KR20240054010A - 통전 차단부를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

통전 차단부를 구비한 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20240054010A
KR20240054010A KR1020220134232A KR20220134232A KR20240054010A KR 20240054010 A KR20240054010 A KR 20240054010A KR 1020220134232 A KR1020220134232 A KR 1020220134232A KR 20220134232 A KR20220134232 A KR 20220134232A KR 20240054010 A KR20240054010 A KR 20240054010A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pack
battery
battery pack
blocking body
module
Prior art date
Application number
KR1020220134232A
Other languages
English (en)
Inventor
이정훈
박민수
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220134232A priority Critical patent/KR20240054010A/ko
Priority to PCT/KR2023/016073 priority patent/WO2024085611A1/ko
Publication of KR20240054010A publication Critical patent/KR20240054010A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하고 상단이 개방된 형태로 마련된 팩 트레이; 상기 배터리 모듈이 수용되는 수용 공간이 밀폐되게 상기 팩 트레이의 상부에 배치되는 팩 커버; 및 상기 팩 트레이와 상기 팩 커버 사이에 배치되어 상기 배터리 모듈을 상호 연결하는 모듈연결 버스바를 통전 및 지지하며, 열적 이벤트 발생 시 상기 모듈연결 버스바의 연결을 상호 분리하여 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결을 차단하는 통전 차단부를 포함한다.

Description

통전 차단부를 구비한 배터리 팩{Battery pack having blocking part for electrical connection}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈의 내부 발화시 발생한 가스가 외부로 용이하게 벤팅될 수 있도록 하되 화염이나 고온의 파티클 등은 외부로 유출되지 않도록 하여 인접한 다른 배터리 모듈들의 연쇄 발화를 방지 내지 최대한 지연시키기 위한 배터리 팩에 관한 것이다.
전기에너지를 화학에너지의 형태로 전환하고 충,방전 반복이 가능한 반영구적인 전지를 한 번 사용 후 재사용이 불가한 일차전지와 구분하여 이차전지라고 지칭한다.
이차전지로는 리튬 이차전지, 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 납축전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 공기아연전지, 알칼리망간전지 등이 존재한다. 이들 중 납축전지와 리튬이차전지가 가장 활발히 상용화된 이차전지라 할 수 있다.
특히 리튬 이차전지는 에너지 저장밀도가 높고 경량화와 소형화가 가능하고 우수한 안전성, 낮은 방전률, 장수명과 같은 장점을 지니고 있어 최근 전기차 배터리로 활용이 활발하다. 참고로, 리튬 이차전지는 제조형태에 따라 일반적으로 원통형, 각형, 파우치형으로 분류되고, 사용용도도 전기차 배터리 이외에도 ESS 배터리, 기타 전기장치 등에 걸쳐있다.
현재, 리튬 이차전지 셀 1개의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V 내외이다. 따라서 전기차의 에너지원으로 이차전지를 적용하기 위해서는 복수 개의 리튬이온 전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성하고, 다시 상기 배터리 모듈들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 팩을 구성한다.
한편, 이차전지는 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 적정 온도보다 높은 환경에서 사용되는 경우 성능이 저하될 수 있고, 적정 온도로 열제어가 되지 못할 경우 예기치 못하게 발화나 폭발 가능성이 상존한다. 또한 배터리 모듈은 이러한 이차전지들을 모듈 하우징의 내부에 집약적으로 수납한 구조로 이루어져 있고 이들 배터리 모듈 간에는 버스바를 통해 전기적으로 연결되어 있다.
이에 따라, 어느 하나의 이차전지라도 발화되어 트리거 셀(trigger cell)이 되어 열적 이벤트가 발생되면 내부 단락이 발생되고 다른 배터리 셀로 연쇄 발화를 촉진시킨다.
