JP2020521287A - ガス排出構造が形成されたバッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、円筒状電池セルの二次爆発を効果的に防止ができるバッテリーモジュールを開示する。前記のような目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、一端部に相異なる極性の二つ以上の電極端子が形成された複数の円筒状電池セルと、前記円筒状電池セルを挿入収容する空間が形成された収容部、前記円筒状電池セルから排出されたガスを外部へ排出するように前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延び、下部側に露出した開放部が形成されたガス排出路、及び前記ガス排出路が外部と連結されるように開口されたガス排出口が備えられた上部ケース及び下部ケースと、前記ガス排出路の開放部を覆うように前記上部ケースと前記下部ケースとの間に介在されたカバーシートと、前記複数の円筒状電池セルの電極端子同士を電気的に接続するように構成された複数のワイヤ型バスバーと、を含む。

Description

本発明は、ガス排出構造が形成されたバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、円筒状電池セルの二次爆発を効果的に防止することができるバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１８年１月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０００４９０８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質に用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板とがセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分けることができる。
また、リチウム二次電池には、各種可燃性物質が内装されており、過充電、過電流、その他の物理的な外部衝撃などによって発熱、爆発などの危険性があるので、安全性に大きい短所を有している。さらに、剛性を有する金属缶から構成された缶型二次電池は、爆発による危険性がさらに大きい。
そこで、このような金属缶から構成された二次電池を複数含んでいるバッテリーモジュールの場合、二次電池を安全かつ効率的に管理するために、リレーや電流センサー、ヒューズ、ＢＭＳ（Battery Management System）などの構成を用いることもある。
但し、このような措置にもかかわらず、外部からの衝撃や内部のバッテリーセルの異常動作、ＢＭＳによる制御ミスなどによってバッテリーモジュールの内部でバッテリーセルが爆発するなどの火事が発生する場合があった。
この際、一つのバッテリーセルが爆発する場合、内部に装着された全体のバッテリーセルのうち、一部に発生した火炎などの熱が近所に位置したバッテリーセルへ移されて連続的にバッテリーセルが発火しやすくて、危険性が非常に大きくなる。これによって、バッテリーモジュールの安全性が大幅低下するという問題があった。
したがって、このような問題点を解決するためにバッテリーモジュールの安全性を向上させるための技術開発が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、効果的に円筒状電池セルの二次爆発を防止することができるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、一端部に相異なる極性の二つ以上の電極端子が形成された複数の円筒状電池セルと、前記円筒状電池セルを挿入収容する空間が形成された収容部、前記円筒状電池セルから排出されたガスを外部へ排出するように前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延び、下部側に露出した開放部が形成されたガス排出路、及び前記ガス排出路が外部と連結されるように開口されたガス排出口が備えられた上部ケースと、前記上部ケースの下部に結合し、前記円筒状電池セルを挿入収容する空間が形成された収容部、前記円筒状電池セルから排出されたガスを外部に排出するように、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延び、上部側に露出した開放部が形成されたガス排出路、及び前記ガス排出路が外部と連結されるように開口されたガス排出口が備えられた下部ケースと、前記ガス排出路の開放部を覆うように前記上部ケースと前記下部ケースとの間に介在されたカバーシートと、前記複数の円筒状電池セルの電極端子同士を電気的に接続するように構成された複数のワイヤ型バスバーと、を含み得る。
さらに、前記ガス排出口は、前記上部ケース及び前記下部ケース各々の前端、後端、左側端及び右側端のうち少なくとも二つ以上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
また、前記ガス排出路は、上下方向の高さが５ｍｍ以上であり得る。
そして、前記複数の円筒状電池セルは、少なくとも０．１ｍｍ以上の距離で互いに離隔し得る。
また、前記複数の円筒状電池セルは、前後方向へ一列に配置され、左右方向へ延びた基準線を中心にして前方または後方へ偏って交互に配置されたジグザグ配列構造を有し得る。
さらに、前記ガス排出路は、前記複数の円筒状電池セルの配置に応じて前後方向へ一直線に連結拡張され、左右方向の基準線を中心にして前後方向へジグザグに連結拡張され得る。
そして、前記収容部は、前記円筒状電池セルの水平方向の外側面を囲むように密着して形成され得る。
また、前記収容部には、前記円筒状電池セルの上端面または下端面の少なくとも一部を支持するように前記円筒状電池セルの電極端子が位置した方向へ突出して延びたストッパーが形成され得る。
さらに、前記収容部には、前記上部ケース及び前記下部ケース各々の収容部には、前記複数の円筒状電池セルの間を区切る隔壁が形成され得る。
そして、前記隔壁には、外面の上下方向の高さが相異なる段差構造が形成され得る。
さらに、前記隔壁には、一つの円筒状電池セルから他の一つの円筒状電池セルが位置した方向へ連続的に上下高さが変化する少なくとも一つ以上の傾斜構造体が形成され得る。
また、前記隔壁の上端部は、半円柱の形状を有するように形成され得る。
さらに、前記隔壁の上端及び下端の少なくとも一つには、前記ワイヤ型バスバーの一部が挿入されるように内部方向へ凹んだ構造の固定溝が形成され得る。
そして、前記ワイヤ型バスバーと電気的に接続し、前記上部ケース及び前記下部ケース各々の左右方向の両側に位置した複数のプレート型バスバーをさらに含み得る。
さらに、前記上部ケースの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバーの少なくとも一部が挿入されて収容されるよう、上方へ凹んだ挿入溝が形成され得、前記下部ケースの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバーの少なくとも一部が挿入されて収容されるように下方へ凹んだ挿入溝が形成され得る。
また、前記カバーシートは、雲母素材を含み得る。
さらに、前記カバーシートの上下面の各々には、前記ガス排出路の開放部に少なくとも一部が挿入されるように、前記ガス排出路に沿って上下方向へ突出した隆起構造体が形成され得る。
