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KR20210120700A - 배터리 팩 및 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 팩 및 전력 저장 장치 Download PDF

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KR20210120700A
KR20210120700A KR1020200037746A KR20200037746A KR20210120700A KR 20210120700 A KR20210120700 A KR 20210120700A KR 1020200037746 A KR1020200037746 A KR 1020200037746A KR 20200037746 A KR20200037746 A KR 20200037746A KR 20210120700 A KR20210120700 A KR 20210120700A
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South Korea
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battery
unit
pack
battery pack
energy
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Application number
KR1020200037746A
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English (en)
Inventor
이진규
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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Priority to US17/771,588 priority patent/US11862821B2/en
Priority to EP21776999.1A priority patent/EP4050752A4/en
Priority to AU2021243762A priority patent/AU2021243762A1/en
Priority to CN202180011245.2A priority patent/CN115023874A/zh
Priority to JP2022531579A priority patent/JP7405980B2/ja
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 외관을 형성하는 팩 케이스, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈, 복수 개의 배터리 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 단열부재 및 단열부재와 이격되고, 어느 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 적어도 하나의 배터리 모듈의 열 폭주 시 어느 하나의 배터리 모듈을 외부 단락시키는 에너지 드레인 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 전력 저장 장치{BATTERY PACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이나 배터리 랙은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 이러한 배터리 팩이나 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하는 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.
종래, 배터리 팩의 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 내에서 화재가 시작되는 경우, 신속한 화재 진압이 어려운 문제가 있다. 배터리 모듈 내에서 화재가 신속히 진압되지 않거나 불이 번지는 시간이 지연되지 않을 경우, 주변 배터리 모듈들로의 화재 전이가 빨라지는 문제가 있다.
이에 따라, 화재 상황 발생 시 보다 신속한 조기 진압이 필요하며, 특히, 화재가 일어나기 전 미리 위험을 감지하여 사고를 미연에 방지하는 대책이 필요하다. 이를 위해서는 배터리 팩 내의 배터리 모듈 단위에서의 화재 진압 및 화재 확산 방지가 필요하다.
그러므로, 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주에 따른 열 전파나 열 전이를 억제할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주에 따른 열 전파나 열 전이를 억제할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩에 있어서, 외관을 형성하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 단열부재; 및 상기 적어도 하나의 단열부재와 이격되고, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 열 폭주 시 상기 어느 하나의 배터리 모듈을 외부 단락시키는 에너지 드레인 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 에너지 드레인 유닛은, 상기 어느 하나의 배터리 모듈의 배터리 셀과 연결되어 온오프 동작 가능하게 마련되는 릴레이 유닛; 및 상기 릴레이 유닛과 연결되며, 상기 팩 케이스 외부에 마련되는 저항 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 에너지 드레인 유닛은, 상기 팩 케이스 외부에 구비되며, 상기 릴레이 유닛과 상기 저항 유닛을 수용하는 드레인 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 열 폭주 시, 상기 릴레이 유닛의 스위치가 온되며, 상기 어느 하나의 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀의 저장 에너지는, 상기 저항 유닛을 통해 열 에너지로 변환될 수 있다.
상기 저항 유닛은, 상기 에너지 드레인 유닛 외부의 냉각 장치와 연결되며, 상기 냉각 장치로부터 공급되는 냉각제가 채워질 수 있다.
상기 저항 유닛은, 상기 냉각 장치로부터 상기 냉각제를 공급받기 위한 공급 파이프; 및 상기 공급 파이프와 이격되며, 상기 냉각제를 상기 냉각 장치로 내보내기 위한 배출 파이프;를 포함할 수 있다.
상기 저항 유닛은, 내부에 절연유가 채워질 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈은, 적어도 세 개로 구비되며, 각각 복수 개의 배터리 셀을 포함하며, 상기 적어도 세 개의 배터리 모듈은, 상기 복수 개의 배터리 셀의 적층 방향을 따라 상호 적층될 수 있다.
