KR20180039986A

KR20180039986A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20180039986A
Application number: KR1020160131473A
Authority: KR
Inventors: 김화중; 김도현; 성준엽; 유성천; 최용준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: KR102142087B1

Abstract

배터리 팩 내부의 이차 전지에서 발생한 벤팅 가스가 배터리 팩 외부로 누출되는 경우 즉각적으로 감지해 낼 수 있는 배터리 팩을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 팩 커버 안에 배터리 모듈을 수용하여 조립한 배터리 팩으로서, 상기 배터리 모듈에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 상기 배터리 팩 외부로 배출시키기 위한 벤팅부를 상기 팩 커버에 포함하고, 상기 팩 커버의 외부에서 상기 벤팅부에 벤팅 밸브가 결합이 되며, 상기 벤팅 가스와의 반응으로 색상이 변화하는 지시물질을 포함하는 식별부를 상기 팩 커버 내부 상기 벤팅 가스 이동경로 상의 상기 벤팅부 주변에 설치한 것이다.

Description

배터리 팩{Battery pack}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 포함되어 있는 이차 전지 내부에서 가스가 발생하였는지를 쉽게 파악할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고 그 유동을 방지하며 적층이 용이하도록 하기 위해 프레임을 이용하는 경우가 많고, 별도의 팩 커버 등을 마련하여 배터리 팩을 조립하기도 한다.

파우치형 이차 전지는 충 방전을 반복하면서 언제든지 사용 중에 내부로부터 가스가 발생할 수 있으며, 이를 벤팅 가스(venting gas)라고 한다. 그런데 벤팅 가스는 인체에 유해한 성분을 포함할 수 있고, 벤팅 가스가 함부로 배출되면 배터리 팩 사용자가 흡입할 수 있다. 특히, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 많은 이차 전지가 포함된 중대형 배터리 팩이 장착되므로 이차 전지로부터 벤팅 가스가 발생될 가능성이 많아 이러한 자동차용 배터리 팩에서 벤팅 가스가 배출되어 공랭 덕트(air duct)로 유입이라도 되면, 자동차 운전자가 유해 가스를 흡입하여 인체에 해를 입는 것은 물론, 운전 중 유해 가스로 인해 운전 능력이 감소되어 사고를 당할 위험성도 있다.

그러므로 벤팅 가스의 관리가 상당히 중요하다. 하지만, 기존 배터리 팩들은 배터리 팩 내부에 있는 이차 전지에서 벤팅 가스가 배출될 경우, 배출 상황을 즉각적으로 알 수가 없고, 가스 농도를 센싱해야 검출 가능한 한계가 있다. 가스 농도 센서를 구비하지 않은 배터리 팩은 배터리 팩을 분해하기 전까지는 이차 전지에서 벤팅 가스가 배출되었는지 알 방법이 없다.

장기적으로 배터리 팩의 기능 저하를 통하여 벤팅 가스 발생 등 이상 유무를 확인할 수 있겠지만 이러한 방식은 배터리 팩 사용자의 위험성을 높인다는 문제가 있다. 때문에 벤팅 가스 배출 여부를 즉각적으로 쉽게 알아낼 수 있는 구조가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩 내부의 이차 전지에서 발생한 벤팅 가스가 배터리 팩 외부로 누출되는 경우 즉각적으로 감지해 낼 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.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 팩은 팩 커버 안에 배터리 모듈을 수용하여 조립한 배터리 팩으로서, 상기 배터리 모듈에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 상기 배터리 팩 외부로 배출시키기 위한 벤팅부를 상기 팩 커버에 포함하고, 상기 팩 커버의 외부에서 상기 벤팅부에 벤팅 밸브가 결합이 되며, 상기 벤팅 가스와의 반응으로 색상이 변화하는 지시물질을 포함하는 식별부를 상기 팩 커버 내부 상기 벤팅 가스 이동경로 상의 상기 벤팅부 주변에 설치한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 식별부는 상기 벤팅부를 통해 상기 배터리 팩 내부의 가스는 배출되고 상기 배터리 팩 내부의 수분은 배출되지 않도록 상기 벤팅부를 상기 팩 커버 안쪽에서 막는 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인에 상기 지시물질이 도포되어 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 식별부는 상기 팩 커버 안쪽에 부착되는 pH 시험지, 상기 팩 커버의 외부에서 상기 pH 시험지의 색상 확인이 가능하도록 상기 팩 커버에 마련된 창, 상기 창을 덮는 투명 부재를 포함한다.

