WO2024096588A1 - 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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WO2024096588A1
WO2024096588A1 PCT/KR2023/017295 KR2023017295W WO2024096588A1 WO 2024096588 A1 WO2024096588 A1 WO 2024096588A1 KR 2023017295 W KR2023017295 W KR 2023017295W WO 2024096588 A1 WO2024096588 A1 WO 2024096588A1
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battery
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paragraph
pack
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서성원
문정오
윤현기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more specifically, to a battery pack and a device including the same that are easy to extinguish and ensure safety in the event of a fire.
  • Secondary batteries are attracting much attention as an energy source not only for mobile devices such as mobile phones, digital cameras, and laptops, but also for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • a battery module is composed of at least one battery cell, and other components are added using at least one battery module to form a battery pack.
  • the configuration method is common. Since the battery cells that make up these medium-to-large battery modules are composed of secondary batteries capable of charging and discharging, such high-output, large-capacity secondary batteries generate a large amount of heat during the charging and discharging process, which causes the electrolyte to vaporize and increase internal pressure.
  • the battery cell pouch may tear.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing a conventional battery pack mounted on a device.
  • Figures 2 and 3 are diagrams showing a conventional battery pack mounted on the device of Figure 1.
  • the battery pack 1 when the conventional battery pack 1 is mounted on a device 5 such as a car, the battery pack 1 is located inside the front part of the car and inside the rear part of the car.
  • the front part of the car refers to the general direction of travel of the car and is in the x-axis direction
  • the rear part of the car refers to the direction opposite to the general direction of travel of the car and is in the -x-axis direction.
  • the battery pack 1 includes an upper pack case 11 and a lower pack case 12.
  • the upper pack case 11 is a case that covers the battery module mounted inside the battery pack, and may have a constant volume in the height direction (z-axis direction).
  • the lower pack case 12 may be a flat plate on which the battery module is mounted.
  • the conventional battery pack 1 has a constant volume in the height direction (z-axis direction), so there is a problem in that the battery pack 1 is heavy.
  • the battery pack (1) when the battery pack (1) is mounted on a car, it has structural characteristics that force it to be located at the front and rear of the car, so in the event of a fire, it is difficult to suppress the flame by directly pouring water into the battery pack (1) from the outside. There was a problem.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack that is easy to extinguish and ensure safety in the event of a fire, and a device including the same.
  • a battery pack includes a first pack case on which a plurality of battery modules accommodating a battery cell stack are mounted; a second pack case positioned while covering the battery module; and an inlet provided at the top of the second pack case, wherein the inlet is connected to a flow path that delivers fire extinguishing fluid injected from the outside.
  • the inlet may be provided in an area of the second pack case corresponding to a first area and a second area, which are areas where the plurality of battery modules are HV (High Voltage) connected.
  • HV High Voltage
  • the inlet may be provided in an area of the second pack case that overlaps the first area and the second area in a vertical direction.
  • the first area may be an area where the battery module is electrically connected to external electrical equipment
  • the second area may be an area where the battery module is electrically connected to another neighboring battery module.
  • the inlet may be a rupture disk or valve that is opened by external or internal pressure of the cell.
  • the inlet may include a hole penetrating the second pack case, and a cover portion covering the hole.
  • the cover part may be formed of a material that melts at a predetermined temperature.
  • the cover may be made of polypropylene (PP), polycarbonate (PC), or polyethylene terephthalate (PET).
  • PP polypropylene
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • a battery pack according to another embodiment further includes an insulation member provided inside the battery pack case.
  • the insulating member includes a first insulating member and a second insulating member, and the first insulating member and the second insulating member are located between the battery module and the second pack case, and the second pack case and It can have parallel sides.
  • the first insulation member may be located in an area excluding the first area and the second area, and the second insulation member may be located in an area where the battery module and a neighboring battery module are electrically connected. there is.
  • the insulation member includes a third insulation member, and the third insulation member may be positioned perpendicular to the first pack case.
  • the third insulation member may be located in an area where the battery module and a neighboring battery module are electrically connected.
  • the heat insulating member includes a fourth heat insulating member, and the fourth heat insulating member may be positioned between a plurality of battery cells constituting the battery cell stack.
  • the insulation member may be one of silicone, MICA (mica), and airgel.
  • a device includes the battery pack described above, and a water spout connected to the flow path to inject digestive fluid.
  • the area of the water spout may increase as it moves from the flow path toward the outer surface of the device.
  • the flow path may branch to correspond to the inlet.
  • the flow path may further include a heat-resistant member provided while surrounding the outer surface of the flow path.
  • the heat-resistant member may be one of silicone, MICA (mica), and airgel.
  • a fire extinguishing liquid such as water into the battery pack, it is easy to extinguish a fire and ensure safety.
  • the weight of the battery does not increase and energy density can be improved.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing a conventional battery pack mounted on a device.
  • FIGS 2 and 3 are diagrams showing a conventional battery pack mounted on the device of Figure 1.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a battery pack mounted on a device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic exploded perspective view of the battery pack of Figure 5.
  • Figure 7 is a diagram showing the battery pack of Figure 5 receiving digestive juice injected from the outside.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a portion of the flow path of FIG. 7.
  • Figure 9 is a diagram showing that the insulation member is located on the battery module.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing the battery pack and the insulation member of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a heat insulating member located between battery modules mounted on the battery pack of FIG. 6.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the battery modules and the insulation member of FIG. 10.
  • Figure 13 is a diagram showing a heat insulating member located between battery cells constituting a battery module.
  • a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.
  • being “on” or “on” a reference part means being located above or below the reference part, and necessarily meaning being located “above” or “on” the direction opposite to gravity. no.
  • Figure 4 is a diagram schematically showing a battery pack mounted on a device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 when the battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention is mounted on a device such as a car 50, the battery pack 1000 may be located at the bottom of the car 50. Specifically, the battery pack 1000 may be located below the center of the vehicle 50.
  • the center of the car 50 may refer to the inner area of the wheels based on the wheels located at the front and rear of the car, and the lower part of the car 50 is lower than the seat provided in the car relative to the ground. It can mean.
  • the car 50 may include a water spout 51, which is a hole formed on the outer surface of the car 50, and a water spout cover 53 that covers the water spout 51.
  • the water spout 51 may be a hole for introducing fire extinguishing fluid into the battery pack 1000 from the outside through a flow path 60, which will be described later.
  • the water inlet 51 is formed one by one close to the front and rear of the car, based on the center. However, if fire extinguishing liquid can be introduced into the battery pack 1000, the water inlet 51 in this drawing is It is not limited to location or number.
  • the area (cross-sectional area) of the water spout 51 may increase as it moves from the flow path 60 toward the outer surface of the automobile 50. Through this, the area exposed to the outside of the water spout 51 is increased compared to the area of the flow path 60, so that when the fire extinguishing liquid is injected from a distance, the fire extinguishing liquid can effectively flow into the spout 51.
  • the spout 51 may have a truncated cone shape, but the present invention is not limited to this, and is a structure that allows fire extinguishing liquid to effectively flow into the spout 51, and various modifications and changes are possible.
  • the water spout 51 may include a water spout cover 53 that covers the water spout 51.
