WO2024085707A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024085707A1
WO2024085707A1 PCT/KR2023/016330 KR2023016330W WO2024085707A1 WO 2024085707 A1 WO2024085707 A1 WO 2024085707A1 KR 2023016330 W KR2023016330 W KR 2023016330W WO 2024085707 A1 WO2024085707 A1 WO 2024085707A1
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hole
battery
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신주환
이형석
이재현
장병도
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and is characterized in that when a flame occurs along with high-temperature gas in any one of a plurality of battery modules accommodated, a screen cover is applied to prevent the flame from being directly exposed to the outside. Do it as
  • Lithium secondary batteries have risks such as explosion and fire due to heat generation, so ensuring safety is one of the important tasks. If this abnormal phenomenon occurs and you do not respond appropriately at the beginning, the internal temperature of the secondary battery will rise rapidly due to heat generation, and the rapid rise in temperature may cause thermal runaway, which may lead to the explosion of the secondary battery and damage adjacent batteries. There is a problem that it can spread to secondary batteries and cause significant damage to the battery pack.
  • control means are provided to monitor and control the voltage, current, etc. of the battery pack, or in the event of a fire in the battery pack, a means to extinguish the fire externally is provided.
  • these means alone are used to control the battery pack.
  • Figure 1 is a perspective view of a conventional battery pack 10 including a pack case and a battery module (M) accommodated in an internal space of the pack case.
  • M battery module
  • the battery pack 10 having the structure described above is such that, when thermal runaway occurs in any one of the battery modules (M) accommodated therein, the flame generated from the battery module (M) flows outward through the top. may be discharged.
  • Most battery packs 10 may further include an upper cover coupled with the pack case to cover the top of the battery module M, but there is a high risk that the upper cover will also be damaged due to exposure to the flame.
  • Patent Document 1 Hangok Publication Patent No. 10-2022-0004854
  • the present invention was created to solve the above problems, and provides a battery pack that can prevent the flame generated with the thermal runaway from being directly exposed to the outside even if thermal runaway occurs in the battery module housed inside.
  • the purpose is to provide
  • a battery pack accommodating a battery module includes: a pack case providing a space in which the battery module is seated; an upper cover coupled to the pack case to cover the top of the battery module seated in the pack case; and a screen cover interposed between the pack case and the top cover.
  • the screen cover provides a battery pack, wherein the screen cover includes a through hole opened to expose the top of the battery module to the outside.
  • the screen cover includes a plurality of through holes, and the through holes may be formed at predetermined intervals along the horizontal and vertical axes of the screen cover.
  • the through hole may be formed in at least one of a circular shape and a polygonal shape.
  • the pack case includes a base plate supporting the lower part of the battery module; a main partition coupled across the center of the base plate; and a side wall coupled along an edge of the base plate; It includes, the pack case includes a pair of module areas partitioned by the main partition, and the screen cover can be combined with the pack case to cover at least one module area of the pair of module areas. there is.
  • the pack case includes a base plate supporting the lower part of the battery module; a main partition coupled across the center of the base plate; a side wall coupled along an edge of the base plate; and a sub-bulkhead, each end of which is coupled to the main partition and the side wall, and which is coupled to the base plate at a predetermined interval along the longitudinal direction of the main partition. It includes, the pack case includes a plurality of module areas divided by the main partition and the sub partition, and the screen cover is coupled to the pack case to cover at least one module area of the plurality of module areas. It can be.
  • the side of the screen cover is composed of a laterally protruding protrusion and a groove formed between the protrusion, and a pair of adjacent screen covers may be joined by engaging the protrusion and the groove.
  • the screen cover may include a flame-retardant material.
  • the screen cover may further include a rupture member coupled to the outer peripheral surface of the through hole to block the through hole.
  • the rupture member includes a thermoplastic plastic material, and the through hole may be opened as the rupture member is melted by high-temperature heat generated in the module area.
  • the rupture member is coupled to the through-hole so that it is destroyed when a certain pressure or more is applied, and the through-hole may be opened by the rupture member being destroyed by high-pressure gas generated in the module area.
  • a plurality of screen covers may be stacked and interposed between the upper cover and the pack case.
  • Each through hole of the plurality of screen covers may be disposed at the same location.
  • One screen cover among the plurality of screen covers may be disposed in a position where the through hole is blocked by the other screen cover.
  • the through hole may be formed in a slit shape.
  • the stability of the battery pack can be improved by suppressing the spread of the flame simultaneously with the thermal runaway to the outside.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery pack.
  • Figure 2 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a top view of the battery pack excluding the top cover.