そして、上記の目的を達成するための本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む。
さらに、上記の目的を達成するための本発明によるデバイスは、本発明によるバッテリーパックを含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールは、上部ケース及び下部ケースに形成されたガス排出路が、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延在可能に形成されることで、円筒状電池セルの爆発によるガスないし火炎が四方へ広がり、発生した熱が特定の部位に集中することを避けることができる。これによって、前記ガス排出路は、瞬間的にガス及び火炎を収容できる収容値が十分であるため、発火した円筒状電池セルと隣接する他の円筒状電池セルの二次爆発を防止することができる。
また、このような本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールは、上部ケース及び下部ケースの収容部が円筒状電池セルの外側面を囲むように形成されることで、発火した円筒状電池セルの火炎などが他の円筒状電池セルの外側面に直接接触または露出しないように保護でき、複数の円筒状電池セルの二次発火や爆発を防止することができる。
さらに、本発明の一態様によれば、本発明は、上部ケース及び下部ケースに、前方向、後方向、左方向、及び右方向の端部にガス排出口を形成することで、前記上部ケース及び下部ケースの収容部の如何なる位置においてもガス排出口が近くに形成されており、円筒状電池セルで発生したガス、火炎、熱などを迅速に排出することができる。これによって、二次爆発の危険性を効率的に大幅低下させることができる。
そして、本発明の一態様によれば、雲母素材を含むカバーシートを上部ケースと下部ケースとの間に介在することで、バッテリーモジュールの上部に位置した円筒状電池セルと、下部に位置した円筒状電池セルとの短絡が発生することを効果的に防止することができる。
延いては、本発明の一態様によれば、ワイヤ型バスバーは、少ない量の素材でも複数の円筒状電池セルを電気的に接続させることができ、製造コストを節減することができる。のみならず、バー（bar）型のバスバーと比較すれば、前記ワイヤ型バスバーは少ない体積を有するため、ガス排出路内に前記ワイヤ型バスバーが位置しても、排出されるガスの流れを邪魔しにくくて、ガスや火炎による二次爆発などの危険を最小化することができる。
また、本発明の他の一態様によれば、上部ケース及び下部ケースの収容部に形成された隔壁は、ワイヤ型バスバーの一端部が円筒状電池セルの電極端子から断線する場合、他の円筒状電池セルの異なる極性の電極端子と短絡することを防止するように、前記ワイヤ型バスバーの一端部の移動（動き）を阻止することができる。これによって、本発明のバッテリーモジュールの安全性を大幅向上させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの幾つかの構成を分解して示す分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である円筒状電池セルの一部の内部構造を概略的に示す部分断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である上部ケースを概略的に示す側面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの上部構成を概略的に示す底面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの下部構成を概略的に示す分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である下部ケースを概略的に示す側面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿って見たバッテリーモジュールの一部を概略的に示す部分断面図である。 図８のＣ’領域を拡大して概略的に示す一部拡大図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す部分拡大図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す部分拡大図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す平面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるカバーシートを概略的に示す側面図である。 比較例１の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施例２の構成を概略的に示す斜視図である。 比較例３の構成を概略的に示す断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの幾つかの構成を分解して示す分解斜視図である。そして、図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である円筒状電池セルの一部の内部構造を概略的に示す部分断面図である。
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００は、複数の円筒状電池セル１００、上部ケース２１０Ａ、下部ケース２１０Ｂ、カバーシート２３０、及び複数のワイヤ型バスバー２４０を含み得る。
ここで、前記円筒状電池セル１００は、円筒状電池缶１２０及び円筒状電池缶１２０の内部に収容された電極組立体１４０を含み得る。
ここで、円筒状電池缶１２０は、電気伝導性の高い材質を含んでおり、例えば、円筒状電池缶１２０は、アルミニウム、スチールまたは銅素材を含み得る。また、円筒状電池缶１２０の上部に二つ以上の電極端子１１１が形成され得る。
具体的に、前記電極端子１１１は、互いに電気的極性が異なる第１電極端子１１１Ａ及び第２電極端子１１１Ｂを含み得る。また、Ｆ方向（図１に図示）から見たとき、円筒状電池缶１２０の上端の円形の上部には第１電極端子１１１Ａが形成され得る。そして、円筒状電池缶１２０の円形の外周部には第２電極端子１１１Ｂが形成され得る。即ち、前記円筒状電池セル１００には、一端部に相異なる極性の二つ以上の電極端子１１１が形成され得る。
一方、本明細書において、特に説明しない限り、上方向、下方向、前方向、後方向、左方向、右方向は、Ｆ方向から見たことを基準にする。
さらに、前記電極組立体１４０は、正極と負極との間に分離膜を介在した状態でゼリーロール型に巻き取った構造で形成され得る。前記正極（図示せず）には、正極タブ１７０が付着されて円筒状電池缶１２０の上端の第１電極端子１１１Ａに接続し得る。前記負極（図示せず）には負極タブが付着され、円筒状電池缶１２０の下端の第２電極端子１１１Ｂに接続し得る。
また、図３を参照すると、前記円筒状電池セル１００は、上部キャップ１１０が突出した形態で電極端子１１１を形成し、内部ガスが特定の気圧以上に到達する場合、少なくとも一部が穿孔されるように構成されている。