이 때, 상기 창은 상기 벤팅부 상부에 마련되어 있을 수 있다. 상기 투명 부재는 상기 팩 커버 안쪽에 인서트 사출로 형성되어 있을 수 있다. 상기 pH 시험지는 상기 투명 부재를 덮으면서 접착물질로 상기 팩 커버 안쪽에 부착되어 있을 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리 팩 내부의 이차 전지에서 발생된 벤팅 가스가 배터리 팩 외부로 배출되는 경우 육안으로 식별이 가능하다. 이차 전지에서 배출되는 벤팅 가스의 주 성분이 산성을 띄고 있다는 점에 착안하여 벤팅 가스의 배출 여부를 알 수 있게 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 벤팅 가스가 새어 나오면 내부압 증가로 인해 가스 분자들이 멤브레인과 벤팅부를 통해 벤팅 밸브 쪽으로 빠져 나가게 된다. 이러한 가스 이동경로 상에 위치하는 멤브레인에 지시물질을 도포하므로 멤브레인이 민감하게 색상이 바뀔 수 있다. 벤팅 밸브를 뽑으면 벤팅부 안쪽에 마련된 멤브레인의 색상 변화를 즉각 확인할 수 있으므로, 이를 통해 벤팅 가스 배출 여부를 쉽게 확인할 수 있다.

따라서, 정비시 배터리 팩의 벤팅 가스 배출 여부와 관계된 이상 유무를 손쉽게 파악할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 식별이 간편한 pH 시험지를 배터리 팩 내부에 부착시킨 후, 팩 커버 외부에서 창을 통해 육안으로 확인할 수 있게 하여 배터리 팩 내부의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있게 해준다. 기계적 강도가 충분한 곳에 구조를 구현하므로 강성 문제가 없다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 이차 전지로부터 벤팅 가스가 발생하더라도 발생된 벤팅 가스의 배터리 팩 외부로의 배출 여부가 즉각적으로 쉽게 검지될 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 팩에 포함되는 하부 팩 커버로서 벤팅부를 포함하는 하부 팩 커버의 사시도이다.
도 2는 도 1의 하부 팩 커버에 배터리 모듈이 안착된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 하부 팩 커버에 상부 팩 커버를 결합하여 조립한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부 팩 커버의 벤팅부에 벤팅 밸브를 결합하여 제조한 배터리 팩의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 가스 이동경로를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 외부에서 보이는 식별부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 설치된 식별부를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 하부 팩 커버의 상면도이다.
도 9는 도 8의 A 부분 확대도이다.
도 10은 도 9의 B-B 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 외부에서 보이는 식별부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 식별부를 상세히 설명하기 위해 배터리 팩 내부에서 바라 본 사시도들이다.

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 아니되며, 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 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 하부 팩 커버로서 벤팅부를 포함하는 하부 팩 커버의 사시도이다. 도 2는 도 1의 하부 팩 커버에 배터리 모듈이 안착된 상태를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2의 하부 팩 커버에 상부 팩 커버를 결합하여 조립한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3의 하부 팩 커버의 벤팅부에 벤팅 밸브를 결합하여 제조한 배터리 팩의 사시도이다.

먼저 도 1을 참조하면 하부 팩 커버(10)는 내부에 배터리 모듈을 수용할 수 있는 공간이 마련된, 대략 상자 형상의 케이스이다. 즉, 하부 팩 커버(10)는 대략 직사각형의 바닥면(11)과 그 바닥면(11)의 네 변으로부터 상방으로 기립되어 있는 전, 후, 좌, 우 측벽들(12a~12d)을 포함한다. 하부 팩 커버(10)에는, 배터리 모듈에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 배터리 팩 외부로 배출시키기 위한 벤팅부(15)가 형성되어 있다. 벤팅부(15)는 하부 팩 커버(10)의 측벽들 중 어느 하나에 형성되어 있다. 예를 들어 벤팅부(15)는 하부 팩 커버(10)의 전면 측벽(12a)에 형성되어 있다.