  • FIG. 4 shows a cross-section of a portion between the sub-partition wall in the battery pack of FIG. 3.
  • Figure 5 shows a first modified example of the screen cover.
  • Figure 6 shows a second modified example of the screen cover.
  • Figure 7 shows a third modified example of the screen cover.
  • Figure 8 shows a fourth modification of the screen cover.
  • Figure 9 is a perspective view of a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view of the battery pack of FIG. 9 with the top cover removed.
  • Figure 11 is a perspective view of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a top view of the battery pack of Figure 11 with the top cover removed.
  • the present invention relates to a battery pack, and is characterized in that when a flame occurs along with high-temperature gas in any one of a plurality of battery modules accommodated, a screen cover is applied to prevent the flame from being directly exposed to the outside. Do it as
  • FIGS. 9 to 10 relate to a battery pack according to a second embodiment of the present invention
  • FIGS. 11 to 12 relate to a battery pack according to a first embodiment of the present invention. It relates to a battery pack according to the third embodiment.
  • Figure 2 is a perspective view of the battery pack 1000 according to the first embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1000 of the present invention includes a pack case 100, a top cover 300, and a screen cover 200, as shown in FIG. 2.
  • the pack case 100 serves to provide a space in which the battery module (M) is seated, and surrounds and protects the lower and side surfaces of the battery module (M) seated therein.
  • the pack case 100 includes a base plate 110 that supports the lower part of the battery module (M) and a side wall 120 that is coupled along the edge of the base plate 110 and supports the side of the battery module (M). It consists of
  • the pack case 100 may further include a main partition wall 130 coupled across the center of the base plate 110.
  • the main partition 130 divides the inner space of the pack case 100 in half into two large spaces.
  • Various measurement conductors, bus bars, etc. may be inserted into the main partition 130.
  • the pack case 100 includes a pair of module areas partitioned by the main partition wall 130, and one to a plurality of battery modules M may be seated in each module area.
  • the pack case 100 may further include a sub partition 140 at both ends of which are coupled to the main partition 130 and the side wall 120, respectively.
  • the sub-partition wall 140 serves to divide the module area formed on one side of the main partition wall 130 and separate each battery module (M).
  • the sub partition walls 140 are spaced apart from each other at a predetermined distance along the length of the main partition wall 130 on both sides of the main partition wall 130 and are coupled to the base plate 110 .
  • the top cover 300 covers the top of the battery module M mounted on the pack case 100 to protect it from external shock, etc., and is coupled to the pack case 100. More specifically, the upper cover 300 is combined with the side wall 120 included in the pack case 100 and protects the entire upper part of the battery module M inside.
  • the screen cover 200 is interposed between the pack case 100 and the upper cover 300, and covers the upper part of each battery module (M) from the lower part of the upper cover 300.
  • FIG. 3 shows a plan view of the battery pack 1000 excluding the top cover 300
  • FIG. 4 shows a cross-section of a portion between the battery pack 1000 of FIG. 3 and the sub-partition wall 140.
  • the screen cover 200 is characterized by including a through hole 210 opened so that the upper part of the battery module M is exposed to the outside, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the screen cover 200 including the through hole 210 is combined with the pack case 100 and covers the top of the plurality of battery modules (M) seated in the pack case 100.
  • the screen cover 200 of the present invention serves to prevent flames from spreading to the outside when a fire occurs in the plurality of battery modules (M) accommodated.
  • the flame is blocked by the screen cover 200 and cannot spread to the outside, but only moves (D1) along the lower surface of the screen cover 200, and the gas flows through the through hole 210. It moves (D2) and is discharged to the outside.
  • the through hole 210 formed in the screen cover 200 can serve as a passage through which high-temperature gas generated with a fire is discharged, but can prevent flames from escaping. Therefore, the screen cover 200 can prevent a fire from spreading throughout the battery pack 1000 by preventing flames from directly reaching the upper cover 300.
  • the screen cover 200 can be directly exposed to flames generated when the battery module M is in a thermal runaway state, and must be able to withstand high temperature heat in the exposed state. Therefore, the screen cover 200 preferably includes a material that is resistant to high temperature heat and flame. That is, the screen cover 200 preferably includes a flame-retardant material.
  • the screen cover 200 may be coupled to the side wall 120 of the pack case 100 like the upper cover 300, or may be coupled to the main partition 130 and the sub partition 140.
  • the side of the screen cover 200 may be composed of a protrusion 220 that protrudes laterally along the circumference and a groove 230 formed between the protrusion 220.