  • the water pouring cover 53 normally serves to prevent foreign substances such as water or dust from flowing into the water spout 51 from the outside.
  • the water cover 53 Since the water cover 53 is located at a position corresponding to the water spout 51 while covering the water spout 51, it can correspond to the location and number of the water spout 51. Additionally, the water cover 53 may correspond to the size of the water spout 51 or may be larger than the size of the water spout 51.
  • Figure 5 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic exploded perspective view of the battery pack of Figure 5.
  • the battery pack 1000 is positioned while covering the first pack case 1100 on which the plurality of battery modules 100 are mounted, and the battery modules 100. It includes a second pack case 1200.
  • the first pack case 1100 and the second pack case 1200 can be fastened to each other using a fastening member or joined by a method such as welding to seal the inside of the battery pack 1000.
  • a plurality of battery modules 100 may be mounted on the first pack case 1100.
  • the first pack case 1100 may include a side plate 1110 that protrudes in the height direction (z-axis direction) of the battery module 100 and extends along an edge of the first pack case 1100.
  • the side plate 1110 may be a plate that covers both sides of the plurality of battery modules 100.
  • the side plate 1110 may be located along all edges of the first pack case 1100, or may be partially located only in one edge area of the first pack case 1100 as shown in this figure.
  • the edge of the side plate 1110 corresponds to one edge of the first pack case 1100 and one edge of the second pack case 1200, and can be fastened using a fastening member or joined by a method such as welding. .
  • the second pack case 1200 may be a case that covers a plurality of battery modules 100.
  • the second pack case 1200 may have a flat plate shape.
  • the second pack case 1200 may have a size corresponding to the size of the first pack case 1100.
  • An inlet 2000 may be located in one area of the second pack case 1200.
  • the inlet 2000 is a passage through which fire extinguishing liquid injected from the water outlet 51 flows into the battery pack 1000 along a flow path in the event of a fire, and may be located on the second pack case 1200.
  • the inlet 2000 may be located in an area of the second pack case 1200 corresponding to the first area A1 and the second area A2 inside the battery pack 1000.
  • the inlet 2000 may be located in an area of the second pack case 1200 that overlaps the first area A1 and the second area A2, and specifically the first area A1 and the second area (A2). It may be located in an area of the second pack case 1200 that overlaps A2) in the vertical direction.
  • the first area A1 and the second area A2 are areas where the battery module 100 is electrically connected to high voltage (HV).
  • the first area (A1) is an area where the battery module 100 is electrically HV connected to external electrical equipment such as a BDU (Battery Disconnect Unit) through a terminal bus bar
  • the second area (A2) is an area where the battery module 100 faces the battery module.
  • (100) is an area that is electrically connected to HV each other through module connectors, etc. That is, the first area (A1) and the second area (A2) are areas where high voltage flows, and the temperature is relatively high compared to other areas inside the battery pack 1000, so the first area (A1) and the second area (A2) may be areas with a high possibility of ignition.
  • the inlet 2000 is located in an area of the second pack case 1200 corresponding to the first area A1 and the second area A2, and extinguishes the fire by applying fire extinguishing liquid centered on the area when ignition occurs. can facilitate.
  • the inlet 2000 may be formed in various shapes.
  • the inlet 2000 may be opened by a predetermined pressure within the battery pack 1000 or pressure caused by fire extinguishing fluid flowing from outside the battery pack 1000.
  • the inlet 2000 may be a rupture disk or a valve.
  • the inlet 2000 may include a hole penetrating the second pack case 1200 and a cover portion covering the hole.
  • the cover part may be made of a material that melts at a predetermined temperature and may be made of a material that can melt in the event of a fire.
  • the material forming the cover part may be a plastic material.
  • the cover may be made of polypropylene (PP), polycarbonate (PC), or polyethylene terephthalate (PET).
  • the inlet 2000 is not normally open, thereby separating the inside of the battery pack 1000 from the external environment. Accordingly, the performance of the battery can be maintained by preventing foreign substances such as dust or moisture from entering the battery pack 1000 from the outside during normal times.
  • the inlet 2000 is opened and the extinguishing liquid injected from the water inlet 51 flows into the battery pack 1000 to extinguish the fire. It is easy to suppress and safety can be ensured.
  • the battery pack 1000 according to the present embodiment including the above configurations is applicable only to electric vehicles, unlike the conventional battery pack of FIGS. 2 and 3 that constitutes a vehicle 5 including a conventional internal combustion engine. It corresponds to the model that is Therefore, unlike a conventional battery pack, the battery pack 1000 according to the present embodiment is different in the mounting position of the battery module 100, the HV connection structure, the height and shape of the battery pack 1000, etc. That is, in the battery pack 1000 according to this embodiment, the location of the inlet 2000 through which digestive juice flows in from the outside is located in an area of the pack case corresponding to the area where the battery module 100 is connected to the HV. It can extinguish flames more directly and effectively than a battery pack.
  • FIG. 7 is a diagram showing the battery pack of Figure 5 receiving digestive juice injected from the outside.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a portion of the flow path of FIG. 7.
  • the flow path 60 connected to the water outlet 51 is connected to the inlet 2000, and the fire extinguishing liquid injected from the water outlet 51 moves along the flow path 60 to reach the inlet 2000. ) can be injected into the battery pack 1000.
  • the flow path 60 may be a pipe, and a heat-resistant member 65 may be provided on the outer surface of the flow path 60. Specifically, the heat-resistant member 65 may be provided while surrounding the outer surface of the flow path 60. Additionally, the heat-resistant member 65 may be positioned to cover not only the flow path 60 connected to the water spout 51 but also the outer surfaces of the branched flow paths 60.
  • the heat-resistant member 65 prevents the pipes constituting the flow path 60 from being damaged or melted in the event of a fire, and thus prevents fire extinguishing fluid from flowing into the battery pack 1000 due to damage to the flow path 60.
  • the heat-resistant member 65 may be made of a material that does not melt at high temperatures and is resistant to heat.
  • the heat-resistant member 65 may be silicon, MICA (mica), airgel, etc.
  • the flow path 60 is connected to the water inlet 51 and can deliver the fire extinguishing liquid injected from the water inlet 51 to the inlet 2000.
  • a plurality of branched flow passages 60 may be located respectively corresponding to the inlet 2000.
  • the flow path 60 may be branched into various shapes.
  • the flow path 60 may be in the form of a manifold.
  • a plurality of flow paths 60 branched from the two water inlets 51 are shown as being located in the same number of inlets 2000.
  • this is an exemplary form and, differently, the flow paths 60 ) may be branched and connected to the inlet 2000.
  • the flow path 60 may be positioned in contact with the inlet 2000 or may be positioned inserted into the inlet 2000.
  • the size of the inlet 2000 may correspond to the size of the flow path 60 that is in contact with or inserted into the inlet 2000.
  • the size of the inlet 2000 may be larger than the size of the flow path 60.
  • the flow path 60 connected to the water inlet 51 is branched to correspond to the inlet 2000, so that fire extinguishing liquid can be applied to the plurality of inlets 2000 even with a small number of water inlets 51, thereby suppressing the fire. This is quick and easy and ensures fire extinguishing efficiency and safety.