상기 에너지 드레인 유닛은, 상기 적어도 세 개의 배터리 모듈 중 가운데 배치되는 배터리 모듈과 연결될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주에 따른 열 전파나 열 전이를 억제할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 단열부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 단열부재의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 에너지 드레인 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈의 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 에너지 드레인 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 에너지 드레인 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 에너지원으로서, 전력 저장 장치나 자동차, 기타 다른 기구나 장치 등에 구비될 수 있다. 상기 배터리 팩(1)은 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련되어, 상기 전력 저장 장치나 자동차 등에 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(1)이 상기 전력 저장 장치에 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 포함되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 팩(1)은, 팩 케이스(10), 배터리 모듈(30, 40, 50), 단열부재(70) 및 에너지 드레인 유닛(100)을 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(10)는, 상기 배터리 팩(1)의 외관을 형성할 수 있다. 이러한 상기 팩 케이스(10)는, 후술하는 배터리 모듈(30, 40, 50) 및 단열부재(70)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 케이스(10)에는 상기 배터리 모듈(30, 40, 50) 및 단열부재(70)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 배터리 모듈(30, 40, 50)은, 상기 팩 케이스(10) 내에 구비되며, 이차 전지로 마련되는 적어도 하나의 배터리 셀(35, 34, 55)을 포함할 수 있다. 이러한 상기 배터리 모듈(30, 40, 50)은, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50)은, 적어도 세 개로 구비될 수 있으며, 각각, 복수 개의 배터리 셀(35, 45, 55)을 포함할 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(35, 45, 55)의 적층 방향을 따라, 상호 적층될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50)은, 제1 배터리 모듈(30), 제2 배터리 모듈(40) 및 제3 배터리 모듈(50)을 포함할 수 있다.
상기 제1 배터리 모듈(30)은, 상기 팩 케이스(10) 내부 일측에 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 배터리 모듈(30)은, 상기 팩 케이스(10)에서, 상기 팩 케이스(10) 내부 좌측에 마련될 수 있다.
이러한 상기 제1 배터리 모듈(30)은, 복수 개의 배터리 셀(35)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(35)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(35)이 파우치형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 제2 배터리 모듈(40)은, 상기 팩 케이스(10) 내부에 구비되며, 상기 제1 배터리 모듈(30)과 후술하는 제3 배터리 모듈(50) 사이에 마련될 수 있다. 상기 제2 배터리 모듈(40)은, 후술하는 에너지 드레인 유닛(100)과 연결될 수 있다.
이러한 상기 제2 배터리 모듈(40)은, 복수 개의 배터리 셀(45)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(45)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(45)이 파우치형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(45)은, 후술하는 에너지 드레인 유닛(100)과 연결될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(45)과 연결되는 에너지 드레인 유닛(100)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 구체적으로 설명한다.
상기 제3 배터리 모듈(50)은, 상기 팩 케이스(10) 내부 일측에 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제3 배터리 모듈(50)은, 상기 팩 케이스(10)에서, 상기 팩 케이스(10) 내부 우측에 마련될 수 있다. 상기 제3 배터리 모듈(50)은, 상기 제2 배터리 모듈(40)을 사이에 두고, 상기 제1 배터리 모듈(30)과 대향 배치될 수 있다.
이러한 상기 제3 배터리 모듈(50)은, 복수 개의 배터리 셀(55)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(55)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(55)이 파우치형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 단열부재(70)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 사이에 구비될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 상기 단열부재(70)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 2는 도 1의 단열부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 단열부재의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 단열부재(70)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(30, 40, 50) 사이 사이에 구비될 수 있게 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 단열부재(70)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(30, 40, 50) 중 적어도 하나의 배터리 모듈에서의 이상 상황에 따른 고온 발생 시 인접하는 배터리 모듈 측으로의 열 전달을 지연시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 복수 개의 단열부재(70)는, 낮은 열 전도도를 갖는 물질로 구비될 수 있다. 도 3을 참조하면, 각각의 단열부재(80)는, 복수 개의 단열층의 집합체로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 단열부재들(70, 80)은, 인접한 배터리 모듈(30, 40, 50) 측으로의 열 전달을 최대한 지연시킬 수 있는 단일의 부재나 복수 개의 층간 구조로 마련될 수 있다.
상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 적어도 하나의 단열부재(70)와 이격되고, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 어느 하나의 배터리 모듈(40)과 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(30, 40, 50)의 열 폭주 시 상기 어느 하나의 배터리 모듈(40)을 외부 단락시킬 수 있다.
