JP2022518415A - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルと、バッテリーセルを収容し、バッテリーセルの両側に内部冷却流路が設けられるモジュールケースと、モジュールケースの両側面に備えられるベンティング開口と、ベンティング開口を覆うように前記モジュールケースの両側面に取り付けられ、所定の温度以上で溶けることでベンティング開口を開放するシート部材と、シート部材と所定の距離で離隔し、モジュールケースの両側面の内壁に取り付けられる遮断ブラケットと、を含むことを特徴とする。
Description
本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置に関する。
本出願は、２０１９年１０月３０日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１３６９５８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。
多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーモパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
一方、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が通常である。
従来のバッテリーモジュールの場合、バッテリーモジュールの冷却のために水冷式または空冷式の冷却ユニットを備え得る。ここで、空冷式構造のバッテリーモジュールの冷却ユニットは、通常、冷却空気供給部及び冷却空気排出部を含んで構成される。一方、バッテリーセルの少なくともいずれか一つのバッテリーセルの異常発熱による高温状況の発生時、バッテリーモジュールの内部で高温のガスと火炎などが発生し得る。
しかし、従来の空冷式構造のバッテリーモジュールの場合、高温のガスがバッテリーモジュールの外へ円滑に抜けにくいという問題がある。この場合、モジュール内部のいずれか一つのバッテリーセルの熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）がモジュール内部の隣接するバッテリーセルへ移されて全体バッテリーモジュールの爆発などにつながり、大きい被害が発生し得る問題がある。
また、従来の空冷式構造のバッテリーモジュールの場合、モジュールの内部に火炎が発生したとき、このような内部の火炎が外部へ流出される場合、周辺のバッテリーモジュールへ火事が転移される危険が大きくなるという問題がある。
そこで、空冷式構造のバッテリーモジュールにおいて、モジュール内部の少なくとも一つのバッテリーセルの異常発熱による高温のガス及び内部火炎の発生時、高温のガスを迅速に外部へ排出しながら内部火炎が外部へ流出されることを防止することができる方案が求められる。
本発明は、少なくとも一つのバッテリーセルの異常発熱によるモジュールケースの内部に高温のガスが発生したとき、高温のガスを迅速に外部へ排出可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置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、本発明は、バッテリーモジュールであって、複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容し、前記複数個のバッテリーセルの両側に内部冷却流路が設けられるモジュールケースと、前記モジュールケースの両側面に備えられるベンティング開口と、前記ベンティング開口を覆うように前記モジュールケース両側面に取り付けられ、所定の温度以上で溶けることで前記ベンティング開口を開放するシート部材と、前記シート部材と所定の距離で離隔し、前記モジュールケースの両側面の内壁に取り付けられる遮断ブラケットと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
前記ベンティング開口は、複数個が備えられ、前記モジュールケースの長手方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
前記シート部材は、前記モジュールケースの長手方向に沿って所定の長さで備えられ、前記モジュールケースの各側面に備えられるベンティング開口を全て覆う大きさを有し得る。
前記ベンティング開口は、メッシュ状で設けられ得る。
前記遮断ブラケットは、前記モジュールケースの両側内壁に取り付けられるブラケットベースと、前記ブラケットベースから延び、前記ベンティング開口と所定の距離で離隔して配置されるブラケットブロックと、を含み得る。
前記ブラケットブロックは、前記ベンティング開口を覆う大きさで設けられ得る。
前記ブラケットブロックは、前記複数個のバッテリーセルと対向するように配置され得る。
前記シート部材は、前記モジュールケースの両側面の内壁に取り付けられ得る。
なお、本発明は、バッテリーラックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーラックを提供する。
また、本発明は、電力貯蔵装置であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーラックを含むことを特徴とする電力貯蔵装置を提供する。