  • the upper part of the side wall 120 of the pack case 100 may be structured to engage the protrusion 220 and the groove 230 of the screen cover 200, and the screen cover 200 may be connected to the protrusion 220.
  • the groove portion 230 may be fixed to the pack case 100 while engaging with the side wall 120.
  • the size and number of the through holes 210 may be designed to vary depending on the size and number of battery modules (M) accommodated in the battery pack 1000.
  • the through hole 210 is limited to a size such that the flame generated in the battery module (M) is not exposed to the outside through the through hole 210.
  • the screen cover 200 includes a plurality of through holes 210, and the plurality of through holes 210 may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the through hole 210 is formed along the horizontal and vertical axes of the screen cover 200, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the battery pack 1000 of the present invention can prevent the flame from spreading upward through the screen cover 200 interposed between the upper cover 300 and the battery module (M). Additionally, the screen cover 200 can selectively discharge high-temperature gas through the through hole 210.
  • the battery pack 1000 of the present invention may include a plurality of screen covers 200. That is, the plurality of screen covers 200 that are stacked not only prevent flames generated at the lower part, but also delay the transfer of high temperature heat to the upper cover 300.
  • Figure 5 is a first modified example of the screen cover 200, showing a stacked form of a plurality of screen covers 200
  • Figure 6 is a second modified example of the screen cover 200, showing a plurality of screen covers ( 200) shows the stacked form.
  • FIG. 5 shows a stacked form of a plurality of screen covers 200 in which the through holes 210 are disposed at the same location, and it is possible to maintain the emission of gas through the through holes 210 but prevent the emission of flame. there is.
  • FIG. 6 shows a stacked form of a plurality of screen covers 200 in which the through holes 210 are disposed at different positions. That is, the through hole 210 included in any one screen cover 200 among the plurality of screen covers 200 is disposed at a position blocked by the other screen cover 200.
  • the screen cover 200 laminated in the form shown in FIG. 6 may not allow smooth discharge of gas, but has the advantage of effectively preventing the discharge of flame.
  • the through hole 210 may be circular as shown, but is not limited thereto.
  • the through hole 210 may be circular as shown or may be polygonal.
  • Figure 7 shows a third modified example of the screen cover 200, in which a square through hole 210 is formed.
  • the through hole 210 may be formed in a point shape such as a circle or polygon, or may be formed in a slit shape.
  • Figure 8 shows a fourth modified example of the screen cover 200, in which a slit-shaped through hole 210 is formed.
  • the through hole 210 of the type shown in FIG. 8 extends along the horizontal or vertical axis of the screen cover 200.
  • the slit-shaped through hole 210 as described above has a wider area, it is possible to prevent flames by adjusting the width of the through hole 210.
  • the screen cover 200 may further include a tearing member (not shown) coupled to the inner peripheral surface of the through hole 210 to block the through hole 210.
  • the rupture member may be ruptured by high-temperature heat or high-pressure gas generated due to thermal runaway of the battery module (M).
  • the rupture member is normally coupled to the through hole 210 and serves to seal the battery module (M) accommodated therein, and is melted by high-temperature heat generated due to thermal runaway of the battery module (M). It can be. That is, the through hole 210 may be opened as the rupture member is melted by high temperature heat generated in the module area.
  • the rupture member may include a thermoplastic plastic material that can be easily melted by high temperature heat.
  • the rupture member may be destroyed by high-pressure gas generated due to thermal runaway of the battery module (M). That is, the through hole 210 may be opened by destroying the rupture member by high-pressure gas generated in the module area.
  • FIG. 9 is a perspective view of the battery pack 1000 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a plan view of the battery pack 1000 of FIG. 9 with the top cover 300 removed.
  • the battery pack 1000 of the present invention includes a pack case 100, a top cover 300, and a screen cover 200, as shown in FIG. 9.
  • the screen cover 200 is coupled to the pack case 100 to cover at least one module area among a pair of module areas partitioned by the main partition wall 130. That is, the battery pack 1000 according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the screen cover 200 can be separated and combined into a pair on both sides of the main partition 130.
  • FIG. 11 is a perspective view of the battery pack 1000 according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a plan view of the battery pack 1000 of FIG. 11 with the top cover 300 removed.
  • the battery pack 1000 of the present invention includes a pack case 100, a top cover 300, and a screen cover 200, as shown in FIG. 11 above.
  • the screen cover 200 is coupled to the pack case 100 to cover at least one module area among a plurality of module areas defined by the main partition wall 130 and the sub partition wall 140. That is, the battery pack 1000 according to the third embodiment of the present invention has the screen cover 200 in the module area between a pair of sub partitions 140 arranged at a predetermined distance on both sides of the main partition 130. are combined to cover.