상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 적어도 세 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 가운데 배치되는 배터리 모듈(40)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 제1 배터리 모듈(30) 내지 제3 배터리 모듈(40) 중 상기 제2 배터리 모듈(40)과 연결될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 상기 에너지 드레인 유닛(100)에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 4는 도 1의 에너지 드레인 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50)의 배터리 셀들(35, 45, 55)의 이상 상황에 따른 고온 발생 시 열 폭주 및 이에 따른 열 전파나 열 전이에 따른 폭발 등의 위험을 보다 더 신속하게 방지할 수 있도록, 이러한 이상 상황 시 특정 배터리 모듈(40)을 외부 단락시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 복수 개의 배터리 모듈들(30, 40, 50) 중 어느 하나의 배터리 모듈(30, 40, 50)의 이상 상황에 따른 열 폭주 상황 발생 시, 열 폭주(Thermal Runaway)가 발생한 배터리 모듈(30, 40, 50)과 인접한 배터리 모듈(30, 40, 50) 측으로의 열 전이(Thermal Propagation)를 효과적으로 방지할 수 있게 특정 배터리 모듈(40)을 외부 단락시킬 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 에너지 드레인 유닛(100)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
이러한 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 드레인 케이스(110), 릴레이 유닛(130) 및 저항 유닛(150)을 포함할 수 있다.
상기 드레인 케이스(110)는, 상기 팩 케이스(10) 외부에 구비되며, 상기 릴레이 유닛(130)과 상기 저항 유닛(150)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 드레인 케이스(110)에는 상기 릴레이 유닛(130)과 상기 저항 유닛(150)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다. 한편, 상기 드레인 케이스(110)는, 상기 팩 케이스(10)와 분리 가능하게 탈부착 가능하게 마련되는 것도 가능할 수 있다.
상기 릴레이 유닛(130)은, 상기 드레인 케이스(110) 내에 구비되며, 상기 어느 하나의 배터리 모듈(40), 즉, 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀(45)과 연결되어 온오프(On/Off) 동작 가능하게 마련될 수 있다. 상기 릴레이 유닛(130)의 온오프 동작은, 전자식 또는 기계식 구조로 마련될 수 있으며, 제어 유닛 등과 연결되어 동작하거나 또는 기 설정된 온도 이상에서 동작하도록 구비될 수 있다.
상기 저항 유닛(150)은, 상기 릴레이 유닛(130)과 연결되며, 상기 팩 케이스(10) 외부에 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 저항 유닛(150)은, 상기 릴레이 유닛(130)과 같이, 상기 드레인 케이스(110) 내에 구비될 수 있다.
이러한 상기 저항 유닛(150)은, 상기 릴레이 유닛(130)과 상기 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀(45)과 연결되는 저항체를 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(30, 40, 50)의 열 폭주 시, 상기 릴레이 유닛(130)의 스위치가 온(On)되며, 상기 어느 하나의 배터리 모듈(40)의 적어도 하나의 배터리 셀(45)의 저장 에너지는, 상기 저항 유닛(150)의 저항체를 통해 열 에너지로 변환될 수 있다.
상기 저항 유닛(150)은, 상기 저항체의 냉각을 위해, 냉각 장치(200)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 저항 유닛(150)은, 상기 에너지 드레인 유닛(100) 외부의 냉각 장치(200)와 연결되며, 상기 저항 유닛(150)의 내부에는 상기 냉각 장치(200)로부터 공급되는 냉각제(C)가 채워질 수 있다. 여기서, 상기 냉각제(C)는, 절연성 물질로 구비될 수 있다.
이러한 상기 저항 유닛(150)은, 유닛 바디(152), 공급 파이프(154) 및 배출 파이프(156)를 포함할 수 있다.
