WO2024053956A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024053956A1
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blocking surface
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이재현
신주환
이형석
최종화
허남훈
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack that accommodates a battery module, and more specifically, to a battery pack that can discharge flames generated inside the battery pack to the outside in a controlled manner.
  • 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.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams showing a gas discharge path in a conventional battery pack 1.
  • the battery pack 1 is provided with a gas discharge path and a gas discharge opening 3 for discharging such gas.
  • Figure 1 shows that gas is discharged directly through the gas discharge opening 3 formed on the side wall 2 of the battery pack.
  • Figure 2 shows that gas is discharged to the outside through a venting channel and a gas discharge opening (3) formed on the side wall (2) of the battery pack (1).
  • flame in addition to gas is emitted through the venting channel and gas discharge opening. If uncontrolled flames escape directly outside the battery pack, they may damage other mechanical or electrical devices outside the pack. Additionally, flames emitted to the outside may cause a fire or explosion, which may impair safety.
  • the flame blocking plate may block the flow of gas discharged to the outside, preventing the gas from being discharged to the outside quickly.
  • the flame that cannot be discharged to the outside spreads inside the pack and spreads to other battery modules where the flame did not occur, which can make the problem of so-called thermal propagation more serious.
  • the present invention is intended to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery pack that can reduce flames generated inside the battery pack in a controlled manner and discharge them to the outside.
  • a battery pack includes a lower case accommodating a plurality of battery modules; an upper case that covers the lower case and is coupled to the lower case; A venting hole provided in at least one of the lower case side wall and the upper case; a sealing member installed on at least one of the lower case side wall and the upper case to cover the venting hole, and deformed above a predetermined pressure and/or temperature to open the venting hole; and a flame blocking surface mounted on at least one of the inner surface of the side wall of the lower case and the inner surface of the upper case to cover the venting hole and the sealing member, and provided with a plurality of flame exhaust holes, and communicating with the flame exhaust holes and the venting hole. and a flame control block having an internal space open toward the sealing member.
  • the battery pack of one embodiment may further include a mesh-shaped anti-inflammatory member installed in a venting hole on the front or rear side of the sealing member.
  • the flame control block includes a protruding frame that surrounds and covers the venting hole and the sealing member and protrudes toward the inside of the battery pack, a protruding surface of the protruding frame forms the flame blocking surface, and a protruding frame of the protruding frame forms the flame blocking surface.
  • the internal space may be formed between the inner surface and the venting hole and the sealing member.
  • a mounting bracket is provided at an end opposite to the flame blocking surface of the protruding frame, and the mounting bracket may be mounted on at least one of the inner surface of the side wall of the lower case and the inner surface of the upper case.
  • a gas inlet may be provided at a corner of the protruding frame.
  • the flame blocking surface of the protruding frame may be concavely formed toward the outside of the battery pack.
  • the diameter of the flame discharge hole disposed at the center of the flame blocking surface may be smaller than the diameter of the flame discharge hole disposed on both sides of the flame blocking surface.
  • the flame blocking surface of the protruding frame may include a flat portion and an inclined surface portion located on both sides of the flat portion and sloping from the flat portion toward the inside of the battery pack.
  • the diameter of the flame discharge hole disposed in the flat portion may be smaller than the diameter of the flame discharge hole disposed in the inclined surface portion.
  • the battery pack of one embodiment further includes a venting device that covers the venting hole and is mounted on an outer surface of at least one of a lower case side wall and an upper case, wherein the venting device has a hollow venting channel communicating with the venting hole. It may include a housing provided, and a mesh-shaped anti-inflammatory member coupled to the inlet of the hollow venting channel in communication with the venting hole.
  • the sealing member may be installed within a hollow venting channel of the housing.
  • the flame control block may further include at least one partition frame having a flame outlet hole communicating with the flame outlet hole of the flame blocking surface, dividing the internal space, and being installed within the protruding frame.
  • the flame outlet hole of the partition frame may be arranged to overlap at least a portion of the flame outlet hole of the flame blocking surface.
  • the flame blocking surface of the protruding frame and the partition frame are concavely formed toward the outside of the battery pack, and the diameter of the flame discharge hole disposed at the center of the flame blocking surface and the partition frame is so that the flame blocking surface and the partition frame have a diameter on both sides of the flame blocking surface and the partition frame. Each may be smaller than the diameter of the disposed flame discharge hole.
  • the flame blocking surface of the protruding frame and the partition frame each include a flat portion and an inclined surface portion located on both sides of the flat portion and inclined toward the inside of the battery pack from the flat portion, and the diameter of the flame discharge hole disposed in the flat portion. This may be smaller than the diameter of the flame discharge hole disposed in the inclined surface portion.
  • the safety of the outside of the pack can be improved because the flame is not discharged straight to the outside, but is discharged to the outside in a state in which the flame has been extinguished to some extent.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams showing a gas discharge path in a conventional battery pack.
  • 3 and 4 are schematic perspective views showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing another example of a flame control block.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing a battery pack of another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a side cross-sectional view of a venting device that is a component of the battery pack of the present invention.
  • Figure 8 is a rear perspective view of the venting device.
  • 9 and 10 are front and cross-sectional views showing another example of a flame control block.
  • FIG 11 is a schematic diagram showing a battery pack to which the flame control block of Figures 9 and 10 is applied.
  • 12 and 13 are front and cross-sectional views showing another example of a flame control block.
  • Figure 14 is a schematic diagram showing another example of a flame control block.
  • a battery pack includes a lower case accommodating a plurality of battery modules; an upper case that covers the lower case and is coupled to the lower case; A venting hole provided in at least one of the lower case side wall and the upper case; a sealing member installed on at least one of the lower case side wall and the upper case to cover the venting hole, and deformed above a predetermined pressure and/or temperature to open the venting hole; and a flame blocking surface mounted on at least one of the inner surface of the side wall of the lower case and the inner surface of the upper case to cover the venting hole and the sealing member, and provided with a plurality of flame exhaust holes, and communicating with the flame exhaust holes and the venting hole. and a flame control block having an internal space open toward the sealing member.
  • 3 and 4 are schematic perspective views showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 100 includes a lower case 10 that accommodates a plurality of battery modules; An upper case (20) that covers the lower case (10) and is coupled to the lower case; A venting hole 30 provided in at least one of the lower case side wall and the upper case 20; A seal that is installed on at least one of the lower case side wall 11 and the upper case 20 to cover the venting hole 30, and is deformed above a predetermined pressure and/or temperature to open the venting hole 30. absence (40); and a flame blocking surface mounted on at least one of the inner surface of the side wall and the inner surface of the upper case 21 of the lower case to cover the venting hole 30 and the sealing member 40, and provided with a plurality of flame discharge holes (H). (51) and a flame control block (50) that communicates with the flame discharge hole (H) and has an internal space (S) open toward the venting hole (30) and the sealing member (40).
  • the present invention relates to a battery pack 100 for accommodating a plurality of battery modules (not shown).
  • a flame occurs in one of a plurality of battery modules, the flame can be discharged in a controlled manner by the flame control block 50 of the present invention, thereby suppressing the spread of flame to other battery modules.
  • the battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, and a module housing in which the battery cell stack is accommodated. In addition, it is provided with end plates coupled to the front and rear ends of the battery cell stack.
  • the battery module to which the present invention is applied also includes a battery module with a moduleless structure without all or part of the module housing that accommodates the battery cell stack.
  • the present invention is also effective in preventing heat propagation or flame propagation of the battery pack 100 of the cell-to-pack structure.
  • the lower case 10 accommodates a plurality of battery modules.
  • the lower case 10 includes a base plate 12 forming a battery module mounting area and a side wall 11 surrounding the base plate 12.
  • the base plate 12 may be provided with a refrigerant flow path, or a separate heat sink may be installed below the base plate 12.
  • the combination of the base plate 12 and the side wall 11 becomes the lower case 10.
  • the side wall 11 may have a gas venting channel therein. Additionally, the side wall 11 may be provided with a venting hole 30 at a predetermined location through which gas generated within the battery pack 100 can be discharged to the outside.
  • the gas venting channel may be in communication with the venting hole 30.
  • a partition member 13 may be provided to align a plurality of battery modules within the lower case 10. That is, the partition wall member 13 divides the battery module mounting area into a plurality, and the battery modules are each accommodated in the battery module mounting area between the partition wall members 13. The partition member 13 is fixedly installed in the battery module mounting area, that is, the base plate 12.
  • a center frame 14 can be installed in the lower case 10.
  • the center frame 14 extends across the battery module mounting area.
  • a plurality of partition members 13 may be arranged on both sides around the center frame 14. By arranging the center frame 14, the battery modules on the left and right sides of the center frame 14 can be spaced apart and electrically insulated.
  • the center frame 14 and the battery module may be spaced apart from each other by a predetermined insulation distance.
  • the upper case 20 covers the lower case 10 and is coupled to the lower case 10. As shown in Figure 4, the upper case 20 is coupled to the lower case 10 to form a pack case. A gas venting channel may also be provided inside the upper case 20. In addition, the upper case 20 may be provided with a venting hole 30 at a predetermined position through which gas generated within the battery pack 100 can be discharged to the outside, and the gas venting channel is connected to the venting hole 30. ) can be communicated with.
  • the venting hole 30 is provided in at least one of the lower case side wall 11 and the upper case 20. That is, as shown in FIG. 3, a venting hole 30 may be provided in the side wall 11 of the lower case 10. Alternatively, as shown in FIG. 4, a venting hole 30 may be provided in the upper case 20, or a venting hole 30 may be provided in both the lower case side wall 11 and the upper case 20. . Therefore, according to the present invention, gas and flame generated inside the battery pack 100 can be discharged to the outside through the lower case side wall 11, the upper case 20, or both.
  • venting holes 30 There may be a plurality of venting holes 30. Additionally, the plurality of venting holes 30 may be arranged at a predetermined distance apart along the side wall 11 of the lower case or along the upper case 20. For example, venting holes 30 may be disposed on both walls of the lower case 10 as shown in FIG. 3 in correspondence with the arrangement direction of the battery module disposed in the pack case. Alternatively, venting holes 30 may be disposed on all four side walls of the lower case 10. Additionally, venting holes 30 may be arranged at intervals along the longitudinal direction of the upper case 20. Figure 4 shows an example in which a plurality of venting holes 30 are arranged at intervals on the upper case 20 and the side wall. The location, size, number, and installation interval of the venting holes 30 can be appropriately determined so that gas and flame within the battery pack 100 can be easily discharged.