배터리 팩 제조시, 도 2와 같이 하부 팩 커버(10) 내부에, 이를테면 바닥면(11)에 배터리 모듈(20)을 안착시킨다.

다음, 도 3을 참조하여, 하부 팩 커버(10) 상에 상부 팩 커버(30)를 결합하여 조립한다. 상부 팩 커버(30)는 배터리 모듈(20)을 덮어 외부와 차단할 수 있는 대략 뚜껑으로 볼 수 있는 케이스이다. 즉, 상부 팩 커버(30)도 대략 직사각형의 바닥면(31)과 그 바닥면(31)의 네 변으로부터 하방으로 기립되어 있는 전, 후, 좌, 우 측벽들(32a~32d)을 포함한다. 하부 팩 커버(10)와 상부 팩 커버(30)는 그 측벽들(12a~12d, 32a~32d)끼리 맞대어지고 볼트(35)와 같은 체결 수단을 통해 서로 결합이 된다.

마지막으로 도 4를 참조하면, 벤팅부(15)에 벤팅 밸브(40)를 결합하여 배터리 팩(50)이 완성된다. 하부 팩 커버(10) 상에 상부 팩 커버(30)를 결합하기 전에 미리 벤팅부(15)에 벤팅 밸브(40)가 결합되어 있을 수도 있다.

이와 같이, 배터리 팩(50)은 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10)에 상부 팩 커버(30)로 이루어짐) 안에 배터리 모듈(20)을 수용하여 조립한 것이며, 배터리 모듈(20)에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 배터리 팩(50) 외부로 배출시키기 위한 벤팅부(15)를 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10))에 포함하고, 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10))의 외부에서 벤팅부(15)에 벤팅 밸브(40)가 결합이 되어 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 벤팅 가스 이동경로를 예시한 도면으로서 편의상 상부 팩 커버(30)는 생략하고 도시하였다.

배터리 모듈(20)에 포함된 이차 전지, 예를 들어 파우치형 이차 전지는 충 방전을 반복하면서 언제든지 사용 중에 내부로부터 벤팅 가스가 발생할 수 있고, 이 벤팅 가스는 도 5에 점선 화살표로 도시한 바와 같이 배터리 팩(50) 내부에서 하부 팩 커버(10)의 측벽들(12a~12d)을 따라 이동하여 벤팅부(15)를 통해 배터리 팩(50) 외부로 배출된다. 벤팅부(15)에 결합되어 있는 벤팅 밸브(40)는 평상시에는 벤팅부(15)를 막고 있다가 벤팅 가스가 이차 전지로부터 새어 나와 배터리 팩(50) 내부 압력이 최고 기준치 이상으로 상승하면 열리면서 배터리 팩(50) 외부로 벤팅 가스를 배출한다. 자동차용 배터리 팩의 경우, 배출된 벤팅 가스는 별도의 정화 장치를 거쳐 배기되는 등 자동차 운전자에게 직접적으로 영향을 주지 않도록 소정 처리를 거칠 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 외부에서 보이는 식별부를 설명하기 위한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 설치된 식별부를 보여주는 사시도이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 배터리 팩(50)은 벤팅 가스와의 반응으로 색상이 변화하는 지시물질을 포함하는 식별부(60)를 포함한다. 식별부(60)는 도 5를 참조하여 설명한, 팩 커버 내부 벤팅 가스 이동경로 상의 벤팅부(15) 주변에 설치하도록 한다. 특히 본 실시예에서, 식별부(60)는 지시물질이 도포되어 있는 멤브레인(62)이다. 멤브레인(62)은 벤팅부(15)를 통해 배터리 팩(50) 내부의 가스는 배출되고 배터리 팩(50) 내부의 수분은 배출되지 않도록 벤팅부(15)를 배터리 팩(50) 안쪽에서, 본 실시예에서는 하부 팩 커버(10) 안쪽에서 막는다. 특히 본 실시예에서 멤브레인(62)은 하부 팩 커버(10)의 전면 측벽(12a) 안쪽에 벤팅부(15)의 위치에 대응되는 위치에 형성된다. 가스에 대해서는 투과성이지만 수분에 대해서는 비투과성이므로 반투과성이라고도 할 수 있다. 재질은 폴리(카르보닐-에틸렌)일 수 있다. 색상은 투명하거나 흰색일 수 있다. 시판되는 반투과성 필름인 Schreiner사의 PCE20-108을 사용할 수 있다. 자동차용 배터리 팩의 경우, 배터리 팩의 수분이 함부로 배출되면 차량 부품에 심각한 손상을 입히게 되므로 수분 관리가 필요하다. 멤브레인(62)은 배터리 팩(50)의 수분이 외부로 배출되는 것을 방지하므로 차량 부품 손상을 방지하는 효과가 있다. 이러한 멤브레인(62)에 벤팅 가스와의 반응으로 색상이 변화하는 지시물질을 도포하여 식별부(60)로서 포함시킨다. 도포 방법은, 분무, 프린팅, 인쇄, 붓질, 드롭핑 등일 수 있다.