  • One screen cover 200 may cover each module area, and in this case, a pair of screen covers 200 disposed adjacent to each other may be coupled with the protrusions 220 and grooves 230 engaging with each other. .
  • the screen cover 200 can be selectively placed only in necessary areas, thereby improving safety by reducing the amount of screen cover 200 used. It is possible to improve the energy efficiency of the battery pack 1000 while making further improvements.

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩에 관한 것으로, 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 안착된 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 및 상기 팩 케이스 및 상부 커버 사이에 개재되는 스크린 커버; 를 포함하고, 상기 스크린 커버는 상기 배터리 모듈의 상부가 외부로 노출되도록 개구된 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 수용된 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈에서 고온의 가스와 함께 화염이 발생할 시, 상기 화염이 외부로 직접 노출되지 않도록 소염시킬 수 있는 스크린 커버가 적용된 것을 특징으로 한다.
본 출원은 2022년10월21일자 대한민국 특허 출원 제10-2022-0136062호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
리튬 이차전지는 발열에 의한 폭발, 화재 등의 위험성이 있어서 안전성을 확 보하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다. 이러한 이상 현상 발생 시 초기에 적절하 게 대응하지 못하면 발열에 의하여 이차전지의 내부 온도가 급격하게 상승하게 되고, 온도의 급격한 상승으로 열폭주 현상을 일으킴으로써 이차전지의 폭발까지 이 어질 수 있고, 인접한 이차전지로 전파되어 배터리 팩에 큰 피해가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이러한 위험을 제거하기 위하여 배터리 팩의 전압, 전류 등을 모니터링하고, 제어할 수 있는 제어수단을 구비하고 있거나, 배터리 팩의 화재 시 외부에 화재를 진압하는 수단을 구비하기도 하나, 이러한 수단 만으로는 배터리 팩에서 발생하는 화재에 대하여 초기에 신속하고 능동적으로 대응할 수 없는 문제가 있다.
도 1은 팩 케이스 및 상기 팩 케이스의 내부 공간에 수용된 배터리 모듈(M)을 포함하는 종래의 배터리 팩(10)의 사시도이다.
상기와 같은 구조의 배터리 팩(10)은, 내부에 수용된 배터리 모듈(M) 중 어느 하나의 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생할 시 해당 배터리 모듈(M)에서 발생한 화염이 상부를 통해 외부로 배출될 수 있다. 대부분의 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(M)의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합되는 상부 커버 등이 더 포함될 수 있으나, 상기 화염의 노출로 인해 상기 상부 커버 또한 손상될 위험이 크다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 한곡공개특허 제10-2022-0004854호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내부에 수용된 배터리 모듈에서 열 폭주 현상이 발생하더라도 상기 열 폭주와 함께 발생한 화염이 외부로 직접 노출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩에 있어서, 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스에 안착된 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 및 상기 팩 케이스 및 상부 커버 사이에 개재되는 스크린 커버; 를 포함하고,
상기 스크린 커버는 상기 배터리 모듈의 상부가 외부로 노출되도록 개구된 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 스크린 커버는 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은 상기 스크린 커버의 가로축 및 세로축을 따라 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 원형 및 다각형 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 팩 케이스는, 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 중심부를 가로질러 결합되는 메인 격벽; 및 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 을 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 메인 격벽에 의해 구획된 한 쌍의 모듈 영역을 포함하고, 상기 스크린 커버는 상기 한 쌍의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스와 결합될 수 있다.
상기 팩 케이스는, 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 중심부를 가로질러 결합되는 메인 격벽; 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 및 양단이 각각 메인 격벽 및 측벽과 결합되고, 상기 메인 격벽의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트와 결합되는 서브 격벽; 을 포함하고, 상기 팩 케이스는 상기 메인 격벽 및 서브 격벽에 의해 구획되어 형성된 복수의 모듈 영역을 포함하고, 상기 스크린 커버는 상기 복수의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스와 결합될 수 있다.
상기 스크린 커버의 측면은 측방으로 돌출된 돌출부와 상기 돌출부 사이에 형성된 홈부로 구성되고, 이웃하여 배치되는 한 쌍의 스크린 커버는 상기 돌출부 및 홈부가 서로 맞물려 결합될 수 있다.
상기 스크린 커버는 내연성 소재를 포함할 수 있다.