  • the sealing member 40 may be installed on at least one of the lower case side wall 11 and the upper case 20 corresponding to the installation location of the venting hole 30.
  • a sealing member 40 is installed to cover the venting hole 30 to maintain airtightness during normal operation of the battery pack 100 in which no flame is generated.
  • the sealing member 40 is deformed above a predetermined pressure and/or temperature to open the venting hole 30.
  • the sealing member 40 may be, for example, a sheet-shaped member.
  • the sealing member 40 may be a rupture sheet configured to rupture when the gas pressure exceeds a certain pressure.
  • the sealing member 40 may be made of a material that can open the venting hole 30 by melting above a predetermined temperature.
  • the sheet-shaped sealing member 40 can be manufactured from a film or foam material that is vulnerable to high temperatures.
  • the sealing member 40 may be installed to cover the inside or outside of the venting hole 30. That is, the sealing member 40 is coupled to cover the venting hole 30 on the inner surface 21 of the lower case 10 or the upper case 20 where the venting hole 30 is formed, or is connected to the lower case 10 or It can be coupled to cover the venting hole 30 on the outer surface of the upper case 20.
  • the sealing member 40 can be installed in the venting device rather than in the pack case.
  • the sealing member 40 needs to cover the venting hole 30 to achieve a sealing function.
  • the sealing member 40 is provided with a predetermined length along the side wall or upper case 20, and may be formed in a size to completely cover the venting hole 30.
  • a mesh-shaped anti-inflammatory member 60 may be installed in the venting hole 30 on the front or rear side of the sealing member 40.
  • the sealing member 40 and the mesh-shaped anti-flame member 60 are not shown in the venting hole 30 formed in the front side wall of the lower case 10 for convenience of explanation. However, in reality, a sealing member 40 and a mesh-shaped anti-flame member 60 may be installed in the venting hole 30 as well. All of these members are shown installed on the rear side opposite to the front side wall. Referring to the enlarged view of the main part of FIG. 3, the sealing member 40 is installed inside the venting hole 30, and the mesh-shaped anti-flame member 60 is installed on the opposite side of the sealing member 40, that is, on the outer surface of the side wall. there is.
  • the sealing member 40 outside the venting hole 30 and the mesh-shaped anti-flame member 60 inside the venting hole 30.
  • the mesh-shaped anti-flame member 60 can be installed in the venting device.
  • the mesh-shaped anti-flame member 60 has a mesh shape and can guide and discharge the flame. Accordingly, it is possible to prevent the flame within the battery pack 100 from being directly strongly discharged to the outside.
  • the present invention includes a flame control block 50 to discharge the flame in the battery pack 100 in a controlled manner.
  • the flame control block 50 is mounted on at least one of the inner surface of the lower case side wall 11 and the inner surface 21 of the upper case so as to cover the venting hole 30 and the sealing member 40.
  • Figure 3 is an example in which the flame control block 50 is installed on the inner surface of the lower case side wall 11
  • Figure 4 is an example in which the flame control block 50 is installed on the inner surface 21 of the upper case, but the flame control block 50 is It may be installed on both the inner surface of the lower case side wall and the inner surface of the upper case (21).
  • the flame control block 50 has a flame blocking surface 51a provided with a plurality of flame discharge holes H. In addition, it has an internal space (S) that communicates with the flame discharge hole (H) and is open toward the venting hole (30) and the sealing member (40).
  • the flame blocking surface (51a) of the flame control block (50) Since the flame travels straight, most of the flame is directed to the flame blocking surface (51a) of the flame control block (50). If there is no flame control block 50, the flame goes directly to the sealing member 40 and the venting hole 30, so the above-mentioned safety problem may occur. However, since the present invention is provided with a flame control block 50, the flame is partially blocked by the flame blocking surface 51a and does not go directly to the venting hole 30, thereby preventing the above-described problem. Additionally, the flame blocking surface 51a is not completely blocked but has a plurality of flame discharge holes H. Accordingly, the stagnant flame blocked by the flame blocking surface 51a flows into the internal space S of the flame control block 50 through the flame discharge hole H. Thereby, it is possible to prevent flames from spreading to other battery modules.
  • the flame control block 50 communicates with the flame discharge hole (H) and has an internal space (S) open toward the venting hole 30 and the sealing member 40. That is, an internal space S of a predetermined volume is formed between the flame blocking surface 51a and the venting hole 30.
  • the residence time of the flame remaining in the internal space (S) can be controlled.
  • the area of the flame blocking surface 51a, the number, size, arrangement position, and volume of the internal space (S) of the flame discharge holes (H) can be controlled.
  • the flame is discharged to the outside of the pack in a controlled manner through the flame control block 50.
  • most of the flame can be dissipated during this process. Accordingly, the amount of flame or spark discharged through the venting hole 30 and/or the mesh-shaped anti-flame member 60 can be greatly reduced.
  • the flame control block 50 of the present invention even if a flame occurs inside the pack, it is possible to prevent the flame from spreading to other battery modules and actually manage the level of flame emitted outside the pack to a very minimal level. Accordingly, safety inside and outside the battery pack 100 can be greatly improved.
  • the flame control block 50 surrounds and covers the venting hole 30 and the sealing member 40 and has a protruding frame 51 that protrudes toward the inside of the battery pack 100. Equipped with The protruding surface of the protruding frame 51 forms the flame blocking surface 51a. On the protruding surface, a plurality of flame discharge holes (H) of a predetermined diameter are spaced apart from each other. An internal space S is formed between the inner surface of the protruding frame 51 and the venting hole 30 and the sealing member 40.
  • the protruding frame 51 is formed to completely surround and cover the venting hole 30. Therefore, flame cannot enter the side 51b of the protruding frame 51 except for the protruding surface. Since the flame travels straight, most of the flame is directed toward the flame blocking surface (51). However, depending on the flame occurrence situation, a small amount of flame may be directed to the side 51b of the protruding frame 51. Additionally, part of the flame may be directed to the side by being carried by the flow of gas generated with the flame. Since the protruding frame 51 is shaped to completely surround and cover the venting hole 30, it is possible to prevent some of the flame from entering the flame control block 50.
  • the diameter of the flame discharge hole (H) formed in the flame blocking surface (51a) may be larger or smaller than the size of the mesh eyes of the mesh-shaped anti-flame member (60).
  • the diameter of the flame discharge hole (H) is larger than the size of the mesh eye, a significant amount of flame is first removed by the flame control block (50), and secondarily, the remaining flame is removed by the mesh-shaped anti-flame member (60). can be removed.
  • the diameter of the flame discharge hole (H) can be made smaller than the size of the mesh eyes. In this case, it is advantageous to suppress the initial flame speed and control the flame to remain in the internal space (S) for a relatively long time.
  • the flame control block 50 may be mounted on at least one of the inner wall of the lower case side wall and the inner surface of the upper case by the mounting bracket 52.
  • a mounting bracket 52 may be provided at an end of the protruding frame 51 opposite to the flame blocking surface 51a (protruding surface).
  • the mounting bracket 52 is in close contact with the inner surface of the lower case side wall and the inner surface of the upper case 21 and can be fixedly coupled by welding, fastening members, or other methods.
  • a gas inlet (V) may be provided at a corner of the protruding frame 51.
  • gas generated within the pack is discharged to the outside through a separate venting opening or venting passage provided within the pack. Additionally, some gas may be discharged through the flame discharge hole (H) of the flame control block 50.
  • a gas inlet (V) can be provided at the corner of the protruding frame 51. The gas inlet (V) can discharge gas into the venting hole (30) through the internal space (S) of the protruding frame (51).
  • the gas inlet (V) is formed small at the corners of the protruding frame, it is difficult for the flame to reach these corners considering the ability of the flame to travel in a straight line. On the other hand, gas can enter these corners due to pressure. Therefore, according to the present invention, there is an advantage in that the pressure of excessive gas can be lowered while controlling the flame by the flame control block 50 in a thermal runaway situation in the battery pack 100.
  • the protruding frame 51 can be made of a flame-resistant material, for example, a metal with a high melting point.
  • a metal with a high melting point for example, steel, stainless steel, other high melting point metals, or alloys thereof can be used. If necessary, fireproof plastic with high insulation and high melting point can be used.
  • the flame control block 50 of the present invention can be installed not only on the lower case side wall 11 but also on the upper case 20, so that when a flame occurs, the flame can be quickly reduced and discharged through the side and upper surface of the battery pack 100. there is. In this way, since the thermal runaway situation can be quickly resolved, the time for the flame to spread to other battery modules can be reduced. Accordingly, safety in a thermal runaway situation can be greatly improved.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing another example of a flame control block.
  • the flame blocking surface 51A of the flame control blocks 50' and 50" of this embodiment is not a flat surface but a concave surface or a surface with a different inclination.
  • the flame blocking surface 51 of the protruding frame 51 in FIG. 5(a) is concavely formed toward the outside of the battery pack 100. That is, the center of the flame blocking surface 51 is composed of a concave surface that converges toward the outside of the battery pack 100.
  • the concave flame blocking surface 51a is easy to focus the flame. That is, compared to the flame blocking surface 51a composed of a flat surface, it is easy to collect the flame toward the center of the flame blocking surface 51a.
  • flame collection efficiency can be increased by varying the diameter of the flame discharge hole (H).
  • the diameter of the flame discharge hole H1 disposed at the center of the concave flame blocking surface 51a is determined by the flame discharge hole (H1) disposed on both sides of the flame blocking surface 51a. It can be made smaller than the diameter of H2). Part of the flame is blocked by the flame blocking surface 51a on which the flame discharge hole H is not formed. The blocked flame is directed toward the flame discharge hole (H). At this time, since the flame blocking surface 51a is concave, the flame can be easily guided toward the center of the concave surface.
