cone 111D shape in which cross-sectional profiles of both sides are formed in a straight or curved tapered shape.
  • the gas discharge passage in FIG. 6 has a straight or curved cross-sectional profile on the outer peripheral surfaces of the first and second cones 111C and 111D that form the first and second passages, respectively.
  • the gas discharge flow path of FIG. 7 has a cross-sectional profile of a curved (FIG. 7(a)) or straight line (FIG. 76(b)) outer peripheral surface of the first truncated cone 111C forming the first flow path, and a second
  • the outer peripheral surface of the second truncated cone 111D forming the flow path has a cross-sectional profile of a straight line (FIG. 7(a)) or a curve (FIG. 7(b)).
  • the cross-sectional shape perpendicular to the gas discharge direction is circular, and the first and second flow paths each form a truncated cone shape.
  • the cross-sectional shape is not limited to circular, and may have a rectangular cross-sectional shape as shown in FIG. 8.
  • the first flow path 111A has the shape of a first pyramid 111E in which the cross-sectional profiles of both sides are tapered
  • the second flow path 111B has a tapered cross-sectional profile of both sides. It has the shape of a second truncated pyramid (111F).
  • the first pyramid (111E) and the second pyramid (111F) have trapezoidal cross-sectional profiles at both sides of the passage.
  • a gas discharge passage having such a rectangular cross-sectional shape can also be appropriately employed for design purposes or to control flow stability.
  • the flow path whose cross-sectional shape perpendicular to the gas discharge direction is not circular but rectangular (square), that is, the three-dimensional shape of the flow path forms a pyramid has two sides of the same shape as Figures 6 and 7 in addition to Figure 8. It can also be applied to flow paths with a cross-sectional profile.
  • a straight flow path 115 may be additionally formed inside the gas discharge flow path 111, that is, inside the first flow path 111A, if necessary.
  • the straight flow path 115 is added in this way, the flow inside the gas venting device 100 can be stably guided toward the first flow path 111A.
  • the straight flow path 115 is included inside the bracket member 110, it is easy to introduce a tool for processing the flow path into the inside of the bracket member 110, which can be advantageous in terms of ease of processing.
  • the straight flow path 115 has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the gas discharge direction, but a circular flow path, that is, a cylindrical three-dimensional shape, is also possible.
  • This straight flow path 115 can be applied to the inlet side of the truncated cone-shaped flow path of FIGS. 3 to 7 in addition to the truncated pyramid-shaped flow path shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram showing a gas venting device 200 according to another embodiment of the present invention, where FIG. 9(a) is a schematic cross-sectional view and FIG. 9(b) is a discharge guide 130, which is a component of the gas venting device. ) is a schematic perspective view of
  • the through hole of the bracket member 110 itself is formed as a gas discharge passage 111 including a first passage and a second passage.
  • the purpose of the present invention is achieved by inserting the discharge guide 130 through which the gas discharge passage 131 is formed into the through hole of the bracket member 110. That is, in this embodiment, a gas discharge passage composed of the first passage and the second passage is formed through the discharge guide 130, and the discharge guide 130 is coupled to the through hole of the bracket member 110. A venting disk 120 is coupled to the gas discharge passage 131 of the discharge guide 130.
  • the gas discharge flow path 131 of the discharge guide includes a first flow path 131A and a second truncated cone (131C) in the shape of a first truncated cone (131C) whose tapered cross-sectional profile directions on both sides are opposite to each other.
  • the second flow path 131B in the shape 131D) is formed in succession.
  • the discharge guide 130 has a detachable or replaceable structure. As such, in this embodiment, by using a separate discharge guide 130 equipped with a gas discharge passage 131 in the bracket member 110, gas discharge is smoothed, parts can be easily replaced, and the passage The shape can be easily changed.
  • the venting disk 120 is coupled to the discharge guide 130, and the discharge guide 130 is coupled to the bracket member 110, so that the venting disk 120 is connected to the bracket. It takes the form of being coupled to the member 110.
  • slots into which the venting disk can be inserted may be formed in the discharge guide, similar to the bracket member of FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 10 is a diagram showing a gas venting device 300 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10(a) is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 10(b) is a discharge guide (a component of the gas venting device). This is a schematic perspective view of 130).
  • the discharge guide 130 includes a first discharge guide 130A inserted into the through hole of the bracket member and having a first flow path 131A formed through it, and a first discharge guide 130A inserted into the through hole and having a second flow path 131B formed through it. It consists of 2 discharge guides (130B).
  • the venting disk 120 is coupled between the first discharge guide 130A and the second discharge guide 130B to shield the gas discharge passage 131.
  • the discharge guide 130 is composed of two discharge guides with different flow path shapes, the shape of each discharge guide is simple and processing of each guide is easy.
  • the outer periphery of the venting disk 120 can be inserted and joined between the two discharge guides. For this reason, there is no need to machine a slot for inserting the venting disk 120 into the discharge guide 130, as in the embodiment of FIG. 9.
  • the venting disk is fastened between the first discharge guide (130A) and the second discharge guide (130B), a larger coupling area can be secured between the venting disk and the discharge guide to increase coupling force.
  • the first discharge guide 130A has a first flow path 131A in the shape of a first truncated cone 131C
  • the second discharge guide 130B has a second flow path (131A) in the shape of a second truncated cone 131D.
  • 131B is provided.
  • the first and second cones form a gas discharge passage 131 integrally formed.
  • the first and second cones form a divided gas discharge passage 131.
  • the venting disk 120 is installed in the gas discharge passage, that is, the throat portion, between the first truncated cone shape and the second truncated cone shape.
  • Figure 11 is a diagram of a gas venting device 400 according to another embodiment of the present invention.
  • the bracket member 110 is divided into two to facilitate coupling of the venting disk 120 to the bracket member 110. That is, the bracket member includes a first bracket 110A located on the inlet 112 side of the gas discharge flow path and having the first flow path 111A, and a first bracket 110A on the outlet 113 side of the gas discharge flow path 11. It is located in and includes a second bracket (110B) having the second flow path (111B). Then, the venting disk is positioned between the first bracket (110A) and the second bracket (110B), and the first and second brackets and the venting disk (120) are fastened with the fastening member (140), thereby forming the venting disk. It can be easily coupled to the bracket member.
  • the venting disk 120 is located between the first and second brackets 110A and 110B, and is naturally located at the throat portion, which is the boundary between the first flow path 111A and the second flow path 111B. . Accordingly, the rupture portion of the venting disk is located in the throat portion of the gas discharge passage where the pressure change is not large, making it possible to prevent unintentional rupture of the venting disk.
  • the bracket member 110 is formed of a first bracket 110A having a first flow path 111A and a second bracket 110B having a second flow path 111B, respectively, as shown in FIGS.
  • the bracket is easy to manufacture compared to machining both the first and second flow passages of complex shapes into a single bracket member as shown in FIG. 4.
  • the first bracket (110A) is processed to have only the first flow path whose cross-sectional area decreases
  • the second bracket (11B) need only be processed to have only the second flow path whose cross-sectional area increases, so the bracket processing work is simple. It becomes.
  • the venting disk can be more stably and firmly coupled to the bracket member by contacting both sides of the venting disk with the opposing sides of the first bracket and the second bracket and fastening a fastening member to this contact portion.
  • Figure 12 is a diagram showing the fastening structure of a gas venting device according to another embodiment of the present invention
  • Figure 13 is a perspective view showing the assembly structure of the gas venting device according to another embodiment of the present invention.
  • the bracket member 110 is formed of two first and second brackets 110A and 110B, as shown in FIG. 11, and also includes two discharge guides 130A and 110B, as shown in FIG. 10. 130B) was introduced.
  • the bracket member 110 is composed of a first bracket 110A and a second bracket 110B each having a through hole, and a first flow path 131A is connected to the through hole of the first bracket 110A. ) is inserted through the first discharge guide (130A), and the second discharge guide (130B) through which the second flow path (131B) is formed is inserted into the through hole of the second bracket (110B).
  • bracket member and the discharge guide are each divided, making machining of the parts easier and joining the venting disk even easier.
  • the first discharge guide (130A) is coupled to the through hole of the first bracket (110A)
  • the second discharge guide (130B) is coupled to the through hole of the second bracket (110B)
  • the first and second brackets and the second discharge guide (130A) are coupled to the through hole of the first bracket (110A).
  • the venting disk 120 is positioned between the 1 and 2 discharge guides and coupled with the fastening member 140, the venting disk can be stably coupled to the bracket member and the discharge guide with a larger coupling area.
  • the venting disk, discharge guide, and bracket member are integrally fastened with one fastening member, the joining operation can be performed more simply.
  • the discharge guide 130 may have a fastening portion 135 formed on its outer peripheral surface for fastening the discharge guide to the bracket member.
  • first and second brackets 110A and 110B and the first and second discharge guides 130A and 130B may be fastened to each other using a fastening member 140 such as a bolt.
  • a fastening member 140 such as a bolt.
  • fastening portions 135 for fastening each discharge guide to each bracket 110A and 110B are formed protruding on the outer peripheral surface of the first and second discharge guides 130A and 130B. You can.
  • first and second discharge guides (130A, 130B) must be respectively inserted into the through holes in the first and second brackets (110A, 110B), their cross sections have a shape corresponding to the shape of the through holes, and the fastening portion (135) is A plate-shaped protrusion may be formed along the outer periphery, protruding in a similar shape to the outer periphery of the venting disk 120.
  • the fastening portion 135 may be formed on both the first discharge guide 130A and the second discharge guide 130B.
  • the fastening part 135 is formed with fastening holes (not shown) for bolting together with the first and second brackets 110A and 110B.
  • the fastening holes formed in the fastening part 135 are the first and second brackets 110A and 110B. It is formed at the same position as the fastening hole formed in the brackets 110A and 110B, and is fixed by inserting a bolt.
  • the position where the fastening portion 135 is formed can be appropriately designed.
  • the fastening portions 135 formed on the first discharge guide 130A and the second discharge guide 130B are connected between the first bracket 110A and the venting disk 120 and the second discharge guide 130B, respectively. It may be formed to be positioned between the bracket 110B and the venting disk 120.
  • the position of the fastening part is not limited to this, and for example, the fastening part 135 may be formed to contact the other side of the surface where the first and second brackets 110A and 110B contact the venting disk 120.
  • the fastening part of the discharge guide may be a screw-shaped fastening part formed along the outer peripheral surface.
