KR101841803B1 - 전지셀 압력 상태 모니터링에 의하여 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

Abstract

화재를 예방하거나 발화하여도 화재가 확산되는 것을 방지함으로써 발화시 발생되는 위험을 감소시킬 수 있게 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다. 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및 소화기를 포함하며, 상기 전지셀의 압력 상승에 의해 상기 소화기로부터 화재 억제 물질(fire retarding material) 또는 소화 약제(fire extinguishing agent)를 배출할 수 있다.

Description

전지셀 압력 상태 모니터링에 의하여 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩{Battery module of improved safety by monitoring of pressure state of battery cell and battery pack containing the same}

본 발명은 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지모듈이나 전지팩 화재 예방(fire prevention) 및 소화(firefighting)와 관련된 안전성이 향상된 전지모듈 및 전지팩에 관한 것이다.

최근, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 각광받고 있다. 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈 및 이를 단위모듈로 포함하는 중대형 전지팩이 사용된다.

이러한 이차전지를 포함하는 전지모듈 및 전지팩과 관련하여, 화재 예방 및 소화가 특히 중요하다. 특히 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서 이러한 전지모듈 또는 전지팩 사용시 화재 예방 또는 소화는 이러한 전지모듈 또는 전지팩의 안전성을 높이기 위한 특히 중요한 수단이다.

이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 일반적으로 가연성 비수전해액을 사용하므로 과충전시 음극에서 리튬 이온에 의해 성장되는 덴드라이트(dendrite)에 의해 단락이 발생하게 되며, 이로 인해 전지 내부 온도가 상승하고 전해액의 분해 반응에 의한 가연성 가스, 전해액과 전극의 반응에 따른 가연성 가스, 양극의 분해에 의한 산소의 발생 등에 의해 폭발하거나 화재가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 양극과 음극 사이에서 분리막으로 사용되는 폴리에틸렌은 전지의 온도가 상승할 때 120 내지 130℃ 범위에서 녹기 시작하는데, 이러한 분리막 수축으로 인해 모서리 쪽의 음극과 양극이 접촉함으로써 단락이 발생하게 된다. 따라서 다량의 전류 흐름으로 열이 발생하여 온도가 상승하고, 결국 전지의 발화가 발생하는 과정을 거치게 된다.

전지의 발화를 방지하기 위하여, 고온에서 양극 표면에 절연층을 만들어 전극 저항 증가를 통해 전류의 흐름을 제어하는 방법, 발화 온도가 550℃ 이상인 열 안정성이 우수한 난연성 마그네슘 합금을 비수전해액에 투입하여 전지 온도가 상승해도 전지가 발화，연소에 이르는 것을 방지하는 방법, 이산화탄소로 전해액을 가압 충전하여 전지의 온도가 비정상적으로 상승시 이산화탄소와 함께 전해액을 쉽게 외부로 방출하는 방법 등이 제안되어 있으나, 전지의 발화 위험성은 여전히 존재하고 발화시 발생되는 위험을 감소시키는 데에는 한계가 있다.

일본 공개특허 제1997-074603호 (1997. 03. 18) 대한민국 공개특허 제2007-0090851호 (2007. 09. 06) 일본 공개특허 제2013-165013호 (2013. 08. 22)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 화재를 예방하거나 발화하여도 화재가 확산되는 것을 방지함으로써 발화시 발생되는 위험을 감소시킬 수 있게 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및 소화기를 포함하며, 상기 전지셀의 압력 상승에 의해 상기 소화기로부터 화재 억제 물질(fire retarding material) 또는 소화 약제(fire extinguishing agent)를 배출할 수 있다.

상기 소화기로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출은 제어부의 신호에 의해 야기될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 전지모듈은 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀의 압력을 측정하여 제어부로 검출 압력 정보를 송부하는 압력 측정부; 상기 전지셀의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있고, 상기 압력 측정부로부터의 검출 압력이나 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나는 경우에 소화기에 작동 제어 신호를 송부하는 제어부; 및 상기 제어부의 신호 입력에 따라 상기 전지셀에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출하는 소화기를 포함한다.

상기 압력 측정부는 적어도 하나의 전지셀의 외면 또는 전지셀들 사이의 공간에 장착된 압력 센서를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전지모듈들에 있어서, 상기 소화기로부터 배출되는 화재 억제 물질 또는 소화 약제는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물일 수 있다. 상기 불활성 가스는 아르곤, 질소 또는 이산화탄소 가스일 수 있다.