  • the flame has a strong tendency to travel in a straight line, even if the diameter of the flame discharge hole (H1) is reduced in the center of the flame blocking surface (51a) directly facing the battery module, a large amount of flame is transmitted through this small-diameter flame discharge hole ( It can flow into H1). Meanwhile, the flame heading to both sides of the flame blocking surface 51a flows in a diagonal direction, and considering that the amount of flame flowing in this diagonal direction is relatively small, the diameter of the flame discharge hole H2 disposed on both sides is can be made larger. Accordingly, flame flowing in a diagonal direction can be easily introduced into the flame blocking surface 51a on both sides.
  • the flame blocking surface 51a of the protruding frame 51 of FIG. 5(b) includes a flat portion 51a and an inclined surface portion located on both sides of the flat portion and sloping from the flat portion toward the inside of the battery pack 100. 51a').
  • the flame blocking surface 51a of FIG. 5(b) is also similar to the flame blocking surface 51a of FIG. 5(a) and has a shape that makes it easy to focus the flame toward the center of the flame blocking surface 51a.
  • the inclined surface 51a' is inclined toward the inside of the battery pack 100 at a predetermined angle. Therefore, a flame entering in a diagonal direction can be easily guided to the internal space (S) along this inclined surface (51a'). Additionally, the diameter of the flame discharge hole (H1) disposed in the flat portion may be smaller than the diameter of the flame discharge hole (H2) disposed in the inclined surface portion (51a').
  • a flame with strong linearity can easily flow into the internal space (S) of the flame control block 50 through the small-diameter flame discharge hole (H1) of the flat part located in the center.
  • flame entering in a diagonal direction can easily flow into the internal space (S) of the flame control block 50 through the large diameter flame discharge hole (H2) of the inclined surface portion (51a') located on both sides. .
  • the flame control block 50 of this embodiment has the shape of the flame blocking surface 51a and the diameter of the flame discharge hole (H).
  • the flame can be easily guided into the internal space (S) of the flame control block (50).
  • the concentration of the flame toward the flame blocking surface 51a can be adjusted by varying the curvature of the concave surface or the inclination of the inclined surface. If the curvature of the concave surface and the inclination of the inclined surface change, the volume of the internal space (S) may also change. Accordingly, the residence time of the flame remaining in the internal space (S) can also be adjusted.
  • the diameter of the flame discharge holes (H) is changed depending on the position of the flame blocking surface (51a), but it is also possible to vary the number of flame discharge holes (H) as needed. That is, the number of flame discharge holes H1 disposed at the center (or the flat portion of the center) of the flame blocking surface 51a is greater than the number of flame discharge holes disposed on both sides (or inclined surfaces of both sides) of the flame blocking surface 51a. The same effect can be achieved by increasing the number of holes (H2).
  • FIG 6 is a schematic diagram showing a battery pack 100 of another embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a side cross-sectional view of the venting device 70, which is a component of the battery pack 100 of the present invention
  • Figure 8 is a venting device ( This is the rear perspective view of 70).
  • a venting device 70 which is a dedicated component for gas and flame venting, is installed in the venting hole 30.
  • the battery pack 100 of this embodiment further includes a venting device 70 that covers the venting hole 30 and is mounted on the outer surface of at least one of the lower case side wall 11 and the upper case 20. Includes.
  • the venting device 70 includes a housing 71 having a hollow venting channel 72 in communication with the venting hole 30, and a housing 71 in communication with the venting hole 30. It may include a mesh-shaped anti-inflammatory member 60' coupled to the inlet 72a of the hollow venting channel 72.
  • the side (rear side of the venting device 70) on which the mesh-shaped anti-flame member 60' is mounted can be mounted on the outer surface of the lower case side wall 11 or the outer surface of the upper case 20.
  • FIG. 6 shows an example in which the venting device 70 is mounted on the lower case side wall 11.
  • the venting device 70 can be mounted on the outer surface of the upper case 20 as shown in FIG. 11, which will be described later.
  • the venting device 70 may be installed in plural pieces and spaced apart from each other at a predetermined interval corresponding to the number and installation interval of the venting holes 30 .
  • the sealing member 40 covering the venting hole 30 can be installed in the hollow channel of the housing rather than directly installed in the venting hole 30. That is, by installing the sealing member 40' and the mesh-shaped anti-flame member 60' on the venting device 70, the venting device 70 can be manufactured as a separate dedicated component for venting the battery pack 100. . In this case, the lower case 10 and upper case 20 of the battery pack 100 are manufactured separately to have only venting holes 30, and a mesh-shaped anti-flame member 60 or a sealing member is installed in this venting hole 30. There is no need to install (40). Instead, the manufacturing efficiency of the battery pack 100 can be increased by separately manufacturing the venting device 70 and converting it into a dedicated component and module.
  • the battery pack 100 can be easily sealed by manufacturing the pack case and the venting device 70 separately and coupling the venting device 70 to the venting hole 30 of the pack case.
  • the flame control block 50 can also be manufactured as a separate part. Accordingly, the venting device 70 and the flame control block 50 can be componentized, standardized, and standardized, and the battery pack 100 of the present invention can prevent flame spread by combining these separate components in the pack case. ) can be easily manufactured.
  • the housing 71 of the venting device 70 may include a large diameter portion 71b mounted on the pack case and a small diameter portion 71a extending from the large diameter portion.
  • a hollow venting channel 72 is provided through the small diameter portion and the large diameter portion.
  • a venting outlet 72b communicating with the hollow venting channel 72 is located at the front end of the small diameter portion 71a.
  • a sealing member 40' may be mounted on the large diameter portion 71b.
  • a step portion P is formed on the inner surface of the large-diameter hollow venting channel so that the sealing member 40' can be mounted.
  • the sealing member 40' may be attached to the step portion (P).
  • a fastening member insertion hole (C) may be formed around the large diameter portion so that it can be mounted on the pack case.
  • a mesh-shaped anti-inflammatory member 60' may be attached to the rear of the large diameter portion.
  • the venting device 70 is configured so that the sealing member 40' and the mesh-shaped anti-inflammatory member 60' cover the venting hole 30 formed in the pack case (lower case 10 and upper case 20). It can be mounted on the outer side of the pack case.
  • Figures 9 and 10 are front and cross-sectional views showing another example of a flame control block
  • Figure 11 is a schematic diagram showing the battery pack 100 to which the flame control block of Figures 9 and 10 is applied
  • Figures 12 and 13 are Front and cross-sectional views showing another example of a flame control block.
  • the flame control block 50''', 50"" of this embodiment is provided with at least one partition frame 53 dividing the internal space S within the protruding frame 51.
  • the partition frame 53 has a flame discharge hole (second flame discharge hole h1 and a second flame discharge hole h1) in communication with the flame discharge hole H (first flame discharge hole H) of the flame blocking surface 51a 3 It is provided with a flame discharge hole (h2). Referring to FIG. 10, the flame passes through the first flame discharge hole (H) of the flame blocking surface (51a) and flows into the internal space (S) of the flame control block (50), and then into the partition frame (53).
  • the flame removal effect is maximized by increasing the flame progression path by installing a partition frame 53 that divides the internal space S.
  • Figure 10 is an example of one partition frame 53 installed in the internal space (S)
  • Figure 13 shows two partition frames 53 installed in the internal space (S).
  • the number of partition frames 53 increases, the flame progression path becomes longer, thereby maximizing the anti-inflammatory effect.
  • the number of partition frames 53 that can be installed in the internal space S may be limited.
  • the rigidity of the flame control block 50 can be improved.
  • the flame progression path can be further increased by arranging the positions of the first flame outlet hole (H) of the protruding frame 51 and the second flame outlet hole (h1) of the partition frame 53 to be staggered.
  • the first and second flame discharge holes (H, h1) are arranged alternately and do not overlap, the flame passing through the first flame discharge hole (H) flows into the second flame discharge hole (H, h1). It may not pass through h1) and may collide with the surface of the partition frame 53 and stay in the internal space (S).
  • the gas Since the gas has strong fluidity, it can be easily discharged along the discharge path formed by the first and second flame discharge holes (H, h1). However, in the case of a flame that travels strongly in a straight line, there is a high possibility that it will not proceed along the discharge path.
  • the flame outlet hole (h1) of the partition frame 53 is arranged to overlap at least a portion of the flame outlet hole (H) of the flame blocking surface (51a). there is.
  • the first flame discharge hole (H) is formed as a horizontally elongated long hole, and the second flame discharge hole (h1) is overlapped with one side of the first flame discharge hole (H). It consists of a long, vertically formed hole. Accordingly, the flame or part of the flame that passed vertically through the first flame discharge hole (H) may also proceed through the second flame discharge hole (h1). Accordingly, a significant amount of flame can be guided to the venting hole 30 more quickly.
  • the flame flowing into the first flame discharge hole (H) that does not overlap the second flame discharge hole (h1) may stay in the internal space (S) for a relatively long time.
  • two partition frames 53 are installed in the internal space S of the flame control block 50.
  • the flame outlet hole of the first partition frame 53 is called the second flame outlet hole (h1), and the flame outlet hole of the second partition frame 53 is called the third flame outlet hole (h2).
  • the second and third flame discharge holes h1 and h2 are arranged to overlap at least a portion of the flame discharge hole H (first flame discharge hole) of the flame blocking surface 51a. Since a portion of the first flame discharge hole (H) overlaps with the second flame discharge hole (h1), a flame with strong straight propagation can be easily guided toward the venting hole (30). The flame that flows into the part that does not overlap with the first flame discharge hole (H) passes through the internal space (S) along a longer path.
  • the second and third flame discharge holes (h1, h2) may also be arranged so that at least part of them overlaps.
  • the flame can be guided to the flame control block 50 in a more precisely controlled manner. Additionally, the flame flowing into the internal space (S) of the flame control block 50 can be guided to the venting hole 30 in a more precisely controlled manner.
  • Figure 14 is a schematic diagram showing another example of the flame control block 50.
  • the flame control block 50 of this embodiment is a mixture of the flame control block 50 of FIG. 5 and the flame control blocks of FIGS. 10 and 13.
  • the flame control block of FIG. 14 has a different curvature and/or inclination of the flame blocking surface (51a), and is equipped with at least one partition frame (53) dividing the internal space (S) of the flame control block.
  • the flame blocking surface 51a of the protruding frame 51 and the partition frame 53 are concavely formed toward the outside of the battery pack 100, thereby easily directing the flame into the internal space S. It is a form that can be guided.