  • the first bracket 110A and the second bracket 110B and the first and second discharge guides 130A and 130B may be fastened using a screw fastening method. That is, threads 116 and 136 for screw fastening may be formed on the inner walls of the through holes of the first bracket 110A and the second bracket 110A and the outer peripheral surfaces of the first and second discharge guides 130A and 130B, respectively. Accordingly, the first bracket 110A and the second bracket 110A and the first and second discharge guides 130A and 130B may be fastened in the same manner as nuts and bolts, respectively.
  • the screw thread may be formed in both the first discharge guide (130A) and the second discharge guide (130B).
  • the discharge guide 130 is fastened to the brackets 110A and 110A by a screw fastening method
  • the structure and fastening method of the parts are simplified, and the first and second discharge guides 140 are strongly attached to the bracket member 110. It can be fixed.
  • a separate fastening member is required to fasten the first and second brackets and the venting disk placed between them.
  • the shape of the gas discharge passage formed in the bracket member or discharge guide can be designed in various shapes according to the safety standards of the battery pack, etc.
  • the cross-sectional area of the throat portion (T) of the gas discharge passages 111 and 131 may be appropriately selected depending on the structure of the battery module and battery pack or the safety conditions to be achieved, but the gas discharge passage inlet (the inlet of the first passage (112,132)) It may be 20% to 80% of the cross-sectional area. Specifically, the cross-sectional area of the throat portion may be 20% to 40%, or 40% to 60%, or 60% to 80%, and more specifically, 55 to 65% of the inlet cross-sectional area.
  • the cross-sectional area of the outlet of the gas discharge flow path may be the same as or different from the inlet cross-sectional area.
  • a pattern (not shown) to assist gas discharge may be formed on the inner walls of the gas discharge passages 111 and 131.
  • the pattern may be in the form of threads, embossing, or a protrusion having a pattern of straight lines parallel to the gas discharge direction.
  • the pattern may be in the form of a threaded protrusion that surrounds the inside of the flow path along the inner wall of the flow path.
  • Figure 14 is a schematic diagram showing the shape of a venting disk according to the present invention.
  • FIG. 14(a) shows a venting disk 120 inserted into a slot formed in the bracket member of FIGS. 3 and 4 or the discharge guide of FIG. 9, and FIG. 14(b) shows a plurality of venting disks 120 as shown in FIG. 12. The shape of the venting disk 120' fastened between the bracket and the discharge guide is shown.
  • the venting disk 120 includes a disk outer peripheral portion 121 fastened to the bracket member 110; and an inner disk portion 122 that is formed as one body with the disk outer peripheral portion 121 and shields the through hole, but ruptures when a predetermined pressure is applied. Includes.
  • An outer extension portion 125 is formed in the lower portion of the outer peripheral portion of the venting disk, and a fastening hole 123 is formed in this outer peripheral extension portion 125.
  • the entire venting disk 120 is inserted into a slot formed in the bracket member (FIG. 4) or the discharge guide (FIG. 9), and at this time, a portion of the outer peripheral portion of the upper side of the venting disk is formed in the bracket member or discharge guide. It is inserted into a slot (insertion groove) on the inner wall of the gas discharge passage throat. Thereafter, the outer peripheral extension portion of the venting disk is coupled to the bracket member or discharge guide by a fastening member 140.
  • the venting disk 120' of FIG. 14(b) includes a disk outer peripheral portion 121 fastened to the first bracket 110A and the second bracket 110B; and an inner disk portion 122 that is formed as one body with the disk outer peripheral portion 121 and shields the through hole, but ruptures when a predetermined pressure is applied. Includes.
  • the venting disk 120' in FIG. 14(b) is disposed concentrically with the bracket member or discharge guide in the gas venting device.
  • the disk inner peripheral portion 122 may be made of metal or plastic that can rupture when a predetermined pressure is applied.
  • the disk inner peripheral portion 122 may be formed of a thin metal or plastic material such as copper, aluminum, or stainless steel.
  • the disk inner peripheral portion 122 can be appropriately selected according to the pressure conditions at the time of rupture.
  • the disk inner peripheral portion 122 blocks the bracket member or the through hole formed in the first bracket 110A and the second bracket 110B to prevent moisture or foreign substances from penetrating into the battery module or battery pack.
  • the internal pressure increases, and this pressure acts as a force to rupture the inner peripheral portion of the disk 122.
  • the pressure inside the battery module or battery pack is higher than the external air pressure, so the internal gas may be discharged to the outside of the battery module or battery pack due to negative pressure.
  • a fastening hole 123 is formed in the circumferential direction of the disk outer peripheral portion 121 in Figure 14(b), so that the venting disk can be coupled to the bracket member as a fastening member through the corresponding fastening hole of the bracket member.
  • a notch 124 is formed on the inner peripheral portion of the disc 122 so that it ruptures when a predetermined pressure is applied.
  • This notch 124 is formed by partially cutting the surface of the venting disk 130 in the thickness direction.
  • the shape of the notch 124 can be designed into a cross-shaped, round-square, U-shaped, oval-shaped, or arc-shaped shape, and the cross-section of the notch 124 can be shaped like a trapezoid, V-shaped, square, or arc-shaped.
  • the shape of the notch 124 formed on the inner peripheral portion of the disk 122 is not necessarily limited to this and may have various shapes.
  • the shape of the notch 124 may be X-shaped as shown in FIG. 14.
  • the ruptured pieces of the inner peripheral portion of the disk 122 do not completely fall off and may be coupled to the outer peripheral portion of the disk 121. If the ruptured piece of the inner disc is completely separated from the venting disc, it is difficult to remove and may damage other parts.
  • a disk pad (not shown) is disposed between the first bracket 110 and the venting disk 130 and between the second bracket 120 and the venting disk 130. It can be.
  • This disk pad has a shape corresponding to the outer peripheral portion of the disk 131 and may be provided in an annular or ring shape.
  • the disk pad is used to increase airtightness between the first bracket 110 and the venting disk 130 or between the second bracket 120 and the venting disk 130 and to prevent damage to the outer peripheral portion of the disk 132.
  • the disc pad may be made of an elastic rubber material.
  • the present invention provides a battery module including the gas venting device described above.
  • Figure 15 is a schematic diagram showing the coupling structure of the gas venting device in the battery module 1000 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 16 is a schematic diagram showing the coupling structure of the gas venting device in the battery module 2000 according to another embodiment of the present invention. This is a schematic diagram showing the structure.
  • battery modules 1000 and 2000 include a plurality of secondary batteries (not shown); and module frames (1100, 2100) on which the secondary batteries are mounted; It includes a structure in which a gas venting device (500, 600) is fastened to one side of the module frame (1100, 2100).
  • the secondary battery has an electrode assembly in which an anode, a cathode, and a separator are alternately stacked together with an electrolyte solution in a cell case. Since the configuration of this secondary battery is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains, a more detailed description will be omitted.
  • the gas venting devices 500 and 600 may be fastened with the first bracket 110A or the second bracket 110B in contact with the module frame 1100, as shown in FIG. 15.
  • a gas venting device with two separate brackets and two discharge guides is shown fastened to the module frame.
  • gas venting devices of other embodiments described above in which a single bracket member and an exhaust guide, or a single bracket member and a separate exhaust guide are applied can also be coupled to the module frame.
  • the first bracket 110A is fastened in contact with the outer surface of the module frame 1100 as shown in FIG. 15(a), or the second bracket 110B is attached to the module frame 1100 as shown in FIG. 15(b). It is concluded in a state of contact with the inner world.
  • the inner surface of the module frame 1100 refers to the surface facing the internal space where the secondary battery is mounted in the module frame 1100
  • the outer surface refers to the surface exposed to the outside of the module frame 1100.
  • fastening holes formed in fastening portions (not shown) of the first bracket 110A, the second bracket 110A, and the first and second discharge guides 130A and 130B are fastened to the venting disk 120.
  • a hole corresponding to the hole (bolt through hole) is formed, so that the first bracket (110A), the venting disk (120), the first and second discharge guides (130A, 130B), and the second bracket (110B) are connected with one bolt. It can be fixed to the module frame 1100 through fastening. Furthermore, the module frame 1100 has a hole of a size corresponding to the through hole formed in the first and second brackets 110A and 110B or the inlet of the gas discharge passage 131 formed in the first and second discharge guides 130A and 130B. As this is formed, gas generated within the module can be discharged.
  • the gas venting devices 500 and 600 are fastened with the module frame 2100 interposed between the first bracket 110A and the second bracket 110B. You can. Specifically, as shown in FIG. 16, the first bracket 110A of the gas venting device is in contact with the inner surface of the module frame 2100, and the second bracket 110B can be fastened in contact with the outer surface of the module frame 2100. . At this time, the venting disk 120 may be fastened between the first bracket 110A and the module frame 2100 or between the second bracket 110B and the module frame 2100. When a fastening part is formed on the discharge guide, the venting disk is located between the fastening part and the module frame.
  • the battery module 2000 may further include a sealing member (not shown) that seals between the module frame 2100 and the outer periphery of the gas venting devices 500 and 600.
  • the sealing member may be a rubber ring or silicone resin, and may be installed in the gap between the gas venting device and the module frame to seal the battery module.
  • the present invention provides a battery pack including the gas venting device described above.
  • a battery pack according to the present invention includes at least one battery module including a plurality of secondary batteries; and a battery pack case on which the battery module is mounted. It includes, and a gas venting device as described above may be fastened to one side of the battery pack case.
  • the gas venting device can be fastened to the battery pack case in the same manner as the combination of the module frame and the gas venting device described above.
  • the battery pack may include a sealing member that seals between the battery pack case and the outer periphery of the gas venting device.
  • the gas venting device according to the present invention, the battery module and the battery pack equipped with the same have a sealed interior, and when the internal pressure exceeds the standard value, the venting disk ruptures and the gas inside the battery pack is discharged to the outside. do.
  • the present invention adopts two consecutive flow paths in which the cross-sectional area of the gas discharge flow path continuously or sequentially decreases in the gas discharge direction and then increases again. Accordingly, it is possible to overcome the conventional limitation of the choking phenomenon occurring when the outlet flow velocity is only subsonic, and to discharge a larger flow rate of gas by setting the outlet flow velocity of the gas discharge passage to supersonic speed or higher.
  • the gas flow stability at the outlet is greatly improved, and the generation of shock waves can be reduced or prevented.

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Abstract

본 발명은 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩에 관한 것으로, 가스 배출 방향에 따라 유로의 단면적을 감소 및 증가시킴으로써, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 더 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다.