본 발명에 따른 전지모듈들에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있는 것일 수 있다. 특히, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면이 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 카트리지들 사이에 고정되어 있는 것일 수 있다.

구체적으로는, 상기 판상형 전지셀은 양극, 분리막 및 음극으로 구성된 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층, 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층, 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다. 상기 파우치형 전지셀에서 전지케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

상기 전지셀은 전지모듈 및 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 이차전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다. 상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

하나의 구체적인 예로서, 본 발명에 따른 전지팩은 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하는 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 단위모듈 집합체; 상기 단위모듈 집합체를 수용하는 전지팩 케이스; 상기 전지셀의 압력을 측정하여 제어부로 검출 압력 정보를 송부하도록 하는 상기 전지모듈 또는 전지팩 단위의 압력 측정부; 상기 전지셀의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있고, 상기 압력 측정부로부터의 검출 압력이나 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나는 경우에 소화기에 작동 제어 신호를 송부하는 제어부; 및 상기 제어부의 신호 입력에 따라 상기 전지팩 케이스에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출하도록 상기 전지팩 케이스 측면에 부착된 소화기를 포함하는 전지팩이다.

본 발명에 따르면, 전지셀의 압력 상태를 실시간으로 모니터링하여 전지모듈 내부의 비정상적 압력 조건을 조기에 감지함으로써 폭발 위험이 있는 압력 상태에서 소화기를 작동시켜 화재를 예방하거나 화재가 발생하더라도 크게 확산되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 전지셀의 압력이나 압력 증가 속도가 비정상적인 경우에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출한다. 이 때문에, 전지모듈이나 전지팩의 화재를 방지할 수 있고, 화재가 발생해도 즉시 소화할 수 있으며 발화에 따른 이차적 재해를 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 종래 리튬 이차전지의 문제점으로 지적되어온 안전성을 획기적으로 개선시킬 수 있으며, 특히 전기자동차 등에서 이러한 전지모듈 또는 전지팩 사용시 탁월한 안전성 향상 효과를 도모할 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지모듈을 도시하는 개략적인 도면들이다.
도 3은 전지모듈의 압력 상승을 검출해, 화재 예방이나 소화를 하는 순서를 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩을 도시하는 개략적인 도면이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이와 관련해서 전지모듈이란, 바람직하게 전지셀들의 전기 접속이 동시에 이루어지는 전지셀들의 입체적 축적물이다. 화재란, 전지모듈, 전지팩, 전지셀의 부분이 바람직하지 않은 화학 반응으로 변화 또는 분해되는 모든 과정이다. 이러한 의미에서 화재는 특히 전지셀의 발열 화학 반응이고, 이러한 반응은 대개 전지셀의 과열로 인해 발생한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지모듈을 도시하는 개략적인 도면들이다.

도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층체(20) 및 소화기(30)를 포함한다.

전지셀 적층체(20)는 전지셀(10)들이 적층되어 있는 것이다. 상기 전지셀(10)은 판상형 전지셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀(10)에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체(20)를 형성하고 있을 수 있다. 하나의 구체적인 예로서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면이 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 카트리지들 사이에 고정되어 있는 것일 수 있다.

소화기(30)는 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출할 수 있다. 본 실시예의 전지모듈(100)은 화재 억제 물질 또는 소화 약제 배출이 전지셀(10)의 압력 상승에 의해 이루어진다.

전지셀(10)이 abuse 상태일 때 전해액이 분해되거나 양극이 붕괴되면서 가스가 발생된다. 가스 발생 이외에도 충방전 사이클 횟수가 증가할수록 음극이 두꺼워지는 현상도 발생하나 급격한 증가는 없기 때문에, 본 실시예에서는 전지셀(10)의 압력 상승으로 abuse 상태인지 확인하여 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출할 수 있도록 한다.

이와 관련해서 소화 약제란 소화 작용, 즉 바람직하게는 화재 억제 작용을 하고 및/또는 화재 발생을 저지하거나 또는 어렵게 하는 물질 또는 혼합 물질이다. 소화 작용이란 본 발명과 관련해서 바람직하게, 화재를 저지하는 작용, 즉 화재의 연속 또는 발생을 억제하거나 또는 약화시킬 수 있는 작용을 의미한다. 소화 약제 또는 소화 약제의 바람직한 함유 물질의 주요 예는 화재를 지속시킬 수 있는 화학 반응 물질을 화점(fire source)에서 제거하거나, 또는 발화 또는 화재의 지속에 필요한 화학 반응을 억제하는 물질이다.