  • the diameter of the flame outlet hole disposed at the center of the flame blocking surface 51a and the partition frame 53 is smaller than the diameter of the flame outlet hole arranged on both sides of the flame blocking surface 51a and the partition frame 53. By doing so, the flame collection effect was further expanded.
  • the flame blocking surface 51a of the protruding frame 51 and the partition frame 53 are located on both sides of the flat portion 51a and the battery pack 100 from the flat portion.
  • Each includes an inclined surface portion 51a' inclined toward the inside. Accordingly, the flame was easily guided to the internal space (S) of the protruding frame (51).
  • the flame collection effect was further expanded by making the diameter of the flame discharge hole disposed in the flat portion smaller than the diameter of the flame discharge hole disposed in the inclined surface portion.
  • the protruding frame 51 of FIG. 14 also has a partition frame 53 in its internal space (S), so that the path of the flame can be more easily controlled. In this case, the flame discharge holes of the protruding frame 51 and the flame discharge holes of the partition frames 53 are partially overlapped, so that a flame with strong straight propagation can be easily guided toward the venting hole 30.
  • the flame blocking surface 51a can be manufactured with a concave or inclined surface, and at least one partition frame 53 can be manufactured with a flat surface. According to this modification, the volume of the internal space (S) between the flame blocking surface (51a) and the partition frame (53) can also be freely adjusted.
  • the area of the flame blocking surface 51a, the curvature and inclination of the flame blocking surface, the size and number of flame discharge holes (H), the curvature and inclination of the partition frame 53, and the partition frame ( 53), the size and number of flame discharge holes provided, the degree of overlap between the flame blocking surface and the flame discharge holes of the partition frame 53, and the size of the internal space (S) can be adjusted. Accordingly, the flame occurring within the battery pack 100 can be guided to the venting hole 30 in an extremely controlled manner, or all or most of the flame can be removed before that.

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Abstract

본 발명의 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈을 수용하는 하부케이스; 상기 하부케이스를 덮으며 하부케이스에 결합되는 상부케이스; 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 구비되는 벤팅 홀; 상기 벤팅 홀을 덮도록 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 설치되며, 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 상기 벤팅 홀을 개방시키는 밀봉부재; 및 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 덮도록 상기 하부케이스의 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착되고, 복수개의 화염배출홀이 구비된 화염차단표면과, 상기 화염배출홀과 연통되며 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 향하여 개방되는 내부공간을 가지는 화염제어블록을 포함한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩 내부에서 발생하는 화염을 제어된 방식으로 외부로 배출할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2022.9.5 자 한국 특허 출원 제10-2022-0112016호에 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.
도 1 및 도 2는 종래의 배터리 팩(1)에서의 가스배출경로를 나타내는 개략도이다.
배터리 팩(1)에 수용된 배터리 모듈(4)에서 열 폭주(thermal runway)가 발생하면 인접한 배터리 모듈들로 열이 전파되고, 결과적으로 배터리 팩 내에 가스가 발생하고 스파크나 화염이 분출된다.
배터리 팩(1)에는 이러한 가스를 배출하기 위한 가스배출경로와 가스배출개구(3)가 형성되어 있다.
도 1은 가스가 직접 배터리 팩의 측벽(2)에 형성된 가스배출개구(3)로 배출되는 것을 나타내고 있다.
도 2는 가스가 배터리 팩(1)의 측벽(2)에 형성된 벤팅 채널과 가스배출개구(3)를 통하여 외부로 배출되는 것을 나타내고 있다.
한편, 상기 벤팅 채널 및 가스배출개구를 통해서 가스 외에 화염이 함꼐 방출된다. 아무런 규제 없이 화염이 직접 배터리 팩 외부로 배출되면, 팩 외부의 다른 기계적 또는 전기적 장치를 손상시킬 수 있다. 또한 외부로 배출된 화염에 의해 화재나 폭발이 유발될 수 있어 안전성을 해칠 수 있다.
화염을 규제하기 위하여, 상기 가스배출개구에 메쉬형상의 부재를 장착하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 메쉬형상 부재에 의하여 어느 정도 화염을 줄일 수 있다. 하지만, 이러한 메쉬형상 부재에 의한 화염억제효과는 제한적이며 화염을 완전히 방지하기는 곤란하다.
한편, 가스배출개구의 내측, 즉 배터리 팩 내측에 화염 차단판을 형성하여 화염을 방지하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는 팩 외부로의 화염 배출은 차단할 수 있다. 그러나 화염 차단판이 외부로 배출되는 가스의 흐름을 방해하여 가스가 신속하게 외부로 배출되지 못할 수 있다. 더욱이, 외부로 배출되지 못한 화염이 팩 내부로 퍼져서 화염이 발생하지 않은 다른 배터리 모듈들로 화염이 전파되어 이른바 열 전파(thermal propagation)의 문제가 더 심각해질 수 있다.
따라서, 배터리 팩 내부에서 화염 발생시 이를 제어된 방식으로 효과적으로 배출하도록 하여 배터리 팩 내부 및 외부에서 발생하는 문제들을 해소할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국공개특허 제10-2018-0039986호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 팩 내부에서 발생하는 화염을 제어된 방식으로 저감시켜 외부로 배출할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈을 수용하는 하부케이스; 상기 하부케이스를 덮으며 하부케이스에 결합되는 상부케이스; 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 구비되는 벤팅 홀; 상기 벤팅 홀을 덮도록 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 설치되며, 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 상기 벤팅 홀을 개방시키는 밀봉부재; 및 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 덮도록 상기 하부케이스의 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착되고, 복수개의 화염배출홀이 구비된 화염차단표면과, 상기 화염배출홀과 연통되며 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 향하여 개방되는 내부공간을 가지는 화염제어블록을 포함한다.
일 실시예의 배터리 팩은, 상기 밀봉부재의 전면 또는 후면 측의 벤팅 홀에 설치되는 메쉬형상 소염부재를 더 포함할 수 있다.
상기 화염제어블록은, 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 둘러싸서 덮으며 상기 배터리 팩 내측을 향하여 돌출되는 돌출프레임을 구비하고, 상기 돌출프레임의 돌출면이 상기 화염차단표면을 형성하며, 상기 돌출프레임의 내면과 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재 사이에 상기 내부공간이 형성될 수 있다.
상기 돌출프레임의 화염차단표면 반대측 단부에 장착브라켓이 구비되고, 상기 장착브라켓이 상기 하부케이스 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착될 수 있다.
상기 돌출프레임의 모서리부에 가스 유입구가 구비될 수 있다.
상기 돌출프레임의 화염차단표면은, 배터리 팩 외측을 향하여 오목하게 형성될 수 있다.
상기 화염차단표면의 중심부에 배치된 화염배출홀의 직경은 화염차단표면의 양측부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작을 수 있다.
상기 돌출프레임의 화염차단표면은, 평면부와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩 내측을 향하여 경사지는 경사면부를 포함할 수 있다.
상기 평면부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 경사면부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작을 수 있다.
일 실시예의 배터리 팩은, 상기 벤팅 홀을 덮으며 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나의 외측면에 장착되는 벤팅 디바이스를 더 포함하고, 상기 벤팅 디바이스는, 상기 벤팅 홀과 연통되는 중공 벤팅 채널을 구비한 하우징과, 상기 벤팅 홀과 연통되는 중공 벤팅 채널의 입구에 결합되는 메쉬형상 소염부재를 포함할 수 있다.
상기 밀봉부재가 상기 하우징의 중공 벤팅 채널 내에 설치될 수 있다.
상기 화염제어블록은, 상기 화염차단표면의 화염배출홀과 연통되는 화염배출홀을 구비하고 상기 내부공간을 구획하며 상기 돌출프레임 내에 적어도 1개 설치되는 격벽프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 격벽프레임의 화염배출홀은, 상기 화염차단표면의 화염배출홀의 적어도 일부와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 돌출프레임의 화염차단표면과 상기 격벽프레임은 배터리 팩 외측을 향하여 오목하게 형성되고, 상기 화염차단표면 및 격벽프레임의 중심부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 화염차단표면 및 격벽프레임의 양측부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 각각 작을 수 있다.
상기 돌출프레임의 화염차단표면과 상기 격벽프레임은, 평면부와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩 내측을 향하여 경사지는 경사면부를 각각 포함하고, 상기 평면부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 경사면부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명은 팩 케이스의 내면에 화염제어블록을 구비함으로써, 화염을 제어된 방식으로 외부로 배출할 수 있다.
이에 따라, 화염이 외부로 스트레이트하게 방출되지 않고, 어느 정도 소염이 된 상태에서 외부로 배출되므로 팩 외부의 안전성을 개선할 수 있다.
또한, 화염이 배터리 팩 내부에 체류하여 다른 배터리 모듈로 전파되는 것도 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 배터리 팩에서의 가스배출경로를 나타내는 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 개략사시도이다.
도 5는 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 배터리 팩의 구성요소인 벤팅 디바이스의 측단면도이다.
도 8은 벤팅 디바이스의 후면사시도이다.
도 9 및 도 10은 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 정면도 및 단면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10의 화염제어블록이 적용된 배터리 팩을 나타내는 개략도이다.
도 12 및 도 13은 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 정면도 및 단면도이다.
도 14는 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈을 수용하는 하부케이스; 상기 하부케이스를 덮으며 하부케이스에 결합되는 상부케이스; 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 구비되는 벤팅 홀; 상기 벤팅 홀을 덮도록 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 설치되며, 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 상기 벤팅 홀을 개방시키는 밀봉부재; 및 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 덮도록 상기 하부케이스의 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착되고, 복수개의 화염배출홀이 구비된 화염차단표면과, 상기 화염배출홀과 연통되며 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 향하여 개방되는 내부공간을 가지는 화염제어블록을 포함한다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
(제1 실시형태)
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 개략사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 복수개의 배터리 모듈을 수용하는 하부케이스(10); 상기 하부케이스(10)를 덮으며 하부케이스에 결합되는 상부케이스(20); 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스(20) 중 적어도 하나에 구비되는 벤팅 홀(30); 상기 벤팅 홀(30)을 덮도록 상기 하부케이스 측벽(11) 및 상부케이스(20) 중 적어도 하나에 설치되며, 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 상기 벤팅 홀(30)을 개방시키는 밀봉부재(40); 및 상기 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 덮도록 상기 하부케이스의 측벽 내면 및 상부케이스 내면(21) 중 적어도 하나에 장착되고, 복수개의 화염배출홀(H)이 구비된 화염차단표면(51)과, 상기 화염배출홀(H)과 연통되며 상기 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 향하여 개방되는 내부공간(S)을 가지는 화염제어블록(50)을 포함한다.