Description

가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 가스를 배출하는 가스 벤팅 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2022.6.14 자 한국 특허 출원 제10-2022-0072178호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 이차전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
이차 전지는 충 방전을 반복하면서 언제든지 사용 중에 내부로부터 가스가 발생할 수 있으며, 이를 벤팅 가스(venting gas)라고 한다. 예를 들어, 과전류가 흐르면 내부의 이차전지가 온도가 급속하게 상승한다. 이러한 온도의 급속한 상승은 전해액의 분해 반응을 야기하여 가스가 발생될 수 있다. 배터리 팩에서 내부의 이차전지로부터 가스가 발생할 경우, 이러한 가스가 팩 내부에 포집되어 배터리 팩이 폭발하거나, 배터리 팩의 냉각용 덕트 등을 통해 차량 등의 내부로 유입될 수 있다. 이에 배터리 팩에는 내부의 가스를 외부로 배출시켜 내부 압력을 감소시키는 벤팅 장치를 마련하게 된다.
벤팅 장치는 일반적으로 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 가스가 유입되는 입구 및 가스가 배출되는 출구 사이에 내부 압력에 따라 파열될 수 있는 벤팅 디스크가 삽입되어 있는 구조이다.
도 1은 종래의 가스 벤팅 장치의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 가스 벤팅 장치(1)는 벤팅 디스크(20)와 연통되는 브라켓(10)의 가스 배출 유로(11)가 원통형으로 단순하게 설계되어 있기 때문에, 장치 설계가 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 종래의 가스 벤팅 장치(1)는 단순히 가스의 유입구(12)와 유출구(13)가 연결되어 있는 원통형 모양의 구조를 가지고 있기 때문에 입구와 출구 사이의 압력이 크지 않아 배출할 수 있는 가스의 유량에 한계가 있었다.
또한, 다량의 가스 발생시에 가스 배출 유로(11)의 출구부에서 유동이 정체되는 이른바 초킹(chocking) 현상이 발생될 수 있고, 이에 의하여 유동 불안정성이 증대되는 문제가 있다. 이러한 초킹 현상을 피하기 위해서 낮은 압력에서 파열될 수 있도록 벤팅 디스크를 선정할 필요가 있다. 하지만, 파열 압력 공차를 고려하면 이 경우에는 벤팅 디스크의 부품 신뢰성 확보가 어려울 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 원통형 유로(11)의 가스 벤팅 장치에서는 출구부의 불안정한 유동과 출구에서의 급격한 압력 변화로 인하여 출구에 가까운 곳에서 강한 충격파(shock wave)가 발생하여 안전성을 해치는 문제가 있다.
더욱이, 충격파 하류에서는 국소적으로 압력이 상승하는 현상이 발생하고, 이로 인하여 출구 압력이 재상승되는 문제가 있다. 이렇게 되면 결과적으로 입출구 압력 차이가 줄어들어 배출 유량이 감소될 가능성이 있다.
[선행기술문헌] 한국공개특허 제10-2018-0039986호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 동일한 면적의 벤팅 디스크로도 동일 시간당 더 많은 유량을 배출할 수 있는 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 출구부에서의 초킹 현상을 해소하여 벤팅 디스크의 파열 압력을 높일 수 있는 가스 벤팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 유로 출구에서의 충격파 발생을 방지하여 안전성을 높이고 유동 안정성을 한층 더 개선한 가스 벤팅 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가스 벤팅 장치는, 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재; 및 상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크;를 포함하며, 상기 가스 배출 유로는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로를 포함한다.
구체적인 예로서, 상기 벤팅 디스크는, 상기 제1 유로와 제2 유로의 경계부인 스로트부(throat portion)에 설치될 수 있다.
상기 제1 유로와 제2 유로는 길이가 동일 또는 상이할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제1 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상으로 형성되고, 상기 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기와 상기 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기는 동일 또는 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대 형상을 가지고, 상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대 형상을 가질 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대 형상을 가지고, 상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대 형상을 가지는 것일 수 있다.
이 때, 상기 제1 각뿔대 및 제2 각뿔대는 단면 프로파일이 사다리꼴인 사각뿔대 형상일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제1 유로의 입구 측에 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로가 연결될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 브라켓 부재는 통공을 구비하고, 가스 벤팅 장치는 상기 통공 내에 삽입되며 상기 가스 배출 유로가 관통 형성된 배출 가이드를 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 배출 가이드는, 상기 통공 내에 삽입되며 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드를 포함하고, 상기 벤팅 디스크는 상기 제1 배출 가이드와 제2 배출 가이드 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐할 수 있다.
상기 배출 가이드의 외주면에는 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부가 형성될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 브라켓 부재는, 상기 가스 배출 유로의 입구 측에 위치하며 상기 제1 유로를 가지는 제1 브라켓과, 상기 가스 배출 유로의 출구 측에 위치하며 상기 제2 유로를 가지는 제2 브라켓을 포함하고, 상기 벤팅 디스크는 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐할 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 상기 제1 브라켓 및 제2 브라켓은 각각 통공을 구비하며, 상기 제1 브라켓의 통공에는 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드가 삽입되고, 상기 제2 브라켓의 통공에는 제2 유로가 관통 형성된 제2 배출 가이드가 삽입될 수 있다.
한편, 상기 벤팅 디스크는, 상기 브라켓 부재에 결합되는 디스크 외주부; 및
상기 디스크 외주부와 한 몸체로 형성되고, 상기 가스 배출 유로를 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부; 를 포함하며, 상기 디스크 내주부에는 상기 소정의 압력이 가해지면 파열되도록 노치가 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은 복수의 이차전지; 및 상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임; 을 포함하며, 상기 모듈 프레임의 일측에 상술한 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 배터리 팩은 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및
상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며, 상기 배터리 팩 케이스의 일측에 상술한 바와 같은 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 벤팅 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩은, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 동일 시간당 더 많은 유량을 배출함으로써 배터리 모듈 및 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 특유의 가스 배출 유로 형상을 구비하여, 다량의 벤팅 가스가 발생하더라도, 초킹 현상을 해소하면서 출구부에서 비교적 안정적인 가스 유동을 얻을 수 있다.
또한, 초킹 현상을 회피하면서 입출구 압력 차이를 크게 할 수 있으므로, 벤팅 디스크의 파열 압력을 비교적 높게 선정할 수 있다는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 배출된 가스가 높은 속도로 배출되고, 이러한 고속의 유동 관성으로 인하여 출구와 먼 곳에서 충격파가 발생하거나 충격파의 발생 자체를 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 가스 벤팅 장치, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩은 열 전파 등의 이벤트 발생시에도 안전성을 크게 개선할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 가스 벤팅 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 가스 벤팅 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 가스 벤팅 장치에서 벤팅 디스크와 브라켓 부재의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 체결구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 조립구조를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 벤팅 디스크의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.
(부호의 설명)
100, 200, 300, 400, 500, 600: 가스 벤팅 장치
110: 브라켓 부재
110A: 제1 브라켓
110B: 제2 브라켓
111: 가스 배출 유로
111A: 제1 유로
111B: 제2 유로
111C: 제1 원추대
111D: 제2 원추대
111E: 제1 각뿔대
111F: 제2 각뿔대
112: 입구
113: 출구
T: 스로트부
S1,S2: 슬롯
115: 직선형 유로
116: 나사산
120, 120': 벤팅 디스크
121: 디스크 외주부
122: 디스크 내주부
123: 체결공(볼트 관통홀)
124: 노치
125: 외주부 연장부
130: 배출 가이드
130A: 제1 배출 가이드
130B: 제2 배출 가이드
131: 가스 배출 유로
131A: 제1 유로
131B: 제2 유로
131C: 제1 원추대
131D: 제2 원추대
132: 입구
133: 출구
135: 체결부
136: 나사산
140: 체결부재
1000, 2000: 배터리 모듈
1100, 2100: 모듈 프레임
본 발명의 가스 벤팅 장치는, 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재; 및 상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크;를 포함하며, 상기 가스 배출 유로는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은 복수의 이차전지; 및 상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임; 을 포함하며, 상기 모듈 프레임의 일측에 상술한 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 배터리 팩은 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며, 상기 배터리 팩 케이스의 일측에 상술한 바와 같은 가스 벤팅 장치가 결합될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서, "포함하다" 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, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 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 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 가스 벤팅 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 가스 벤팅 장치에서 벤팅 디스크와 브라켓 부재의 결합구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 가스 벤팅 장치의 출구부에서의 가스 유동 상황을 나타낸 개략도이다.
본 발명에 따른 가스 벤팅 장치(100)는, 가스 배출 유로(111)를 가지는 중공형의 브라켓 부재(110); 및 상기 브라켓 부재(110)에 결합되어 상기 가스 배출 유로(111)를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크(120);를 포함하며, 상기 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 벤팅 장치(100)는, 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재(110)와, 상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크(120)를 포함한다. 도 3(a)은 상기 가스 벤팅 장치(100)의 개략 단면도이고, 도 3(b)는 상기 가스 벤팅 장치(100)의 사시도이다.
상기 브라켓 부재(110)는 중공형으로 형성되어 이 중공(통공)의 공간이 직접 가스 배출 유로를 형성할 수 있다. 혹은 후술하는 바와 같이, 이 중공의 공간 내에 가스 배출 유로를 가진 다른 부재(예컨대, 배출 가이드)를 위치시킬 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 브라켓 부재(110)가 대략 중심부에 통공을 구비하며, 상기 통공이 가스 배출 유로(111)를 형성하고 있다.
상기 브라켓 부재(110)에는 가스 배출 유로를 차폐하는 벤팅 디스크(120)가 구비된다. 벤팅 디스크(1120는 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 파열 가능한 재질로 이루어져 있다. 예컨대, 파열 가능한 금속 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 또는, 비닐, 필름 등과 같이 박막화가 가능한 고분자 재료로 만들 수도 있다. 한편, 파열이 용이하도록 유로에 대응되는 벤팅 디스크 부위에 노치를 구비할 수 있다.
상기 소정의 압력은 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내의 전지 설계 상황과 요구되는 안전성의 정도를 고려하여 결정될 수 있다. 예컨대, 모듈 및 팩 내에 화염이 발생하거나 설정된 고온 고압을 초과할 경우, 상기 벤팅 디스크(120)가 파열되도록 할 수 있다. 혹은, 안전성을 높이기 위하여, 내부에서 폭발이 일어나기 전의 압력인 비교적 낮은 설정 압력에서 벤팅 디스크가 파열되도록 설계하는 것도 가능하다.
상기 벤팅 디스크(120)는 가스 배출 유로(111)를 차폐하도록 상기 가스 배출 유로 상에 위치하여 상기 브라켓 부재(110)에 결합된다.