상기 스크린 커버는 상기 관통홀을 막도록 상기 관통홀의 외주면에 결합되는 파열 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 파열 부재는 열가소성 플라스틱 소재를 포함하고, 상기 관통홀은 모듈 영역에서 발생되는 고온의 열에 의해 상기 파열 부재가 용융됨에 따라 개구될 수 있다.
상기 파열 부재는 일정 압력 이상이 가해지면 파괴되도록 상기 관통홀에 결합되고, 상기 관통홀은 모듈 영역에서 발생되는 고압의 가스에 의해 상기 파열 부재가 파괴됨으로써 개구될 수 있다.
상기 상부 커버 및 팩 케이스 사이에는 복수의 스크린 커버가 적층되어 개재될 수 있다.
상기 복수의 스크린 커버는 각 관통홀이 동일한 위치에 배치될 수 있다.
상기 복수의 스크린 커버 중 어느 하나의 스크린 커버는 관통홀이 타 스크린 커버에 의해 가로막히는 위치에 배치될 수 있다.
상기 관통홀은 슬릿 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부에 수용된 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생하더라도 상기 열 폭주와 동시에 발생한 화염이 외부로 번지는 현상을 억제 시킴으로써 배터리 팩의 안정성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 3은 상부 커버를 제외한 배터리 팩의 평면도를 나타낸 것이다.
도 4는 상기 도 3의 배터리 팩에서 서브 격벽 사이 일부분의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 스크린 커버의 제1 변형예를 나타낸 것이다.
도 6은 스크린 커버의 제2 변형예를 나타낸 것이다.
도 7은 스크린 커버의 제3 변형예를 나타낸 것이다.
도 8은 스크린 커버의 제4 변형예를 나타낸 것이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 10은 상부 커버를 제거한 상기 도 9의 배터리 팩의 평면도이다.
도 11는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 12은 상부 커버를 제거한 상기 도 11의 배터리 팩의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 수용된 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈에서 고온의 가스와 함께 화염이 발생할 시, 상기 화염이 외부로 직접 노출되지 않도록 소염시킬 수 있는 스크린 커버가 적용된 것을 특징으로 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 9 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이고, 도 11 내지 도 12은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩에 관한 것이다.
이하, 각 실시형태에 따른 본 발명의 배터리 팩에 대해 각 도면들을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도이다.
본 발명의 배터리 팩(1000)은 상기 도 2에 도시된 것처럼 팩 케이스(100), 상부 커버(300) 및 스크린 커버(200)를 포함한다.
상기 팩 케이스(100)는 배터리 모듈(M)이 안착되는 공간을 제공하는 역할을 하며, 내부에 안착된 배터리 모듈(M)의 하부 및 측면을 둘러싸서 보호한다.
상기 팩 케이스(100)는 배터리 모듈(M)의 하부를 지지하는 베이스 플레이트(110) 및 상기 베이스 플레이트(110)의 테두리를 따라 결합되어 상기 배터리 모듈(M)의 측면을 지지하는 측벽(120)으로 구성된다.
상기 팩 케이스(100)는 상기 베이스 플레이트(110)의 중심부를 가로질러 결합되는 메인 격벽(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 메인 격벽(130)은 상기 팩 케이스(100) 내부 공간을 반으로 갈라서 두 개의 큰 공간으로 분리시킨다.
상기 메인 격벽(130) 내부에는 각종 측정 도선 및 버스바 등이 삽입될 수도 있다.
상기 팩 케이스(100)는 상기 메인 격벽(130)에 의해 구획된 한 쌍의 모듈 영역을 포함하고, 상기 각 모듈 영역에는 하나 내지 복수개의 배터리 모듈(M)이 안착될 수 있다.
상기 팩 케이스(100)는 양단이 각각 메인 격벽(130) 및 측벽(120)과 결합되는 서브 격벽(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 격벽(140)은 메인 격벽(130)의 일측에 형성된 모듈 영역을 다시 구획하여 각 배터리 모듈(M)간 분리시키는 역할을 한다.
상기 서브 격벽(140)은 상기 메인 격벽(130)의 양측에서 상기 메인 격벽(130)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트(110)와 결합된다.
상기 상부 커버(300)는 상기 팩 케이스(100)에 안착된 배터리 모듈(M)의 상부를 덮어서 외부 충격 등으로부터 보호하는 역할을 하며, 상기 팩 케이스(100)와 결합된다. 보다 구체적으로 상기 상부 커버(300)는 상기 팩 케이스(100)에 포함된 측벽(120)과 결합되어 내부의 배터리 모듈(M) 상부를 모두 감싸서 보호한다.