본 발명과 관련해서 화재 억제 물질 또는 소화 약제는 입수가 용이하고 취급이 간단한 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물일 수 있다. 여기서 불활성 가스란 화재의 발생 또는 지속에 필요하거나 이를 촉진하는 화학 반응제를 화재 영역으로부터 밀어내거나 또는 제거함으로써, 화재를 예방하고 또는 소화하기 위해 적합한 가스 또는 가스 혼합물이다. 이러한 불활성 가스의 바람직한 예는 아르곤, 질소, 이산화탄소 가스 또는 상기 몇 가지 가스들의 혼합물이다.

기본적으로 불활성 가스란, 이와 관련해서 연소 물질과 화학 반응하지 않고 연소 물질의 가능한 반응제를 화재 영역으로부터 제거하기에 적합한 모든 가스이다. 아르곤, 질소 및 이산화탄소는 천연 물질이다. 아르곤과 질소는 주변 대기에서 얻어지고, 이산화탄소는 천연 가스원에서 얻어진다. 소화 후에 이들은 변하지 않고 다시 대기로 돌아가고, 이 경우 환경을 오염시키지 않는다.

0℃와 1013 hPa에서 1.784 kg/㎤의 밀도를 갖는 천연가스 아르곤은 공기보다 무겁다. 이것은 화학적으로 매우 불활성이고, 천연가스 중에 가장 저렴하고, 대량으로 공급될 수 있으므로, 여러 분야에서 산업적으로 이용된다. 질소는 0℃에서 1,250 kg/㎤의 밀도를 갖는, 공기보다 무거운 무색 무독성의 가스이고, 78%를 차지하는 천연 호흡 공기의 주요 성분이다. 이산화탄소는 2000℃ 이상에서 불연성이고, 일산화탄소와 산소로 분리되는 무색 무취의 가스로서 물에 잘 용해된다. 이산화탄소는 호흡 공기의 천연 성분이고, 호흡 공기에서 0.038%의 평균 농도로 존재한다. 이산화탄소는 산소를 치환하는 특성으로 인해 소화에 적합하고, 특히 휴대용 소화기 및 자동 소화 시스템에서 사용된다.

도 2에 도시된 전지모듈(100') 실시예는 도 1에 도시된 전지모듈(100)에 비해 추가로 압력 측정부(40)와 제어부(50)를 포함하고, 상기 제어부(50)는 바람직하게 센서에 의해 제어되도록, 신호들을 생성하고 소화기(30)에 전송할 수 있고, 상기 신호들은 소화기(30)로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기할 수 있다.

압력 측정부(40)는 전지셀(10)의 압력을 측정하여 제어부(50)로 검출 압력 정보를 송부한다. 압력 측정부(40)는 적어도 하나의 전지셀(10)의 외면 또는 전지셀(10)들 사이의 공간에 장착된 압력 센서를 포함할 수 있다. 압력 센서는 모든 전지셀(10)의 압력을 측정할 수 있다. 본 발명에서는 압력 및/또는 압력이 증가하는 속도를 정량화하여 전지셀(10)의 압력 상승으로 abuse 상태인지 확인하여 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출할 수 있도록 한다.

이 때, 압력 센서는 전지셀(10)이 받는 압력을 감지하여 압력 변화, 즉 압력 상승을 감지하고, 종류나 방식 등은 특별히 제한되지 않는다. 상기 압력 센서의 예로는 압력 변화를 감지하여 전류를 발생시키는 압전성(piezoelectricity)을 갖는 결정 등이 있다.

제어부(50)는 전지셀(10)의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있고, 상기 압력 측정부(40)로부터의 검출 압력이나 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나는 경우에 소화기(30)에 작동 제어 신호를 송부할 수 있다. 전지셀(10)이 파우치형 전지셀인 경우에 외주면의 열융착 강도에 따라 조금씩 다를 수 있으나 현재 일반적인 파우치형 전지셀은 700kgf/㎠ 정도로 전지셀의 압력이 증가하는 경우에 벤트(vent) 또는 폭발이 발생한다. 따라서, 이를 고려하면, 제어부(50)는 상기 압력 측정부(40)로부터의 검출 압력이 700kgf/㎠에 달하는 경우 소화기(30)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 소화기(30)는 상기 제어부(50)의 신호 입력에 따라 상기 전지셀(10)에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출한다.