상기 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 포함한다. 이와 같이, 본 발명은 유로 단면적이 상이한 2개의 유로를 연이어 형성함으로써, 이하에서 설명하는 바와 같이 초킹 현상을 배제하며 출구 유속을 증가시켜 다량의 가스를 배출 할 수 있고, 충격파의 발생을 방지하여 유동 안정성을 개선시킬 수 있다.
일반적으로 배터리 팩에는 다수의 배터리 모듈이 탑재되며, 각각의 배터리 모듈에는 복수개의 이차전지가 내장되어 있다. 이들 이차전지는 충방전을 반복함에 따라 전해액의 분해 반응 등으로 인하여 가스를 발생시킨다. 전지의 충방전 과정에서 발생하는 열은 가스 발생을 촉진시키며, 가스를 팽창시켜 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 압력을 높이게 된다. 이 과정이 지속될 경우 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 폭발하거나, 내부의 가스가 덕트 등을 통해 차량 등의 내부로 유입될 수 있으므로, 기체의 압력이 소정 크기 이상이 될 경우 벤팅 디스크가 파열됨으로써 가스를 배출시키는 벤팅 장치가 부착된다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래의 가스 벤팅 장치는 단순히 가스의 유입구와 유출구가 연결되어 있는 원통형 모양의 가스 배출 유로를 가지고 있기 때문에 입구와 출구 사이의 압력 차이가 크지 않아 배출할 수 있는 가스의 유량에 한계가 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 가스 배출 유로(111)는, 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로(111A)와, 상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로(111B)를 구비하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 배출 유로의 제1 유로(111A)에서 단면적이 감소하는 경우, 단면적이 큰 제1 유로의 입구(112)에서는 가스의 속력이 감소함에 따라 내부 압력이 증가하고, 단면적이 작은 제1 유로의 출구에서는 가스의 속력이 증가함에 따라 내부 압력이 감소하게 된다. 이에 따라 제1 유로(111A)의 입구와 출구의 압력 차이가 국소적으로 더 증가하게 되고, 동일한 면적의 벤팅 디스크를 사용하더라도 더 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부에서 발생한 가스로 인한 내부 압력이 기준치를 초과하였을 때, 가스를 신속하게 배출함으로써 배터리 모듈 및 배터리 팩의 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 단면적이 감소하는 제1 유로(111A)는, 종래의 원통형 유로에 비하여 입출구의 압력 차이를 크게 할 수 있어 가스 배출 유량을 증가시킬 수 있다.
한편, 종래의 원통형 유로는 물론이고, 상기 제1 유로와 같이 단면적이 감소하는 유로의 경우에도 이른바 초킹 현상이 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다량의 가스 배출을 위해서는, 유로의 입구와 출구의 압력 차이가 클수록 유리하다. 그러나, 입구와 출구의 압력 차이를 아무리 크게 설계한다 하더라도, 제1 유로와 같은 단면적 감소 유로의 출구에서 최대로 도달할 수 있는 가스의 유속은 음속(M=1)이 한계이다. 즉, 가스 유속이 음속 이하인 아음속(subsonic) 구간에서는 상기 가스는 이른바 비압축성 기체로 간주되어 가스 배출 유로의 단면적이 감소함에 따라 가스의 유속이 증가한다. 하지만, 이러한 아음속 유동(subsonic flow)의 경우, 상기 압력 차이를 아무리 크게 한다 하더라도 물리 법칙상 유로 출구에서의 가스 유속은 음속을 초과할 수 없다.
이 때문에, 입구와 출구의 압력 차이를 계속 증가시키더라도, 출구 유속이 음속에 도달한 시점 이후에는 출구의 가스 유속 및 유동이 정체되는 이른바 초킹 현상이 발생한다.
본 발명은 이러한 초킹 현상을 해소하고 출구 유속을 더욱 증가시키기 위하여, 유로 단면적이 증가하는 제2 유로(111B)를 구비하고 있다.
제1 유로(111A)의 출구 유속이 음속에 도달한 후, 유로 단면적이 제2 유로(111B)와 같이 다시 증가하는 경우에는, 가스는 이른바 압축성 기체의 거동을 보이게 되고 제1 유로와 달리 유로 단면적에 따라 유속이 증가하는 초음속 유동을 하게 된다. 즉, 제1 유로(111A)의 출구에서 정체되었던 가스 유속은 제2 유로(111B)에서 단면적이 증가함에 따라 더욱 증가되어 음속을 초과하는 유동을 하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면 단면적이 감소하는 제1 유로와, 단면적이 증가하는 제2 유로를 연속적으로 형성함으로써, 초킹을 해소하고 최종적으로 가스 배출 유로의 출구, 즉 제2 유로의 출구(113)에서의 가스 유속을 더욱 증가시켜 다량의 가스를 배출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 종래와 같은 충격파의 발생을 완화하거나 없앨 수 있다는 장점이 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 가스 배출 유로는 출구에서의 가스 유속이 높지 않으므로, 출구 근처에서 충격파가 발생한다. 충격파는 비가역적인 유동에너지의 손실이며, 출구 후방 측에서 급격한 압력 상승을 수반한다. 이와 같이 출구 측의 압력이 높아지면 결과적으로 입출구 압력 차이가 감소되어 가스 배출을 방해하게 된다.
반면, 도 5와 같이, 단면적이 감소 및 증가하는 2개의 유로를 구비한 본 발명의 경우에는, 출구 유속이 초음속에 도달할 정도로 매우 크며, 이러한 고속의 유동 관성에 의하여 충격파가 출구(113)와 먼 곳에서 발생한다. 최근 배터리 발화 내지 폭발의 위험성이 대두되는 상황에서, 이러한 충격파는 유동의 관심 영역 안에서 회피할 수 있도록 유로를 설계하는 것이 중요하다. 본 발명은 단면적이 상이한 제1,2 유로를 구비하는 것에 의해서, 충격파를 출구로부터 떨어진 곳에서 형성할 수 있다. 또한, 이 과정에서 가스의 유동에너지는 손실되므로, 발생하는 충격파의 강도도 도 5에서 점선으로 표시되는 바와 같이 훨씬 작거나, 경우에 따라서는 충격파 발생없이 대기로 소산될 가능성도 있다.
이에 따라 본 발명에서는 종래와 같은 출구부에서의 국소적인 압력 상승도 일어나지 않는다.
결론적으로, 본 발명에 의하면, 가스 배출 유로(111)의 입구(112)와 출구(113)의 압력 차이를 크게 하여 초킹 현상을 극복하고 다량의 가스를 배출할 수 있으면서도, 출구부에서 충격파의 발생 없이 비교적 안정적인 가스 유동성을 얻을 수 있으며, 안전성도 개선할 수 있게 된다.
더욱이, 압력 차이를 크게 할 수 있으므로 벤팅 디스크의 파열 압력도 비교적 높게 선정할 수 있다.
본 발명의 가스 배출 유로를 이루는 제1 유로 및 제2 유로의 형상, 길이, 단면적 크기, 단면적 변화율 등은 배터리 모듈 및 배터리 팩 내에서 설치되는 이차전지의 종류, 개수, 배치 구조 등의 설계 사양에 따라 적절히 변경하여 선택할 수 있다. 즉, 이차전지의 설계 사양에 따라 배터리 모듈이나 팩 내에서 일어나는 열 전파 상황, 화염발생상황, 온도, 압력이 달라진다. 또한, 배터리 팩 내부에 설치되는 배터리 모듈의 개수, 배치 구조도 고려할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 가스 배출 유로의 형상, 길이, 단면적 등의 여러 사양은 상술한 여러 파라미터들을 고려하여 결정할 수 있다.
이러한 가스 배출 유로의 형상, 길이, 단면적 크기, 단면적 변화율 등에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 가스 배출 유로(111)를 차폐하도록 브라켓 부재(110)의 가스 배출 유로(111)에 설치된다. 이론상 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 제1 유로와 제2 유로의 경로의 어떤 부분에도 설치할 수 있다. 실제로는 가스 배출 유로의 위치에 따른 압력이나 유속, 단면적, 유로 형상 및 설치 용이성 등을 고려하여 가장 적절한 위치에 벤팅 디스크를 설치할 수 있다.
대표적인 벤팅 디스크의 바람직한 설치 위치로서 이하의 예를 들 수 있다.
첫번째로, 도 3 내지 도 5와 같이 벤팅 디스크(120)를 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 경계부인 스로트부(T)에 설치할 수 있다.
스로트부(T)는 아음속 거동이 초음속 거동으로 변화하는 단면적을 형성하므로, 유로 설계시에 이 스로트부의 단면적을 우선적으로 결정할 필요가 있다. 벤팅 디스크(120)를 스로트부에 설치하면, 벤팅 디스크의 면적, 파열 압력 범위도 스로트부에서의 단면적을 고려하여 비교적 정확하게 설계할 수 있다. 특히, 가스 배출 유로의 입구(112)나 출구(113)에 비하여 스로트부(T)의 유동이 안정적이고, 이러한 안정적인 부분을 기준으로 설계를 진행하므로, 벤팅 디스크(120)의 설계 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 스로트부(T) 전후에서는 압력 편차가 크지 않으므로, 벤팅 디스크가 설정 압력 도달 전에 의도치 않게 파손될 가능성도 적다.
두번째로, 벤팅 디스크(120)를 가스 배출 유로의 입구부, 즉 제1 유로(111A)의 입구(112) 측에 설치할 수 있다. '입구 측'에 설치한다는 것은, 가스 배출 유로(111)를 이루는 제1 유로(111A)의 입구(112)에 설치하는 경우 또는 그 입구에 인접한 부분에 설치하는 경우를 모두 포함한다. 나아가서, 상기 가스 벤팅 장치(100) 안쪽으로 상기 제1 유로(111A)보다 선행하는 추가적인 유로가 형성되는 경우, 이 추가적인 유로에 상기 벤팅 디스크(120)를 설치하는 경우를 포함한다.
이 경우에는 외부 압력으로부터 벤팅 디스크를 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 벤팅 디스크 내측의 이차전지 부품, 모듈 부품 등의 중요 부품을 보호하기 용이하다.
또한, 유로 형상에 있어서 상술한 스로트부의 형상만 결정되면, 전체 유량은 입구 크기에 크게 구애받지 않으므로, 가스 배출 유로의 입구에 설치되는 벤팅 디스크의 사양 선정이 용이하다. 즉, 입출구의 압력 변화에 따른 유속 증가의 효과를 거둘 수 있는 범위 내에서 스로트부와 유로의 형상이 결정되면, 입구부의 면적, 그리고 이에 설치되는 벤팅 디스크의 크기는 적절하게 설계할 수 있다. 따라서, 입구에 벤팅 디스크를 설치하는 경우에는 설계 자유도가 커지는 장점이 있다.