이에 따라, 최초 발화한 배터리 모듈에 열적 이벤트 발생 시 이웃하는 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈의 내부 단락을 사전에 막고 배터리 팩 전체로 연쇄 발화로 이어지는 열폭주(heat propagation)를 미연에 방지하여 안전성을 강화할 필요가 절실하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 복수의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하고 상단이 개방된 형태로 마련된 팩 트레이; 상기 배터리 모듈이 수용되는 수용 공간이 밀폐되게 상기 팩 트레이의 상부에 배치되는 팩 커버; 및 상기 팩 트레이와 상기 팩 커버 사이에 배치되어 상기 배터리 모듈을 상호 연결하는 모듈연결 버스바를 통전 및 지지하며, 열적 이벤트 발생 시 상기 모듈연결 버스바의 연결을 상호 분리하여 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결을 차단하는 통전 차단부를 포함할 수 있다.
상기 통전 차단부는, 한쌍의 상기 모듈연결 버스바가 연결되는 차단 몸체; 상기 팩 커버 내벽에 마련되어 상기 팩 커버의 온도가 상승될 때 이탈되는 이탈 부재; 일단이 상기 이탈 부재와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체의 상부와 연결되는 제1 탄성 부재; 및 일단이 상기 팩 트레이와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체의 하부에 연결되는 제2 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 차단 몸체는 상기 수용 공간 내에서 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성 부재의 탄성력이 서로 간에 평형이 되는 평형 높이에 위치되며, 상기 모듈연결 버스바는 상기 평형 높이일 때 상기 배터리 모듈을 상호 통전할 수 있다.
상기 이탈 부재는 상기 팩 커버의 온도가 상승될 때 용융되어 상기 팩 커버로부터 분리될 수 있다.
상기 이탈 부재가 상기 팩 커버로부터 이탈되면 상기 제2 탄성부재의 탄성력으로 상기 차단 몸체가 이동되면서 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결이 차단되게 마련될 수 있다.
상기 팩 트레이에는 상기 팩 트레이의 내부를 구획하는 가로 구획벽 및 세로 구획벽이 마련되며, 상기 가로 구획벽 및 상기 세로 구획벽에는 상기 제2 탄성부재의 일단이 결합되는 내측 함몰홈부가 마련될 수 있다.
상기 이탈 부재는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.
상기 차단 몸체는, 상기 모듈연결 버스바보다 상대적으로 더 두껍게 마련될 수 있다.
상기 차단 몸체의 양측에는 연결 홈부가 마련될 수 있다.
상기 팩 커버 내벽에는 상기 이탈 부재가 수용되는 수용홈이 마련될 수 있다.
상기 차단 몸체는, 상면과 저면에 각각 두께 방향 내측으로 라운드진 오목 홈부가 마련될 수 있다.
상기 연결 홈부 내벽은 중심에서 상기 차단 몸체 양단으로 갈수록 내경이 증가하는 테이퍼 구간이 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 최초 발화한 배터리 모듈에 열적 이벤트 발생 시 이웃하는 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈의 내부 단락을 사전에 막고 배터리 팩 전체로 연쇄 발화로 이어지는 열폭주(heat propagation)를 미연에 방지하여 안전성이 강화될 수 있다.ㄴ
또한, 배터리 모듈 간의 연쇄 발화가 방지되어 배터리 팩의 내구성이 증대되고 유지보수 비용이 절감될 수 있다.
또한, 보다 간단한 설비 구성으로, 팩 내부의 화재 발생 시 배터리 모듈 간의 전기적 단락을 사전에 방지할 수 있어 배터리 모듈의 폭발적인 연쇄적 발화를 방지하고 결과적으로 배터리 팩 내부의 폭발적으로 쌓이는 열에너지를 규제하여 배터리 팩의 구조 붕괴를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에서 팩 커버가 제거된 상태의 상면도이다.
도 4는 도 3에서 A-A라인의 부분 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통전 차단부에서 양측에 모듈연결 버스바가 결합된 상태의 차단 몸체의 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5의 길이방향의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통전 차단부에서 이탈 부재가 탈리된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통전 차단부에서 차단 몸체가 모듈연결 버스바로부터 분리된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단 몸체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단 몸체가 모듈연결 버스바로부터 분리된 상태를 도시한 도면이다.