상기 스크린 커버(200)는 상기 팩 케이스(100) 및 상부 커버(300) 사이에 개재되고, 상기 상부 커버(300)의 하부에서 각 배터리 모듈(M)의 상부를 덮는다.
도 3은 상부 커버(300)를 제외한 배터리 팩(1000)의 평면도를 나타낸 것이고, 도 4는 상기 도 3의 배터리 팩(1000)에서 서브 격벽(140) 사이 일부분의 단면을 나타낸 것이다.
상기 스크린 커버(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 상기 배터리 모듈(M)의 상부가 외부로 노출되도록 개구된 관통홀(210)을 포함하는 것이 특징이다.
상기 관통홀(210)을 포함하는 스크린 커버(200)는 팩 케이스(100)와 결합되어 상기 팩 케이스(100)에 안착된 복수의 배터리 모듈(M)의 상부를 덮는다.
본 발명의 스크린 커버(200)는 수용되어 있는 복수의 배터리 모듈(M)에서 화재가 발생할 시, 상기 화재에 따른 화염이 외부로 번저나가는 것을 막는 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 화염은 상기 스크린 커버(200)에 가로막혀서 외부로 번져나가지 못하고 상기 스크린 커버(200)의 하부면을 따라 이동(D1)할 뿐이고, 가스는 상기 관통홀(210)을 통해 이동(D2)하여 외부로 배출된다.
상기 스크린 커버(200)에 형성된 관통홀(210)은 도 4에 도시된 것처럼 화재와 함께 발생하는 고온의 가스가 배출되는 통로 역할을 할 수 있으나, 화염이 빠져나가는 것은 막을 수 있다. 따라서 상기 스크린 커버(200)는 화염이 상부 커버(300)로 직접 닿는 것을 방지시킴으로써 배터리 팩(1000) 전체에 화재가 번지는 것을 막을 수 있다.
상기 스크린 커버(200)는 배터리 모듈(M)이 열 폭주 상태가 되서 발생하는 화염에 그대로 노출될 수 있으며, 상기 노출된 상태에서 고온의 열을 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 상기 스크린 커버(200)는 고온의 열 및 화염에 강한 소재를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 스크린 커버(200)는 내연성 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스크린 커버(200)는 상부 커버(300)와 마찬가지로 팩 케이스(100)의 측벽(120)과 결합될 수 있으며, 또는 메인 격벽(130) 및 서브 격벽(140)과 결합될 수 있다.
상기 스크린 커버(200)의 측면은 둘레를 따라 측방으로 돌출된 돌출부(220)와 상기 돌출부(220) 사이에 형성된 홈부(230)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 팩 케이스(100)의 측벽(120) 상부는 상기 스크린 커버(200)의 돌출부(220) 및 홈부(230)와 맞물리는 구조일 수 있고, 상기 스크린 커버(200)는 상기 돌출부(220) 및 홈부(230)가 상기 측벽(120)과 맞물려 결합되면서 상기 팩 케이스(100)에 고정될 수 있다.
상기 관통홀(210)의 크기 및 개수는 배터리 팩(1000)에 수용되는 배터리 모듈(M)의 크기 및 개수 등에 따라 얼마든지 달라지게 설계될 수 있다.
다만, 상기 관통홀(210)은 배터리 모듈(M)에서 발생한 화염이 상기 관통홀(210)을 통해 외부로 노출되지 않을 정도의 크기로 한정되는 것이 바람직하다.
상기 스크린 커버(200)는 복수의 관통홀(210)을 포함하고, 상기 복수의 관통홀(210)은 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 관통홀(210)은 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 상기 스크린 커버(200)의 가로축 및 세로축을 따라 형성된다.
본 발명의 배터리 팩(1000)에 수용된 배터리 모듈(M)에서 화재가 발생하면, 상기 화재로 인한 화염은 상부 커버(300)가 위치한 상방으로 번진다. 다만, 본 발명의 배터리 팩(1000)은 상부 커버(300) 및 배터리 모듈(M) 사이에 개재된 스크린 커버(200)를 통해 상방으로 번지는 상기 화염을 막을 수 있다. 또한 상기 스크린 커버(200)는 관통홀(210)을 통해 고온의 가스를 선택적으로 배출시킬 수 있다.
*본 발명의 배터리 팩(1000)은 복수의 스크린 커버(200)를 포함할 수도 있다. 즉, 적층된 복수의 스크린 커버(200)는 하부에서 발생한 화염을 막을 뿐만 아니라, 고온의 열이 상부 커버(300)로 전달되는 것을 지연시킬 수도 있다.