以上のような多様な実施例によって、少なくとも一つのバッテリーセルの異常発熱によるモジュールケースの内部に高温のガスが発生したとき、高温のガスを迅速に外部へ排出できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例において、少なくとも一つのバッテリーセルの異常発熱によるモジュールケースの内部に火炎が発生したとき、内部火炎の外部への流出を防止できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
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。
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。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張されて示され得る。
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説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの断面図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースの外側部の主要部を説明するための図であり、図４は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースの内側部の主要部を説明するための図である。
図１～図４を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、冷却空気供給部３００、冷却空気排出部４００、ベンティング開口５００、シート部材６００及び遮断ブラケット７００を含み得る。
上記バッテリーセル１００は二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池として設けられ得る。以下、本実施例で、上記バッテリーセル１００は、パウチ型二次電池であると限定して説明する。
このような上記バッテリーセル１００は、複数個で備えられ得る。上記複数個のバッテリーセル１００は、相互に電気的に接続するように積層して配置され得る。
上記モジュールケース２００は、上記複数個のバッテリーセル１００を収容し得る。このために、上記モジュールケース２００には、上記複数個のバッテリーセル１００を収容するための収容空間が設けられ得る。
上記モジュールケース２００は、内部冷却流路２５０を含み得る。
上記内部冷却流路２５０は、上記モジュールケース２００の内部で上記複数個のバッテリーセル１００の両側に設けられ得る。このような内部冷却流路２５０は、後述する空冷式で備えられる冷却空気供給部３００及び冷却空気排出部４００と連通するように配置され得る。
上記冷却空気供給部３００は、上記モジュールケース２００の一側、具体的には、上記モジュールケース２００の前方に備えられ、上記内部冷却流路２５０側へ冷却空気を提供し得る。
このような冷却空気供給部３００には、上記モジュールケース２００内部の上記内部冷却流路２５０側へ冷却空気を円滑に供給するための冷却供給ファンユニットが設けられ得る。
上記冷却空気排出部４００は、上記モジュールケース２００の他側、具体的には、上記モジュールケース２００の後方に備えられ、上記内部冷却流路２５０内部の冷却空気を上記モジュールケース２００の外へ排出できる。
このような冷却空気排出部４００には、上記モジュールケース２００内部の上記内部冷却流路２５０側の冷却空気の排出を円滑にするための冷却排出ファンユニットが設けられ得る。
上記冷却空気排出部４００は、上記モジュールケース２００の前後方向で上記冷却空気供給部３００と対角線方向に配置され得る。これによって、冷却空気は、上記モジュールケース２００の内部全体でより円滑に流動できる。
上記ベンティング開口５００は、上記モジュールケース２００の上記内部冷却流路２５０と対向し、上記モジュールケース２００の両側面に備えられ得る。上記ベンティング開口５００は複数個が備えられ、上記モジュールケース２００の長手方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
ここで、上記複数個のベンティング開口５００は、メッシュ形状で設けられ得る。これは、上記モジュールケース２００の内部で火炎が発生する場合、このような火炎の流出防止をガイドするためである。
上記シート部材６００は一対で備えられ、上記ベンティング開口５００を覆うように上記モジュールケース２００の両側面に取り付けられ得る。具体的には、上記一対のシート部材６００は、上記モジュールケース２００の両側面の内壁に取り付けられ得る。
上記一対のシート部材６００は、上記モジュールケース２００の長手方向に沿って所定の長さで備えられ、上記モジュールケース２００の各側面に備えられるベンティング開口５００を全て覆い得る。
このような上記一対のシート部材６００は、所定の温度以上で溶けることで上記ベンティング開口５００を開放できる。具体的には、上記一対のシート部材６００は、所定の温度以下で上記少なくとも一つ、本実施例の場合、上記複数個のベンティング開口５００を全て密封し、所定の温度以上で溶けることで上記複数個のベンティング開口５００の少なくとも一つのベンティング開口５００を少なくとも部分的に開放し得る。