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 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 복수의 배터리 모듈(10); 상기 배터리 모듈(10)을 내부에 수용하고 상단이 개방된 형태로 마련된 팩 트레이(100); 상기 배터리 모듈(10)이 수용되는 수용 공간이 밀폐되게 상기 팩 트레이(100)의 상부에 배치되는 팩 커버(200); 및 상기 팩 트레이(100)와 상기 팩 커버(200) 사이에 배치되어 상기 배터리 모듈(10)을 상호 연결하는 모듈연결 버스바(310)를 통전 및 지지하며, 열적 이벤트 발생 시 상기 모듈연결 버스바(310)의 연결을 상호 분리하여 상기 배터리 모듈(10) 간의 전기적 연결을 차단하는 통전 차단부(300)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 배터리 셀들을 적층하여 형성한 셀 어셈블리, 셀 어셈블리를 수용하기 위한 모듈 케이스를 포함한다. 여기서, 배터리 모듈(10)의 상면 양단에는 복수의 상부 전극(11)이 마련되며, 상기 상부 전극(11)들은 이웃하는 배터리 모듈(10)과 전기적 연결을 위해 마련될 수 있다. 그리고 상기 상부 전극(11)들 간에는 차단 몸체(320) 및 한쌍의 모듈연결 버스바(310)가 접지되어 배터리 모듈(10) 간에 상호 통전될 수 있다.
팩 케이스는 배터리 모듈(10)이 수용되는 팩 트레이(100); 상기 팩 트레이(100)의 상부에 배치되는 팩 커버(200)를 포함한다.
상기 팩 트레이(100)는 외부 충격 등으로부터 배터리 모듈(10)들을 보호하기 위한 구성품으로서, 기계적 강성이 우수한 재질로 마련될 수 있다. 상기 팩 트레이(100)는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 내부에 수용하는 수용 공간(220)이 마련되며, 상단이 개방된 형태로 마련되어 상부에 팩 커버(200)가 결합될 수 있다. 여기서 수용 공간은 팩 트레이(100) 내에 배터리 모듈(10)이 수용되고 난 후 팩 커버(200)와 배터리 모듈(10) 상부면과의 사이 공간을 지칭하기 도 한다.
팩 트레이(100)에는 상기 팩 트레이(100)의 내부를 구획하는 가로 구획벽(110)(Y축 방향) 및 세로 구획벽(120)(X축 방향)이 마련된다. 그리고 상기 가로 구획벽(110) 및 세로 구획벽(120)의 높이는 상기 배터리 모듈(10)의 높이보다는 상대적으로 더 낮게 마련되며, 적어도 상부 전극(11)의 위치 높이보다는 상대적으로 더 낮게 마련된다(도 4 참조). 이는 가로 구획벽(110) 및 세로 구획벽(120) 위로 차단 몸체(320) 및 모듈연결 버스바(310)가 수평하게 가로질러 배치되어 상호 연결되기 위함이다.
본 실시예에서는 팩 트레이(100) 내부에 Y축을 따라 1개의 가로 구획벽(110), X축을 따라 배치되되 가로 구획벽(110)에 교차하게 배치되는 1개의 세로 구획벽(120)이 마련되어 팩 트레이(100) 내부에 4개의 배터리 모듈(10)이 수용됨을 도시하였으나, 본 발명의 권리범위가 본 실시예의 가로 구획벽(110) 및 세로 구획벽(120)의 개수나 수용되는 배터리 모듈(10)의 개수 등에 한정되는 것은 아니다.
이러한 가로 구획벽(110) 및 세로 구획벽(120)에는 내측 함몰홈부(121)가 마련된다. 상기 내측 함몰홈부(121)는 팩 트레이(100)의 두께 방향(-Z 방향)으로 함몰되는 부분으로서, 상기 내측 함몰부에는 제2 탄성부재의 일단이 결합된다. 그리고 상기 내측 함몰부에는 제2 탄성 부재(350)가 부분적으로 수용되게 마련될 수 있다. 이를 통해 제2 탄성 부재(350)의 신장 내지는 압축 시 신축될 수 있는 여유 공간이 확보될 수 있다.
도 3을 주로 참조하면, 팩 트레이(100)의 중앙 구역에 2개의 내측 함몰홈부(121)가 가로 구획벽(110)에 마련되며, 세로 구획벽(120)에는 하단부에 1개의 내측 함몰홈부(121)가 마련될 수 있다.