도 5는 스크린 커버(200)의 제1 변형예로, 복수의 스크린 커버(200)가 적층된 형태를 나타낸 것이고, 도 6은 스크린 커버(200)의 제2 변형예로, 복수의 스크린 커버(200)가 적층된 형태를 나타낸 것이다.
상기 도 5는 관통홀(210)이 동일한 위치에 배치되는 복수의 스크린 커버(200)가 적층된 형태를 보인 것으로, 관통홀(210)을 통해 가스의 배출은 그대로 유지하되 화염의 배출은 막을 수 있다.
상기 도 6은 관통홀(210)이 동일하지 않은 위치에 배치되는 복수의 스크린 커버(200)가 적층된 형태를 보인 것이다. 즉, 복수의 스크린 커버(200) 중 어느 하나의 스크린 커버(200)에 포함된 관통홀(210)이 타 스크린 커버(200)에 의해 가로막히는 위치에 배치된다.
상기 도 6과 같은 형태로 적층된 스크린 커버(200)는 가스의 배출이 원활하지 않을 수 있으나, 화염의 배출을 효과적으로 막을 수 있다는 장점이 있다.
상기 관통홀(210)은 도시된 것처럼 원형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 관통홀(210)은 도시된 것처럼 원형으로 형성될 수 있고 또는 다각형으로도 형성된다.
도 7은 스크린 커버(200)의 제3 변형예로, 사각형의 관통홀(210)이 형성되어 있다.
상기 관통홀(210)은 원형 또는 다각형 등의 점 형태로 형성될 수 있고, 또는 슬릿형태로 형성될 수도 있다.
도 8은 스크린 커버(200)의 제4 변형예로, 슬릿형태의 관통홀(210)이 형성되어 있다. 상기 도 8에 도시된 형태의 관통홀(210)은 스크린 커버(200)의 가로축 또는 세로축을 따라 연장 형성된다. 상기와 같은 슬릿형태의 관통홀(210)은 보다 넓은 구역이 개구되어 있으나, 상기 관통홀(210)의 폭을 조절하는 것으로 화염을 막는 것이 가능하다.
상기 스크린 커버(200)는 상기 관통홀(210)을 막도록 상기 관통홀(210)의 내주면에 결합되는 파열 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 파열 부재는 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 발생한 고온의 열 또는 고압의 가스에 의해 파열될 수 있다.
구체적으로 상기 파열 부재는 평상시 상기 관통홀(210)에 결합되어 내부에 수용된 배터리 모듈(M)이 밀봉되도록하는 역할을 하고, 상기 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 발생되는 고온의 열에 의해 용융될 수 있다. 즉, 상기 관통홀(210)은 모듈 영역에서 발생되는 고온의 열에 의해 상기 파열 부재가 용융됨에 따라 개구될 수 있다. 이 경우, 상기 파열 부재는 고온의 열에 쉽게 용융될 수 있는 열가소성 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.
또는 상기 파열 부재는 배터리 모듈(M)의 열 폭주로 인해 발생되는 고압의 가스에 의해 파괴될 수 있다. 즉, 상기 관통홀(210)은 모듈 영역에서 발생되는 고압의 가스에 의해 상기 파열 부재가 파괴됨으로써 개구될 수 있다.
(제2 실시형태)
도 9은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도이고, 도 10은 상부 커버(300)를 제거한 상기 도 9의 배터리 팩(1000)의 평면도이다.
본 발명의 배터리 팩(1000)은 상기 도 9에 도시된 것처럼 팩 케이스(100), 상부 커버(300) 및 스크린 커버(200)를 포함한다.
상기 스크린 커버(200)는 상기 메인 격벽(130)에 의해 구획된 한 쌍의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스(100)와 결합된다. 즉, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 스크린 커버(200)가 메인 격벽(130)의 양측으로 한 쌍이 분리되어 결합될 수 있는 것이 특징이다.
상기와 같이 메인 격벽(130)을 사이에 두고 분리되어 있는 스크린 커버(200)는 서로 연결되어 있지 않기 때문에 서로간 전도를 통한 열 전달이 불가능하다. 따라서, 메인 격벽(130)의 일측에 수용된 배터리 모듈(M)에서 열 폭주가 발생하고, 해당 배터리 모듈(M)의 상부를 덮는 스크린 커버(200)가 고온의 열에 의해 가열되더라도 상기 메인 격벽(130)의 타측에 배치된 타 스크린 커버(200)로 열이 전달되지 않는다.
(제3 실시형태)
도 11는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도이고, 도 12은 상부 커버(300)를 제거한 상기 도 11의 배터리 팩(1000)의 평면도이다.