また、前記円筒状電池セル１００は、下部に電池セルの内部の温度上昇時、電池抵抗が大きく増加して電流を遮断する安全素子１２２（例えば、ＰＴＣ素子（positive temperature coefficient element）、ＴＣＯなど）を備え得る。そして、前記円筒状電池セル１００は、定常状態では下向きに突出した形状となっているが、電池内部の圧力上昇時、突出しながら破裂して気体を排気する安全ベント（safety vent）構造体１３０を備え得る。
さらに、前記円筒状電池セル１００は、上端の一側部位が安全ベント構造体１３０に結合しており、下端の一側が電極組立体１４０の正極に接続している電流遮断部材（ＣＩＤ：current interrupt device）１５０を備え得る。
しかし、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００は、前述した円筒状電池セル１００のみに限定されず、本願の出願時点における公知の多様な円筒状電池セルを採用し得る。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である上部ケースを概略的に示す側面図である。そして、図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの上部構成を概略的に示す底面図である。
図１及び図２と共に、図４及び図５を参照すると、前記上部ケース２１０Ａは、前記円筒状電池セル１００を挿入収容する空間が形成された収容部２１１を備え得る。また、前記上部ケース２１０Ａは、電気絶縁性素材を含み得る。例えば、前記電気絶縁性素材は、プラスチック素材であり得る。
具体的に、前記収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００が収容可能な円筒状の収容空間が形成され得る。また、前記円筒状電池セル１００は、前記収容部２１１の円形の開口Ｏ２に挿入され、前記上部ケース２１０Ａの内部に収納され得る。
そして、前記収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の水平方向の外側面を囲むように密着して形成され得る。即ち、前記収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の外側面に特定の物質や火炎などが流れ込まないように密着して形成された収容空間で形成され得る。
この際、前記円筒状電池セル１００は、下端部に前記第１電極端子１１１Ａ及び前記第２電極端子１１１Ｂが位置している。即ち、前記円筒状電池セル１００は、上下部が逆になって前記上部ケース２１０Ａの収容部２１１に挿入され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、下記の実験例２の結果のように、前記上部ケース２１０Ａの収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の外側面を囲むように形成されることで、前記バッテリーモジュール２００の内部に発火した円筒状電池セル１００の火炎などが他の円筒状電池セル１００に直接接触または露出しないように保護することができ、前記円筒状電池セル１００の二次発火や爆発を防止することができる。
そして、前記複数の円筒状電池セル１００は、例えば、少なくとも０．１ｍｍ以上に互いに離隔するように前記収容部２１１に収容され得る。しかし、必ずしもこのような数値に限定されることではなく、一つの例示に過ぎない。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、下記の実験例１の実験結果のように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００の収容された複数の円筒状電池セル１００は、互いに０．１ｍｍ以上に離隔して位置することとしたので、一つの円筒状電池セル１００が発火する場合、伝導される熱の量が少なくて、隣接した円筒状電池セル１００への連鎖発火を防止する効果を奏する。逆に、０．１ｍｍ未満に離隔した場合、一つの円筒状電池セル１００が発火すれば、隣接した円筒状電池セル１００への連鎖発火の起こる可能性が高い。
また、前記上部ケース２１０Ａには、前記円筒状電池セル１００から排出されたガスを外部へ排出するように、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延びたガス排出路２１２が形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ガス排出路２１２が、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延在可能に形成されることで、前記円筒状電池セル１００の爆発によるガスないし火炎が四方へ広がり、発生した熱が特定の部位に集中することを避けることができる。また、前記ガス排出路２１２は、瞬間的にガス及び火炎を収容し得る収容値が十分であるため、発火した円筒状電池セル１００と隣接した他の円筒状電池セル１００への二次爆発を防止することができる。
また、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９のＨ１）は、５ｍｍであり得る。逆に、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９のＨ１）は、５ｍｍ未満である場合、複数の円筒状電池セル１００の連鎖発火が起こりやすくて危険性の問題があった。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、下記の実験例３の結果のように、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９のＨ１）を５ｍｍ以上に形成する場合、密集した円筒状電池セル１００の連鎖発火を防止することができる効果を奏する。
さらに、前記ガス排出路２１２は、前記円筒状電池セル１００の下端に形成された第１電極端子１１１Ａと隣接した前記上部ケース２１０Ａの下端部に形成され得る。この際、前記第１電極端子１１１Ａが形成された前記円筒状電池セル１００の下端部には、前記安全ベント構造体（図３中、安全ベント構造体１３０）が形成され得る。
さらに、前記上部ケース２１０Ａのガス排出路２１２には、下部側に露出した開放部２１２Ｋが形成され得る。即ち、前記ガス排出路２１２には、ガスの移動をガイドすることができる側壁２１２ａが形成され得る。前記側壁２１２ａの下部は、下部側に露出した開放部２１２Ｋが形成され得る。
また、前記上部ケース２１０Ａには、前記ガス排出路２１２が外部と接続するように開口されたガス排出口２１３が形成され得る。具体的に、前記ガス排出口２１３は、図１のＦ方向から見る場合、前記上部ケース２１０Ａの前端２１０ａ、後端２１０ｂ、左側端２１０ｃ、及び右側端２１０ｄの少なくとも二つ以上に形成され得る。
例えば、図５に示したように、前記上部ケース２１０Ａの前端２１０ａ、後端２１０ｂ、左側端２１０ｃ、及び右側端２１０ｄの各々に複数のガス排出口２１３が形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記上部ケース２１０Ａは、前方向、後方向、左方向、及び右方向の端部にガス排出口２１３を形成することで、前記円筒状電池セル１００で発生したガス、火炎、熱などを迅速に排出でき、前記上部ケース２１０Ａの収容部２１１のいずれの位置においてもガス排出口２１３が近くに形成されており、二次爆発の危険性を効率的に大幅減少させることができる。