이차 전지에서 배출되는 벤팅 가스의 주 성분은 산성을 띄고 있다. 따라서, 지시물질은 산도(pH 농도)에 반응하여 변색되는 물질임이 바람직하다. 예를 들어 지시물질은 리트머스이다. 이것을 용액 형태로 만들어 멤브레인(62)에 도포할 수 있다. 리트머스는 여러 가지 지의류, 특히 Roccella tinctoria에서 얻은 청자색 색소이다. 산에 의해 붉은색으로, 알칼리에 의해 푸른색이 되기 때문에 pH 4.5~8.3 범위에서 지시약으로 사용한다. 석고가루에 포함시켜서 굳히고 고형화하여 시판하고 있다. 물, 알코올 등에 녹는다. 리트머스 용액은 리트머스과립 100g을 분쇄하여 40% 에탄올 200mL에서 용해시키고 1~2분 동안 끓인 후 상청액을 원심분리하여 40% 에탄올 첨가 후 400mL로 하여 용액이 보라색이 될 때까지 1N HCl을 떨어뜨려 제조한 것일 수 있다. 이러한 리트머스 용액을 멤브레인(62)에 분무하여 도포하여 식별부(60)로 사용할 수 있다.

이러한 실시예에서 벤팅 가스가 새어 나오면 배터리 팩(50) 내부압 증가로 인해 가스 분자들이 멤브레인(62)과 벤팅부(15)를 통해 벤팅 밸브(40) 쪽으로 빠져 나가게 된다. 멤브레인(62)은 이러한 벤팅 가스 이동경로 상에 위치하고 있으므로, 배터리 팩(50) 내부 이차 전지의 벤팅 가스가 멤브레인(62)에 반드시 도달하기 때문에 벤팅 가스는 지시물질과 반응하여 멤브레인(62)을 변색시킨다. 리튬 이온 이차 전지의 경우 통상 에틸렌 카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 비수성 유기 용매에 리튬염과 여러 가지 기능성 첨가제를 넣어 형성한 전해액을 사용한다. 리튬염 물질이나 불순물 가운데 불소 성분이 있고, 사용되는 이차 전지의 전해액 내에서 불소는 대개 활물질층 피막을 형성하거나 불화 리튬 형태로 존재하지만 미량의 불산 형태로 존재하기도 한다. 벤팅 가스는 이러한 불산을 포함할 수 있고, 그러한 경우 멤브레인(62)의 변색에 의해 인식될 수 있다. 특히, 벤팅 가스가 새어나오면서 전해액도 함께 누출되는 경우, 배터리 팩(50) 내부의 수분 접촉에 의해 LiPF, LiBF 등의 전해염의 분해가 이루어지면서 불산의 농도가 증가하면 pH값 7 이하 가령, pH값 5 정도의 산성을 띌 수 있다. 따라서 멤브레인(62)에 도포된 리트머스와 같은 지시물질은 산을 지시하는 색상인 붉은색을 나타낼 수 있고 투명하거나 흰색일 수 있는 멤브레인(62)이 민감하게 색상이 바뀔 수 있다.