본 발명의 배터리 팩(1000)은 상기 도 11에 도시된 것처럼 팩 케이스(100), 상부 커버(300) 및 스크린 커버(200)를 포함한다.
상기 스크린 커버(200)는 상기 메인 격벽(130) 및 서브 격벽(140)에 의해 구획되어 형성된 복수의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스(100)와 결합된다. 즉, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 스크린 커버(200)가 메인 격벽(130)의 양측에서 소정 간격 이격되어 배치된 한 쌍의 서브 격벽(140) 사이의 모듈 영역을 덮도록 결합된다.
상기 각 모듈 영역 마다 하나의 스크린 커버(200)가 덮어질 수 있고, 이때, 이웃하여 배치되는 한 쌍의 스크린 커버(200)는 상기 돌출부(220) 및 홈부(230)가 서로 맞물려 결합될 수 있다.
상기와 같이 하나의 모듈 영역에 하나의 스크린 커버(200)가 결합될 경우, 필요한 구역에만 스크린 커버(200)를 선택적으로 배치시킬 수 있으므로, 사용되는 스크린 커버(200)의 양을 줄임으로써 안전성을 보다 개선하면서 동시에 배터리 팩(1000)의 에너지 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[부호의 설명]
10: (종래 기술) 배터리 팩
1000: 배터리 팩
100: 팩 케이스
110: 베이스 플레이트
120: 측벽
130: 메인 격벽
140: 서브 격벽
200: 스크린 커버
210: 관통홀
220: 돌출부
230: 홈부
300: 상부 커버
M: 배터리 모듈
D1: 화염 이동
D2: 가스 이동

Claims (14)

  1. 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩에 있어서,
    배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하는 팩 케이스;
    상기 팩 케이스에 안착된 배터리 모듈의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스와 결합하는 상부 커버; 및
    상기 팩 케이스 및 상부 커버 사이에 개재되는 스크린 커버; 를 포함하고,
    상기 스크린 커버는 상기 배터리 모듈의 상부가 외부로 노출되도록 개구된 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 커버는 복수의 관통홀을 포함하고,
    상기 관통홀은 상기 스크린 커버의 가로축 및 세로축을 따라 소정 간격 이격되어 형성되는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 원형 및 다각형 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성된 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는,
    배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 중심부를 가로질러 결합되는 메인 격벽; 및
    상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 을 포함하고,
    상기 팩 케이스는 상기 메인 격벽에 의해 구획된 한 쌍의 모듈 영역을 포함하고,
    상기 스크린 커버는 상기 한 쌍의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스와 결합되는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는,
    배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 중심부를 가로질러 결합되는 메인 격벽;
    상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합되는 측벽; 및
    양단이 각각 메인 격벽 및 측벽과 결합되고, 상기 메인 격벽의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 베이스 플레이트와 결합되는 서브 격벽; 을 포함하고,
    상기 팩 케이스는 상기 메인 격벽 및 서브 격벽에 의해 구획되어 형성된 복수의 모듈 영역을 포함하고,
    상기 스크린 커버는 상기 복수의 모듈 영역 중 적어도 어느 하나의 모듈 영역을 덮도록 팩 케이스와 결합되는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스크린 커버의 측면은 측방으로 돌출된 돌출부와 상기 돌출부 사이에 형성된 홈부로 구성되고,
    이웃하여 배치되는 한 쌍의 스크린 커버는 상기 돌출부 및 홈부가 서로 맞물려 결합되는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 커버는 내연성 소재를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스크린 커버는 상기 관통홀을 막도록 상기 관통홀의 내주면에 결합되는 파열 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파열 부재는 열가소성 플라스틱 소재를 포함하고,
    상기 관통홀은 모듈 영역에서 발생되는 고온의 열에 의해 상기 파열 부재가 용융됨에 따라 개구되는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 파열 부재는 일정 압력 이상이 가해지면 파괴되도록 상기 관통홀에 결합되고,
    상기 관통홀은 모듈 영역에서 발생되는 고압의 가스에 의해 상기 파열 부재가 파괴됨으로써 개구되는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상부 커버 및 팩 케이스 사이에는 복수의 스크린 커버가 적층되어 개재되는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 스크린 커버는 각 관통홀이 동일한 위치에 배치되는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 스크린 커버 중 어느 하나의 스크린 커버는 관통홀이 타 스크린 커버에 의해 가로막히는 위치에 배치되는 배터리 팩.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 슬릿 형태로 형성된 배터리 팩.
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