  • FIG. 9 is a diagram showing that the insulation member is located on the battery module.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing the battery pack and the insulation member of FIG. 9. Referring to FIGS. 9 and 10 , the insulation member 3000 is located inside the battery pack 1000 and can delay the time the flame is exposed to the outside from the battery pack 1000 when a flame occurs.
  • the insulation member 3000 may be located on the battery module 100. Specifically, the insulation member 3000 may be located between the battery module 100 and the second pack case (not shown).
  • the insulation member 3000 may be a material having insulation and heat resistance.
  • the insulation member 3000 may be silicon, MICA (mica), airgel, etc.
  • the insulation member 3000 includes a first insulation member 3100 and/or a second insulation member 3200.
  • the first insulation member 3100 and the second insulation member 3200 may be provided with a surface parallel to the second pack case.
  • the first insulation member 3100 may be located on the battery module 100. Specifically, the first insulation member 3100 may be located on one side of the battery module 100 in the height direction (z-axis direction), and if a flame occurs in the battery module due to this, the battery pack 1000 The time at which the flame is exposed to the outside can be delayed through the second pack case 1200. Additionally, by preventing the heat generated from the battery module 100 from being directly transferred to the second pack case 1200, it is possible to delay flame generation time and minimize human/material damage.
  • the first insulation member 3100 may correspond to the area of the battery module 100 or may have an area larger than the area of the battery module 100.
  • the area of the first insulation member 3100 may correspond to the area of the battery module 100.
  • the area of the first insulation member 3100 may correspond to the area of one surface of the battery module 100 in the height direction (z-axis direction).
  • the number of first insulation members 3100 may correspond to the number of battery modules 100.
  • the area of the first insulation member 3100 may be larger than the area of one surface of the battery module 100 in the height direction (z-axis direction).
  • the first insulation member 3100 may be positioned while covering one or more battery modules 100, and the number of first insulation members 3100 may be smaller than the number of battery modules 100.
  • the first insulation member 3100 may not be positioned while covering the first area (A1) and the second area (A2) inside the battery pack. That is, the first insulation member 3100 is positioned to cover only the battery module 100 and is not positioned to cover the first area (A1) and the second area (A2), thereby covering the first area (A1) and the second area (A2).
  • the fire extinguishing liquid applied from the inlet 2000 located in one area of the second pack case 1200 corresponding to (A2) can flow more effectively toward the battery module 100 and the battery cell.
  • the second insulation member 3200 may be located in an area corresponding to an area where neighboring battery modules 100 are electrically connected.
  • the second insulation member 3200 may be located in an area corresponding to the second area A2 in FIG. 6 .
  • the area of the second insulation member 3200 may correspond to the area of the second area A2.
  • the second insulation member 3200 may be positioned while covering the second area A2.
  • the second insulation member 3200 is positioned covering the second area A2, the first area A1 to which the battery module 100 is electrically connected to HV is still open, so the inlet ( 2000), the fire extinguishing liquid applied to the inside of the battery pack 1000 will be able to flow directly and effectively into the battery module 100 and the battery cell.
  • first insulation member 3100 and the second insulation member 3200 are shown as being located together inside the battery pack 1000, but this is not limited to the first insulation member 3100 or the second insulation member 3200.
  • the members 3200 may be located individually or may be provided in combination.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a heat insulating member located between battery modules mounted on the battery pack of FIG. 6.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the battery modules and the insulation member of FIG. 10.
  • FIGS. 11 and 12 The content described in FIGS. 11 and 12 is a modified example of an embodiment of the present invention described above, and a detailed description of the same configuration as the configuration described above will be omitted.
  • the insulation member 3000 includes a third insulation member 3300, and the third insulation member 3300 may be positioned perpendicular to the first pack case 1100.
  • the third insulation member 3300 may be located between the battery modules 100. Specifically, the third insulation member 3300 may be located in an area where neighboring battery modules 100 are electrically connected to each other.
  • the third insulation member 3300 may be located in an area corresponding to the second area A2 in FIG. 6.
  • the third insulation member 3300 may be located between neighboring battery modules 100 in the second area A2 of FIG. 6 .
  • one surface of the third insulation member 3300 is located facing the front of one of the neighboring battery modules 100, and the other surface of the third insulation member 3300 is located against the front of the neighboring battery module (100).
  • 100) may be positioned facing the rear of the remaining battery module 100.
  • the front and back sides of the battery module 100 are surfaces where the battery module 100 can be electrically connected to neighboring battery modules 100 or other electrical equipment.
  • the y-axis direction and the -y-axis direction are the sides. it means.
  • the shape of the third insulation member 3300 may correspond to the shape of the front or back of the battery module 100.
  • the width (x-axis direction) of the third insulation member 3300 may correspond to the width (x-axis direction) of the battery module 100
  • the height (z-axis direction) of the third insulation member 3300 may correspond to the width (x-axis direction) of the battery module 100.
  • the third insulation member 3300 may correspond to the size of the front or rear of the battery module 100.
  • the shape of the third insulation member 3300 is not limited to this.
  • the shape of the third insulation member 3300 may be larger or smaller than the shape of the front or back of the battery module 100. If the shape of the third insulation member 3300 is larger than the shape of the front or rear of the battery module 100, the third insulation member 3300 may be positioned while covering the front or rear of one or more battery modules 100. there is.
  • the third insulation member 3300 is located between neighboring battery modules 100 in the area where the battery modules 100 are electrically connected to each other, thereby making it difficult to transfer heat generated by high voltage, thereby suppressing the occurrence of fire as much as possible. can do. In addition, even if a flame occurs in one battery module 100, thermal runaway phenomenon can be prevented by suppressing the flame from moving to a neighboring battery module as much as possible.
  • Figure 13 is a diagram showing a heat insulating member located between battery cells constituting a battery module.
  • the battery module 100 consists of a battery cell stack 120 and a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked along one direction.
  • An insulation member 3000 located between the battery cells 110, a module frame 210, 220 that accommodates the battery cell stack 120, and located on the front and/or back of the battery cell stack 120. It may include a bus bar structure 300, and an end plate 400 covering the front and/or rear of the battery cell stack 120.
  • the type of the battery cell 110 is not particularly limited, it may be a pouch-type secondary battery or a square-shaped secondary battery, but it is preferable that it is a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 110 may be composed of a plurality of battery cells 110, and the plurality of battery cells 110 are stacked so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120. As shown in this figure, a plurality of battery cells 110 may be stacked along a direction parallel to the x-axis.
  • the module frames 210 and 220 may include a first frame 210 and a second frame 220, and the battery cell stack 120 is between the first frame 210 and the second frame 220. It can be mounted to form the battery module 100.
  • the module frames 210 and 220 are not limited to the above-described content, and may be monoframes in the form of metal plates with the upper and lower surfaces and both sides integrated.
  • the busbar structure 300 includes a busbar frame and a busbar mounted on one surface of the busbar frame.
  • the bus bar may be mounted on one side of the bus bar frame and may be used to electrically connect the battery cell stack 120 or battery cells 110 to an external device circuit.