벤팅 밸브(40)를 뽑으면 벤팅부(15) 안쪽에 마련된 멤브레인(62)의 색상을 배터리 팩(50) 외부에서 확인할 수 있다. 예컨대 처음에는 투명이었지만 붉은색으로 변화가 되었다고 하면 색상 변화는 즉각 감지되고, 이를 통해 벤팅 가스 배출 여부를 쉽게 확인할 수 있다. 따라서, 가스 농도 센서를 구비하지 않아도, 배터리 팩(50)을 분해할 필요 없이 벤팅 밸브(40) 분리만을 통해 멤브레인(62) 색상 변화로 쉽게 벤팅 가스 배출 여부를 알 수 있다. 따라서, 정비시 벤팅 밸브(40)를 뽑아보는 최소한의 동작을 통해, 배터리 팩(50)의 벤팅 가스 배출 여부와 관계된 이상 유무를 손쉽게 파악할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 관하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 포함되는 하부 팩 커버의 상면도이다. 도 9는 도 8의 A 부분 확대도이다. 도 10은 도 9의 B-B 단면도이다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 외부에서 보이는 식별부를 설명하기 위한 사시도이다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 배터리 팩(50')은 앞선 실시예의 배터리 팩(50)과 마찬가지로 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10')에 상부 팩 커버(30)로 이루어짐) 안에 배터리 모듈(미도시지만 도 2의 20과 동일함)을 수용하여 조립한 것이며, 배터리 모듈에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 배터리 팩(50') 외부로 배출시키기 위한 벤팅부(15)를 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10'))에 포함하고, 팩 커버(본 실시예에서는 하부 팩 커버(10'))의 외부에서 벤팅부(15)에 벤팅 밸브(미도시지만 도 4의 40과 동일함)가 결합이 되어 있는 것이다. 벤팅부(15)에는 멤브레인(62)이 설치되어 있다. 이 멤브레인(62)은 벤팅부(15)를 통해 배터리 팩(50') 내부의 가스는 배출되고 배터리 팩(50') 내부의 수분은 배출되지 않도록 벤팅부(15)를 배터리 팩(50') 안쪽에서 막는다. 멤브레인(62)은 앞선 실시예에서와 같은 지시물질이 도포되어도 되고 도포되어 있지 않아도 된다.

하부 팩 커버(10')는 앞서 설명한 하부 팩 커버(10)와 식별부(60') 부분에 있어서만 차이가 있고, 상부 팩 커버(30)와의 결합이나 배터리 팩(50') 안에서의 벤팅 가스 이동경로도 배터리 팩(50)과 동일하다.

배터리 팩(50')은 벤팅부(15) 윗쪽 하부 팩 커버(10')의 전면 측벽(12a)에 창(64)이 마련되어 있다. 창(64)은 하부 팩 커버(10')를 관통하는 구멍의 형태로 마련될 수 있다. 창(64)은 투명 부재(66)에 의해 덮여 있다. 투명 부재(66)를 통하여, 배터리 팩(50') 외부에서 내부를 볼 수 있다.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 식별부를 상세히 설명하기 위해 배터리 팩 내부에서 바라 본 사시도들이다.

도 12를 참조하면, 하부 팩 커버(10')를 관통하는 구멍의 형태로 창(64)이 마련되어 있는 것을 도시한다. 도 13을 참조하면, 투명 부재(66)가 창(64)을 덮고 있다. 투명 부재(66)는 하부 팩 커버(10') 안쪽에 인서트 사출로 형성되어 있을 수 있다. 소재는 예를 들어 아크릴일 수 있다. 투명 부재(66)를 하부 팩 커버(10') 바깥쪽에 형성하는 것이 아니라 하부 팩 커버(10') 안쪽에 형성함으로써, 배터리 팩(50') 내부압 증가에 의해서도 투명 부재(66)가 하부 팩 커버(10')로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있고 기계적으로 견고한 이점이 있다. 도 14를 참조하면, 투명 부재(66) 위로 하부 팩 커버(10') 안쪽에 pH 시험지(68)가 부착이 되어 있다. pH 시험지(68)는 창(64)의 위치에 대응되는 위치에 부착이 된다. pH 시험지(68)는 창(64)의 크기보다 큰 크기로 창(64) 주변의 하부 팩 커버(10') 전면 측벽(12a) 안쪽에 접착물질로 부착이 될 수 있다. 이와 같이 창(64), 투명 부재(66) 및 pH 시험지(68)는 식별부(60')를 구성한다.