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの下部構成を概略的に示す分解斜視図である。そして、図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である下部ケースを概略的に示す側面図である。
図２及び図４と共に図６及び図７を参照すると、前記下部ケース２１０Ｂは、前記上部ケース２１０Ａの下部に結合する締結構造を有し得る。例えば、前記締結構造は、フック突起Ｇ１と締結溝Ｇ２とが結合する締結構造であり得る。
具体的に、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの各々には、フック突起Ｇ１及び締結溝Ｇ２が形成され得る。例えば、図４及び図７に示したように、前記上部ケース２１０Ａのフック突起Ｇ１は、前記下部ケース２１０Ｂの締結溝Ｇ２と結合するように対応する位置に形成され得る。そして、前記下部ケース２１０Ｂのフック突起Ｇ１は、前記上部ケース２１０Ａの締結溝Ｇ２と結合するように対応する位置に形成され得る。
さらに、前記下部ケース２１０Ｂは、前記円筒状電池セル１００を挿入収容する空間が形成された収容部２１１を備え得る。また、前記下部ケース２１０Ｂは、電気絶縁性素材を含み得る。例えば、前記電気絶縁性素材は、プラスチック素材であり得る。
具体的に、前記収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００が収容可能な円筒状の収容空間が形成され得る。また、前記円筒状電池セル１００は、前記収容部２１１の円形の開口Ｏ２に挿入されて前記下部ケース２１０Ｂの内部に収納され得る。
この際、前記円筒状電池セル１００は、上端部に前記第１電極端子１１１Ａ及び前記第２電極端子１１１Ｂが位置している。即ち、前記円筒状電池セル１００は、上端部に前記第１電極端子１１１Ａ及び前記第２電極端子１１１Ｂが位置した状態で前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１に挿入され得る。
そして、前記複数の円筒状電池セル１００は、一つの円筒状電池セル１００の外面と他の一つの円筒状電池セル１００の外面とが少なくとも０．１ｍｍ以上互いに離隔するように前記収容部２１１に収容され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、下記の実験例１の実験結果のように、前記バッテリーモジュール２００の収容された複数の円筒状電池セル１００は、０．１ｍｍ以上互いに離隔して位置することで、一つの円筒状電池セル１００が発火する場合、伝導される熱の量が少なくなり、隣接した円筒状電池セル１００の連鎖発火が発生することを防止する効果を奏し得る。
そして、前記収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の水平方向の外側面を囲むように密着形成され得る。即ち、前記収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の外側面に特定の物質や火炎などが流れ込まないように外側面に密着して形成された収容空間で形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１は、前記円筒状電池セル１００の外側面を囲むように形成されることで、前記バッテリーモジュール２００の内部に発火した円筒状電池セル１００の火炎などが他の円筒状電池セル１００に直接接触または露出しないように保護でき、前記円筒状電池セル１００の二次発火や爆発を防止することができる。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す斜視図である。
図６と共に図８を参照すると、前記下部ケース２１０Ｂには、前記円筒状電池セル１００から排出されたガスを外部へ排出するように、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延びたガス排出路２１２が形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ガス排出路２１２が、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延在可能に形成されることで、前記円筒状電池セル１００の爆発によるガスないし火炎が四方へ広がっていき、発生した熱が特定の部位に集中することを避けることができ、前記ガス排出路２１２が瞬間的にガス及び火炎を収容できる収容値が十分であるため、他の円筒状電池セル１００の二次爆発を効果的に防止することができる。
また、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９中、Ｈ１）は、５ｍｍ以上であり得る。逆に、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９中、Ｈ１）は、５ｍｍ未満の場合、前記複数の円筒状電池セル１００の連鎖発火が起こりやすくて危険性の問題があった。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、下記の実験例３の結果のように、前記ガス排出路２１２の上下方向の高さ（図９のＨ１）を５ｍｍ以上に設定する場合、密集した複数の円筒状電池セル１００の連鎖発火を防止することができる効果を奏する。
さらに、前記ガス排出路２１２は、前記円筒状電池セル１００の上端に形成された第１電極端子１１１Ａと隣接した前記下部ケース２１０Ｂの上端部に形成され得る。この際、前記第１電極端子１１１Ａが形成された前記円筒状電池セル１００の上端部には、前記安全ベント構造体（図３中、安全ベント構造体１３０）が形成され得る。
そして、前記下部ケース２１０Ｂのガス排出路２１２には、上部側に露出した開放部２１２Ｋが形成され得る。即ち、前記ガス排出路２１２には、ガスの移動をガイドできる側壁２１２ａが形成され得る。また、前記側壁２１２ａの上部には、上部側に露出した開放部２１２Ｋが形成され得る。
さらに、前記下部ケース２１０Ｂには、前記ガス排出路２１２が外部と連結されるように開口した前記ガス排出口２１３が形成され得る。具体的に、前記ガス排出口２１３は、前記下部ケース２１０Ｂの前端２１０ａ、後端２１０ｂ、左側端２１０ｃ、及び右側端２１０ｄのうちの少なくとも二つ以上に形成され得る。例えば、図８に示したように、前記下部ケース２１０Ｂの前端２１０ａ、後端２１０ｂ、左側端２１０ｃ、及び右側端２１０ｄの各々に複数のガス排出口２１３が形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記下部ケース２１０Ｂは、前方向、後方向、左方向、及び右方向にガス排出口２１３を形成することで、内部の円筒状電池セル１００で発生したガス、火炎、熱などを迅速に排出することができ、前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１のいずれの位置においてもガス排出口２１３が近くに形成されており、二次爆発の危険性を効率的に防止することができる。
図９は、図１のＡ−Ａ’線に沿って見たバッテリーモジュールの一部を概略的に示す部分断面図である。
また、図２及び図８と共に図９を参照すると、前記カバーシート２３０は、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの各々のガス排出路２１２の開放部２１２Ｋを覆うように、前記上部ケース２１０Ａと前記下部ケース２１０Ｂとの間に介在され得る。