팩 커버(200)는 상기 배터리 모듈(10)이 수용되는 수용 공간(220)이 밀폐되게 상기 팩 트레이(100)의 상부에 배치된다. 본 실시예에서의 팩 커버(200)(200)는 4개의 배터리 모듈(10)을 완전히 덮도록 마련되며, 상기 팩 커버(200)는 알루미늄 재질 또는 SUS 재질 등으로 제작되어 강성이 확보됨과 동시에 전도성이 높은 소재로 제작될 수 있다.
팩 커버(200)의 저면에는 복수의 수용홈(210)이 마련된다. 상기 수용홈(210)에는 이탈 부재(330)가 수용될 수 있으며, 도 3의 통전 차단부(300)의 배치된 위치에 대응되게 팩 커버(200)의 저면 상에 복수개가 마련될 수 있다. 이탈 부재(330)는 상기 수용홈(210)에 볼팅 결합 등의 방식으로 결합될 수 있어 외부 충격 등에 견고히 고정될 수 있다.
이러한 상기 팩 커버(200)는 팩 트레이(100)와 상호 결합될 때, 예컨대 볼팅, 용접, 접착, 후킹 등의 결합 방식이 적용될 수 있다.
한편, 최초 발화한 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트 발생 시 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈(10)의 내부 단락을 사전에 막기 위한 통전 차단부(300)가 마련된다.
도 3은 도 1에서 팩 커버가 제거된 상태의 상면도이고, 도 4는 도 3에서 A-A라인의 부분 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통전 차단부에서 양측에 모듈연결 버스바가 결합된 상태의 차단 몸체의 개략적인 사시도이며, 도 6은 도 5의 길이방향의 종단면도이다.
상기 통전 차단부(300)는, 한쌍의 상기 모듈연결 버스바(310)가 연결되는 차단 몸체(320); 상기 팩 커버(200) 내벽에 마련되어 상기 팩 커버(200)의 온도가 상승될 때 이탈되는 이탈 부재(330); 일단이 상기 이탈 부재(330)와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체(320)의 상부와 연결되는 제1 탄성 부재(340); 및 일단이 상기 팩 트레이(100)와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체(320)의 하부에 연결되는 제2 탄성 부재(350)를 포함할 수 있다.
상기 모듈연결 버스바(310)는 일단이 배터리 모듈(10)의 상부 전극(11)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 타단은 자유단 형태로 수용 공간 내에서 부양되어 있는 형태로 마련되며 타단은 후술하는 차단 몸체(320)에 결합되어 지지될 수 있다. 상기 모듈연결 버스바(310)는 차단 몸체(320)와 더불어 하나의 배터리 모듈(10)과 이웃하는 배터리 모듈(10)을 상호 통전시키는 부분이며, 이에 따라 하나의 통전 차단부(300)에는 2개의 배터리 모듈(10)의 상부 전극(11)에서 각각 연결된 2개의 모듈연결 버스바(310), 즉 한쌍의 모듈연결 버스바(310)가 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 도 3에 도시된 것과 같이 3개의 통전 차단부(300)가 마련된다.
상기 차단 몸체(320)는 한쌍의 모듈연결 버스바(310)의 중앙에 배치되어 상기 한쌍의 모듈연결 버스바(310)를 상호 연결하여 모듈연결 버스바(310)가 상호 통전되게 하고 한쌍의 모듈연결 버스바(310)의 타단을 지지하는 역할을 한다. 상기 차단 몸체(320)는 주로 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 모듈연결 버스바(310)보다 상대적으로 더 두껍게 마련될 수 있으며 상면 및 하면에는 각각 연결고리(324)가 마련된다. 그리고 상기 차단 몸체(320)의 양측에는 연결 홈부(321)가 마련되며 상기 연결 홈부(321)에 모듈연결 버스바(310)가 삽입되어 결합될 수 있다. 이러한 구성의 차단 몸체(320)는 전기 전도성이 좋아 통전 효율이 높은 소재로 마련될 수 있으며, 모듈연결 버스바(310)와 동일 재질(예컨대, 구리 등)로 제작될 수도 있다.