제어부(50)는 압력 측정부(40)에 의해 검출된 압력이나 압력 증가 속도를 바람직하게는 프로그래밍된 알고리즘에 따라 또는 전자 표시 로직에 따라, 바람직하게 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 바람직하게 적어도 하나의 신호로 처리하고, 상기 신호는 소화기(30)로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기한다. 이를 위해 바람직하게 전자 제어 가능한 밸브, 점화 장치 또는 다른 액추에이터가 사용되고, 이들에 의해 전자 신호는 기계적, 공압적, 유압적, 열적 또는 다른 작용으로 변환될 수 있다.

도 3은 전지모듈의 압력 상승을 검출해, 화재 예방이나 소화를 하는 순서를 나타내는 순서도이다. 도 3을 참조하여 전지모듈(100')의 동작 순서를 설명한다.

우선 단계 S1로, 압력 측정부(40)는 전지셀(10)의 압력을 측정하여 제어부(50)로 검출 압력 정보를 송부한다. 제어부(50)는 전지셀(10)의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있다. 그리고, 단계 S2로, 압력 측정부(40)로부터의 검출 압력이나 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나는지의 여부를 판정한다. 이 판정이 YES의 경우는, 단계 S1로 돌아와 압력 측정부(40)를 통한 압력 측정을 반복한다. 한편, NO의 경우는, 전지셀(10)의 화재가 생길 위험이 매우 높거나 화재가 생긴 것으로서 작동 제어 신호를 송부해, 단계 S3로, 소화기(30)를 작동시켜 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출하여 화재를 예방하거나 소화하여 화재에 대응한다.

다른 예로서, 제어부(50)는 바람직하게 소위 전지모듈 관리 시스템(BMS)이고, 상기 시스템은 바람직하게 화재 또는 화재 발생 가능성을 나타낼 수 있도록 압력의 검출을 위한 압력 측정부(40)를 포함하는 개념으로 구성될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩을 도시하는 개략적인 도면이다. 이러한 전지팩(200)은 전기자동차용 전지팩으로 활용되기 적합하다.

전지팩(200)은 전지셀(10)들이 적층되어 있는 전지셀 적층체(20)를 포함하는 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 단위모듈 집합체를 포함한다. 단위모듈 집합체는 전지팩 케이스(60) 안에 수용된다. 도면에는 전지셀 적층체(20) 일부만 확대 그림으로 표시하였다.

단위모듈 집합체는 전기자동차의 주행 모터를 구동하기 위해서, 당해 주행 모터에 급전하는 장치이며, 복수의 단위 전지모듈로 되어 있다. 전지모듈은, 직육면체 상태를 이루어, 전지팩 케이스(60) 안에 정연하게 늘어놓을 수 있고 있어 각 전지모듈은, 전기자동차의 주행에 필요한 전력을 확보할 수 있도록 접속되어 있다.

전지팩 케이스(60)는 상기 단위모듈 집합체를 고정 수납하는 용기이며, 직육면체 상태의 상자이다. 그리고, 이 전지팩 케이스(60)는 전기자동차 내의 소정의 위치에 배설된다.

압력 측정부(40')는 도 2를 참조하여 설명한 전지모듈(100')의 압력 측정부(40)와 유사한 것이며, 특히 본 실시예에서는 모든 전지셀(10)의 압력을 측정할 수 있으며 전지모듈 단위의 압력을 측정하는 것을 예로 든다. 따라서, 이 경우 압력 센서가 전지모듈마다 구비되어야 한다. 대신에 압력 측정부(40')는 전지팩 단위의 압력을 측정하도록 구성할 수도 있다.

제어부(50)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다. 소화기(30')는 도 2를 참조하여 설명한 전지모듈(100')의 소화기(50)와 유사한 것이며, 특히 본 실시예에서는 전지팩 케이스(60) 측면에 부착된다.