また、前記カバーシート２３０は、耐火性が高くて電気絶縁性を有する素材を含み得る。例えば、前記カバーシート２３０は、雲母（mica）素材及び／またはセラミック素材を含み得る。具体的に、前記カバーシート２３０は、セラミックスシートの両面に雲母層が形成された形態であり得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、電気的絶縁性を有する前記カバーシート２３０は、前記上部ケース２１０Ａと前記下部ケース２１０Ｂとの間に介在されることで、前記バッテリーモジュール２００の上部ケース２１０Ａに位置した円筒状電池セル１００と、下部ケース２１０Ｂに位置した円筒状電池セル１００との短絡が発生することを効果的に防止することができる。
さらに、前記雲母素材を含んだカバーシート２３０は、耐火性に優れており、前記円筒状電池セル１００の爆発によって隣接する周りの他の円筒状電池セル１００への火炎の影響を効果的に減少させることができる利点がある。
また、図５及び図８の共に図９を参照すると、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの各々に設けられた前記複数の円筒状電池セル１００の電極端子１１１同士を電気的に接続するように構成され得る。
具体的に、前記ワイヤ型バスバー２４０は、電気伝導性素材を含み得る。例えば、前記電気伝導性素材は、銅またはアルミニウム、ニッケルなどであり得る。また、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記円筒状電池セル１００の第１電極端子１１１Ａと他の円筒状電池セル１００の第２電極端子１１１Ｂとの外面に接触結合し得る。
または、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記円筒状電池セル１００の第１電極端子１１１Ａと他の円筒状電池セル１００の第１電極端子１１１Ａとの外面に接触結合し得る。
または、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記円筒状電池セル１００の第２電極端子１１１Ｂと他の円筒状電池セル１００の第２電極端子１１１Ｂとの外面に接触結合し得る。
即ち、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記複数の円筒状電池セル１００同士を電気的に直列接続または並列接続するように構成され得る。
そして、前記電極端子１１１の外面と接触したワイヤ型バスバー２４０の端部は、前記電極端子１１１の外面と密着したプレート形状を有し得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ワイヤ型バスバー２４０の端部を前記電極端子１１１と密着したプレート形状として構成する場合、電極端子１１１との接触面積が増加して接着力も高くなり、連結構造の耐久性を効果的に向上させることができる。
また、前記ワイヤ型バスバー２４０は、前記ガス排出路２１２の中に位置し得る。即ち、前記ガス排出路２１２内で前記複数のワイヤ型バスバー２４０を介した前記複数の円筒状電池セル１００の電気的接続構造が形成できる。
例えば、図５に示したように、前記上部ケース２１０Ａに形成された前記複数のワイヤ型バスバー２４０は、前記円筒状電池セル１００の電極端子１１１と他の一つの円筒状電池セル１００の電極端子１１１とを接続し得る。即ち、前記前後方向へ配列された二つの円筒状電池セル１００は、前記ワイヤ型バスバー２４０を介して各々の第２電極端子１１１Ｂが互いに電気的に接続し得る。
そして、左右方向に配列された前記複数の円筒状電池セル１００は、前記ワイヤ型バスバー２４０を介して前記第１電極端子１１１Ａと前記第２電極端子１１１Ｂとが互いに電気的に接続し得る。
例えば、図８に示したように、前記下部ケース２１０Ｂに形成された前記複数のワイヤ型バスバー２４０は、一つの円筒状電池セル１００の電極端子１１１と、他の円筒状電池セル１００の電極端子１１１とを接続し得る。即ち、前記前後方向へ配列された二つの円筒状電池セル１００は、前記ワイヤ型バスバー２４０によって各々の第２電極端子１１１Ｂが互いに電気的に接続できる。そして、左右方向に配列された前記複数の円筒状電池セル１００は、前記ワイヤ型バスバー２４０を介して前記第１電極端子１１１Ａと前記第２電極端子１１１Ｂとが互いに電気的に接続できる。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ワイヤ型バスバー２４０は、少ない量の素材でも複数の円筒状電池セル１００を電気的に接続することができ、製造コストを節減することができる。また、バー（bar）形態のバスバーと比較して前記ワイヤ型バスバー２４０は少ない体積を有するため、前記ガス排出路２１２内に前記ワイヤ型バスバー２４０が位置しても、排出されるガスの流れを邪魔しにくくて、ガスや火炎の影響による二次爆発を最小化することができる。
また、前記二つの電極端子１１１同士の電気的接続をなすワイヤ型バスバー２４０の個数は、前記ワイヤ型バスバー２４０の断面積と必要な適正水準の抵抗値を考慮して設定し得る。
即ち、電極端子１１１同士の電気的接続をなすワイヤ型バスバー２４０の面積が広くて個数が多いほど、前記二つの円筒状電池セル１００間の電気流れの抵抗が減少する。逆に、前記ワイヤ型バスバー２４０が高い抵抗を有する場合、発熱量が多くなってしまい、前記バッテリーモジュール２００の内部温度を高めて寿命を短縮させるか、または火事を発生させる危険がある。
そして、電極端子１１１同士の電気的接続をなすワイヤ型バスバー２４０が二つ以上である場合、一つのワイヤ型バスバー２４０が断線されても残りのワイヤ型バスバー２４０が電気的接続をなし、断線による被害を減らすことができる。
図５及び図８をさらに参照すると、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂに収容された複数の円筒状電池セル１００は、前後方向へ一列に配置され、左右方向へ延びた基準線を中心にして前方または後方へ偏って交互に配置されたジグザグの配列構造を有し得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記複数の円筒状電池セル１００が左右方向へジグザグの配列構造を有する場合、前記複数の円筒状電池セル１００の間に形成された空間を最小化することができ、同一の体積を以ってさらに多い個数の電池セルを収容することができ、バッテリーモジュール２００のエネルギー密度を効果的に高めることができる。
また、前記複数の円筒状電池セル１００の配置構造に応じて前記ガス排出路２１２を設定することができる。具体的に、前記ガス排出路２１２は、前記複数の円筒状電池セル１００の配置に応じて前後方向へ一直線に連結拡張し、左右方向の基準線を中心にして前後方向へジグザグに連結拡張し得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ガス排出路２１２がジグザグに連結拡張されることで、前記円筒状電池セル１００で発生した火炎がガス排出路２１２の側壁２１２ａに干渉され、発火した円筒状電池セル１００と隣接した左右方向の円筒状電池セル１００への火炎の影響を減らすことができるという利点がある。
図１０は、図８のＣ’の領域を拡大して概略的に示す一部拡大図である。