세번째로, 벤팅 디스크(120)를 가스 배출 유로의 출구부, 즉 제2 유로(111B)의 출구(113) 측에 설치할 수 있다.
벤팅 디스크가 유로 입구에 설치되거나 스로트부에 설치될 경우, 벤팅 디스크 파열시 그 파열된 조각들이 유로를 막거나 모듈 내부로 흘러들어가 간섭을 일으킬 수 있다. 이렇게 되면 유로의 유동 안정성이 손상될 수 있다. 벤팅 디스크를 유로 출구에 설치할 경우 이러한 위험성을 줄일 수 있어 유동 안정성에 기여할 수 있다.
벤팅 디스크가 유로 출구(113) 측에 위치하고 있어, 입구로부터 출구 측의 유로에는 어떠한 장애물도 없다. 이에 따라, 가스 배출 유로 내의 가스 유동이 최대한 발달된 이후(fully developed)에 유로가 외부와 연통되므로, 유로의 유동 안정성이 한층 더 개선되어, 배출 가스를 안정적으로 내보낼 수 있게 된다.
상기 벤팅 디스크(120)는 상술한 바와 같이, 제1 유로의 입구(가스 배출 유로의 입구(112)), 제2 유로의 출구(가스 배출 유로의 출구(113)), 또는 제1 유로의 출구와 제2 유로의 입구의 경계부인 스로트부(T)에 설치될 수 있다. 물론, 유로 설계에 따라서, 그 외의 위치에 벤팅 디스크를 설치할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 제1 유로의 입구, 출구, 스로트부에 벤팅 디스크를 설치하는 경우, 각각의 장점이 있다. 브라켓 부재(110)에 대한 벤팅 디스크(120)의 결합 용이성 면에서는, 가스 배출 유로의 입구나 출구 쪽에 벤팅 디스크를 설치하는 것이 좋다. 즉, 가스 배출 유로의 입구 또는 출구 측에 벤팅 디스크(120)를 배치하면, 예컨대 브라켓 부재(110)의 상대결합면에 벤팅 디스크를 접촉시키고 체결부재로 체결하여 용이하게 가스 벤팅 장치를 조립할 수 있다.
반면, 도 3 및 도 4와 같이, 스로트부(T)에 벤팅 디스크가 위치하도록 브라켓 부재를 결합시킬 경우에는, 벤팅 디스크가 결합될 수 있는 장소를 마련하기 위하여, 브라켓 부재 또는 가스 배출 유로의 형상을 별도로 가공할 필요가 있다. 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 브라켓 부재(110)의 몸체에 벤팅 디스크(120)가 끼워지는 슬롯(S1,S2)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 브라켓 부재(110)의 가스 배출 유로(111)의 스로트부 내주면에는 벤팅 디스크(120)를 끼울 수 있도록 추가적인 슬롯(삽입 홈)(S2)을 형성할 필요가 있다. 상기 벤팅 디스크(120)의 일부는 가스 배출 유로의 스로트부를 가로질러 상기 삽입홈(S2)에 끼워져 고정될 수 있다. 이후, 체결부재(140)에 의하여 벤팅 디스크(120)를 상기 브라켓 부재(110)에 고정할 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시예와 같이, 스로트부에 벤팅 디스크를 결합하는 경우에는 상기와 같이, 브라켓 부재의 형상이나 구조를 다소 복잡하게 가공해야 하는 단점이 있을 수 있다.
하지만, 상술한 바와 같이, 스로트부에 벤팅 디스크가 설치되는 경우, 상술한 바와 같이, 벤팅 디스크의 설계 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 스로트부에서의 압력 편차가 크지 않으므로, 벤팅 디스크가 설정 압력 도달 전에 의도치 않게 파손될 가능성도 적다.
이와 같이, 벤팅 디스크를 스로트부에 설치할 경우의 효과를 감안한다면, 가공이 다소 어렵더라도 도 3 및 도 4와 같은 구조의 가스 벤팅 장치를 채택할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 브라켓 부재 또는 브라켓 부재에 삽입되는 배출 가이드를 복수개로 구성하고 이 복수개의 브라켓 부재나 복수개의 배출 가이드 사이에 벤팅 디스크를 체결하면, 브라켓 부재를 복잡하게 가공할 필요가 없다.
이하에서는, 벤팅 디스크가 스로트부에 설치되는 가스 벤팅 장치의 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
제1 유로와 제2 유로의 길이, 형상, 단면적 크기, 단면적 변화율은 이차전지, 배터리 모듈, 배터리 팩의 설계 사양, 요구 안전성, 가스의 유동 안정성 등을 고려하여 적절하게 설계할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 유로 형상을 나타낸 도면이다. 도 6(a)는 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로를 도시한 것이고, 도 6(b)는 양측부의 단면 프로파일이 곡선형이 유로를 도시한 것이다. 도 7(a)는 양측부의 단면 프로파일이 곡선형과 직선형으로 이루어진 유로를 도시한 것이고, 도 7(b)는 양측부의 단면 프로파일이 직선형과 곡선형으로 이루어진 유로를 도시한 것이다. 도 8(a)는 유로 양측부의 단면 프로파일이 사다리꼴 형상인 유로 형상을 도시한 것이고, 도 8(b)는 이 유로의 입체적인 형상인 각뿔대 형상을 타낸 개략 사시도이다.
전체적인 가스 배출 유로의 길이, 또는 제1 유로와 제2 유로의 길이는, 가스 배출 압력, 유로 단면적, 모듈이나 팩의 크기 등을 고려하여 결정할 수 있다.
예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 유로와 제2 유로의 길이는 동일하게 구성할 수 있다. 이 경우는 가스 유속의 변화가 비교적 단순한 경우에 적용할 수 있고, 브라켓 부재의 가공이 용이하다.
하지만, 도 6 내지 도 8과 같이, 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 길이를 상이하게 하는 것도 가능하다. 특히, 아음속 구간인 제1 유로(111A)의 길이를 짧게 하고, 초음속 구간인 제2 유로(111B)의 길이를 길게 할 수 있다. 제1 유로를 짧게 하고 제2 유로의 길이를 길게 하면, 스로트부의 초킹을 신속하게 해소할 수 있으며, 제2 유로의 초음속의 유동을 충분하게 발달시킨 상태에서 출구로부터 가스를 배출시킬 수 있다. 이에 의하여, 배출 가스의 유동 관성을 증대시켜 충격파 발생 구간을 출구(113)에서 보다 먼 쪽에서 형성할 수 있다.
제1 유로(111A)는 유로 단면적이 가스 배출 방향을 따라 연속적으로 또는 순차적으로 감소한다. 상기 유로 단면적이 연속적으로 감소하는 경우를 고려하면, 제1 유로(111A)의 양측부의 단면 프로파일은 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상을 형성한다. 여기서 유로의 양측부란 유로의 상부와 하부를 이루는 입구 및 출구 측이 아닌 유로의 내주벽을 형성하는 양쪽의 측부를 지칭한다.
또한, 제2 유로(111B)의 단면적이 가스 배출 방향을 따라 연속적으로 증가하는 경우에, 제2 유로(111B) 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상을 형성한다.
제1,2 유로의 길이 외에 상기 양측부의 단면 프로파일의 테이퍼 형상의 기울기도 설계 목표에 따라 다르게 결정할 수 있다. 즉, 유동 변화가 비교적 단순한 경우, 혹은 벤팅 경로가 짧은 경우에는, 도 3 및 도 4와 같이 제1, 2 유로의 테이퍼 형상의 기울기를 동일하게 설정할 수 있다. 반면, 유동 태양이 복잡하고 초킹 및 충격파 방지의 관점에서, 도 6 및 도 7과 같이, 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기를 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기보다 크게 형성할 수 있다.
한편, 상기 양측부의 단면 프로파일은 직선의 테이퍼 형상에 한하지 않고 곡선의 테이퍼 형상을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 6(a)와 같이, 제1,2 유로의 단면 프로파일을 모두 직선 테이퍼 형상으로 하거나, 도 6(b)와 같이 모두 곡선 테이퍼 형상으로 할 수 있다. 또는, 제1 유로 및 제2 유로의 양측부 단면 프로파일을, 직선과 곡선이 혼합된 형태로 구성할 수도 있다. 즉, 도 7(a)와 같이 제1 유로의 단면 프로파일을 곡선으로 제2 유로의 단면 프로파일을 직선으로 구성할 수 있다. 또는 도 7(b)와 같이 제1,2 유로의 단면 프로파일을 직선-곡선으로 구성할 수 있다.
뿐만 아니라, 제1 유로 및 제2 유로의 각각의 하나의 유로 내에서도 직선과 곡선이 부분적으로 혼합된 형태로 단면 프로파일을 구성할 수 있다. 중요한 것은, 전체적인 유로의 단면적 조건이 연속적으로 또는 순차적으로 감소(제1 유로) 및 증가(제2 유로)되는 것을 만족하여야 한다.
또한, 상기 곡선의 곡률도 각 유로에 따라 다르게 설정하거나, 혹은 하나의 유로 내에서도 가스 배출 방향을 따라 상이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7의 곡선형 테이퍼 유로는 유로 중앙으로부터 유로 내벽을 향하여 오목하게 구부러진 형상으로 되어 있지만, 반대로 유로 내벽으로부터 유로 중앙을 향하여 볼록하게 돌출된 형상의 곡선 유로로 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 유로의 양측부의 단면 프로파일을 직선과 곡선이 혼합된 형태, 혹은 곡선의 곡률이 상이한 형태로 구성하면, 다음과 같은 효과가 있다.
예컨대, 유로의 단면 프로파일이 직선형으로만 이루어진 경우는 단순하기 때문에 제작이 용이하지만, 배관 등 다른 부품과 연결되었을 때 유로의 벽면에서 각진 부분이 발생할 수 있기 때문에 일부 유동이 불안정한 구간이 발생할 수 있다. 또한, 단면적의 감소율이 일정하기 때문에, 예컨대 유로의 입구에서 유동이 불안정한 가스가 유입될 경우 상기 가스의 유동 불안정성이 해소되지 못하고 유로의 출구까지 유지될 가능성이 크다. 즉, 단면적 감소율 또는 증가율이 일정한 유로는 해당 유로 내에서 유동 불안정성을 조절할 수 있는 자유도가 떨어진다는 단점이 있다.