상기 유닛 바디(152)는, 상기 저항체를 구비되며, 상기 냉각제(C)가 내부에 채워질 수 있다. 이러한 상기 유닛 바디(152)는, 상기 드레이 케이스(110) 내에 구비되며, 상기 릴레이 유닛(130)과 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 공급 파이프(154)는, 상기 냉각 장치(200)로부터 상기 냉각제(C)를 공급받기 위한 것으로서, 상기 유닛 바디(152)의 일측에 구비되며, 상기 냉각 장치(200)와 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 공급 파이프(154)는, 상기 냉각 장치(200)로부터 상기 냉각제(C)를 공급 받아 상기 유닛 바디(152) 내부로 안내할 수 있다.
상기 배출 파이프(156)는, 상기 냉각제(C)를 상기 냉각 장치(200)로 내보내기 위한 것으로서, 상기 유닛 바디(152)의 일측에서, 상기 공급 파이프(154)와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 냉각 장치(200)와 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 배출 파이프(156)는, 상기 유닛 바디(152) 내부의 냉각제(C)를 상기 냉각 장치(200) 측으로의 배출을 안내할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)의 배터리 셀(35, 45, 55)에서, 과열 등에 따른 열 폭주와 같은 이상 상황 발생 시 상기 에너지 드레인 유닛(100)을 통한 열 폭주 방지 매커니즘에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈의 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 에너지 드레인 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 팩(1)에서, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 상기 에너지 드레인 유닛(100)과 연결되지 않은 배터리 모듈(30, 50)에서, 이상 상황에 따른 과열이나 열 폭주 상황이 발생할 수 있다. 예로써, 상기 제1 내지 제3 배터리 모듈(30, 40, 50) 중 상기 제1 배터리 모듈(30)의 배터리 셀(35)에서 이상 상황에 따른 과열이나 열 폭주 상황이 발생할 수 있다.
이 경우, 상기 단열부재(70)는, 인접한 배터리 모듈(40) 측으로의 열 전달을 우선적으로 차단할 수 있다. 아울러, 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 이상 상황 발생 시, 소정 온도 이상 또는 제어 유닛 등을 통해 상기 릴레이 유닛(130)의 스위치가 닫힐 수 있다.
이에 따라, 상기 에너지 드레인 유닛(100)과 연결된 상기 배터리 모듈(40), 즉, 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀들(45)이 상기 에너지 드레인 유닛(100)을 통해 외부 단락될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀들(45)의 저장 에너지는, 상기 에너지 드레인 유닛(100)의 저항 유닛(150)을 통해 열 에너지로 변환될 수 있다.
여기서, 상기 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀들(40)의 에너지는 대략적으로 SOC(State Of Charge) 30% 이하로 감소될 수 있으며, 이러한 상기 에너지 드레인 유닛(100)과 연결된 상기 제2 배터리 모듈(40)의 SOC 감소에 따라, 상기 배터리 모듈들(30, 40, 50) 간의 열 전이를 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 팩(1)에서, 상기 에너지 드레인 유닛(100)과 연결된 상기 배터리 모듈(40)에서 이상 상황에 따른 과열이나 열 폭주 상황이 발생할 경우, 상기 에너지 드레인 유닛(100)은, 상기 이상 상황 발생 시, 소정 온도 이상 또는 제어 유닛 등을 통해 상기 릴레이 유닛(130)의 스위치가 닫힐 수 있다.
마찬가지로, 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀들(45)이 상기 에너지 드레인 유닛(100)을 통해 외부 단락될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 배터리 모듈(40)의 배터리 셀들(45)의 저장 에너지는, 상기 에너지 드레인 유닛(100)의 저항 유닛(150)을 통해 열 에너지로 변환될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 배터리 모듈(40)에서 상기 제1 배터리 모듈(30)이나 상기 제3 배터리 모듈(50) 측으로 전달될 수 있는 열 에너지 수준을 급격히 낮춰 인접한 배터리 모듈들(30, 50) 측으로의 열 전이를 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, 상기 단열부재들(70)을 통해서도 열 전달을 지연시킬 수 있음은 물론이다.