상기 차단 몸체(320)의 상부 측에는 이탈 부재(330)가 마련된다. 상기 이탈 부재(330)는 상기 팩 커버(200) 내벽 정확히는, 수용홈(210)에 마련되어 상기 팩 커버(200)의 온도가 상승될 때 이탈되는 부분이다. 즉, 배터리 팩(1)에 어느 하나의 셀이 발화 등으로 트리거 셀이 되거나 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트가 발생되면 벤팅 가스 및 화염으로 인한 열에너지가 축적되어 팩 커버(200)의 온도가 상승되게 되는데 미리 설정된 설계 온도 이상이 되면 이탈 부재(330)는 팩 커버(200)와의 결합 부위에서 국부적인 용융이 진행되고 결국에는 팩 커버(200)로부터 분리 또는 탈리되도록 마련된다. 따라서 이탈 부재(330)의 소재는 플라스틱 소재로 제작될 수 있으나, 팩 커버(200)보다는 상대적으로 용융점이 낮을 수 있는 다른 소재가 채택되어도 무방할 것이다.
상기 차단 몸체(320)의 상부면과 하부면에는 각각 제1 탄성 부재(340)와 제2 탄성 부재(350)가 마련된다. 상기 제1 탄성 부재(340)는 일단이 상기 이탈 부재(330)와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체(320)의 상부와 연결되며, 상기 제2 탄성 부재(350)는 일단이 상기 팩 트레이(100)와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체(320)의 하부에 연결된다.
상기 차단 몸체(320)는 상기 수용 공간 내에서 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성 부재(350)의 탄성력이 서로 간에 평형이 되는 평형 높이에 위치되며, 상기 모듈연결 버스바(310)는 상기 평형 높이일 때 상기 배터리 모듈(10)을 상호 통전할 수 있다. 즉, 도 4에서처럼 배터리 모듈(10)의 상부 전극(11)에 한쌍의 모듈연결 버스바(310)가 접지될 때 평형 높이가 되도록, 제1 탄성부재와 제2 탄성부재의 탄성력이 조절되어 배치된다.
이에 따라, 상기 이탈 부재(330)가 상기 팩 커버(200)로부터 이탈되면 상기 제2 탄성부재의 탄성력으로 상기 차단 몸체(320)가 이동되면서 한쌍의 모듈연결 버스바(310)를 상호 분리시키고 절연시키는 결과가 되어 상기 배터리 모듈(10) 간의 전기적 연결이 차단되게 마련될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 최초 발화한 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트 발생 시 이웃하는 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈(10)의 내부 단락을 사전에 막고 배터리 팩(1) 전체로 연쇄 발화로 이어지는 열폭주(heat propagation)를 미연에 방지할 수 있고 TP(Thermal propagation) 억제를 도모할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10) 간의 연쇄 발화가 방지되어 배터리 팩(1)의 내구성이 증대되고 유지보수 비용이 절감될 수 있다. 또한, 보다 간단한 설비 구성으로, 팩 내부의 화재 발생 시 배터리 모듈(10) 간의 전기적 단락을 사전에 방지할 수 있어 배터리 모듈(10)의 폭발적인 연쇄적 발화를 방지하고 결과적으로 배터리 팩(1) 내부의 폭발적으로 쌓이는 열에너지를 규제하여 배터리 팩(1)의 구조 붕괴를 미연에 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통전 차단부에서 이탈 부재가 탈리된 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 통전 차단부에서 차단 몸체가 모듈연결 버스바로부터 해제된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 실시예에 따른 벤팅 가스가 외부로 용이하게 배출되는 배출 과정을 도 1 내지 도 8를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 어떤 열적 문제가 없는 평상 시에는 배터리 팩(1) 내부에 통전 차단부(300)는 작동되지 않는다. 즉, 도 4에서처럼 차단 몸체(320)는 상기 수용 공간 내에서 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성 부재(350)의 탄성력이 서로 간에 평형이 되는 평형 높이에 위치되며, 상기 모듈연결 버스바(310)는 상기 평형 높이에서 상기 배터리 모듈(10)들은 상호 통전된다.