이와 같이, 본 실시예에서, 배터리 팩(50')의 외부에서 창(64)을 통해 배터리 팩(50') 내부의 pH 시험지(66)의 색상 확인이 가능하도록 식별부(60')를 구성한다. 이러한 식별부(60')는 하부 팩 커버(10')에서 벤팅부(15) 상부에 형성된다. 벤팅 가스는 벤팅부(15)를 통해 외부로 배출이 되므로 벤팅 가스는 식별부(60')를 반드시 지나게 되어 있다. 즉, 식별부(60')는 벤팅 가스 이동경로 주변에 설치되어 있다. 그리고 식별부(60')는 하부 팩 커버(10')에 기계적 강도가 충분한 곳에 구조를 구현하므로 강성 문제가 없다.

앞서 언급한 바와 같이 이차 전지에서 배출되는 벤팅 가스의 주 성분은 산성을 띄고 있다. 따라서, pH 시험지(68)는 벤팅 가스와 반응하여 변색됨으로써 벤팅 가스 배출 여부를 확인하게 한다.

pH 시험지(68)는 리트머스 종이일 수 있다. 리트머스 종이는 앞서 언급한 리트머스 용액을 이용해 만든 것이다. 약산성 물질인 리트머스는 수용액 속에서 작은 비율로 해리되어 H⁺를 만든다. 그런데 산성 용액 속에는 수용액에서보다 많은 양의 H⁺가 존재하기 때문에 산성 용액에 리트머스를 넣으면 리트머스는 H⁺를 내어 놓지 못하고 H가 붙어있는 구조로 존재하게 된다. 물질의 색은 구조에 따라서도 달라지게 마련인데, H가 붙어있는 구조의 리트머스는 녹색 파장대의 빛을 주로 흡수하여 그 보색인 붉은색을 띠게 된다. 따라서 리트머스가 물들어있는 종이를 산성 용액에 집어 넣으면 종이에 붙어있는 리트머스들은 대부분 H가 붙어있는 형태로 존재하기 때문에 붉은색을 띠게 된다. 일반적으로는 색깔 변화를 명확하게 파악하기 위해, 산성 용액을 시험할 때는 H가 해리된 상태인 푸른색 리트머스 종이를, 염기성 용액을 시험할 때는 H가 붙어있는 상태인 붉은 리트머스 종이를 사용하여 색깔 변화를 관찰한다. 따라서 pH 시험지(68)는 푸른색 리트머스 종이일 수 있다.

도 14와 같이 식별부(60')까지 형성된 하부 팩 커버(10')를 준비한 후 배터리 모듈을 안착시키고, 앞서 설명한 바와 마찬가지로 상부 팩 커버(30)를 결합하여 조립함으로써 배터리 팩(50')을 제조한다. 예를 들어 배터리 팩(50') 제조 직후, 창(64)을 통해 보이는 pH 시험지(68)는 푸른색이다. 배터리 팩(50') 사용 중 벤팅 가스가 발생되면, pH 시험지(68)는 붉은색으로 변화한다. 배터리 팩(50')을 분해하지 않아도 창(64)을 통해 변색된 pH 시험지(68) 색상 확인이 즉각적으로 가능하다. 식별부(60')는 벤팅 가스 이동경로 주변에 형성한 것이므로 미량의 벤팅 가스라도 pH 시험지(68) 색상 변화를 통해 민감하게 감지해낼 수 있다.

pH 시험지(68)는 리트머스 종이 이외에도 리트머스 용액을 고분자 필름 또는 섬유 중에 도포하거나 침투시켜 제조한 것일 수 있다. 고분자 필름 또는 고분자 섬유에서의 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리스피로비플루오렌(PSf) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 고분자일 수 있다.