본 발명은 복수개의 배터리 모듈(도시하지 않음)을 수용하기 위한 배터리 팩(100)에 관한 것이다. 복수개의 배터리 모듈 중 하나의 모듈에서 화염이 발생하는 경우에 본 발명의 화염제어블록(50)에 의하여 화염을 제어된 방식에 의하여 배출할 수 있으므로, 다른 배터리 모듈로의 화염 전파를 억제할 수 있다. 상기 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체와, 상기 배터리 셀 적층체가 수용되는 모듈 하우징을 포함한다. 또한, 배터리 셀 적층체의 전단 및 후단에 결합되는 단부판을 구비한다. 또한, 본 발명 적용대상이 되는 배터리 모듈은 배터리 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징의 전부 또는 일부가 없는 모듈리스 구조의 배터리 모듈도 포함한다. 이러한 모듈리스 구조의 배터리 모듈을 배터리 팩(100) 내에 설치함으로써, 이른바 셀투팩 구조의 배터리 팩(100)을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 셀투팩 구조의 배터리 팩(100)의 열 전파 내지 화염 전파를 방지하는데도 효과적이다.
하부케이스(10)는, 복수개의 배터리 모듈을 수용한다. 통상 하부케이스(10)는 배터리 모듈 탑재영역을 형성하는 베이스판(12)과 상기 베이스판(12)을 둘러싸는 측벽(11)을 포함한다. 베이스판(12)은 냉매유로를 구비하거나, 베이스판(12)의 하부에 별도의 히트 싱크가 설치될 수 있다. 베이스판(12)과 측벽(11)의 결합체가 하부케이스(10)가 된다. 측벽(11)은 내부에 가스 벤팅채널을 구비할 수 있다. 또한, 측벽(11)은 소정의 위치에 배터리 팩(100) 내에서 발생하는 가스를 외부로 배출할 수 있는 벤팅 홀(30)을 구비할 수 있다. 상기 가스 벤팅채널은 상기 벤팅 홀(30)과 연통될 수 있다.
복수개의 배터리 모듈을 하부케이스(10) 내에서 정렬시키기 위하여 격벽부재(13)가 구비될 수 있다. 즉, 격벽부재(13)는 배터리 모듈 탑재 영역을 복수개로 구획하고, 상기 격벽부재(13) 사이의 배터리 모듈 탑재 영역에 배터리 모듈이 각각 수용된다. 격벽부재(13)는 배터리 모듈 탑재영역, 즉 베이스판(12)에 고정 설치된다.
상기 하부케이스(10)에는 격벽부재(13) 외에 센터프레임(14)을 설치할 수 있다. 센터프레임(14)은 배터리 모듈 탑재 영역을 가로지르도록 연장된다. 상기 센터프레임(14)을 중심으로 양측에 복수개의 격벽부재(13)가 배열될 수 있다. 센터프레임(14)이 배치됨으로써, 센터프레임(14) 좌우의 배터리 모듈이 이격되어 전기적으로 절연될 수 있다. 센터프레임(14)과 배터리 모듈은 소정의 절연거리를 두고 이격될 수 있다.
상부케이스(20)는 하부케이스(10)를 덮으며 하부케이스(10)에 결합된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하부케이스(10)에 상부케이스(20)가 결합되어 팩 케이스가 구성된다. 상기 상부케이스(20)의 내부에도 가스 벤팅채널이 구비될 수 있다. 또한, 상부케이스(20)는 소정의 위치에 배터리 팩(100) 내에서 발생하는 가스를 외부로 배출할 수 있는 벤팅 홀(30)을 구비할 수 있으며, 상기 가스 벤팅채널은 상기 벤팅 홀(30)과 연통될 수 있다.
상술한 바와 같이, 벤팅 홀(30)은 상기 하부케이스 측벽(11) 및 상부케이스(20) 중 적어도 하나에 구비된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부케이스(10)의 측벽(11)에 벤팅 홀(30)이 구비될 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부케이스(20)에 벤팅 홀(30)이 구비되거나, 또는 하부케이스 측벽(11) 및 상부케이스(20) 모두에 벤팅 홀(30)이 구비될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 배터리 팩(100) 내부에서 발생하는 가스 및 화염이 하부케이스 측벽(11)을 통해서, 또는 상부케이스(20)를 통해서, 또는 이 모두를 통해서 외부로 배출될 수 있다.
벤팅 홀(30)은 복수개로 구비될 수 있다. 또한, 복수개의 벤팅 홀(30)은 하부케이스의 측벽(11)을 따라 또는 상부케이스(20)를 따라 소정거리 이격되게 배치될 수 있다. 예컨대, 팩 케이스 내에 배치되는 배터리 모듈의 배치방향에 대응하여 도 3과 같이 하부케이스(10)의 양측벽에 벤팅 홀(30)이 배치될 수 있다. 또는 하부케이스(10)의 4측벽 모두에 벤팅 홀(30)이 배치될 수 있다. 또한, 상부케이스(20)의 길이방향을 따라 간격을 두고 벤팅 홀(30)을 배치할 수 있다. 도 4에는 상부케이스(20)와 측벽에 복수개의 벤팅 홀(30)이 간격을 두고 배치된 예가 나타나 있다. 벤팅 홀(30)의 위치, 크기, 개수 및 설치 간격 등은 배터리 팩(100) 내의 가스 및 화염을 용이하게 배출할 수 있도록 적절하게 결정할 수 있다.
밀봉부재(40)는 상기 벤팅 홀(30)의 설치 위치에 대응하여 하부케이스 측벽(11) 및 상부케이스(20) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다. 화염이 발생하지 않는 통상의 배터리 팩(100) 운전상태에서의 기밀(氣密) 유지를 위하여 상기 벤팅 홀(30)을 덮도록 밀봉부재(40)가 설치된다. 밀봉부재(40)는 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 벤팅 홀(30)을 개방시킨다.
밀봉부재(40)는 예컨대 시트 형상의 부재일 수 있다. 예컨대, 상기 밀봉부재(40)는 가스의 압력이 일정 압력 이상이 될 경우 파열되도록 구성된 파열시트일 수 있다. 혹은 상기 밀봉부재(40)는 소정 온도 이상에서 녹으면서 상기 벤팅 홀(30)을 개방시킬 수 있는 물질로 만들어질 수 있다. 예컨대, 고온에 취약한 필름 또는 폼(foam) 물질로 시트형상의 밀봉부재(40)를 제작할 수 있다. 상기 밀봉부재(40)는 압력조건 및 온도조건 중 하나를 충족하거나 혹은 2조건 모두를 충족하였을 때, 파열 또는 용융하여 벤팅 홀(30)을 개방하도록 그 변형조건을 특정할 수 있다.
상기 밀봉부재(40)는 벤팅 홀(30)의 내측 또는 외측을 덮도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 밀봉부재(40)는 벤팅 홀(30)이 형성된 하부케이스(10) 또는 상부케이스(20)의 내면(21) 상에서 벤팅 홀(30)을 덮도록 결합되거나, 하부케이스(10) 또는 상부케이스(20)의 외측면 상에서 벤팅 홀(30)을 덮도록 결합될 수 있다. 혹은, 후술하는 바와 같이, 소정의 벤팅 디바이스를 상기 벤팅 홀(30)에 설치할 경우에는, 팩 케이스가 아닌 벤팅 디바이스 내에 상기 밀봉부재(40)를 설치할 수 있다. 다만, 이 경우에도 밀봉부재(40)는 상기 벤팅 홀(30)을 덮어서 밀봉 기능을 달성할 필요가 있다.
밀봉부재(40)는 측벽 또는 상부케이스(20)를 따라 소정 길이로 구비되며, 상기 벤팅 홀(30)을 모두 커버하는 크기로 형성될 수 있다.
상기 밀봉부재(40)의 전면 또는 후면 측의 벤팅 홀(30)에는 메쉬형상 소염부재(60)가 설치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 하부케이스(10)의 전방 측벽에 형성된 벤팅 홀(30)에는 설명의 편의를 위하여 밀봉부재(40)와 메쉬형상 소염부재(60)를 나타내지 않았다. 그러나, 실제로는 이 벤팅 홀(30)에도 밀봉부재(40)와 메시형상 소염부재(60)가 설치될 수 있다. 상기 전방 측벽과 반대쪽의 후방 측면에는 이러한 부재들이 모두 설치된 것을 도시하고 있다. 도 3의 요부 확대도를 참조하면, 밀봉부재(40)가 벤팅 홀(30)의 내측에 설치되고, 메쉬형상 소염부재(60)가 밀봉부재(40)와 반대측, 즉 측벽 외면측에 설치되어 있다. 그러나, 밀봉부재(40)를 벤팅 홀(30) 외측에, 메쉬형상 소염부재(60)를 벤팅 홀(30) 내측에 설치하는 것도 가능하다. 후술하는 바와 같이, 소정의 벤팅 디바이스를 상기 벤팅 홀(30)에 설치할 경우에는, 벤팅 디바이스에 상기 메쉬형상 소염부재(60)를 설치할 수 있다. 메쉬형상 소염부재(60)는 그물망 형상으로 화염을 가이드하면서 배출할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(100) 내의 화염이 직접적으로 강하게 외부로 배출하는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 화염이 매우 강할 경우에는 상기 메쉬형상 소염부재(60)를 통해서도 다량의 화염이 배출되어 화재나 폭발의 위험성이 있을 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 메쉬형상 소염부재(60)에 의한 화염억제효과는 제한적이며 화염을 완전히 방지하기는 곤란하다.