図２と共に図８及び図１０を参照すると、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００の電極端子１１１が位置した方向へ突出して延びたストッパー２１７が形成され得る。具体的に、前記ストッパー２１７は、前記円筒状電池セル１００の上端面または下端面の少なくとも一部を支持するように構成され得る。即ち、前記ストッパー２１７は、前記円筒状電池セル１００の前記第１電極端子１１１Ａ及び前記第２電極端子１１１Ｂが形成された一端部を支持するように形成され得る。
例えば、前記上部ケース２１０Ａに形成された収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００の下端面を支持するように構成され得る。また、前記下部ケース２１０Ｂに形成された収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００の上端面を支持するように構成され得る。
図１０に示したように、前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１には、前記円筒状電池セル１００の第２電極端子１１１Ｂの一部を支持するように突出して延びた複数のストッパー２１７が形成され得る。
したがって、このような本実施例にかかる構成によれば、前記収容部２１１に形成された複数のストッパー２１７は、前記円筒状電池セル１００が収容部２１１から離脱することを効果的に防止することができる。
また、前記複数のストッパー２１７の間には、前記ワイヤ型バスバー２４０が延在できる離隔空間２１７ｄが形成され得る。即ち、一つのストッパー２１７の水平方向の側面と、他のストッパー２１７の水平方向の側面との間に離隔空間２１７ｄが形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記複数のストッパー２１７は、前記ワイヤ型バスバー２４０の複数の電極端子１１１同士の接続構造が断線されても、前記離隔空間２１７ｄから前記ワイヤ型バスバー２４０が離脱しないように阻止できる役割を果し得る。これによって、前記バッテリーモジュール２００の耐久性を効果的に高めることができる。
また、図２と共に図１０を参照すると、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂ各々の収容部２１１には、前記複数の円筒状電池セル１００の間を区切る隔壁２１９が形成され得る。ここで、前記隔壁２１９は、上方または下方へ突出して延び得る。また、前記隔壁２１９には、前記隔壁２１９の外面が前記収容部２１１の外面と上下方向の高さが相異なる段差構造が形成され得る。
例えば、図１０に示したように、前記隔壁２１９は、前記下部ケース２１０Ｂの収容部２１１に形成された二つのストッパー２１７の間に形成され得る。また、前記隔壁２１９は、上方に突出して前記収容部２１１の外面と上下方向の高さが相異なる段差構造を有する四角ブロックの形態であり得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記隔壁２１９は、前記ワイヤ型バスバー２４０の一端部が前記円筒状電池セル１００の電極端子１１１から短絡する場合、他の円筒状電池セル１００の異なる極性の電極端子１１１と短絡されることを防止できるように、前記ワイヤ型バスバー２４０の一端部の移動を阻止できる。これによって、本発明の一実施例にかかるバッテリーモジュール２００の安全性を大幅向上させることができる。
図１１は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す部分拡大図である。
図１１を参照すると、前記隔壁２１９Ｂには、一つの円筒状電池セル１００から他の一つの円筒状電池セル１００が位置した方向へ連続的に上下の高さが変化する少なくとも一つ以上の傾斜構造体Ｃ１が形成され得る。
具体的に、前記隔壁２１９Ｂには、一つの円筒状電池セル１００から他の一つの円筒状電池セル１００が位置した方向へ連続的に高さが増加する傾斜構造体Ｃ１及び連続的に高さが減少する傾斜構造体Ｃ２を有し得る。即ち、前記隔壁２１９Ｂは、傾斜構造体Ｃ１及び傾斜構造体Ｃ２を有し、隔壁２１９Ｂの突出した向方の断面が三角形の形態であり得る。
また、前記隔壁２１９Ｂの上端部Ｓ１は、半円柱の形状を有するように形成され得る。
例えば、図１１に示したように、前記隔壁２１９Ｂは、一つの円筒状電池セル１００から他の一つの円筒状電池セル１００が位置した方向へ連続的に高さが変化する二つの傾斜構造体Ｃ１、Ｃ２が形成され、前記隔壁２１９Ｂの上端部Ｓ１は、半円柱の形状を有するように形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記隔壁２１９Ｂは、前記ワイヤ型バスバー２４０の下部を支持するように形成されることで、前記ワイヤ型バスバー２４０が前記円筒状電池セル１００の電極端子１１１と他の円筒状電池セル１００の電極端子１１１との間に適切に配置されるようにガイドできるため、前記複数の円筒状電池セル１００の電気接続工程を容易に行うことができ、製造時間を短縮させることができる。
図１２は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示す部分拡大図である。
図１２を参照すると、前記隔壁２１９の上端及び下端の少なくとも一つには、内部方向へ凹んだ構造の固定溝Ｇ４が形成され得る。また、前記固定溝Ｇ４は、前記ワイヤ型バスバー２４０の一部が挿入されるように前記ワイヤ型バスバー２４０の外形が収容可能な大きさに凹まれ得る。
例えば、図１２に示したように、前記隔壁２１９の上面には、下方へ凹んだ固定溝Ｇ４が形成され得る。そして、前記固定溝Ｇ４の内部の両側各々には、前記ワイヤ型バスバー２４０が挿入される挿入部Ｇ４ａが形成され得る。
したがって、このような本発明の一実施例にかかる構成によれば、前記ワイヤ型バスバー２４０を前記隔壁２１９に形成された固定溝Ｇ４内に固定することで、前記ワイヤ型バスバー２４０が電極端子１１１から接続が切れる場合、前記ワイヤ型バスバー２４０の一端部が位置移動して他の電極端子１１１と接触することで短絡の発生を防止することができる。
また、図１及び図２とともに、図８を参照すると、複数のプレート型バスバー２６０の各々は、前記複数ワイヤ型バスバー２４０と電気的に接続し得る。また、前記プレート型バスバー２６０は、外部のデバイスと電気的に接続するためのモジュール端子（図１の２８０）と最終的に電気的接続をなし得る。したがって、前記プレート型バスバー２６０は、前記バッテリーモジュール２００内に複数の円筒状電池セル１００とモジュール端子（図１の２８０）との電気的接続をなすように構成できる。
ここで、前記プレート型バスバー２６０は、電気伝導性素材を含み得る。例えば、前記電気伝導性素材は、銅またはアルミニウム、ニッケルなどであり得る。
さらに、前記複数のプレート型バスバー２６０は、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの各々の左右方向の両側に位置し得る。具体的に、前記上部ケース２１０Ａ及び前記下部ケース２１０Ｂの両側の各々に位置した複数のプレート型バスバー２６０は、電気極性が相異なり得る。例えば、図８に示したように、前記下部ケース２１０Ｂの左側部に位置したプレート型バスバー２６０は電気的極性が負極であり得、右側部に位置したプレート型バスバー２６０は電気的極性が正極であり得る。