다음, 배터리 팩(1)에 어느 하나의 셀이 발화 등으로 트리거 셀이 되거나 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트가 발생되면 벤팅 가스 및 내압 상승, 그리고 화염으르 인한 열에너지가 축적되어 팩 커버(200)의 온도가 상승되게 되고 열 전도성이 높은 팩 커버(200)는 쉽게 온도 상승이 전파되게 된다. 그리고 전파된 온도가 설계 온도 이상이 되면 이탈 부재(330)는 팩 커버(200)와의 결합 부위가 국부적으로 용융되어서 도 7에 도시된 것과 같이 팩 커버(200)로부터 분리된다. 도 7에서는 제1 탄성 부재(340)의 탄성력은 상실되고, 제2 탄성 부재(350)의 탄성력은 유지된 상태를 도시하고 있다.
다음, 상기 이탈 부재(330)가 상기 팩 커버(200)로부터 이탈되면 상기 제2 탄성부재의 탄성력으로 상기 차단 몸체(320)가 하방으로 이동된다. 즉, 상기 이탈 부재(330)가 상기 팩 커버(200)로부터 이탈되면 상기 제2 탄성 부재(350)의 탄성력으로 상기 차단 몸체(320)가 이동되면서 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결이 차단된다.
이때, 차단 몸체(320)의 연결 홈부(321)에 결합된 모듈연결 버스바(310)의 결합 강도보다, 제2 탄성 부재(350)의 탄성 복원력이 상대적으로 더 크게 마련되며, 이에 따라 차단 몸체(320)는 모듈연결 버스바(310)와의 결합을 끊고 하방으로 슬라이딩 이동된다. 도 8에서는 연결 홈부(321)의 형태가 유지된 것으로 도시하고 있으나, 차단 몸체(320)가 모듈연결 버스바(310)로부터 이탈되는 과정에서 연결 홈부(321)의 부분적 파손이나 형태 변경이 유발될 수도 있다.
또한 세로 구획벽(120) 내의 내측 함몰홈부(121)가 마련되어 있어 제2 탄성 부재(350)가 수축하더라도 내측 함몰홈부(121) 내에 완전히 수용되고 차단 몸체(320)도 하방 이동될 때 세로 구획벽(120)의 상면에 거의 안착되어 한쌍의 모듈연결 버스바(310)를 완전히 통전 차단 내지는 절연할 수 있게 된다.
이에 따라, 최초 발화한 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트 발생 시 이웃하는 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈(10)의 내부 단락을 사전에 막고 배터리 팩(1) 전체로 연쇄 발화로 이어지는 열폭주(heat propagation)를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10) 간의 연쇄 발화가 방지되어 배터리 팩(1)의 내구성이 증대되고 유지보수 비용이 절감될 수 있다.
또한, 보다 간단한 설비 구성으로, 팩 내부의 화재 발생 시 배터리 모듈(10) 간의 전기적 단락을 사전에 방지할 수 있어 배터리 모듈(10)의 폭발적인 연쇄적 발화를 방지하고 결과적으로 배터리 팩(1) 내부의 폭발적으로 쌓이는 열에너지를 규제하여 배터리 팩(1)의 구조 붕괴를 미연에 방지할 수 있고 TP(Thermal propagation) 억제를 도모할 수 있다.
이어서 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 배터리 모듈(10)의 다른 실시예들에 대해 간략히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단 몸체를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 종단면도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단 몸체가 모듈연결 버스바로부터 분리된 상태를 도시한 도면이다.
이전 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 전술한 실시예와 비교할 때, 차단 몸체(320A)에 추가 구성이 마련된다.
상기 차단 몸체(320A)는, 상면과 저면에 각각 두께 방향 내측으로 라운드진 오목 홈부(322)가 마련될 수 있다. 이는 차단 몸체(320A)의 실질적 두께를 줄여 통전 차단부(300A) 동작 시 보다 유연한 변형을 유도하여 모듈연결 버스바(310A)로부터 차단 몸체(320A)가 쉽게 분리되게 하기 위함이다.