본 발명은 배터리 팩(100) 내의 화염을 제어된 방식으로 화염을 배출하기 위하여 화염제어블록(50)을 구비한다. 화염제어블록(50)은 상기 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 덮도록 상기 하부케이스 측벽(11)의 내면 및 상부케이스 내면(21) 중 적어도 하나에 장착된다. 도 3은 화염제어블록(50)이 하부케이스 측벽(11) 내면에 설치된 예이고, 도 4는 화염제어블록(50)이 상부케이스 내면(21)에 설치된 예이지만, 화염제어블록(50)은 하부케이스 측벽 내면 및 상부케이스 내면(21)에 모두 설치될 수도 있다.
화염제어블록(50)은 복수개의 화염배출홀(H)이 구비된 화염차단표면(51a)을 가진다. 또한, 상기 화염배출홀(H)과 연통되며 상기 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 향하여 개방되는 내부공간(S)을 가진다.
화염은 직진성을 가지므로 대부분의 화염은 상기 화염제어블록(50)의 화염차단표면(51a)으로 향하게 된다. 화염제어블록(50)이 없다면, 화염이 상기 밀봉부재(40) 및 벤팅 홀(30)로 곧바로 향하므로 상술한 안전성 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명은 화염제어블록(50)을 구비하므로, 화염이 상기 화염차단표면(51a)에 의하여 일부 차단되어 벤팅 홀(30)로 곧바로 향하지 않으므로 상술한 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 화염차단표면(51a)은 완전히 막혀 있는 것이 아니라 복수개의 화염배출홀(H)을 구비하고 있다. 따라서, 화염차단표면(51a)에 의하여 차단되어 정체된 화염이 상기 화염배출홀(H)을 통하여 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입된다. 이에 의하여, 화염이 다른 배터리 모듈로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
화염차단표면(51a)의 면적과 화염배출홀(H)의 개수, 크기, 배열위치 등을 조절하는 것에 의하여, 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입되는 화염의 양, 화염 속도 등을 조절할 수 있다. 따라서, 화염제어블록(50)에 의하여 팩 내에서 발생하는 화염의 양과 속도 등을 조절하여 배터리 팩(100) 외부로 화염을 배출할 수 있다. 또한, 상기 화염제어블록(50)은 상기 화염배출홀(H)과 연통되며 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 향하여 개방되는 내부공간(S)을 가진다. 즉, 화염차단표면(51a)과 벤팅 홀(30) 사이에 소정 체적의 내부공간(S)이 형성된다. 이 내부공간(S)의 체적의 크기에 따라, 내부공간(S)에 체류하는 화염의 체류시간 등을 제어할 수 있다. 부언하면, 화염차단표면(51a)의 면적, 화염배출홀(H) 개수, 크기, 배열 위치 및 내부공간(S)의 체적을 조절함으로써, 배터리 팩(100) 외부로 배출되는 화염의 양, 화염 속도, 화염의 체류시간 등을 제어할 수 있다. 이에 의하여 화염이 화염제어블록(50)을 통하여 제어된 방식으로 팩 외부로 배출된다. 또한, 이 과정에서 대부분의 화염이 소산될 수 있다. 따라서, 벤팅 홀(30) 및/또는 메쉬형상 소염부재(60)를 통하여 배출되는 화염 또는 스파크의 양을 크게 저감할 수 있다. 이에 따라 실제로는 메쉬형상 소염부재(60)에 화염이 닿지 않거나 미량의 화염만이 접촉하므로 소염부재(60)의 손상도 방지할 수 있다. 본 발명의 화염제어블록(50)에 의하면 팩 내부에서 화염이 발생하더라도, 다른 배터리 모듈로의 화염이 전파되는 것을 방지하면서 팩 외부로 배출되는 화염의 수준을 실제로 매우 미미한 수준으로 관리할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100) 내외의 안전성을 크게 개선할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 화염제어블록(50)은 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40)를 들러싸서 덮으며 배터리 팩(100) 내측을 향하여 돌출되는 돌출프레임(51)을 구비한다. 상기 돌출프레임(51)의 돌출면이 상기 화염차단표면(51a)을 형성한다. 상기 돌출면에는 소정 직경의 화염배출홀(H)이 이격되어 복수개로 배치된다. 상기 돌출프레임(51)의 내면과 상기 벤팅 홀(30) 및 밀봉부재(40) 사이에 내부공간(S)이 형성된다.
상기 돌출프레임(51)은 벤팅 홀(30)을 완전히 둘러싸서 덮는 형태로 되어 있다. 따라서, 돌출면을 제외하고 돌출프레임(51)의 측면(51b)으로는 화염이 진입하지 못한다. 화염은 직진성을 가지므로, 대부분의 화염은 화염차단표면(51)을 향한다. 그러나, 화염발생상황에 따라, 미량의 화염이 돌출프레임(51)의 측면(51b)으로 향할 수 있다. 또한, 화염과 함께 발생하는 가스의 흐름에 실려 화염의 일부가 상기 측면으로 향할 수 있다. 상기 돌출프레임(51)은 벤팅 홀(30)을 완전히 둘러싸서 덮는 형태로 되어 있으므로, 이러한 일부의 화염이 화염제어블록(50) 내로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
상기 화염차단표면(51a)에 형성되는 화염배출홀(H)의 직경은 상기 메쉬형상 소염부재(60)의 메쉬 눈의 크기보다 크거나 작을 수 있다. 화염배출홀(H)의 직경이 메쉬 눈의 크기보다 큰 경우에는, 1차적으로 화염제어블록(50)에 의하여 상당량의 화염을 제거하고, 2차적으로 메쉬형상 소염부재(60)에 의하여 나머지 화염을 제거할 수 있다. 혹은, 필요에 따라서 화염배출홀(H)의 직경을 메쉬 눈의 크기보다 작게 할 수 있다. 이 경우는 초기 화염의 속도를 억제하고 내부공간(S)에 화염을 비교적 오래 체류시키도록 제어하기 유리하다.
상기 화염제어블록(50)은 장착브라켓(52)에 의하여 하부케이스 측벽 내벽 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착될 수 있다. 예컨대, 상기 돌출프레임(51)의 화염차단표면(51a)(돌출면) 반대측 단부에 장착브라켓(52)이 구비될 수 있다. 상기 장착브라켓(52)은 하부케이스 측벽 내면 및 상부케이스 내면(21)에 밀접하게 접촉되어 용접, 체결부재 또는 기타 방식에 의하여 고정 결합될 수 있다.
상기 돌출프레임(51)의 모서리부에는 가스 유입구(V)가 구비될 수 있다. 배터리 팩(100) 내에서의 열 폭주 상황시 팩 내에서 발생하는 가스는 팩 내에 구비된 별도의 벤팅 개구나 벤팅 통로를 통하여 외부로 배출된다. 또한, 상기 화염제어블록(50)의 화염배출홀(H)을 통하여도 일부 가스가 배출될 수 있다. 그러나, 팩 내의 가스 압력이 과도하여 보다 신속하게 팩 내의 가스 압력을 낮춰야 할 경우가 있다. 이를 위하여 돌출프레임(51)의 모서리부에 가스 유입구(V)를 마련할 수 있다. 상기 가스 유입구(V)는 돌출프레임(51)의 내부공간(S)을 통하여 벤팅 홀(30)로 가스를 배출할 수 있다. 상기 가스 유입구(V)는 돌출프레임 모서리부에 작게 형성되므로, 화염의 직진성을 고려하면 이러한 모서리부까지 화염이 도달하기는 어렵다. 반면, 가스는 압력에 의하여 이러한 모서리부까지 진입이 가능하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 배터리 팩(100) 내의 열폭주 상황시 화염제어블록(50)에 의하여 화염을 제어하면서, 과도한 가스의 압력을 낮출 수 있다는 장점이 있다.
상기 돌출프레임(51)은, 화염에 강한 재질, 예컨대 고융점의 금속으로 제작할 수 있다. 예컨대, 스틸, 스테인레스, 기타 고융점금속 내지 이들의 합금으로 사용할 수 있다. 필요에 따라 절연성이 높고 고융점인 내화플라스틱 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 화염제어블록(50)은 하부케이스 측벽(11)뿐만 아니라 상부케이스(20)에도 설치할 수 있으므로, 화염발생시 배터리 팩(100)의 측면과 상면을 통해서 화염을 신속하게 저감하여 배출할 수 있다. 이와 같이, 열폭주 상황을 신속하게 해소할 수 있으므로, 다른 배터리 모듈로 화염이 전파될 수 있는 시간 자체를 줄일 수 있다. 이에 따라, 열 폭주 상황시의 안전성을 크게 개선할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 5는 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
본 실시형태의 화염제어블록(50',50")의 화염차단표면(51A)은 평탄한 표면이 아닌 오목한 표면이나 경사도가 상이한 표면으로 이루어져 있다.
도 5(a)의 돌출프레임(51)의 화염차단표면(51)은, 배터리 팩(100) 외측을 향하여 오목하게 형성되어 있다. 즉, 화염차단표면(51)의 중심이 배터리 팩(100) 외측을 향하여 수렴하는 형태의 오목면으로 구성되어 있다. 오목면의 화염차단표면(51a)은 화염을 집속하기 용이하다. 즉, 평탄면으로 구성된 화염차단표면(51a)에 비하여, 화염차단표면(51a)의 중심을 향하여 화염을 수집하기 용이하다.
또한, 이에 더하여 화염배출홀(H)의 직경을 다르게 하여 화염 수집 효율을 높일 수 있다. 예컨대, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 오목한 화염차단표면(51a)의 중심부에 배치된 화염배출홀(H1)의 직경을 화염차단표면(51a)의 양측부에 배치된 화염배출홀(H2)의 직경보다 작게 할 수 있다. 화염의 일부는 화염배출홀(H)이 형성되지 않은 화염차단표면(51a)에 의하여 차단된다. 차단된 화염은 상기 화염배출홀(H)을 향하게 된다. 이 때, 화염차단표면(51a)이 오목하게 되어 있으므로, 오목면의 중심을 향하여 화염이 용이하게 가이드될 수 있다. 또한, 화염은 직진성이 강하므로, 배터리 모듈과 정면으로 마주하는 화염차단표면(51a)의 중심부에는 화염배출홀(H1)의 직경을 작게 하여도 많은 양의 화염이 이 작은 직경의 화염배출홀(H1)로 유입될 수 있다. 한편, 화염차단표면(51a)의 양측부로 향하는 화염은 사선방향으로 유입되고, 이러한 사선방향으로 유입되는 화염의 양이 비교적 적다는 것을 감안하여, 양측부에 배치된 화염배출홀(H2)의 직경을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 사선방향으로 유입되는 화염을 양측부의 화염차단표면(51a)으로 용이하게 도입할 수 있다.