  • the end plate 400 may be used to protect the battery cell stack 120 and the electrical equipment connected thereto from external physical shock by sealing the open side of the module frame 200.
  • the end plate 400 may be made of a material having a predetermined strength.
  • the end plate 400 may include a metal such as aluminum.
  • the insulation member 3000 may be located between battery cells 110 constituting the battery cell stack 120, and is the fourth insulation member 3400.
  • At least one fourth insulation member 3400 may be provided between the battery cell stacks 120.
  • the size of the fourth insulation member 3400 may correspond to the size of the battery cell 110.
  • the fourth insulation member 3400 may correspond to the size of one side of the battery cell located facing the fourth insulation member 3400.
  • the length (y-axis direction) of the fourth insulation member 3400 may correspond to the length (x-axis direction) of the battery cell 110
  • the height of the fourth insulation member 3400 (z-axis direction) may correspond to the length of the battery cell 110 (x-axis direction).
  • ) may correspond to the height (z-axis direction) of the battery cell 110.
  • the shape of the fourth insulation member 3400 may be larger or smaller than the size of the battery cell 100.
  • the fourth insulation member 3400 is positioned between the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120, so that heat generated from the battery cell 110 due to charging and discharging of the battery is transferred to the neighboring battery cells. This may make it difficult to transmit to (110). This is because when a large amount of high-temperature heat is generated from the battery cell 110, the electrolyte is vaporized and the internal pressure of the battery cell 110 increases, causing the battery cell pouch to tear, which may cause a fire or explosion. Accordingly, the fourth insulation member 3400 can suppress the occurrence of fire as much as possible by preventing heat transfer between the battery cells 110. In addition, even if the battery cell 110 swells due to charging and discharging of the battery, the degree of swelling can be suppressed due to the position of the fourth insulation member 3400.
  • the insulation members 3000 described in FIGS. 9 to 13 may be provided individually or in various combinations in battery modules and battery packs.
  • the battery module described above and the battery pack containing it can be applied to various devices. These devices can be applied to transportation means such as electric bicycles, electric cars, and hybrid cars, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use battery modules and battery packs containing them, which are also applicable to the present invention. It falls within the scope of invention rights.

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Abstract

본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 전지셀 적층체를 수납하는 복수의 전지 모듈을 장착하는 제1 팩 케이스; 상기 전지 모듈을 덮으면서 위치하는 제2 팩 케이스; 및 상기 제2 팩 케이스에 구비되는 유입구;를 포함하고, 상기 유입구는 외부에서 주입된 소화액을 전달하는 유로와 연결된다.

Description

전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 11월 1일자 한국 특허 출원 제10-2022-0143916호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 화재 시 진압이 용이하고 안전성이 확보되는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 중대형 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 이러한 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차 전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차 전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시키고, 이로 인해 전해액이 기화되어 내부 압력이 증가하여 전지셀 파우치가 찢어질 수 있다.
이 경우, 전지 모듈 및 전지 팩에서 화염이 발생할 수 있고, 전지 팩이 자동차와 같은 디바이스에 장착된 경우에는 물적 피해뿐만 아니라 인적 피해도 발생할 수 있다. 따라서, 화염 발생 시, 추가 열 확산 방지를 위해 전지 팩 내부에 안전성 확보 목적의 추가적인 부품들을 포함하는 방안이 있었지만, 이는 전지의 에너지 밀도를 감소시키고 추가 부품으로 인해 가격이 상승되는 문제점이 있어, 다른 형태의 전지 팩이 고안될 필요가 있다.
도 1은 종래의 전지 팩이 디바이스에 장착된 모습을 대략적으로 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 디바이스에 장착되는 종래의 전지 팩을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 팩(1)이 자동차와 같은 디바이스(5)에 장착되는 경우, 전지 팩(1)은 자동차의 전면부의 내부 및 자동차의 후면부의 내부에 위치한다. 여기서 자동차의 전면부는 일반적인 자동차의 진행 방향을 의미하고 x축 방향이며, 자동차의 후면부는 일반적인 자동차의 진행 방향과 반대 방향을 의미하고 -x축 방향이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지 팩(1)은 상부 팩 케이스(11)와 하부 팩 케이스(12)를 포함한다. 상부 팩 케이스(11)는 전지 팩 내부에 실장되는 전지 모듈을 커버하는 케이스로, 높이 방향(z축 방향)으로 일정한 부피를 가질 수 있다. 하부 팩 케이스(12)는 전지 모듈이 장착되는 평평한 판일 수 있다.
이와 같이, 종래의 전지 팩(1)은 높이 방향(z축 방향)으로 일정한 부피를 가지므로 전지 팩(1)의 무게가 무겁다는 문제점이 있었다. 또한, 전지 팩(1)이 자동차에 장착될 때, 자동차의 전면부 및 후면부에 위치할 수밖에 없는 구조적 특징을 가지고 있어, 화재 시 외부에서 전지 팩(1)에 직접적으로 주수하여 화염을 억제시키기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화재 시 진압이 용이하고 안전성이 확보되는 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 전지셀 적층체를 수납하는 복수의 전지 모듈을 장착하는 제1 팩 케이스; 상기 전지 모듈을 덮으면서 위치하는 제2 팩 케이스; 및 기 제2 팩 케이스의 상단에 구비되는 유입구;를 포함하고, 상기 유입구는 외부에서 주입된 소화액을 전달하는 유로와 연결된다.
상기 유입구는, 상기 복수의 전지 모듈이 HV(High Voltage) 연결되는 영역인 제1 영역 및 제2 영역과 대응되는 상기 제2 팩 케이스의 일 영역에 구비될 수 있다.
상기 유입구는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 수직 방향으로 중첩되는 상기 제2 팩 케이스의 일 영역에 구비될 수 있다.
상기 제1 영역은 상기 전지 모듈이 외부 전장품과 전기적으로 연결되는 영역이고, 상기 제2 영역은 상기 전지 모듈이 이웃하는 다른 전지 모듈과 전기적으로 연결되는 영역일 수 있다.
상기 유입구는, 전지의 외부 또는 내부 압력에 의해 개방되는 럽쳐 디스크(rupture disk) 또는 밸브일 수 있다.
상기 유입구는, 상기 제2 팩 케이스를 관통하는 홀, 및 상기 홀을 덮는 덮개부를 포함할 수 있다.
상기 덮개부는 소정의 온도에서 녹는 소재로 형성될 수 있다.
상기 덮개부는 PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), 또는 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기 전지 팩 케이스 내부에 구비되는 단열 부재를 더 포함한다.
상기 단열 부재는, 제1 단열 부재 및 제2 단열 부재를 포함하고, 상기 제1 단열 부재 및 상기 제2 단열 부재는 상기 전지 모듈과 상기 제2 팩 케이스 사이에 위치하며, 상기 제2 팩 케이스와 평행하는 면을 가질 수 있다.
상기 제1 단열 부재는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 제외한 영역에 위치할 수 있고, 상기 제2 단열 부재는, 상기 전지 모듈과 이웃하는 전지 모듈이 전기적으로 연결되는 영역에 위치할 수 있다.
상기 단열 부재는 제3 단열 부재를 포함하고, 상기 제3 단열 부재는, 상기 제1 팩 케이스와 수직하며 위치할 수 있다.