そして、前記上部ケース２１０Ａの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバー２６０の少なくとも一部が挿入されて収容されるように上方へ凹んだ挿入溝Ｇ３が形成され得る。さらに、前記下部ケース２１０Ｂの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバー２６０の少なくとも一部が挿入されて収容されるように下方へ凹んだ挿入溝Ｇ３が形成され得る。
例えば、図２及び図５に示したように、前記上部ケース２１０Ａの両側部の各々には挿入溝Ｇ３が形成され得、前記挿入溝Ｇ３にはプレート型バスバー２６０が挿入されて固定され得る。また、図８に示したように、前記下部ケース２１０Ｂの両側部の各々には挿入溝Ｇ３が形成され得、前記挿入溝Ｇ３にはプレート型バスバー２６０が挿入されて固定され得る。
図１３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す平面図である。
また、図２と共に図１３を参照すると、前記上部ケース２１０Ａの上端部には、前記円筒状電池セル１００の上部を収容する収容空間が形成された上部支持カバー２５０Ａが結合して形成され得る。即ち、前記上部支持カバー２５０Ａには、円形に穿孔された複数の開口Ｏ１が形成された収容空間が設けられ得る。また、前記上部支持カバー２５０Ａの上端には、前記円筒状電池セル１００の上端面を支持する支持台２５３が形成され得る。
さらに、前記下部ケース２１０Ｂの下端部には、前記円筒状電池セル１００の下部を収容する収容空間が形成された下部支持カバー２５０Ｂが結合して形成され得る。即ち、前記下部支持カバー２５０Ｂは、円形で穿孔された複数の開口Ｏ１が形成された収容空間が設けられ得る。また、前記下部支持カバー２５０Ｂの下端には、前記円筒状電池セル１００の下端面を支持する支持台２５３が形成され得る。
例えば、図２に示したように、前記バッテリーモジュール２００の上端及び下端の各々には、上部支持カバー２５０Ａ及び下部支持カバー２５０Ｂが備えられている。そして、前記上部支持カバー２５０Ａ及び前記下部支持カバー２５０Ｂの各々には、１１２個の円筒状電池セル１００の一部が収容される収容空間が設けられ得る。そして、前記上部支持カバー２５０Ａ及び前記下部支持カバー２５０Ｂの各々には、前記複数の円筒状電池セル１００の端面を支持できる支持台２５３が６個ずつ形成されている。
図１４は、本発明の他の実施施によるバッテリーモジュールの一部構成であるカバーシートを概略的に示す側面図である。
図８と共に図１４を参照すると、前記カバーシート２３０Ｂの上下面の各々には、上下方向へ突出した隆起構造体２３２が形成され得る。また、前記隆起構造体２３２は、前記ガス排出路２１２の開放部２１２Ｋに少なくとも一部が挿入されるように、前記ガス排出路２１２に沿って形成され得る。そして、前記隆起構造体２３２の隆起された大きさは、前記ガス排出路２１２内でガスの移動を邪魔しないほどに突出し得る。例えば、図１４に示したように、前記カバーシート２３０Ｂの上下面の各々には、上下方向へ突出した隆起構造体２３２が１６個形成され得る。
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００を一つ以上含み得る。また、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール２００に加え、バッテリーモジュール２００を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ（Battery Management System）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
また、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、エネルギー貯蔵装置のようなデバイスに適用可能である。即ち、本発明の一実施例によるデバイスは、本発明の一実施例によるバッテリーパックを含み得る。
例えば、前記バッテリーパックは、非常時、電気電源として使用できるエネルギー貯蔵システムに適用し得る。即ち、本発明の一実施例によるエネルギー貯蔵システムは、本発明の一実施例によるバッテリーパックの作動を制御できる制御部を含み得る。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例および実験例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例および実験例によって制限されることではない。本発明による実施例は、多様な形態に変形することができ、本発明の範囲が下記に詳述する実施例に限定されると解釈してはいけない。本発明の実施例は、当業界における平均的な知識を持つ者にとって本発明をより完全に説明するために提供される。
比較例１
ＮｉをメッキしたＳＰＣＥ（冷間圧延鋼板）を用いて上部キャップ及び円筒状ケースを製作し、円筒状ケースの内部に電極組立体を入れた後、電極組立体の上端部に対応する部位の円筒状ケースにビーディング工程を行ってクリンピング（crimping）部位を形成し、クリンピング部位の内側面にガスケットを挿入し、前記円筒状ケースの上部に上部キャップを結合して円筒状電池セル１００を製作した。そして、図１５のように、７個の円筒状電池セル１００を互いに離隔する距離をあけることなく、互いに水平方向の側部が接触するように配置して構成した。
実施例１
円筒状電池セル１００の７個が互いに水平方向へ０．１ｍｍの距離で離隔するように配置したことを除いては、比較例１と同様の方法で構成した。
＜実験例１：連鎖発火実験＞
比較例１及び実施例１の各々を二つのハウジングの内部に入れ、比較例１及び実施例１の各々の７個の電池セルのうち、中央に位置した中央電池セルを任意で発火させた後、ハウジングを密閉した。その後、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火が起こるか否かを確認した。
実験結果、比較例１では、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火が起こり、実施例１では、連鎖発火が起こらなかった。これは、実施例１の発火した中央電池セルと０．１ｍｍの離隔距離を有することで、発火した円筒状電池セルから残りの電池セルに伝導される熱の量が比較例１と比較して少ないため、連鎖発火が起こらなかったと考えられる。
実施例２
図１６のように、比較例１で製造された７個の円筒状電池セル１００を互いに０．１ｍｍ距離で離隔するように配置し、７個の円筒状電池セル１００の水平方向の側部に火炎が流れ込まないように円筒状電池セル１００の上部に密着するように囲む上部カバー２１５を搭載して構成した。
比較例２
７個の円筒状電池セル１００の水平方向の上端部が外部に露出するように別の部材を装着しないことを除いては、実施例２と同様の方法で構成した。
＜実験例２：連鎖発火実験＞
比較例２及び実施例２の各々を二つのハウジングに入れ、比較例２及び実施例２の各々の７個の電池セルうち、中央に位置した中央電池セルを任意で発火させた後、ハウジングを密閉した。その後、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火が起こるか否かを確認した。