또한, 상기 연결 홈부(321) 내벽은 중심에서 상기 차단 몸체(320A) 양단으로 갈수록 내경이 증가하게 테이퍼 구간(323)이 마련될 수 있다. 상기 모듈연결 버스바(310A)에도 상기 테이퍼 구간(323)에 대응되는 테이퍼면이 마련될 수 있다. 이러한 테이퍼 구간(323)을 통해, 상기 차단 몸체(320A)가 모듈연결 버스바(310A)로부터 이탈되어 하방으로 이동 시 제1 실시예 대비 상대적으로 적은 힘이 들게 하여 보다 용이한 통전 차단 기능이 수행될 수 있게 된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 오목 홈부(322)로 인해 차단 몸체(320)에 휨이 발생하며 테이퍼 구간(323)으로 인해 모듈연결 버스바(310A)로부터 용이하게 이탈될 수 있다.
이로써, 최초 발화한 배터리 모듈(10)에 열적 이벤트 발생 시 이웃하는 다른 배터리 셀 간의 전기적 연결을 미리 차단하여 정상적인 배터리 모듈(10)의 내부 단락을 사전에 막고 배터리 팩(1) 전체로 연쇄 발화로 이어지는 열폭주(heat propagation)를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10) 간의 연쇄 발화가 방지되어 배터리 팩(1)의 내구성이 증대되고 유지보수 비용이 절감될 수 있고 TP(Thermal propagation) 억제를 도모할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10) 간의 연쇄 발화가 방지되어 배터리 팩(1)의 내구성이 증대되고 유지보수 비용이 절감될 수 있다. 또한, 보다 간단한 설비 구성으로, 팩 내부의 화재 발생 시 배터리 모듈(10) 간의 전기적 단락을 사전에 방지할 수 있어 배터리 모듈(10)의 폭발적인 연쇄적 발화를 방지하고 결과적으로 배터리 팩(1) 내부의 폭발적으로 쌓이는 열에너지를 규제하여 배터리 팩(1)의 구조 붕괴를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 미도시 하였으나, 배터리 모듈(10)들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩(1)은 차량 좌석 하부의 차체 프레임 또는 트렁크 공간에 설치될 수 있으며, 차량에 설치시 필요에 따라 배터리 팩의 배치 순서를 뒤집은 상태로 배치할 수도 있다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
1 : 배터리 팩
10: 배터리 모듈
11 : 상부 전극
100 : 팩 트레이
110 : 가로 구획벽
120 : 세로 구획벽
121 : 내측 함몰홈부
200 : 팩 커버
210 : 수용홈
300 : 통전 차단부
310, 310A : 모듈연결 버스바
320, 320A : 차단 몸체
321 : 연결 홈부
322 : 오목 홈부
323 : 테이퍼 구간
330 : 이탈 부재
340 : 제1 탄성 부재
350 : 제2 탄성 부재

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈을 내부에 수용하고 상단이 개방된 형태로 마련된 팩 트레이;
    상기 배터리 모듈이 수용되는 수용 공간이 밀폐되게 상기 팩 트레이의 상부에 배치되는 팩 커버; 및
    상기 팩 트레이와 상기 팩 커버 사이에 배치되어 상기 배터리 모듈을 상호 연결하는 모듈연결 버스바를 통전 및 지지하며, 열적 이벤트 발생 시 상기 모듈연결 버스바의 연결을 상호 분리하여 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결을 차단하는 통전 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통전 차단부는,
    한쌍의 상기 모듈연결 버스바가 연결되는 차단 몸체;
    상기 팩 커버 내벽에 마련되어 열적 이벤트 발생 시 이탈되는 이탈 부재;
    일단이 상기 이탈 부재와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체의 상부와 연결되는 제1 탄성 부재; 및
    일단이 상기 팩 트레이와 연결되고 타단이 상기 차단 몸체의 하부에 연결되는 제2 탄성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단 몸체는 상기 수용 공간 내에서 상기 제1 탄성 부재와 상기 제2 탄성 부재의 탄성력이 서로 간에 평형이 되는 평형 높이에 위치되며,
    상기 평형 높이일 때 상기 모듈연결 버스바가 상기 배터리 모듈을 상호 통전하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이탈 부재는 상기 팩 커버의 온도가 상승될 때 용융되어 상기 팩 커버로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이탈 부재가 상기 팩 커버로부터 이탈되면 상기 제2 탄성 부재가 압축되어 상기 차단 몸체가 이동되면서 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 팩 트레이에는 상기 팩 트레이의 내부를 구획하는 가로 구획벽 및 세로 구획벽이 마련되며,
    상기 가로 구획벽 및 상기 세로 구획벽에는 상기 제2 탄성 부재의 일단이 결합되는 내측 함몰홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이탈 부재는 플라스틱 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 차단 몸체는, 상기 모듈연결 버스바보다 상대적으로 더 두껍게 마련되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차단 몸체의 양측에는 연결 홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 팩 커버 내벽에는 상기 이탈 부재가 수용되는 수용홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차단 몸체는, 상면과 저면에 각각 두께 방향 내측으로 라운드진 오목 홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연결 홈부 내벽은 중심에서 상기 차단 몸체 양단으로 갈수록 내경이 증가하는 테이퍼 구간이 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 12항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