소화기(30')는 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 충전하고 있는 봄베와 같은 가스통과 가스통에 연결되어 있는 분사기와 분사기의 후단에 설치되어 있는 노즐 (또는 스로틀)을 구비하는 것일 수 있다. 분사기는 제어부(50)로부터의 신호를 받아 가스통에 충전되어 있는 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 후단의 노즐에 보내는 기능을 하는 것이다. 노즐은 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 전지팩 케이스(60) 표면 또는 전지팩 케이스(60) 내의 전지셀(10)에 대해 분사하도록 구성될 수 있으며, 전지팩 케이스(60) 안의 전지셀(10)들을 향하여 균일하게 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 분사할 수 있도록 소정 위치에 필요한 수만큼 배설될 수도 있다.

압력 측정부(40')로부터의 검출 압력이나 압력 증가 속도가 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나는 경우에 소화기(30')에 작동 제어 신호를 송부하면 소화기(30')가 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 전지팩 케이스(60)에 분사하므로, 화재를 예방하거나 화재 발생시 즉각적인 대응으로 큰 화재로 확산되는 것을 막아 이에 따른 이차적인 재해를 억제할 수 있다.

본 발명은 이와 같이 전지모듈 또는 전지팩 단위에서 압력 측정부를 통해 전지셀이 받는 압력을 감지하고, 일정 압력 이상으로 압력이 증가하거나 압력이 증가하는 속도가 갑자기 빨라질 때 소화기를 작동시키도록 구성함으로써 화재를 예방하고 이로 인한 위험을 최소화하는 기술이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10...전지셀 20...전지셀 적층체
30, 30'...소화기 40, 40'...압력 측정부
50...제어부 60...전지팩 케이스
100, 100'...전지모듈 200...전지팩

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
   상기 전지셀의 압력을 측정하여 제어부로 검출 압력 정보를 송부하는 압력 측정부;
   상기 전지셀의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있고, 상기 압력 측정부로부터의 검출 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나서 상기 전지셀의 전해액이 분해되거나 양극이 붕괴되면서 가스가 발생되는 남용(abuse) 상태로 확인되는 경우에 소화기에 작동 제어 신호를 송부하는 제어부; 및
   상기 제어부의 신호 입력에 따라 상기 전지셀에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출하는 소화기를 포함하고,
   상기 압력 측정부는 전지셀들 사이의 공간에 장착된 압력 센서를 포함하며,
   상기 압력 센서는 전지모듈 단위에서 모든 전지셀의 압력을 측정하고,
   상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 상기 소화기로부터 배출되는 화재 억제 물질 또는 소화 약제는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤, 질소 또는 이산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
7. 삭제
8. 제3항에 있어서, 상기 파우치형 전지셀의 가스 발생으로 인한 벤트 또는 폭발이 발생하는 열융착 강도를 고려하되 상기 전지셀의 압력이 700kgf/㎠에 달하는 경우 상기 작동 제어 신호를 송부하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
9. 제3항에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
10. 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체를 포함하는 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 단위모듈 집합체;
    상기 단위모듈 집합체를 수용하는 전지팩 케이스;
    상기 전지셀의 압력을 측정하여 제어부로 검출 압력 정보를 송부하도록 하는 상기 전지모듈 또는 전지팩 단위의 압력 측정부;
    상기 전지셀의 최적 작동 압력 범위 및 압력 증가 속도에 관한 표준 압력 데이터를 저장하고 있고, 상기 압력 측정부로부터의 검출 압력 증가 속도가 상기 표준 압력 데이터의 범위를 벗어나서 상기 전지셀의 전해액이 분해되거나 양극이 붕괴되면서 가스가 발생되는 남용(abuse) 상태로 확인되는 경우에 소화기에 작동 제어 신호를 송부하는 제어부; 및
    상기 제어부의 신호 입력에 따라 상기 전지팩 케이스에 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출하도록 상기 전지팩 케이스 측면에 부착된 소화기를 포함하고,
    상기 압력 측정부는 전지셀들 사이의 공간에 장착된 압력 센서를 포함하며,
    상기 압력 센서는 전지모듈 또는 전지팩 단위에서 모든 전지셀의 압력을 측정하고,
    상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서, 상기 소화기로부터 배출되는 화재 억제 물질 또는 소화 약제는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물인 것을 특징으로 하는 전지팩.
13. 제12항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤, 질소 또는 이산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 전지팩.

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