한편, 이러한 상기 에너지 드레인 유닛(100)의 동작 시, 상기 저항 유닛(150)의 상기 공급 파이프(154) 및 상기 배출 파이프(156)는, 상기 냉각 장치(200)로부터 상기 냉각제(C)의 상기 유닛 바디(152) 측으로의 공급 및 상기 상기 유닛 바디(152) 외부로의 배출을 가이드 하여, 상기 유닛 바디(152) 내부에서 상기 냉각제(C)의 원활한 순환을 도모할 수 있다. 이에 따라, 상기 저항 유닛(150)은, 보다 더 안전성을 유지하면서 상기 배터리 셀들(45)의 저장 에너지를 열 에너지로 효과적으로 변환할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 에너지 드레인 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(1)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 배터리 팩(2)은, 상기 팩 케이스(10), 상기 배터리 모듈(30, 40, 50), 상기 단열부재(70) 및 에너지 드레인 유닛(300)을 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(10), 상기 배터리 모듈(30, 40, 50) 및 상기 단열부재(70)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 에너지 드레인 유닛(300)은, 드레인 케이스(310), 릴레이 유닛(330) 및 저항 유닛(350)을 포함할 수 있다.
상기 드레인 케이스(310) 및 상기 릴레이 유닛(330)은, 앞선 실시예의 상기 드레인 케이스(110) 및 상기 릴레이 유닛(130)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 저항 유닛(350)은, 저항체를 구비하며, 내부에 절연유(355)가 채워질 수 있다. 상기 절연유(355)는, 상기 저항 유닛(350) 내에서 상기 저항체를 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(2)의 경우, 상기 에너지 드레인 유닛(300)의 상기 저항 유닛(350) 내에 상기 절연유(355)가 채워지므로, 별도의 냉각 장치(200)와의 추가적인 연결 없이도 상기 저항 유닛(350)을 보다 더 간편하게 냉각시킬 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 상기 복수 개의 배터리 모듈(30, 40, 50)의 상기 배터리 셀(35, 45, 55)의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주에 따른 열 전파나 열 전이를 억제할 수 있는 배터리 팩(1, 2) 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩
2: 배터리 팩
10: 팩 케이스
30: 배터리 모듈
35: 배터리 셀
40: 배터리 모듈
45: 배터리 셀
50: 배터리 모듈
55: 배터리 셀
70: 단열부재
80: 단열부재
100: 에너지 드레인 유닛
110: 드레인 케이스
130: 릴레이 유닛
150: 저항 유닛
152: 유닛 바디
154: 공급 파이프
156: 배출 파이프
200: 냉각 장치
300: 에너지 드레인 유닛
310: 드레인 케이스
330: 릴레이 유닛
350: 저항 유닛
352: 유닛 바디
355: 절연유

Claims (10)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    외관을 형성하는 팩 케이스;
    상기 팩 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 단열부재; 및
    상기 적어도 하나의 단열부재와 이격되고, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈과 연결되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 열 폭주 시 상기 어느 하나의 배터리 모듈을 외부 단락시키는 에너지 드레인 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 드레인 유닛은,
    상기 어느 하나의 배터리 모듈의 배터리 셀과 연결되어 온오프 동작 가능하게 마련되는 릴레이 유닛; 및
    상기 릴레이 유닛과 연결되며, 상기 팩 케이스 외부에 마련되는 저항 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 드레인 유닛은,
    상기 팩 케이스 외부에 구비되며, 상기 릴레이 유닛과 상기 저항 유닛을 수용하는 드레인 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 열 폭주 시, 상기 릴레이 유닛의 스위치가 온되며, 상기 어느 하나의 배터리 모듈의 적어도 하나의 배터리 셀의 저장 에너지는, 상기 저항 유닛을 통해 열 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 저항 유닛은,
    상기 에너지 드레인 유닛 외부의 냉각 장치와 연결되며, 상기 냉각 장치로부터 공급되는 냉각제가 채워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저항 유닛은,
    상기 냉각 장치로부터 상기 냉각제를 공급받기 위한 공급 파이프; 및
    상기 공급 파이프와 이격되며, 상기 냉각제를 상기 냉각 장치로 내보내기 위한 배출 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 저항 유닛은,
    내부에 절연유가 채워지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈은,
    적어도 세 개로 구비되며, 각각 복수 개의 배터리 셀을 포함하며,
    상기 적어도 세 개의 배터리 모듈은,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 적층 방향을 따라 상호 적층되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 드레인 유닛은,
    상기 적어도 세 개의 배터리 모듈 중 가운데 배치되는 배터리 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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