상기 제3 단열 부재는, 상기 전지 모듈과 이웃하는 전지 모듈이 전기적으로 연결되는 영역에 위치할 수 있다.
상기 단열 부재는 제4 단열 부재를 포함하고, 상기 제4 단열 부재는, 상기 전지셀 적층체를 구성하는 복수의 전지셀 사이에 위치할 수 있다.
상기 단열 부재는 실리콘, MICA(운모), 및 에어로겔(Aerogel) 중 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디바이스는 상기에서 설명한 전지 팩, 및 상기 유로와 연결되어 소화액을 주입하는 주수구를 포함한다.
상기 주수구는 상기 유로로부터 상기 디바이스의 외면으로 향할수록 면적이 증가할 수 있다.
상기 유로는, 상기 유입구와 대응되게 분기될 수 있다.
상기 유로는, 상기 유로의 외면을 감싸면서 구비되는 내열 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 내열 부재는 실리콘, MICA(운모), 및 에어로겔(Aerogel) 중 하나일 수 있다.
실시예들에 따르면, 전지 팩에 물과 같은 소화액을 주입함으로써 화재시 진압이 용이하고 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 소화액 주입을 위한 추가적인 부품이 필요하지 않으므로, 전지의 무게가 증가되지 않으며 에너지 밀도도 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 팩이 디바이스에 장착된 모습을 대략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 디바이스에 장착되는 종래의 전지 팩을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩이 디바이스에 장착된 모습을 대략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 팩의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 전지 팩이 외부로부터 소화액을 주입 받는 것을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 유로의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 9는 단열 부재가 전지 모듈 상에 위치한 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 전지 팩과 단열 부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 11은 도 6의 전지 팩에 장착되는 전지 모듈들의 사이에 위치하는 단열 부재를 도시한 도면이다.
도 12는 도 10의 전지 모듈들과 단열 부재에 대한 분해 사시도이다.
도 13은 전지 모듈을 구성하는 전지셀들의 사이에 위치하는 단열 부재를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩이 디바이스에 장착된 모습을 대략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩(1000)이 자동차(50)와 같은 디바이스에 장착되는 경우, 전지 팩(1000)은 자동차(50)의 하부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 전지 팩(1000)은 자동차(50)의 중심부의 하부에 위치할 수 있다. 자동차(50)의 중심부는, 자동차의 전면부 및 후면부에 위치하는 바퀴를 기준으로 바퀴의 내부 영역을 의미할 수 있고, 자동차(50)의 하부는 지면을 기준으로 자동차에 구비되는 시트보다 낮은 위치를 의미할 수 있다.
자동차(50)에는 자동차(50)의 외면에 형성된 홀인 주수구(51) 및 주수구(51)를 덮는 주수 커버(53)를 포함할 수 있다.
주수구(51)는 후술하는 유로(60)를 통해, 외부로부터 전지 팩(1000)에 소화액을 유입하기 위한 구멍일 수 있다.
주수구(51)는 하나 또는 그 이상일 수 있다. 본 도면에는 주수구(51)가 중심부를 기준으로, 자동차의 전면부와 후면부에 가깝게 각각 하나씩 형성되어 있으나, 전지 팩(1000)에 소화액을 유입할 수 있다면 본 도면에서의 주수구(51)의 위치 및 개수에 한정되지 않는다.
주수구(51)는 유로(60)로부터 자동차(50)의 외면으로 향할수록 면적(단면적)이 증가할 수 있다. 이를 통해 유로(60)의 면적보다 주수구(51)가 외부에 노출되는 면적을 증가시킴으로써 원거리에서 소화액을 주입할 경우에 소화액이 주수구(51)에 효과적으로 유입될 수 있다. 예를 들면, 주수구(51)는 원뿔대 형상일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 소화액이 주수구(51)에 효과적으로 유입될 수 있는 구조이며 다양한 변형, 변경이 가능하다.
주수구(51)는, 주수구(51)를 덮는 주수 커버(53)를 포함할 수 있다. 주수 커버(53)는 평상시 주수구(51)로 물이나 먼지 등의 이물질이 외부로부터 유입되지 않게 보호하는 역할을 수행한다.
주수 커버(53)는 주수구(51)와 대응되는 위치에 주수구(51)를 덮으면서 위치하므로, 주수구(51)의 위치 및 개수와 대응될 수 있다. 또한, 주수 커버(53)는 주수구(51)의 크기와 대응되거나, 주수구(51)의 크기보다 클 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 팩의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 복수의 전지 모듈(100)이 장착되어 있는 제1 팩 케이스(1100), 및 전지 모듈(100)의 덮으면서 위치하는 제2 팩 케이스(1200)를 포함한다. 여기서, 제1 팩 케이스(1100) 및 제2 팩 케이스(1200)는 서로 체결부재를 사용하여 체결되거나 용접 등의 방법으로 결합되어, 전지 팩(1000) 내부를 밀봉시킬 수 있다.
제1 팩 케이스(1100)에는 복수의 전지 모듈(100)이 장착되어 있을 수 있다. 제1 팩 케이스(1100)는, 전지 모듈(100)의 높이 방향(z축 방향)으로 돌출되어 제1 팩 케이스(1100)의 가장자리를 따라 연장된 사이드 플레이트(1110)를 포함할 수 있다.
사이드 플레이트(1110)는 복수의 전지 모듈(100)의 양 측면을 덮는 판일 수 있다. 사이드 플레이트(1110)는 제1 팩 케이스(1100)의 모든 가장자리를 따라 위치할 수도 있고, 본 도면과 같이 제1 팩 케이스(1100)의 일 가장자리 영역에만 부분적으로 위치할 수도 있다. 사이드 플레이트(1110)의 가장자리는 각각 제1 팩 케이스(1100)의 일 가장자리 및 제2 팩 케이스(1200)의 일 가장자리와 대응되어, 체결부재를 사용하여 체결되거나 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.
제2 팩 케이스(1200)는 복수의 전지 모듈(100)을 덮는 형태의 케이스일 수 있다. 일 예로, 제2 팩 케이스(1200)는 평평한 판 형상일 수 있다. 제2 팩 케이스(1200)는 제1 팩 케이스(1100)의 크기와 대응되는 크기를 가질 수 있다.
제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에는 유입구(2000)가 위치할 수 있다.
유입구(2000)는, 화재 시 주수구(51)로부터 주입되는 소화액이 유로를 따라 전지 팩(1000) 내로 유입되는 통로이며, 제2 팩 케이스(1200) 상에 위치할 수 있다.
유입구(2000)는 적어도 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 유입구는 도 5에 도시된 바와 같이 4개일 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 12개일 수도 있다. 유입구(2000)의 개수는 본 도면에 한정되는 것은 아니며, 변경 가능하다.
유입구(2000)는 전지 팩(1000) 내부의 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과 대응되는 제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에 위치할 수 있다. 유입구(2000)는 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과 중첩되는 제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에 위치할 수 있고, 구체적으로 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과 수직 방향으로 중첩되는 제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에 위치할 수 있다.