도 5(b)의 돌출프레임(51)의 화염차단표면(51a)은, 평면부(51a)와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩(100) 내측을 향하여 경사지는 경사면부(51a')를 포함하고 있다.
도 5(b)의 화염차단표면(51a) 역시 도 5(a)의 화염차단표면(51a)과 유사하게, 화염차단표면(51a)의 중심을 향하여 화염을 집속하기 용이한 형태이다. 상기 경사면(51a')은 배터리 팩(100) 내측을 향하여 소정 각도로 경사져 있다. 따라서, 사선방향으로 진입하는 화염이 이 경사면(51a')을 타고 내부공간(S)으로 용이하게 가이드될 수 있다. 또한, 상기 평면부에 배치된 화염배출홀(H1)의 직경을 상기 경사면부(51a')에 배치된 화염배출홀(H2)의 직경보다 작게 할 수 있다. 이에 따라 직진성이 강한 화염은 중심부에 위치한 평면부의 작은 직경의 화염배출홀(H1)을 통해서 쉽게 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입될 수 있다. 또한, 사선방향으로 진입하는 화염은 양측부에 위치한 경사면부(51a')의 큰 직경의 화염배출홀(H2)을 통하여 용이하게 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입될 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 화염제어블록(50), 또는 상기 화염제어블록(50)을 구비한 배터리 팩(100)은, 화염차단표면(51a)의 형태, 화염배출홀(H)의 직경을 조절하여 화염을 용이하게 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유도할 수 있다. 이 경우, 상기 오목면의 곡률을 달리하거나, 상기 경사면의 경사도를 달리 하여, 화염차단표면(51a)으로 향하는 화염의 집속도를 조절할 수 있다. 오목면의 곡률 및 경사면의 경사도가 달라지면, 상기 내부공간(S)의 체적도 달라질 수 있다. 이에 따라, 내부공간(S)에 체류하는 화염의 체류시간도 조절할 수 있다.
본 실시형태에서는, 화염배출홀(H)의 직경을 화염차단표면(51a)의 위치에 따라 상이하게 하였으나, 필요에 따라 화염배출홀(H)의 개수를 다르게 하는 것도 가능하다. 즉, 화염차단표면(51a)의 중심부(또는 중심부의 평면부)에 배치한 화염배출홀(H1)의 개수보다 화염차단표면(51a)의 양측부(또는 양측부의 경사면부)에 배치하는 화염배출홀(H2)의 개수를 많게 하여 동일한 효과를 달성할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩(100)을 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명의 배터리 팩(100)의 구성요소인 벤팅 디바이스(70)의 측단면도이고, 도 8은 벤팅 디바이스(70)의 후면사시도이다.
본 실시형태의 배터리 팩(100)은, 상기 벤팅 홀(30)에 가스 및 화염 벤팅을 위한 전용 부품인 벤팅 디바이스(70)가 설치된다.
즉, 본 실시형태의 배터리 팩(100)은, 상기 벤팅 홀(30)을 덮으며 하부케이스 측벽(11) 및 상부케이스(20) 중 적어도 하나의 외측면에 장착되는 벤팅 디바이스(70)를 더 포함한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 벤팅 디바이스(70)는, 상기 벤팅 홀(30)과 연통되는 중공 벤팅 채널(72)을 구비한 하우징(71)과, 상기 벤팅 홀(30)과 연통되는 중공 벤팅 채널(72)의 입구(72a)에 결합되는 메쉬형상 소염부재(60')를 포함할 수 있다. 상기 메쉬형상 소염부재(60')가 장착된 측면(벤팅 디바이스(70)의 후면)을 하부케이스 측벽(11)의 외측면 또는 상부케이스(20)의 외측면 상에 장착시킬 수 있다.
도 6에는 하부케이스 측벽(11)에 벤팅 디바이스(70)가 장착된 예가 도시되어 있으나, 후술하는 도 11과 같이 상부케이스(20) 외측면에 벤팅 디바이스(70)를 장착할 수 있다.
벤팅 디바이스(70)는, 상기 벤팅 홀(30)의 개수 및 설치 간격에 대응되게 복수개로 소정 간격 이격되어 설치할 수 있다.
또한, 벤팅 홀(30)을 덮는 밀봉부재(40)를 벤팅 홀(30)에 직접 설치하지 않고, 상기 하우징의 중공 채널 내에 설치할 수 있다. 즉, 밀봉부재(40') 및 메쉬형상 소염부재(60')를 벤팅 디바이스(70)에 설치함으로써, 배터리 팩(100)의 벤팅을 위한 별도의 전용 부품으로 벤팅 디바이스(70)를 제작할 수 있다. 이렇게 되면, 배터리 팩(100)의 하부케이스(10)와 상부케이스(20)에는 벤팅 홀(30)만 구비하도록 별도로 제작하고, 이 벤팅 홀(30)에 메쉬형상 소염부재(60)나 밀봉부재(40)를 설치할 필요가 없다. 대신, 벤팅 디바이스(70)를 별도로 제작하고 전용부품화 및 모듈화함으로써, 배터리 팩(100) 제조효율을 높일 수 있다. 이 경우에 각각 별도로 팩 케이스와 벤팅 디바이스(70)를 제작하고, 벤팅 디바이스(70)를 팩 케이스의 벤팅 홀(30)에 결합하는 것으로, 배터리 팩(100)의 밀봉작업을 간편하게 행할 수 있다. 또한, 화염에 의하여 화염 배출시 파손된 벤팅 디바이스(70)만 제거하고 새로운 벤팅 디바이스(70)를 교체하여 배터리 팩(100)에 다시 결합할 수 있으므로, 재사용 효율을 높일 수 있다. 이 경우, 상기 화염제어블록(50)도 별도의 부품으로 제작할 수 있다. 이에 따라, 벤팅 디바이스(70) 및 화염제어블록(50)을 부품화, 규격화, 표준화할 수 있고, 이러한 별도 부품들을 팩 케이스에 결합함으로써, 화염 전파를 방지할 수 있는 본 발명의 배터리 팩(100)을 용이하게 제조할 수 있다.
상기 벤팅 디바이스(70)의 하우징(71)은, 팩 케이스에 장착되는 대경부(71b)와, 상기 대경부로부터 연장되는 소경부(71a)를 구비할 수 있다. 중공 벤팅 채널(72)은 상기 소경부 및 대경부를 관통하여 구비된다. 소경부(71a)의 전단에는 상기 중공 벤팅 채널(72)과 연통하는 벤팅 출구(72b)가 위치한다. 대경부(71b)에는 밀봉부재(40')가 장착될 수 있다. 이를 위하여 상기 대경부의 중공 벤팅 채널을 구성하는 내측면에는 밀봉부재(40')를 장착할 수 있도록 단차부(P)가 형성된다. 밀봉부재(40')는 상기 단차부(P)에 부착될 수 있다. 대경부 둘레에는 팩 케이스에 장착될 수 있도록 체결부재 삽입공(C)이 형성될 수 있다. 메쉬형상 소염부재(60')는 상기 대경부의 후면에 부착될 수 있다. 상기 밀봉부재(40') 및 메쉬형상 소염부재(60')가 팩 케이스(하부케이스(10) 및 상부케이스(20))에 형성된 벤팅 홀(30)을 덮도록, 상기 벤팅 디바이스(70)는 팩 케이스의 외측면에 장착될 수 있다.
(제4 실시형태)
도 9 및 도 10은 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 정면도 및 단면도이고, 도 11은 도 9 및 도 10의 화염제어블록이 적용된 배터리 팩(100)을 나타내는 개략도이고, 도 12 및 도 13은 화염제어블록의 다른 예를 나타내는 정면도 및 단면도이다.
본 실시형태의 화염제어블록(50''',50"")은, 상기 돌출프레임(51) 내에 내부공간(S)을 구획하는 격벽프레임(53)을 적어도 1개 구비하고 있다. 또한, 상기 격벽프레임(53)은 상기 화염차단표면(51a)의 화염배출홀(H)(제1 화염배출홀(H))과 연통되는 화염배출홀(제2 화염배출홀(h1) 및 제3 화염배출홀(h2))을 구비한다. 도 10을 참조하면, 화염은 화염차단표면(51a)의 제1 화염배출홀(H)을 통과하여 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입되고, 다음으로 격벽프레임(53)의 제2 화염배출홀(h1)을 통과하여 격벽프레임(53) 후면의 내부공간(S)으로 유입된 후 밀봉부재(40) 및 벤팅 홀(30)을 향한다. 밀봉부재(40)가 녹거나 파손되면 상기 화염을 벤팅 홀(30)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 화염은 이러한 진행경로를 따라 이동되면서 냉각되며, 이 과정에서 대부분의 화염이 소염된다. 따라서, 상술한 메쉬형상 소염부재(60)가 설치된 위치에서는 화염이 대부분 제거되거나 극미량의 화염만이 상기 소염부재(60)를 통하여 팩 케이스 외부로 배출될 수 있다.
본 실시형태는 내부공간(S)을 구획하는 격벽프레임(53)을 설치함으로써, 화염의 진행경로를 증가시켜 화염 제거효과를 최대화하였다. 도 10은 내부공간(S) 내에 1개의 격벽프레임(53)을 설치한 예이고, 도 13은 내부공간(S) 내에 2개의 격벽프레임(53)을 설치한 것이다. 이론상 격벽프레임(53)의 수가 증가하면, 화염진행경로가 길어지므로 소염효과를 극대화할 수 있다. 다만, 팩 내부 설치공간과 화염제어블록(50)의 크기 등을 고려하여 내부공간(S) 내에 설치할 수 있는 격벽프레임(53)의 개수가 제한될 수 있다.
도 11에는, 이러한 격벽프레임(53)을 구비한 화염제어블록(50)이 상부케이스의 내측면 상에 장착된 것이 도시되어 있다.