このために、上記一対のシート部材６００は、所定の温度以上の高温に弱いフィルムまたはフォーム（ｆｏａｍ）物質として設けられ得る。このような一対のシート部材６００は、所定の温度以上の高温で溶ける。
上記遮断ブラケット７００は、上記シート部材６００と所定の距離で離隔し、上記モジュールケース２００の両側面の内壁に取り付けられ得る。このような遮断ブラケット７００は、複数個が備えられ得る。
上記複数個の遮断ブラケット７００は、各々、ブラケットベース７１０及びブラケットブロック７３０を含み得る。
上記ブラケットベース７１０は、上記モジュールケース２００の両側内壁に取り付けられ得る。このようなブラケットベース７１０は、上記モジュールケース２００の両側内壁に溶接結合またはスクリュー結合などによって上記モジュールケース２００に固定され得る。
上記ブラケットブロック７３０は、上記ブラケットベースから延び、上記ベンティング開口５００及び上記シート部材６００と所定の距離で離隔して配置され得る。このような上記ブラケットブロック７３０は、上記ベンティング開口５００を覆う大きさで設けられ得る。
上記ブラケットブロック７３０は、上記モジュールケース２００内部の上記内部冷却流路２５０内に配置され、上記複数個のバッテリーセル１００及び上記シート部材６００と各々対向するように配置され得る。
以下、本実施例による上記バッテリーモジュール１０の冷却及び高温状況における様子についてより詳しく説明する。
図５及び図６は、図１のバッテリーモジュールの冷却時の様子を説明するための図である。
図５及び図６を参照すると、上記バッテリーモジュール１０の冷却時、上記冷却空気供給部３００は、上記モジュールケース２００の外部から上記バッテリーセル１００を冷却するための冷却空気を上記モジュールケース２００の内部へ流入させることができる。
上記モジュールケース２００の内部に流入した冷却空気は、上記モジュールケース２００の上記内部冷却流路２５０を流動しながら上記バッテリーセル１００を冷却し得る。この際、上記冷却空気は、上記内部冷却流路２５０上の上記シート部材６００と上記遮断ブラケット７００との間の空間及び上記バッテリーセル１００と上記遮断ブラケット７００との間の空間を流動し得る。その後、上記バッテリーセル１００を冷却した冷却空気は、上記冷却空気排出部４００から上記モジュールケース２００の外へ排出される。
図７は、図１のバッテリーモジュールの異常状況による高温のガス及び内部火炎の発生時の様子を説明するための図である。
図７を参照すると、上記バッテリーモジュール１０の場合、上記バッテリーセル１００の少なくとも一つのバッテリーセル１００で異常発熱症状が発生し得る。このような異常発熱が持続する場合、上記モジュールケース２００の内部で高温状況が発生し得、上記モジュールケース２００の内部で高温のガスＧと火炎Ｆなどが発生し得る。
本実施例の場合、このような高温状況による上記モジュールケース２００の内部における高温のガスＧと火炎Ｆなどが発生したとき、上記シート部材６００が溶け落ちながら上記複数個のベンティング開口５００が上記モジュールケース２００の外に露出できる。
これによって、上記高温のガスＧは、上記複数個のベンティング開口５００側へ迅速に排出されるので、バッテリーモジュール１０全体の爆発などにつながる問題を予め効果的に遮断することができる。
一方、上記火炎Ｆが、上記ベンティング開口５００の外部へ流出される場合、流出された火炎Ｆによって上記バッテリーモジュール１０の外部で上記火炎Ｆによる被害が発生し得る。
本実施例の場合、上記バッテリーセル１００と上記ベンティング開口５００との間に上記遮断ブラケット７００が配置されるため、上記火炎Ｆの場合、上記遮断ブラケット７００によって上記ベンティング開口５００の外部への流出を効果的に防止できる。これによって、本実施例の場合、上記遮断ブラケット７００によって上記モジュールケース２００の内部で発生する火炎Ｆの外部への流出を効果的に防止することができる。
図８は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール２０は、前述した実施例の上記バッテリーモジュール１０と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成に対しては重複説明を省略し、以下、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図８を参照すると、上記バッテリーモジュール２０のモジュールケース２００には、複数個のベンティング開口５５０が備えられ得る。上記モジュールケース２００の内壁には、上記ベンティング開口５５０を覆う前述した実施例のようなシート部材６００が取り付けられ得る。
本実施例の場合、上記ベンティング開口５５０は、前述した実施例のようなメッシュ状ではなく、所定の大きさ、ほぼ四角形の開口で備えられ得る。これによって、本実施例の場合、前述した実施例のようなガス排出状況で、シート部材６００が溶けると、上記ベンティング開口５５０の開口面積をさらに確保することができるので、上記ガスがより迅速に排出可能になる。
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