제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)은 전지 모듈(100)이 전기적으로 HV(High voltage) 연결되는 영역이다. 구체적으로, 제1 영역(A1)은 전지 모듈(100)이 터미널 버스바를 통해 BDU(Battery Disconnect Unit)와 같은 외부 전장품과 전기적으로 HV 연결되는 영역이고, 제2 영역(A2)은 마주보는 전지 모듈(100)이 모듈 커넥터 등을 통해 서로 전기적으로 HV 연결되는 영역이다. 즉, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)은 고전압이 흐르는 영역으로, 전지 팩(1000) 내부의 다른 영역에 비해 상대적으로 온도가 높아 발화 가능성이 높은 영역일 수 있다.
따라서, 유입구(2000)는 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과 대응되는 제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에 위치하여, 발화 시 해당 영역을 중심으로 소화액을 도포함으로써 화재 진압을 용이하게 할 수 있다.
유입구(2000)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 예로, 유입구(2000)는 전지 팩(1000) 내의 소정의 압력이나, 전지 팩(1000) 외부에서 유입되는 소화액에 의한 압력에 의해 개방될 수 있다. 바람직하게는, 유입구(2000)는 럽쳐 디스크(rupture disk)나 밸브(valve)일 수 있다.
다른 일 예로, 유입구(2000)는 제2 팩 케이스(1200)를 관통하는 홀과, 상기 홀을 덮는 덮개부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 덮개부는 소정의 온도에서 녹는 소재로, 화재 발생 시 녹을 수 있는 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 덮개부를 형성하는 소재는 플라스틱 소재일 수 있다. 일 예로, 상기 덮개부는 PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), 또는 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다.
상기 예시들에 따르면, 유입구(2000)는 평상시에는 개방되지 않아 전지 팩(1000)의 내부를 외부 환경과 분리시킬 수 있다. 따라서, 평상시에 외부로부터 먼지나 수분 등의 이물질이 전지 팩(1000)에 유입되지 않도록 하여, 전지의 성능을 유지시킬 수 있다. 다만, 전지 팩이 발화하여 일정 온도나 일정 압력 이상이 되는 경우에는 유입구(2000)가 개방되어, 주수구(51)로부터 주입된 소화액을 전지 팩(1000) 내부로 유입시켜 화재를 진압함으로써, 화재 시 진압이 용이하고 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 상기 구성들을 포함하는 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 기존의 내연 기관을 포함한 자동차(5)를 구성하였던 도 2 및 도 3의 종래의 전지 팩과는 달리, 전기 자동차에만 적용되는 모델에 해당한다. 따라서, 종래의 전지 팩과 달리, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은 전지 모듈(100)의 장착 위치 및 HV 연결 구조, 전지 팩(1000)의 높이 및 형상 등에서 차이가 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 팩(1000)은, 외부로부터 소화액을 유입 받는 유입구(2000)의 위치가 전지 모듈(100)이 HV 연결되는 영역과 대응되는 팩 케이스의 일 영역에 위치하므로, 종래의 전지 팩에 비해 직접적이고 효과적으로 화염을 진압할 수 있다.
도 7은 도 5의 전지 팩이 외부로부터 소화액을 주입 받는 것을 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 유로의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 주수구(51)와 연결된 유로(60)는 유입구(2000)와 연결되고, 주수구(51)로부터 주입된 소화액은 유로(60)를 따라 이동하여 유입구(2000)를 통해 전지 팩(1000) 내부에 주입될 수 있다.
유로(60)는 파이프일 수 있고, 유로(60)의 외면에는 내열 부재(65)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 내열 부재(65)는 유로(60)의 외면을 감싸면서 구비될 수 있다. 또한, 내열 부재(65)는 주수구(51)과 연결되는 유로(60)뿐만 아니라, 분기되는 유로(60)의 외면도 모두 감싸면서 위치할 수 있다.
내열 부재(65)는, 화재 시 유로(60)를 구성하는 파이프가 손상되거나 녹는 것을 방지하므로, 유로(60)의 손상으로 인해 전지 팩(1000) 내부로 소화액이 유입되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 내열 부재(65)는 고온에서 녹지 않고, 열에 잘 견디는 소재로 형성될 수 있다. 일 예로, 내열 부재(65)는 실리콘, MICA(운모), 에어로겔(Aerogel) 등일 수 있다.
즉, 유로(60)는 주수구(51)와 연결된 상태로, 주수구(51)로부터 주입된 소화액을 유입구(2000)로 전달할 수 있다. 이 경우, 분기된 복수의 유로(60)들이 각각 유입구(2000)와 대응하면서 위치할 수 있다.
유로(60)는 다양한 형태로 분기될 수 있다. 유로(60)는 매니폴드 형태일 수 있다. 본 도면에서는, 2개의 주수구(51)로부터 각각 분기된 복수의 유로(60)가 동일한 수의 유입구(2000)에 각각 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시적인 형태로 이와는 다르게 유로(60)가 분기되어 유입구(2000)와 연결될 수 있다.
유로(60)는 유입구(2000)와 맞닿은 채로 위치하거나, 유입구(2000)에 삽입된 채로 위치할 수 있다. 이 경우, 유입구(2000)의 크기는, 유입구(2000)와 맞닿아 있거나 삽입되어 있는 유로(60)의 크기와 대응될 수 있다. 또는, 유로(60)와 유입구(2000) 사이의 조립의 용이성이나 제조 공정 상의 이유로 인해, 유입구(2000)의 크기는 유로(60)의 크기보다 클 수 있다.
다시 말하면, 주수구(51)와 연결된 유로(60)가 유입구(2000)와 대응되게 분기됨으로써, 적은 수의 주수구(51)로도 다수의 유입구(2000)에 소화액을 도포할 수 있으므로, 화재 진압이 신속 용이하고 소화 효율성 및 안전성을 확보할 수 있다.
도 9는 단열 부재가 전지 모듈 상에 위치한 것을 나타내는 도면이다. 도 10은 도 9의 전지 팩과 단열 부재를 도시한 분해 사시도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 단열 부재(3000)는 전지 팩(1000) 내부에 위치하고, 화염 발생 시 전지 팩(1000)에서 외부로 화염이 노출되는 시간을 지연시킬 수 있다.
단열 부재(3000)는 전지 모듈(100) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 단열 부재(3000)는 전지 모듈(100)과 제2 팩 케이스(미도시) 사이에 위치할 수 있다.
단열 부재(3000)는 단열성 및 내열성을 가지는 소재일 수 있다. 일 예로, 단열 부재(3000)는 실리콘, MICA(운모), 에어로겔(Aerogel) 등일 수 있다.
단열 부재(3000)는 제1 단열 부재(3100) 및/또는 제2 단열 부재(3200)를 포함한다. 제1 단열 부재(3100) 및 제2 단열 부재(3200)는 제2 팩 케이스와 평행하는 면을 가지면서 구비될 수 있다.
제1 단열 부재(3100)는 전지 모듈(100) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 단열 부재(3100)는 전지 모듈(100)의 높이 방향(z축 방향)의 일 면 상에 위치할 수 있고, 이로 인해 전지 모듈에서 화염이 발생하는 경우 전지 팩(1000)의 제2 팩 케이스(1200)를 통해 외부로 화염이 노출되는 시간을 지연시킬 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)에서 발생하는 열을 제2 팩 케이스(1200)로 직접적으로 전달하지 못하게 함으로써, 화염 발생 시간을 지연시켜 인적/물적 피해를 최소화할 수 있다.