이에 대하여, 단면적의 감소율이 유로를 따라 변화하는 형상(예컨대, 양측부 단면 프로파일이 직선과 곡선이 혼합된 형태, 혹은 곡선의 곡률이 상이한 형태)으로 할 경우에는, 상술한 유동 불안정성을 유로 내에서 조절 내지 관리할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 도 7과 같이 제1,2 유로(111A, 111B)의 형상 내지 양측부의 프로파일이 상이한 경우에, 예컨대 제1 유로의 유동이 불안정하더라도 제2 유로의 형상을 적절히 설계함으로써, 유동이 안정화되도록 할 수 있다. 이와 같이, 제1,2 유로의 형상을 달리하거나, 하나의 유로 안에서도 형상 내지 단면 프로파일을 상이하게 설계함으로써, 해당 유로 내에서 가스 유동을 조절할 수 있으므로, 유동 안정성 조절을 위한 설계 자유도가 높아진다.'
이에 더하여, 상술한 바와 같이, 제1, 2 유로의 길이, 테이퍼 형상의 기울기도 조절한다면 유동 안정성 조절을 위한 설계 자유도를 더욱 높일 수 있다.
한편, 가스 배출 유로(111)는 가스 배출 방향에 수직한 단면의 형상을 도 4에 도시한 바와 같이 원형으로 설계할 수 있다. 이 경우 가스 배출 유로(111)의 입체적인 형상은 원추대 형상일 수 있다. 이에 따라, 가스 배출 유로(111)의 입구(112) 및 출구(113)의 형상은 원형이며, 각각 원추대 형상의 아랫면과 윗면을 구성한다.
여기서, 가스 배출 유로(111)의 제1 유로(111A)는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대(111C) 형상을 가진다. 또한, 상기 제2 유로(111B)는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대(111D) 형상을 가진다.
구체적으로, 도 6의 가스 배출 유로는 제1,2 유로를 각각 형성하는 제1,2원추대(111C, 111D) 형상의 외주면이 직선 또는 곡선의 단면 프로파일을 가진다.
또한, 도 7의 가스 배출 유로는 제1 유로를 형성하는 제1원추대(111C) 형상의 외주면이 곡선(도 7(a)) 또는 직선(도 76(b))의 단면 프로파일을 가지고, 제2 유로를 형성하는 제2원추대(111D) 형상의 외주면이 직선(도 7(a)) 또는 곡선(도 7(b))의 단면 프로파일을 가진다.
이상과 같이, 제1,2 원추대 형상의 단면 프로파일을 변경 내지 혼합함으로써, 상술한 바와 같이 유동 안정성 조절을 더욱 효과적으로 행할 수 있다.
도 3 내지 도 7에서는, 상기 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 원형으로서, 제1,2 유로가 각각 원추대 형상을 형성하고 있다. 그러나, 상기 단면 형상은 원형에 한하지 않으며, 도 8과 같이 장방형의 단면 형상을 가질 수 있다.
즉, 제1 유로 및 제2 유로의 단면적이 각각 감소 및 증가하는 조건을 만족하는 범위에서, 도 8과 같이 가스 배출 유로(111)에 수직한 방향의 단면 형상이 장방형인 유로를 채택하는 것도 가능하다. 도 8을 참조하면, 상기 제1 유로(111A)는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대(111E) 형상을 가지고, 상기 제2 유로(111B)는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대(111F) 형상을 가지도록 되어 있다. 도 8의 가스 배출 유로에 있어서, 상기 제1 각뿔대(111E) 및 제2 각뿔대(111F)는 유로 양측부의 단면 프로파일이 사다리꼴을 이룬다.
이러한 장방형의 단면 형상을 가지는 가스 배출 유로도 설계 목적 내지 유동 안정성의 조절을 위하여 적절하게 채용할 수 있다. 이와 같이, 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 원형이 아닌 장방형(사각형)을 가지는 유로, 즉 유로의 입체적인 형상이 각뿔대를 형성하는 유로는, 도 8 외에 도 6 및 도 7과 같은 형상의 양측부 단면 프로파일을 가지는 유로에도 적용 가능하다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 필요에 따라서 상기 가스 배출 유로(111) 의 안쪽, 즉 제1 유로(111A) 의 안쪽에 직선형 유로(115)를 추가적으로 형성할 수 있다. 이와 같이 직선형 유로(115)가 추가되면, 가스 벤팅 장치(100) 내측의 유동 흐름을 안정적으로 제1 유로(111A) 측으로 이끌 수 있다. 또한, 브라켓 부재(110) 내측에 직선형 유로(115)를 포함하는 경우에는 유로를 가공하기 위한 공구를 브라켓 부재(110) 내측으로 도입하기 용이하므로 가공 용이성 면에서 유리할 수 있다. 상기 직선형 유로(115)는 가스 배출 방향에 수직인 단면 형상이 장방형이지만, 원형인 유로, 즉 입체형상이 원통형인 유로도 가능하다.
이러한 직선형 유로(115)는 도 8과 같은 각뿔대 형상 유로 외에 도 3 내지 도 7의 원추대 형상 유로의 입구측에도 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(200)를 나타낸 도면으로서, 도 9(a)는 개략 단면도이고, 도 9(b)는 상기 가스 벤팅 장치의 구성요소인 배출 가이드(130)의 개략 사시도이다.
상기 도 3 내지 도 8에서는, 브라켓 부재(110)의 통공 자체를 제1 유로와 제2 유로를 포함하는 가스 배출 유로(111)로 형성하였다.
그러나, 이렇게 되면, 제품 사양 변화에 따라 유로 형상의 변경을 쉽게 하기 어려우며, 유로 변경을 위해서는 다른 유로 형상의 브라켓 부재로 브라켓 부재 자체를 교체하여야 하는 불편함이 있다.
도 9의 실시예에서는, 상기 브라켓 부재(110)의 통공 내에 가스 배출 유로(131)가 관통 형성된 배출 가이드(130)를 삽입하여 본 발명의 목적을 달성하고 있다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 제1 유로와 제2 유로로 이루어진 가스 배출 유로를 배출 가이드(130)에 관통 형성시키고, 이 배출 가이드(130)를 브라켓 부재(110)의 통공에 결합시킴과 동시에 상기 배출 가이드(130)의 가스 배출 유로(131)에 벤팅 디스크(120)를 결합시키고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 배출 가이드의 가스 배출 유로(131)는, 양측부의 테이퍼 형상 단면 프로파일 방향이 서로 반대인 제1 원추대(131C) 형상의 제1 유로(131A)와 제2 원추대(131D) 형상의 제2 유로(131B)가 연이어져 형성된 형태이다.
상기 배출 가이드(130)는 탈착형 또는 교체 가능한 구조이다. 이와 같이, 본 실시예에서는 브라켓 부재(110)에 가스 배출 유로(131)를 구비한 별도의 배출 가이드(130)를 사용함으로써 가스의 배출을 원활하게 하고, 부품의 쉬운 교체가 가능하며, 유로의 형상을 쉽게 변경할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 벤팅 디스크(120)가 상기 배출 가이드(130)에 결합되고, 상기 배출 가이드(130)가 상기 브라켓 부재(110)에 결합됨으로써, 결과적으로 상기 벤팅 디스크(120)가 상기 브라켓 부재(110)에 결합되는 형태가 된다. 상기 벤팅 디스크를 상기 배출 가이드에 결합하기 위하여, 상기 배출 가이드에도 도 3 및 도 4의 브라켓 부재와 유사하게 상기 벤팅 디스크를 끼울 수 있는 슬롯들을 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 도 4 내지 도 8을 참조하여 기술한 가스 배출 유로(111)의 길이, 기울기, 형상에 관한 설명은, 상기 배출 가이드(130)의 가스 배출 유로(131)의 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(300)를 나타낸 도면으로서, 도 10(a)는 개략 단면도이고, 도 10(b)는 상기 가스 벤팅 장치의 구성요소인 배출 가이드(130)의 개략 사시도이다.
도 10의 실시예는, 단일의 브라켓 부재(110) 내에 제1,2 유로(131A, 131B)를 각각 구비한 2개의 배출 가이드(130A,130B)가 설치된 것이다. 즉, 상기 배출 가이드(130)가, 브라켓 부재의 통공 내에 삽입되며 제1 유로(131A)가 관통 형성된 제1 배출 가이드(130A)와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로(131B)가 관통 형성된 제2 배출 가이드(130B)로 구성된다. 이때, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 제1 배출 가이드(130A)와 제2 배출 가이드(130B) 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로(131)를 차폐한다. 본 실시예는, 배출 가이드(130)가 유로의 형상이 상이한 2개의 배출 가이드로 구성되므로, 각각의 배출 가이드의 형상이 단순하게 되어 각 가이드의 가공이 용이하다. 또한, 2개의 배출 가이드 사이에 벤팅 디스크(120)의 외주부를 끼워 결합할 수 있다. 이 때문에, 도 9의 실시예와 같이, 배출 가이드(130)에 벤팅 디스크(120)를 끼우기 위한 슬롯을 가공할 필요가 없다. 또한, 상기 벤팅 디스크가 상기 제1 배출 가이드(130A)와 제2 배출 가이드(130B) 사이에 체결되므로, 벤팅 디스크와 배출 가이드 간에 보다 넓은 결합 면적을 확보하여 결합력을 높일 수 있다
도 10에서, 제1 배출 가이드(130A)는 제1 원추대(131C) 형상의 제1 유로(131A)를 구비하고, 제2 배출 가이드(130B)는 제2 원추대(131D) 형상의 제2 유로(131B)를 구비한다. 도 9에서는, 상기 제1,2 원추대가 일체로 형성되는 가스 배출 유로(131)를 형성한다. 반면, 도 10에서는, 상기 제1,2 원추대가 분할된 형태의 가스 배출 유로(131)를 형성한다. 벤팅 디스크(120)는, 상기 제1 원추대 형상과 제2 원추대 형상의 사이에 해당하는 가스 배출 유로, 즉 스로트부에 설치된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치(400)에 관한 도면이다.