KR1020220134232A 2022-10-18 2022-10-18 통전 차단부를 구비한 배터리 팩 KR20240054010A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220134232A KR20240054010A (ko) 2022-10-18 2022-10-18 통전 차단부를 구비한 배터리 팩
PCT/KR2023/016073 WO2024085611A1 (ko) 2022-10-18 2023-10-17 통전 차단부를 구비한 배터리 팩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220134232A KR20240054010A (ko) 2022-10-18 2022-10-18 통전 차단부를 구비한 배터리 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240054010A true KR20240054010A (ko) 2024-04-25

Family

ID=90738167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220134232A KR20240054010A (ko) 2022-10-18 2022-10-18 통전 차단부를 구비한 배터리 팩

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240054010A (ko)
WO (1) WO2024085611A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046192B1 (ko) * 2007-10-30 2011-07-05 에스케이이노베이션 주식회사 2차 전지용 과충전 안전장치
KR102401970B1 (ko) * 2014-10-30 2022-05-24 현대모비스 주식회사 배터리 과충전 방지장치 및 방법
KR102201342B1 (ko) * 2017-07-06 2021-01-08 주식회사 엘지화학 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20200067587A (ko) * 2018-12-04 2020-06-12 주식회사 엘지화학 전지팩
KR20210009795A (ko) * 2019-07-18 2021-01-27 주식회사 엘지화학 전류 차단 기능이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 디바이스

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024085611A1 (ko) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110574189B (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
KR101307369B1 (ko) 안전성이 향상된 전지팩
EP3512008B1 (en) Battery module, and battery pack and vehicle including the same
KR102065100B1 (ko) 배터리 모듈
CN103931019A (zh) 改善安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组
KR102267846B1 (ko) 분리형 배터리 모듈용 하우징
JP7459260B2 (ja) 取外し可能なヒューズアセンブリーを備えるバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック
KR20160000742A (ko) 배터리 셀 조립체와 이 배터리 셀 조립체의 스웰링 현상을 감지하는 배터리 모듈
KR100904374B1 (ko) 벤팅 지그를 포함하고 있는 전지 카트리지
KR20180129433A (ko) 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
CN111837254B (zh) 包括模块壳体的电池模块、电池组和车辆
KR20180136803A (ko) 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20240054010A (ko) 통전 차단부를 구비한 배터리 팩
JP7387904B2 (ja) バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
CN115777159A (zh) 电池模块、电池组和车辆
JP7101794B2 (ja) 内部プレートを含むバッテリーモジュール
KR20220056028A (ko) 배터리 팩의 에너지 드레인 시스템 및 이를 포함하는 자동차
KR102658636B1 (ko) 리빙 힌지 구조의 배터리 모듈 케이스
KR20240039326A (ko) 구조 붕괴가 방지되는 가변 결합부를 구비한 배터리 팩
EP4325633A1 (en) Battery module, battery pack including such battery module, and energy storage device and vehicle including such battery pack
CN117837006A (zh) 电池组和包括该电池组的车辆
KR20240012286A (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
KR20240012281A (ko) 배터리 팩과 이에 포함되는 셀 블록 및 이를 포함하는 자동차
KR20240018889A (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20230170562A (ko) 배터리 팩, 이를 포함하는 자동차, 배터리 팩 설비 및 이를 이용한 배터리 팩 제조 방법과 분해 방법