제1 단열 부재(3100)는 전지 모듈(100)의 면적과 대응되거나 전지 모듈(100)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.
먼저, 제1 단열 부재(3100)의 면적은 전지 모듈(100)의 면적과 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 단열 부재(3100)의 면적은 전지 모듈(100)의 높이 방향(z축 방향)의 일 면의 면적과 대응될 수 있다. 이 경우, 제1 단열 부재(3100)의 개수는 전지 모듈(100)의 개수와 대응될 수 있다.
또는, 제1 단열 부재(3100)의 면적은 전지 모듈(100)의 높이 방향(z축 방향)의 일 면의 면적보다 클 수도 있다. 이 경우, 제1 단열 부재(3100)는 하나 이상의 전지 모듈(100)을 덮으면서 위치할 수 있고, 전지 모듈(100)의 개수보다 제1 단열 부재(3100)의 개수가 더 적을 수 있다. 다만, 이러한 경우에도 제1 단열 부재(3100)는 전지 팩 내부의 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)을 덮으면서는 위치하지 않을 수 있다. 즉, 제1 단열 부재(3100)는 전지 모듈(100)만 덮으면서 위치하고 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)을 덮으면서 위치하지 않음으로써, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과 대응되는 제2 팩 케이스(1200)의 일 영역에 위치하는 유입구(2000)로부터 도포되는 소화액을, 전지 모듈(100) 및 배터리 셀 쪽으로 보다 효과적으로 유입할 수 있다.
제2 단열 부재(3200)는 이웃한 전지 모듈(100)이 전기적으로 연결되는 영역과 대응되는 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 단열 부재(3200)는 도 6의 제2 영역(A2)과 대응되는 영역에 위치할 수도 있다. 이 경우, 제2 단열 부재(3200)의 면적은 제2 영역(A2)의 면적과 대응될 수 있다. 제2 단열 부재(3200)는 제2 영역(A2)을 덮으면서 위치할 수 있다.
제2 단열 부재(3200)가 위치함으로 인하여, 제2 영역(A2)에서 발생하는 열이 제2 팩 케이스(1200)나 전지 팩의 다른 구성으로 전달되는 것을 억제하여, 화염 발생을 억제할 수 있다. 또한, 전지 모듈(100) 사이에서 화염이 발생하는 경우, 고온의 열과 화염이 곧바로 전지 팩(1000)의 제2 팩 케이스(1200)로 전달되는 것이 아니므로, 외부로 화염이 노출되는 시간을 지연시켜 안전성을 확보할 수 있다.
다만, 제2 단열 부재(3200)가 제2 영역(A2)을 덮으면서 위치하더라도, 전지 모듈(100)이 전기적으로 HV 연결되는 제1 영역(A1)은 여전히 개방되어 있는 상태이기 때문에, 유입구(2000)를 통해 전지 팩(1000) 내부로 도포되는 소화액은 직접적이고 효과적으로 전지 모듈(100) 및 전지셀로 유입될 수 있을 것이다.
본 도면에서는 제1 단열 부재(3100)와 제2 단열 부재(3200)가 전지 팩(1000) 내부에 함께 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 제1 단열 부재(3100) 또는 제2 단열 부재(3200)가 각각 위치하거나, 이들의 조합으로 구비될 수도 있다.
도 11은 도 6의 전지 팩에 장착되는 전지 모듈들의 사이에 위치하는 단열 부재를 도시한 도면이다. 도 12는 도 10의 전지 모듈들과 단열 부재에 대한 분해 사시도이다.
도 11 및 도 12에서 설명하는 내용은 상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 대한 변형예로, 상기에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 단열 부재(3000)는 제3 단열 부재(3300)를 포함하고, 제3 단열 부재(3300)는 제1 팩 케이스(1100)와 수직하면서 위치할 수 있다.
제3 단열 부재(3300)는 전지 모듈(100) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제3 단열 부재(3300)는 이웃하는 전지 모듈(100)이 서로 전기적으로 연결되는 영역에 위치할 수 있다.
일 예로, 제3 단열 부재(3300)는 도 6의 제2 영역(A2)과 대응되는 영역에 위치할 수 있다. 제3 단열 부재(3300)는 도 6의 제2 영역(A2)에서 이웃하는 전지 모듈(100)의 사이에 위치할 수 있다.
구체적으로, 제3 단열 부재(3300)의 일면은 이웃하는 전지 모듈(100) 중 하나의 전지 모듈(100)의 전면과 마주보며 위치하고, 제3 단열 부재(3300)의 타면은 이웃하는 전지 모듈(100) 중 나머지 전지 모듈(100)의 후면과 마주보며 위치할 수 있다. 전지 모듈(100)의 전면 및 후면은 전지 모듈(100)이 이웃하는 전지 모듈(100)이나 다른 전장품들과 전기적으로 연결될 수 있는 면으로, 본 도면에서 y축 방향 및 -y축 방향의 면을 의미한다.
제3 단열 부재(3300)의 형상은 전지 모듈(100)의 전면 또는 후면의 형상과 대응될 수 있다. 예를 들어, 제3 단열 부재(3300)의 폭(x축 방향)은 전지 모듈(100)의 폭(x축 방향)과 대응될 수 있고, 제3 단열 부재(3300)의 높이(z축 방향)는 전지 모듈(100)의 높이(z축 방향)과 대응될 수 있다. 즉, 제3 단열 부재(3300)는 전지 모듈(100)의 전면 또는 후면의 크기와 대응될 수 있다. 다만, 제3 단열 부재(3300)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 본 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제3 단열 부재(3300)의 형상은 전지 모듈(100)의 전면 또는 후면의 형상보다 크거나 작을 수 있다. 제3 단열 부재(3300)의 형상이 전지 모듈(100)의 전면 또는 후면의 형상보다 큰 경우, 제3 단열 부재(3300)는 하나 이상의 전지 모듈(100)의 전면 또는 후면을 커버하면서 위치할 수 있다.
제3 단열 부재(3300)는 전지 모듈(100)이 서로 전기적으로 연결되는 영역에서 이웃하는 전지 모듈(100) 사이에 위치함으로써, 고전압에 의해 발생하는 열 전달이 용이하지 않게 함으로써 화재 발생을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 하나의 전지 모듈(100)에서 화염이 발생하더라도 이웃하는 전지 모듈로 이동하는 것을 최대한 억제하여 열 폭주 현상을 방지할 수 있다.
도 13은 전지 모듈을 구성하는 전지셀들의 사이에 위치하는 단열 부재를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 일방향을 따라 적층된 전지셀 적층체(120), 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110) 사이에 위치하는 단열 부재(3000), 전지셀 적층체(120)를 수용하는 모듈 프레임(210, 220), 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면 상에 위치하는 버스바 구조체(300), 전지셀 적층체(120)의 전면 및/또는 후면을 덮는(covering) 엔드 플레이트(400)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전지셀(110)은 그 종류에 특별한 제한이 없으므로 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지일 수 있으나, 파우치형 이차 전지인 것이 바람직하다.