본 실시예는 벤팅 디스크(120)를 브라켓 부재(110)에 결합하기 용이하도록, 상기 브라켓 부재를 2개로 분할하여 구성한 것이다. 즉, 상기 브라켓 부재를, 상기 가스 배출 유로의 입구(112) 측에 위치하며 상기 제1 유로(111A)를 가지는 제1 브라켓(110A)과, 상기 가스 배출 유로(11)의 출구(113) 측에 위치하며 상기 제2 유로(111B)를 가지는 제2 브라켓(110B)을 포함하도록 하였다. 그리고, 상기 벤팅 디스크를 상기 제1 브라켓(110A)과 제2 브라켓(110B) 사이에 위치시키고, 체결부재(140)로 상기 제1,2 브라켓과 벤팅 디스크(120)를 체결함으로써, 벤팅 디스크를 용이하게 브라켓 부재에 결합할 수 있다. 이때, 상기 벤팅 디스크(120)는 제1,2 브라켓(110A, 110B) 사이에 위치함과 동시에, 자연스럽게 제1 유로(111A)와 제2 유로(111B)의 경계부인 스로트부에 위치하게 된다. 따라서, 상기 벤팅 디스크의 파열 부위가 압력 변화가 크지 않은 가스 배출 유로의 스로트부에 위치하게 되어 벤팅 디스크의 의도치 않은 파열을 방지할 수 있게 된다. 또한 본 실시예에서는, 브라켓 부재(110)가 제1 유로(111A)를 가지는 제1 브라켓(110A)과, 제2 유로(111B)를 가지는 제2 브라켓(110B)으로 각각 형성되므로, 도 3 및 도 4와 같이 단일의 브라켓 부재에 복잡한 형상의 제1,2 유로를 모두 가공하는 것에 비하여 브라켓의 제조가 용이한 장점이 있다. 즉, 제1 브라켓(110A)은 유로 단면적이 감소하는 제1 유로만을 가지도록 가공하고, 제2 브라켓(11B)은 유로 단면적이 증가하는 제2 유로만을 가지도록 가공하면 되므로, 브라켓 가공작업이 단순해진다. 또한, 제1 브라켓과 제2 브라켓이 대향하는 측면에 상기 벤팅 디스크의 양면을 접촉시키고 이 접촉 부분에 체결부재를 체결하여 벤팅 디스크를 보다 안정적이고 강고하게 브라켓 부재에 결합할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 체결구조를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 벤팅 장치의 조립구조를 나타낸 사시도이다.
도 12의 실시예(500, 600)는, 도 11과 같이 브라켓 부재(110)를 제1,2 브라켓(110A, 110B)의 2개로 형성하고, 또한 도 10과 같이 2개의 배출 가이드(130A,130B)를 도입한 것이다.
도 12를 참조하면, 브라켓 부재(110)는, 각각 통공을 구비한 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)으로 구성되고, 상기 제1 브라켓(110A)의 통공에 제1 유로(131A)가 관통 형성된 제1 배출 가이드(130A)가 삽입되고, 상기 제2 브라켓(110B)의 통공에 제2 유로(131B)가 관통 형성된 제2 배출 가이드(130B)가 삽입된다.
본 실시예에서는, 브라켓 부재와 배출 가이드가 각각 분할되므로, 부품의 가공이 더욱 용이해지고, 벤팅 디스크의 결합 작업이 한층 더 용이하게 되었다.
즉, 제1 브라켓(110A)의 통공에 제1 배출 가이드(130A)를 결합하고, 제2 브라켓(110B)의 통공에 제2 배출 가이드(130B)를 결합한 다음, 상기 제1,2 브라켓과 제1,2 배출 가이드 사이에 상기 벤팅 디스크(120)를 위치시키고 체결부재(140)로 결합하면, 보다 넓은 결합면적으로 벤팅 디스크를 브라켓 부재와 배출 가이드에 안정적으로 결합시킬 수 있다. 또한, 벤팅 디스크, 배출 가이드 및 브라켓 부재가 하나의 체결부재로 한꺼번에 일체로 체결되므로, 결합작업을 보다 간편하게 행할 수 있다.
상기 배출 가이드(130)는 그 외주면에 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부(135)를 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 제1,2브라켓(110A,110B)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 볼트와 같은 체결부재(140)에 의해 체결될 수 있다. 이 경우, 도 12(a)와 같이 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 외주면에 각 배출 가이드를 각 브라켓(110A, 110B)에 각각 체결하기 위한 체결부(135)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 제1,2브라켓(110A, 110B) 내 통공에 각각 삽입되어야 하므로 그 단면이 통공의 형상에 대응하는 형상이며, 상기 체결부(135)는 그 외주 부분을 따라 벤팅 디스크(120)의 외주부와 비슷한 형상으로 돌출되어 있는 판상형의 돌기 형상을 이룰 수 있다. 본 실시예에서, 상기 체결부(135)는 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 모두 형성될 수 있다. 상기 체결부(135)에는 제1,2 브라켓(110A, 110B)과 함께 볼트 체결되기 위한 체결공(미도시)이 형성되어 있는데, 상기 체결부(135)에 형성되는 체결공은 제1,2 브라켓(110A, 110B)에 형성되는 체결공과 동일한 위치에 형성되어, 볼트 삽입을 통해 고정된다.
한편, 상기 체결부(135)가 형성되는 위치는 적절히 설계될 수 있다. 예컨대, 도 12(a)와 같이 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 형성되는 체결부(135)가 각각 제1 브라켓(110A)과 벤팅 디스크(120) 사이 및 제2 브라켓(110B)과 벤팅 디스크(120) 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 다만 체결부의 위치가 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 체결부(135)가 제1,2 브라켓(110A, 110B)이 벤팅 디스크(120)와 접하는 면의 타면에 접하도록 형성될 수도 있다.
또한, 도 12(b)와 같이, 상기 배출 가이드의 체결부는 외주면을 따라 형성되는 나사 형상 체결부일 수 있다. 이 경우, 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 나사 체결 방식으로 체결될 수 있다. 즉, 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110A)의 통공 내벽 및 상기 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 외주면에 나사 체결을 위한 나사산(116,136)이 대응 형성될 수 있으며, 이에 따라 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110A)과 제1,2 배출 가이드(130A,130B)는 각각 너트 및 볼트가 체결되는 것과 같은 방식으로 체결될 수 있다. 상기 나사산은 제1 배출 가이드(130A) 및 제2 배출 가이드(130B)에 모두 형성될 수 있다. 이와 같이 배출 가이드(130)가 브라켓(110A, 110A)에 대해 나사 체결 방식으로 체결되는 경우 부품의 구조 및 체결 방식이 간편해지며, 제1,2 배출 가이드(140)가 브라켓 부재(110)에 강하게 고정될 수 있다. 다만, 이 경우에도 제1,2 브라켓과 그 사이에 놓인 벤팅 디스크를 체결하기 위하여 별도의 체결부재가 필요하다.
상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 형성되는 가스 배출 유로의 형상은 배터리 팩의 안전성 기준 등에 따라 보다 다양한 형태로 설계 가능하다.
또한, 상기 가스 배출 유로(111,131)의 스로트부(T)의 단면적은 배터리 모듈 및 배터리 팩의 구조 또는 달성하고자 하는 안전성 조건에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 상기 가스 배출 유로 입구(제1 유로의 입구(112,132))의 단면적의 20% 내지 80% 일 수 있다. 상세하게는 상기 스로트부의 단면적은 입구 단면적의 20% 내지 40%, 또는 40% 내지 60% 또는 60% 내지 80%이며, 더욱 상세하게는 55 내지 65% 일 수 있다.
상기 가스 배출 유로의 출구(제2 유로의 출구(113,133))의 단면적은 상기 입구 단면적과 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 상기 가스 배출 유로(111,131)의 내벽에는 가스 배출을 보조하기 위한 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴은 나사산, 엠보싱 또는 또는 가스 배출 방향과 평행한 직선의 패턴을 갖는 돌기 형상일 수 있다. 구체적으로, 상기 패턴은 유로의 내벽을 따라 유로의 내부를 감싸는 형태의 나사산 돌기 형태일 수 있다. 이러한 패턴은 가스의 배출을 촉진할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 벤팅 디스크의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 14(a)는 도 3 및 도 4의 브라켓 부재, 또는 도 9의 배출 가이드에 형성된 슬롯에 삽입되는 형태의 벤팅 디스크(120)를 도시한 것이고, 도 14(b)는 도 12와 같이 복수의 브라켓과 배출 가이드 사이에 체결되는 벤팅 디스크(120')의 형태를 도시한 것이다.
도 14(a)를 참조하면, 상기 벤팅 디스크(120)는 상기 브라켓 부재(110)에 체결되는 디스크 외주부(121); 및 상기 디스크 외주부(121)와 한 몸체로 형성되고, 상기 통공을 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부(122); 를 포함한다. 상기 벤팅 디스크의 외주부 하부에는 외주부 연장부(125)가 형성되며, 이 외주부 연장부(125)에 체결공(123)이 형성되어 있다.
구체적으로, 상기 벤팅 디스크(120) 전체는 브라켓 부재(도 4) 또는 배출 가이드(도 9)에 형성된 슬롯에 삽입되고, 이 때, 상기 벤팅 디스크 상측의 외주부 일부가 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 형성된 가스 배출 유로 스로트부 내벽의 슬롯(삽입 홈)에 삽입된다. 이후, 상기 벤팅 디스크의 외주부 연장부는 체결부재(140)에 의하여 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드에 결합된다.
도 14(b)의 벤팅 디스크(120')는 상기 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)에 체결되는 디스크 외주부(121); 및 상기 디스크 외주부(121)와 한 몸체로 형성되고, 상기 통공을 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부(122); 를 포함한다. 도 14(b)의 벤팅 디스크(120')는 가스 벤팅 장치 내에서 상기 브라켓 부재 또는 배출 가이드와 동심으로 배치된다.
상기 디스크 내주부(122)는 소정의 압력이 가해질 경우 파열 가능한 금속 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 예를 들어 디스크 내주부(122)는 두께가 얇은 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 재질의 금속 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 상기 디스크 내주부(122)는 파열시 압력 조건에 맞추어 적절히 선택할 수 있다.
상기 디스크 내주부(122)는 정상 조건에서는 브라켓 부재 또는 제1 브라켓(110A) 및 제2 브라켓(110B)에 형성된 통공을 차단함으로써 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부로 수분 또는 이물질이 침투하는 것을 방지한다. 그러나 배터리 모듈 또는 배터리 팩에서 다량의 가스가 발생하면 내부의 압력이 상승하고, 이러한 압력이 디스크 내주부(122)를 파열시키는 힘으로 작용하게 된다. 이 때 배터리 모듈 또는 배터리 팩 내부의 압력은 외부의 기압보다 높은 상태이므로 내부의 가스가 음압에 의해 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 외부로 배출될 수 있다.
도 14(b)의 디스크 외주부(121)에는 원주방향으로 체결공(123)이 형성되어 브라켓 부재의 대응되는 체결공을 통하여 상기 벤팅 디스크를 브라켓 부재에 체결부재로 결합할 수 있다.