이와 같이, 식별이 간편한 pH 시험지(68)를 배터리 팩(50') 내부에 부착시킨 후, 창(64)을 통해 육안으로 확인할 수 있게 하여 배터리 팩(50') 내부의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있게 해준다. 따라서, 이차 전지로부터 벤팅 가스가 발생하더라도 발생된 벤팅 가스의 배터리 팩(50') 외부로의 배출 여부가 즉각적으로 쉽게 검지될 수 있다. 미량의 벤팅 가스가 배출되어도 육안으로 쉽게 배출 여부를 신속하게 확인할 수 있어, 배터리 팩(50')의 유지 관리 및 정비를 수월하게 하는 효과가 있다. pH 시험지(68)의 위치는 벤팅부(15)에 가까운 곳이므로 벤팅부(15)를 통해 벤팅 가스가 배출될 경우 가장 먼저 벤팅 가스와 닿을 수 있는 위치 가운데 하나이다. 따라서, 벤팅 가스 배출시 벤팅 가스 검출이 가장 쉽게 이루어질 수 있다.

한편, 위 실시예들에서는 벤팅부(15)가 하부 팩 케이스(10, 10')의 전면 측에만 형성된 것으로 도시되어 있으나, 벤팅부(15)는 하부 팩 케이스(10, 10')에서 둘 이상 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅부(15)는 전면측 이외에 후면측에도 형성될 수 있다. 이 경우 식별부(60, 60')도 각 벤팅부(15)에 대응되게 형성될 수 있다. 그리고, 벤팅부(15)는 하부 팩 케이스(10, 10')가 아닌 상부 팩 케이스(30)에 형성될 수도 있다. 이 경우에도 식별부(60, 60')도 각 벤팅부(15)에 대응되게 형성된다.

본 발명에 따른 배터리 팩은 이와 같이 벤팅 가스가 배출될 수 있는 벤팅부를 마련하여, 배터리 팩 내 벤팅가스의 이동경로를 제어하고, 그 이동경로 주변에 근접하여 식별부를 형성함으로써 민감하고 정확하게 벤팅 가스 배출 여부를 확인하게 하는 데에 특징이 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 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.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 이 청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10, 10': 하부 팩 커버 15: 벤팅부
20: 배터리 모듈 30: 상부 팩 커버
35: 볼트 40: 벤팅 밸브
50, 50': 배터리 팩 60, 60': 식별부
62: 멤브레인 64: 창
66: 투명 부재 68: pH 시험지

Claims

팩 커버 안에 배터리 모듈을 수용하여 조립한 배터리 팩으로서,
상기 배터리 모듈에 포함된 이차 전지로부터의 벤팅 가스를 상기 배터리 팩 외부로 배출시키기 위한 벤팅부를 상기 팩 커버에 포함하고, 상기 팩 커버의 외부에서 상기 벤팅부에 벤팅 밸브가 결합이 되며,
상기 벤팅 가스와의 반응으로 색상이 변화하는 지시물질을 포함하는 식별부를 상기 팩 커버 내부 상기 벤팅 가스 이동경로 상의 상기 벤팅부 주변에 설치한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서, 상기 식별부는 상기 벤팅부를 통해 상기 배터리 팩 내부의 가스는 배출되고 상기 배터리 팩 내부의 수분은 배출되지 않도록 상기 벤팅부를 상기 팩 커버 안쪽에서 막는 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인에 상기 지시물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서, 상기 식별부는 상기 팩 커버 안쪽에 부착되는 pH 시험지, 상기 팩 커버의 외부에서 상기 pH 시험지의 색상 확인이 가능하도록 상기 팩 커버에 마련된 창, 상기 창을 덮는 투명 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서, 상기 창은 상기 벤팅부 상부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제3항에 있어서, 상기 투명 부재는 상기 팩 커버 안쪽에 인서트 사출로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제5항에 있어서, 상기 pH 시험지는 상기 투명 부재를 덮으면서 접착물질로 상기 팩 커버 안쪽에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.