図９を参照すると、バッテリーラック１は、前述した実施例の上記複数個のバッテリーモジュール１０、２０と、上記複数個のバッテリーモジュール１０、２０を収容するラックケース５０と、を含み得る。
本実施例による上記バッテリーラック１は、前述した実施例の上記バッテリーモジュール１０、２０を含むことから、前述した実施例の上記バッテリーモジュール１０、２０の長所を全て含むバッテリーラック１を提供することができる。
図１０は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
図１０を参照すると、電力貯蔵装置Ｅは、エネルギー源として、家庭用または産業用に用いられ得る。このような電力貯蔵装置Ｅは、前述した実施例の少なくとも一つ、本実施例の場合、複数個のバッテリーラック１及び上記複数個のバッテリーラック１を収容するラックコンテナＣを含み得る。
本実施例による上記電力貯蔵装置Ｅは、前述した実施例の上記バッテリーラック１を含むことから、前述した実施例の上記バッテリーラック１の長所を全て含む電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
以上のような多様な実施例によって、少なくとも一つのバッテリーセル１００の異常発熱によるモジュールケース２００の内部に高温のガスが発生したとき、高温のガスを迅速に外部へ排出可能なバッテリーモジュール１０、２０、それを含むバッテリーラック１及び電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、少なくとも一つのバッテリーセル１００の異常発熱によるモジュールケース２００の内部における火炎発生時、火炎の外部への流出を防止することができるバッテリーモジュール１０、２０、それを含むバッテリーラック１及び電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーラック
１０、２０ バッテリーモジュール
５０ ラックケース
１００ バッテリーセル
２００ モジュールケース
２５０ 内部冷却流路
３００ 冷却空気供給部
４００ 冷却空気排出部
５００、５５０ ベンティング開口
６００ シート部材
７００ 遮断ブラケット
７１０ ブラケットベース
７３０ ブラケットブロック
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３００ 冷却空気供給部
４００ 冷却空気排出部
５００、５５０ ベンティング開口
６００ シート部材
７００ 遮断ブラケット
７１０ ブラケットベース
７３０ ブラケットブロック
Claims (10)
- バッテリーモジュールであって、
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容し、前記複数個のバッテリーセルの両側に内部冷却流路が設けられるモジュールケースと、
前記モジュールケースの両側面に備えられるベンティング開口と、
前記ベンティング開口を覆うように前記モジュールケースの両側面に取り付けられ、所定の温度以上で溶けることで前記ベンティング開口を開放するシート部材と、
前記シート部材と所定の距離で離隔し、前記モジュールケースの両側面の内壁に取り付けられる遮断ブラケットと、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。 - 前記ベンティング開口は、複数個が備えられ、前記モジュールケースの長手方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記シート部材は、前記モジュールケースの長手方向に沿って所定の長さで備えられ、前記モジュールケースの各側面に備えられるベンティング開口を全て覆う大きさを有することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ベンティング開口は、メッシュ状で設けられることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記遮断ブラケットは、
前記モジュールケースの両側内壁に取り付けられるブラケットベースと、
前記ブラケットベースから延び、前記ベンティング開口と所定の距離で離隔して配置されるブラケットブロックと、を含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記ブラケットブロックは、前記ベンティング開口を覆う大きさで設けられることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ブラケットブロックは、前記複数個のバッテリーセルと対向するように配置されることを特徴とする、請求項５または６に記載のバッテリーモジュール。
- 前記シート部材は、前記モジュールケースの両側面の内壁に取り付けられることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 請求項１～８のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラック。 - 請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
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