상기 디스크 내주부(122)에는 소정이 압력이 가해지면 파열되도록 노치(124)가 형성되어 있다. 이러한 노치(124)는 벤팅 디스크(130)의 표면으로부터 두께 방향으로 부분 절취되어 형성된다. 노치(124)의 형상은 십자형, 원형 사각형, U자형, 타원형, 호형 등의 형상으로 설계될 수 있으며, 노치(124)의 단면은 사다리꼴, V자형, 사각형, 호형 등과 같은 형상이 가능하다. 디스크 내주부(122)에 형성되는 노치(124)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 노치(124)의 형상은 도 14와 같이 X자 형상일 수 있다. 이 경우 디스크 내주부(122)가 파열되어도 디스크 내주부(122)의 파열된 조각이 완전히 떨어져 나가지 않고, 디스크 외주부(121)에 결합될 수 있다. 디스크 내주부의 파열된 조각이 벤팅 디스크로부터 완전히 분리되어 떨어져나가면 이를 제거하기 어렵고, 다른 부품을 손상시킬 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 상기 제1 브라켓(110)과 벤팅 디스크(130) 사이 및 상기 제2 브라켓(120)과 벤팅 디스크(130) 사이 중 어느 하나 이상에는 디스크 패드(미도시)가 개재될 수 있다. 이러한 디스크 패드는 디스크 외주부(131)에 대응되는 형태로, 환형 또는 링 형태로 마련될 수 있다. 상기 디스크 패드는 제1 브라켓(110)과 벤팅 디스크(130) 사이 또는 제2 브라켓(120)과 벤팅 디스크(130) 사이의 기밀성을 높이고, 디스크 외주부(132)의 파손을 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 디스크 패드는 탄성이 있는 고무재질 등으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(2000)에서 가스 벤팅 장치의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1000,2000)은, 복수의 이차전지(미도시); 및 상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임(1100,2100); 을 포함하며, 상기 모듈 프레임(1100,2100)의 일측에 가스 벤팅 장치(500,600)가 체결된 구조이다.
구체적으로, 상기 이차전지는 양극, 음극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체가 전해액과 함께 셀 케이스 내에 탑재된 형상이다. 이러한 이차전지에 대한 구성에 대해서는 본원발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다.
하나의 예에서, 상기 가스 벤팅 장치(500,600)는 도 15와 같이 제1 브라켓(110A) 또는 제2 브라켓(110B)이 모듈 프레임(1100)과 접한 상태로 체결될 수 있다. 본 실시예에서는, 브라켓 및 배출 가이드가 각각 2개로 분리된 가스 벤팅 장치가 모듈 프레임에 체결된 것을 도시하고 있다. 그러나, 단일의 브라켓 부재 및 배출 가이드, 혹은 단일의 브라켓 부재와 분리된 배출 가이드가 적용된 상술한 다른 실시예의 가스 벤팅 장치들도 모듈 프레임에 결합될 수 있음은 물론이다.
이 경우 도 15(a)와 같이 제1 브라켓(110A)이 모듈 프레임(1100)의 외면과 접한 상태로 체결되거나, 도 15(b)와 같이 제2 브라켓(110B)이 모듈 프레임(1100)의 내면과 접한 상태로 체결된다. 본 발명의 명세서에서, 모듈 프레임(1100)의 내면이란 모듈 프레임(1100)에서 이차전지가 탑재되는 내부 공간을 향하는 면을 의미하며, 외면이란 모듈 프레임(1100)의 외부로 노출된 면을 의미한다. 모듈 프레임(1100)에는 제1 브라켓(110A), 제2 브라켓(110A), 제1,2 배출 가이드(130A,130B)의 체결부(미도시)에 형성된 체결공 및 벤팅 디스크(120)의 체결공(볼트 관통홀)에 대응하는 구멍이 형성되어 있어, 제1 브라켓(110A), 벤팅 디스크(120), 제1,2 배출 가이드(130A,130B) 및 제2 브라켓(110B)이 한 번의 볼트 체결을 통해 모듈 프레임(1100)에 고정될 수 있다. 나아가, 상기 모듈 프레임(1100)은 제1,2 브라켓(110A, 110B)에 형성된 통공 또는 제1,2 배출 가이드(130A,130B)에 형성된 가스 배출 유로(131)의 입구에 대응하는 크기의 구멍이 형성됨으로써 모듈 내 발생한 가스가 배출될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(2000)에서, 상기 가스 벤팅 장치(500,600)는 모듈 프레임(2100)이 제1 브라켓(110A)과 제2 브라켓(110B) 사이에 개재된 상태로 체결될 수 있다. 구체적으로, 도 16과 같이 가스 벤팅 장치의 제1 브라켓(110A)은 모듈 프레임(2100)의 내면에 접하고, 제2 브라켓(110B)은 모듈 프레임(2100)의 외면에 접한 상태로 체결될 수 있다. 이 때, 벤팅 디스크(120)는, 제1 브라켓(110A)과 모듈 프레임(2100) 사이 또는 제2 브라켓(110B)과 모듈 프레임(2100) 사이에 체결될 수 있다. 배출 가이드에 체결부가 형성된 형태일 경우, 벤팅 디스크는 체결부와 모듈 프레임 사이에 위치하게 된다.
한편, 상기 배터리 모듈(2000)은 상기 모듈 프레임(2100)과 가스 벤팅 장치(500,600) 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 실링 부재는 고무 링이나 실리콘 수지일 수 있으며, 가스 벤팅 장치와 모듈 프레임 사이의 틈에 설치되어 배터리 모듈을 밀폐시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 벤팅 장치를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며, 상기 배터리 팩 케이스의 일측에 앞서 설명한 바와 같은 가스 벤팅 장치가 체결될 수 있다.
이 경우, 상기 가스 벤팅 장치는, 상술한 모듈 프레임과 가스 벤팅 장치의 결합과 동일한 방식으로 배터리 팩 케이스에 체결될 수 있다.
마찬가지로, 상기 배터리 팩은 배터리 팩 케이스와 가스 벤팅 장치의 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재를 포함할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에 따른 가스 벤팅 장치, 이를 구비한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 내부가 밀폐된 상태에서, 내부의 압력이 기준치를 초과할 경우 벤팅 디스크가 파열되어 배터리 팩 내부의 가스가 외부로 배출된다.
본 발명은 가스 배출 유로의 단면적이 가스 배출 방향으로 연속적으로 또는 순차적으로 감소한 후 다시 증가하는 연속되는 2개의 유로를 채택하였다. 이에 따라, 출구 유속이 아음속에 그쳐서 초킹 현상이 발생하는 종래의 한계를 극복하고, 가스 배출 유로의 출구 유속을 초음속 이상으로 하여 보다 큰 유량의 가스를 배출할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 출구부에서의 가스의 유동 안정성이 크게 개선되고, 충격파 발생을 저감 내지 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

Claims (19)

  1. 가스 배출 유로를 가지는 중공형의 브라켓 부재; 및
    상기 브라켓 부재에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하고, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되도록 구성된 벤팅 디스크;를 포함하며,
    상기 가스 배출 유로는,
    가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 감소하는 제1 유로와,
    상기 제1 유로에 연이어 형성되고 가스 배출 방향을 따라 유로 단면적이 연속적으로 또는 순차적으로 증가하는 제2 유로를 포함하는 가스 벤팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 디스크는, 상기 제1 유로와 제2 유로의 경계부인 스로트부(throat portion)에 설치되는 가스 벤팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로와 제2 유로는 길이가 동일 또는 상이한 가스 벤팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로의 양측부의 단면(斷面) 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 접근하는 테이퍼 형상으로 형성되고,
    상기 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은, 가스 배출 방향을 향하여 서로 멀어지는 테이퍼 형상으로 형성되는 가스 벤팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 유로의 테이퍼 형상의 기울기와 상기 제2 유로의 테이퍼 형상의 기울기는 동일 또는 상이한 가스 벤팅 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유로의 양측부의 단면 프로파일은 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 가스 벤팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 원추대 형상을 가지고,
    상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 직선 또는 곡선의 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 원추대 형상을 가지는 가스 벤팅 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제1 각뿔대 형상을 가지고,
    상기 제2 유로는, 양측부의 단면 프로파일이 테이퍼 형상으로 형성되는 제2 각뿔대 형상을 가지는 가스 벤팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 각뿔대 및 제2 각뿔대는 단면 프로파일이 사다리꼴인 사각뿔대 형상인 가스 벤팅 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로의 입구 측에 양측부의 단면 프로파일이 직선형인 유로가 연결되는 가스 벤팅 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓 부재는 통공을 구비하고,
    상기 통공 내에 삽입되며 상기 가스 배출 유로가 관통 형성된 배출 가이드를 포함하는 가스 벤팅 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배출 가이드는, 상기 통공 내에 삽입되며 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드와, 상기 통공 내에 삽입되며 제2 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드를 포함하고,
    상기 벤팅 디스크는 상기 제1 배출 가이드와 제2 배출 가이드 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하는 가스 벤팅 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 배출 가이드의 외주면에 상기 배출 가이드를 상기 브라켓 부재에 체결하기 위한 체결부가 형성되는 가스 벤팅 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓 부재는,
    상기 가스 배출 유로의 입구 측에 위치하며 상기 제1 유로를 가지는 제1 브라켓과,
    상기 가스 배출 유로의 출구 측에 위치하며 상기 제2 유로를 가지는 제2 브라켓을 포함하고,
    상기 벤팅 디스크는 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 사이에 결합되어 상기 가스 배출 유로를 차폐하는 가스 벤팅 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 브라켓 및 제2 브라켓은 각각 통공을 구비하며,
    상기 제1 브라켓의 통공에는 제1 유로가 관통 형성된 제1 배출 가이드가 삽입되고,
    상기 제2 브라켓의 통공에는 제2 유로가 관통 형성된 제2 배출 가이드가 삽입되는 가스 벤팅 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 디스크는,
    상기 브라켓 부재에 결합되는 디스크 외주부; 및
    상기 디스크 외주부와 한 몸체로 형성되고, 상기 가스 배출 유로를 차폐하되, 소정의 압력이 가해질 경우 파열되는 디스크 내주부; 를 포함하며,
    상기 디스크 내주부에는 상기 소정의 압력이 가해지면 파열되도록 노치가 형성되어 있는 가스 벤팅 장치.
  17. 복수의 이차전지; 및
    상기 이차전지가 탑재되는 모듈 프레임; 을 포함하며,
    상기 모듈 프레임의 일측에 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스 벤팅 장치가 결합되는 배터리 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 모듈 프레임과 가스 벤팅 장치의 외주변 사이를 밀폐시키는 실링 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  19. 복수의 이차전지를 구비하는 적어도 한 개의 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈이 탑재되는 배터리 팩 케이스; 를 포함하며,
    상기 배터리 팩 케이스의 일측에 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스 벤팅 장치가 결합된 배터리 팩.
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