実験結果、比較例２では、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火が起こり、実施例２では、連鎖発火が起こらなかった。これは、実施例２においては、発火した中央電池セルの上部で噴出した火炎から、上部カバーによって隣接した電池セルに露出する面積が少なくなることによって、電池セル同士の放射熱が比較例２と比較して少ないため、連鎖発火が起こらなかったと考えられる。
比較例３
図１７のように、比較例３は、７個の円筒状電池セル１００を内部に収容する収容部２１１及びガス排出路２１２が形成されたモジュールケース２７０を準備した。この際、前記モジュールケース２７０のガス排出路２１２の上下高さＨ２を４ｍｍにして形成した。
実施例３
モジュールケース２７０のガス排出路２１２の上下高さＨ２を５ｍｍにして形成したことを除いては、比較例３と同様にして構成した。
＜実験例３：連鎖発火実験＞
比較例３及び実施例３の各々の７個の電池セルのうち、中央に位置した中央電池セルを任意で発火させた。その後、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火の有無を確認した。
実験結果、比較例３は、中央電池セルと隣接した残りの電池セルで連鎖発火が起こり、実施例３は、連鎖発火が起こらなかった。これは、実施例３は、比較例３と比較して、ガス排出路２１２をさらに高く形成し、瞬間的に火炎ないしガスを収容できる容量を増大させることで、発火した中央電池セルで噴出した火炎と高温のガスに、隣接した電池セルが晒される時間を減らしており、電池セル間の対流で伝達した熱が少なくなるようにすることで、連鎖発火が起こらなかったと考えられる。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明は、ガス排出構造が形成された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に関する。また、本発明は、電源が必要な電子デバイスまたは自動車産業に利用可能である。
１００ 円筒状電池セル
２００ バッテリーモジュール
１１１ 電極端子
２１０Ａ 上部ケース
２１０Ｂ 下部ケース
２１１ 収容部
２１２ ガス排出路
２１３ ガス排出口
２１２Ｋ 開放部
２１７ ストッパー
２１９ 隔壁
２３０ カバーシート
２３２ 隆起構造体
２４０ ワイヤ型バスバー
２５０Ａ 上部支持カバー
２５０Ｂ 下部支持カバー
２６０ プレート型バスバー
Ｇ４ 固定溝
Ｇ１ フック突起
Ｇ２ 締結溝
Ｇ３ 挿入溝

Claims (14)

  1. 一端部に相異なる極性の二つ以上の電極端子が形成された複数の円筒状電池セルと、
    前記円筒状電池セルを挿入収容する空間が形成された収容部、前記円筒状電池セルから排出されたガスを外部へ排出するように、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延び、下部側に露出した開放部が形成されたガス排出路、及び前記ガス排出路が外部と連結されるように開口されたガス排出口が備えられた上部ケースと、
    前記上部ケースの下部に結合し、前記円筒状電池セルを挿入収容する空間が形成された収容部、前記円筒状電池セルから排出されたガスを外部に排出するように、前方向、後方向、左方向、及び右方向へ延び、上部側に露出した開放部が形成されたガス排出路、及び前記ガス排出路が外部と連結されるように開口されたガス排出口が備えられた下部ケースと、
    前記ガス排出路の開放部を覆うように前記上部ケースと前記下部ケースとの間に介在されたカバーシートと、
    前記複数の円筒状電池セルの電極端子同士を電気的に接続するように構成された複数のワイヤ型バスバーと、
    を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記ガス排出口は、前記上部ケース及び前記下部ケース各々の前端、後端、左側端、及び右側端のうちの少なくとも二つ以上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記ガス排出路は、上下方向の高さが５ｍｍ以上であり、
    前記複数の円筒状電池セルは、少なくとも０．１ｍｍ以上の距離で互いに離隔していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記複数の円筒状電池セルは、前後方向へ一列に配置され、左右方向へ延びた基準線を中心にして前方または後方へ偏って交互に配置されたジグザグ配列構造を有し、
    前記ガス排出路は、前記複数の円筒状電池セルの配置に応じて前後方向へ一直線に連結拡張され、左右方向の基準線を中心にして前後方向へジグザグに連結拡張されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記収容部は、前記円筒状電池セルの水平方向の外側面を囲むように密着して形成され、
    前記収容部には、前記円筒状電池セルの上端面または下端面の少なくとも一部を支持するように前記円筒状電池セルの電極端子が位置した方向へ突出して延びたストッパーが形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記上部ケース及び前記下部ケース各々の収容部には、前記複数の円筒状電池セルの間を区切る隔壁が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記隔壁には、外面の上下方向の高さが相異なる段差構造が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記隔壁には、一つの円筒状電池セルから他の一つの円筒状電池セルが位置した方向へ連続的に上下方向の高さが変化する少なくとも一つ以上の傾斜構造体が形成され、
    前記隔壁の上端部は、半円柱の形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記隔壁の上端及び下端の少なくとも一方には、前記ワイヤ型バスバーの一部が挿入されるように内部方向へ凹んだ構造の固定溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記ワイヤ型バスバーと電気的に接続し、前記上部ケース及び前記下部ケース各々の左右方向の両側に位置した複数のプレート型バスバーをさらに含み、
    前記上部ケースの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバーの少なくとも一部が挿入されて収容されるように、上方へ凹んだ挿入溝が形成され、
    前記下部ケースの左右方向の両側部の各々には、前記プレート型バスバーの少なくとも一部が挿入されて収容されるように下方へ凹んだ挿入溝が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記カバーシートは、雲母素材を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記カバーシートの上下面の各々には、前記ガス排出路の開放部に少なくとも一部が挿入されるように、前記ガス排出路に沿って上下方向へ突出した隆起構造体が形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む、バッテリーパック。
  14. 請求項１３に記載のバッテリーパックを備える、デバイス。
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