전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 본 도면에 도시된 바와 같이 x축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다.
모듈 프레임(210, 220)은 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220)을 포함할 수 있고, 전지셀 적층체(120)는 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 장착되어 전지 모듈(100)을 구성할 수 있다. 다만, 모듈 프레임(210, 220)은 상술한 내용에 한정되지 아니하며, 상하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모노 프레임일 수 있다.
버스바 구조체(300)는 버스바 프레임 및 버스바 프레임의 일면 상에 장착된 버스바를 포함한다. 버스바는 버스바 프레임의 일면 상에 장착되고, 전지셀 적층체(120) 또는 전지셀(110)들과 외부 기기 회로를 전기적으로 연결하기 위한 것일 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 모듈 프레임(200)의 개방된 면을 밀폐함으로써, 전지셀 적층체(120) 및 이와 연결된 전장품을 외부의 물리적 충격으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다. 이를 위해 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 가지는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(400)는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
단열 부재(3000)는 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀 사이(110)에 위치할 수 있고, 이는 제4 단열 부재(3400)이다.
제4 단열 부재(3400)는 전지셀 적층체(120) 사이에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
제4 단열 부재(3400)의 크기는 전지셀(110)의 크기와 대응될 수 있다. 구체적으로, 제4 단열 부재(3400)는 제4 단열 부재(3400)와 마주보면서 위치하는 전지셀의 일면의 크기와 대응될 수 있다. 예를 들어, 제4 단열 부재(3400)의 길이(y축 방향)는 전지셀(110)의 길이(x축 방향)와 대응될 수 있고, 제4 단열 부재(3400)의 높이(z축 방향)는 전지셀(110)의 높이(z축 방향)와 대응될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 도면에는 도시되어 있지 않지만 제4 단열 부재(3400)의 형상은 전지셀(100)의 크기보다 크거나 작을 수 있다.
제4 단열 부재(3400)는 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110) 사이에사이에 위치함으로써, 전지의 충방전에 의해 전지셀(110)로부터 발생하는 열이 이웃하는 전지셀(110)로 전달되는 것을 용이하지 않게 할 수 있다. 전지셀(110)로부터 고온의 다량의 열이 발생하는 경우, 전해액이 기화되어 전지셀(110) 내부 압력이 증가하여 전지셀 파우치가 찢어짐으로써 화재 및 폭발이 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 제4 단열 부재(3400)는 전지셀(110) 간의 발생하는 열 전달이 용이하지 않게 함으로써 화재 발생을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 전지의 충방전에 의해 전지셀(110)이 스웰링되더라도 제4 단열 부재(3400)가 위치함으로 인해 스웰링 정도를 억제할 수 있다.
도 9 내지 도 13에서 설명한 단열 부재(3000)는 각각 또는 다양한 형태로 조합한 상태로 전지 모듈 및 전지 팩 내에 구비될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
50: 자동차
51: 주수구
60: 유로
65: 내열 부재
100: 전지 모듈
1000: 전지 팩
1100: 제1 팩 케이스
1200: 제2 팩 케이스
2000: 유입구
3000: 단열 부재

Claims (20)

  1. 전지셀 적층체를 수납하는 복수의 전지 모듈을 장착하는 제1 팩 케이스;
    상기 전지 모듈을 덮으면서 위치하는 제2 팩 케이스; 및
    상기 제2 팩 케이스의 상단에 구비되는 유입구;를 포함하고,
    상기 유입구는 외부에서 주입된 소화액을 전달하는 유로와 연결되는 전지 팩.
  2. 제1항에서,
    상기 유입구는, 상기 복수의 전지 모듈이 HV(High Voltage) 연결되는 영역인 제1 영역 및 제2 영역과 대응되는 상기 제2 팩 케이스의 일 영역에 구비되는 전지 팩.
  3. 제2항에서,
    상기 유입구는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역과 수직 방향으로 중첩되는 상기 제2 팩 케이스의 일 영역에 구비되는 전지 팩.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 영역은 상기 전지 모듈이 외부 전장품과 전기적으로 HV 연결되는 영역이고,
    상기 제2 영역은 상기 전지 모듈이 이웃하는 다른 전지 모듈과 전기적으로 HV 연결되는 영역인 전지 팩.
  5. 제1항에서,
    상기 유입구는, 전지의 외부 또는 내부 압력에 의해 개방되는 럽쳐 디스크(rupture disk) 또는 밸브인 전지 팩.
  6. 제1항에서,
    상기 유입구는, 상기 제2 팩 케이스를 관통하는 홀, 및 상기 홀을 덮는 덮개부를 포함하는 전지 팩.
  7. 제6항에서,
    상기 덮개부는 소정의 온도에서 녹는 소재로 형성되는 전지 팩.
  8. 제7항에서,
    상기 덮개부는 PP(Polypropylene), PC(Polycarbonate), 또는 PET(Polyethylene terephthalate)인 전지 팩.
  9. 제1항에서,
    상기 전지 팩 케이스 내부에 구비되는 단열 부재를 더 포함하는 전지 팩.
  10. 제9항에서,
    상기 단열 부재는, 제1 단열 부재 및 제2 단열 부재를 포함하고,
    상기 제1 단열 부재 및 상기 제2 단열 부재는 상기 전지 모듈과 상기 제2 팩 케이스 사이에 위치하며, 상기 제2 팩 케이스와 평행하는 면을 가지는 전지 팩.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 단열 부재는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 제외한 영역에 위치하고,
    상기 제2 단열 부재는, 상기 전지 모듈과 이웃하는 전지 모듈이 전기적으로 연결되는 영역에 위치하는 전지 팩.
  12. 제9항에서,
    상기 단열 부재는 제3 단열 부재를 포함하고,
    상기 제3 단열 부재는, 상기 제1 팩 케이스와 수직하며 위치하는 전지 팩.
  13. 제12항에서,
    상기 제3 단열 부재는, 상기 전지 모듈과 이웃하는 전지 모듈이 전기적으로 연결되는 영역에 위치하는 전지 팩.
  14. 제9항에서,
    상기 단열 부재는 제4 단열 부재를 포함하고,
    상기 제4 단열 부재는, 상기 전지셀 적층체를 구성하는 복수의 전지셀 사이에 위치하는 전지 팩.
  15. 제9항에서,
    상기 단열 부재는 실리콘, MICA(운모), 및 에어로겔(Aerogel) 중 하나인 전지 팩.
  16. 제1항에 따른 전지 팩, 및
    상기 유로와 연결되어 소화액을 주입하는 주수구를 포함하는 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 주수구는 상기 유로로부터 상기 디바이스의 외면으로 향할수록 면적이 증가하는 디바이스.
  18. 제16항에서,
    상기 유로는, 상기 유입구와 대응되게 분기되는 디바이스.
  19. 제16항에서,
    상기 유로는, 상기 유로의 외면을 감싸면서 구비되는 내열 부재를 더 포함하는 디바이스.
  20. 제19항에서,
    상기 내열 부재는 실리콘, MICA(운모), 및 에어로겔(Aerogel) 중 하나인 디바이스.
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