또한, 돌출프레임(51) 내에 격벽프레임(53)을 설치하면, 화염제어블록(50)의 강성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 돌출프레임(51)의 제1 화염배출홀(H)과 격벽프레임(53)의 제2 화염배출홀(h1)의 위치가 엇갈리도록 배열하면 화염진행경로를 더욱 증가시킬 수 있다. 그러나, 화염은 직진성이 강하므로, 제1 및 제2 화염배출홀(H,h1)이 엇갈리게 배치되어 겹치지 않을 경우에는, 제1 화염배출홀(H)을 통과한 화염이 제2 화염배출홀(h1)을 통과하지 못하고 격벽프레임(53)의 표면에 충돌하여 내부공간(S)에 체류할 수 있다. 가스는 유동성이 강하므로, 제1 및 제2 화염배출홀(H,h1)에 의하여 구성되는 배출경로를 따라 용이하게 배출될 수 있다. 그러나, 직진성이 강한 화염의 경우에는, 상기 배출경로를 따라 진행하지 못할 가능성이 높다.
따라서, 본 실시형태에서는, 이러한 화염의 직진성을 고려하여 상기 격벽프레임(53)의 화염배출홀(h1)이 상기 화염차단표면(51a)의 화염배출홀(H)의 적어도 일부와 중첩되도록 배치하고 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제1 화염배출홀(H)이 수평으로 길게 형성된 장공으로 되어 있으며, 상기 제1 화염배출홀(H)의 일측과 중첩되도록 제2 화염배출홀(h1)이 수직으로 길게 형성된 장공으로 되어 있다. 이에 따라, 제1 화염배출홀(H)을 수직으로 통과한 화염 또는 그 화염의 일부가 제2 화염배출홀(h1)을 통해서도 진행할 수 있다. 따라서, 상당량의 화염을 벤팅 홀(30)로 보다 신속하게 유도할 수 있다. 제2 화염배출홀(h1)과 중첩되지 않은 제1 화염배출홀(H)로 유입되는 화염은 내부공간(S)에서 상대적으로 오래 체류할 수 있다.
도 12 및 도 13에는 2개의 격벽프레임(53)이 화염제어블록(50)의 내부공간(S)에 설치되어 있다. 첫번째 격벽프레임(53)의 화염배출홀을 제2 화염배출홀(h1), 두번째 격벽프레임(53)의 화염배출홀을 제3 화염배출홀(h2)이라 칭한다.
이 경우, 화염차단표면(51a)의 화염배출홀(H)(제1 화염배출홀)의 적어도 일부와 중첩되도록 제2 및 제3 화염배출홀(h1,h2)이 배치되어 있다. 제1 화염배출홀(H)의 일부가 제2 화염배출홀(h1)과 중첩되므로 직진성이 강한 화염을 벤팅 홀(30) 쪽으로 용이하게 유도할 수 있다. 제1 화염배출홀(H)과 중첩되지 않는 부분으로 유입된 화염을 보다 긴 경로를 따라 내부공간(S)을 통과하게 된다.
필요에 따라, 제2 및 제3 화염배출홀(h1,h2)도 적어도 일부가 겹치도록 배치할 수 있다.
이러한, 화염배출홀들의 배치, 중첩 정도에 따라, 보다 세밀하게 제어된 방식으로 화염을 화염제어블록(50)으로 유도할 수 있다. 또한, 화염제어블록(50)의 내부공간(S)으로 유입된 화염을 보다 세밀하게 제어된 방식으로 벤팅 홀(30)로 유도할 수 있다.
(제5 실시형태)
도 14는 화염제어블록(50)의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
본 실시형태의 화염제어블록(50)은, 도 5의 화염제어블록(50)과 도 10 및 도 13의 화염제어블록이 혼합된 형태이다.
즉, 도 14의 화염제어블록은 화염차단표면(51a)의 곡률 및/또는 경사도를 달리한 것으로서, 화염제어블록의 내부공간(S)을 구획하는 격벽프레임(53)을 적어도 1개 이상 구비한 것이다.
도 14(a)에서는, 돌출프레임(51)의 화염차단표면(51a)과, 격벽프레임(53)이 배터리 팩(100) 외측을 향하여 오목하게 형성되어, 화염을 용이하게 내부공간(S)으로 가이드할 수 있는 형태이다. 또한, 화염차단표면(51a) 및 격벽프레임(53)의 중심부에 배치된 화염배출홀의 직경을 상기 화염차단표면(51a) 및 격벽프레임(53)의 양측부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 각각 작게 함으로써, 화염 수집효과를 보다 확대하였다.
도 14(b)에서는, 상기 돌출프레임(51)의 화염차단표면(51a)과 상기 격벽프레임(53)이, 평면부(51a)와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩(100) 내측을 향하여 경사지는 경사면부(51a')를 각각 포함하고 있다. 이에 따라 화염을 용이하게 돌출프레임(51)의 내부공간(S)을 가이드하도록 하였다. 또한, 상기 평면부에 배치된 화염배출홀의 직경을 상기 경사면부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작게 하여 화염 수집효과를 보다 확대하였다. 도 14의 돌출프레임(51)은 또한 그 내부공간(S)에 격벽프레임(53)을 구비함으로서, 화염의 진행 경로를 보다 용이하게 조절할 수 있다. 이 경우, 돌출프레임(51)의 화염배출홀과 격벽프레임(53)들의 화염배출홀들을 일부 중첩되도록 하여, 직진성이 강한 화염을 벤팅 홀(30) 쪽으로 쉽게 가이드할 수 있다.
필요에 따라서는, 화염차단표면(51a)만 오목면 또는 경사면부를 구비한 형태로 하고, 적어도 한 개의 격벽프레임(53)은 평탄면으로 제작할 수 있다. 이러한 변형에 따라, 화염차단표면(51a)과 격벽프레임(53) 사이의 내부공간(S)의 체적도 자유롭게 조절할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 화염차단표면(51a)의 면적, 화염차단표면의 곡률, 경사도, 그리고 화염배출홀(H)의 크기, 개수, 격벽프레임(53)의 곡률, 경사도, 및 격벽프레임(53)이 구비한 화염배출홀의 크기, 개수, 그리고 화염차단표면과 격벽프레임(53)의 화염배출홀의 중첩 정도, 내부공간(S)의 크기 등을 조절할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(100) 내에서 발생하는 화염을 극히 제어된 방식으로 벤팅 홀(30)로 유도하거나, 그 전에 전부 또는 대부분의 화염을 제거할 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.
(부호의 설명)
100: 배터리 팩
10: 하부케이스
11: 측벽
12: 베이스판
13: 격벽부재
14: 센터프레임
20: 상부케이스
21: 상부케이스 내면
30: 벤팅 홀
40: 밀봉부재
50: 화염제어블록
51: 돌출프레임
51a: 화염차단표면
51b: 화염제어블록의 측면
V: 가스 유입구
S: 내부공간
H: (제1 화염배출홀)
52: 장착브라켓
53: 격벽프레임
60: 메쉬형상 소염부재
70: 벤팅 디바이스
71: 하우징
72: 중공 벤팅 채널

Claims (15)

  1. 복수개의 배터리 모듈을 수용하는 하부케이스;
    상기 하부케이스를 덮으며 하부케이스에 결합되는 상부케이스;
    상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 구비되는 벤팅 홀;
    상기 벤팅 홀을 덮도록 상기 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나에 설치되며, 소정 압력 및/또는 소정 온도 이상에서 변형되어 상기 벤팅 홀을 개방시키는 밀봉부재; 및
    상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 덮도록 상기 하부케이스의 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착되고, 복수개의 화염배출홀이 구비된 화염차단표면과, 상기 화염배출홀과 연통되며 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 향하여 개방되는 내부공간을 가지는 화염제어블록을 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉부재의 전면 또는 후면 측의 벤팅 홀에 설치되는 메쉬형상 소염부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화염제어블록은,
    상기 벤팅 홀 및 밀봉부재를 둘러싸서 덮으며 상기 배터리 팩 내측을 향하여 돌출되는 돌출프레임을 구비하고,
    상기 돌출프레임의 돌출면이 상기 화염차단표면을 형성하며, 상기 돌출프레임의 내면과 상기 벤팅 홀 및 밀봉부재 사이에 상기 내부공간이 형성되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 화염차단표면 반대측 단부에 장착브라켓이 구비되고,
    상기 장착브라켓이 상기 하부케이스 측벽 내면 및 상부케이스 내면 중 적어도 하나에 장착되는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 모서리부에 가스 유입구가 구비되는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 화염차단표면은, 배터리 팩 외측을 향하여 오목하게 형성되는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화염차단표면의 중심부에 배치된 화염배출홀의 직경이 화염차단표면의 양측부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작은 배터리 팩.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 화염차단표면은,
    평면부와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩 내측을 향하여 경사지는 경사면부를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 평면부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 경사면부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작은 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 홀을 덮으며 하부케이스 측벽 및 상부케이스 중 적어도 하나의 외측면에 장착되는 벤팅 디바이스를 더 포함하고,
    상기 벤팅 디바이스는,
    상기 벤팅 홀과 연통되는 중공 벤팅 채널을 구비한 하우징과,
    상기 벤팅 홀과 연통되는 중공 벤팅 채널의 입구에 결합되는 메쉬형상 소염부재를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밀봉부재가 상기 하우징의 중공 벤팅 채널 내에 설치되는 배터리 팩
  12. 제3항에 있어서,
    상기 화염제어블록은,
    상기 화염차단표면의 화염배출홀과 연통되는 화염배출홀을 구비하고, 상기 내부공간을 구획하며 상기 돌출프레임 내에 적어도 1개 설치되는 격벽프레임을 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 격벽프레임의 화염배출홀은, 상기 화염차단표면의 화염배출홀의 적어도 일부와 중첩되도록 배치되는 배터리 팩.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 화염차단표면과, 상기 격벽프레임은 배터리 팩 외측을 향하여 오목하게 형성되고,
    상기 화염차단표면 및 격벽프레임의 중심부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 화염차단표면 및 격벽프레임의 양측부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 각각 작은 배터리 팩.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 돌출프레임의 화염차단표면과 상기 격벽프레임은, 평면부와, 상기 평면부 양측에 위치하여 평면부로부터 배터리 팩 내측을 향하여 경사지는 경사면부를 각각 포함하고,
    상기 평면부에 배치된 화염배출홀의 직경이 상기 경사면부에 배치된 화염배출홀의 직경보다 작은 배터리 팩.
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