JP2022549456A - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例による電池パックは、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの周縁に沿って配置され、ベンティング通路を形成するベンティング誘導フレームと、前記複数の電池モジュールの内部と前記ベンティング誘導フレームとを連結するベンティングゲートと、前記ベンティング誘導フレームの外側に形成された破裂部と、前記ベンティング誘導フレームの通路に形成された一方向バルブとを含み、前記一方向バルブは、前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから他の電池モジュールと連結されたベンティングゲートに連結される方向の通路を遮断し、前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから前記破裂部に連結される方向の通路を開放する。
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関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年４月２９日付の韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０２０年４月２９日付の韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電池パックおよびこれを含むデバイスに関し、より具体的には、安全性が向上した電池パックおよびこれを含むデバイスに関する。
製品群による適用の容易性が高く、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、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。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メリットだけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から、環境にやさしくおよびエネルギー効率性アップのための新たなエネルギー源として注目されている。
現在商用化された二次電池には、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るが、なかでも、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効果がほとんど起こらず、充放電が自由であり、自己放電率が極めて低く、エネルギー密度が高いというメリット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として使用する。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共に密封収納する外装材、つまり、電池ケースとを備える。
一般に、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円筒型または角型二次電池と、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類される。
最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれ、多数の二次電池が直列または並列に連結された電池モジュールを集合させた中大型モジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。このような電池モジュールは、多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって、容量および出力が向上する。また、複数の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。
電池パックは、多数の電池モジュールが組み合わされた構造からなっていて、一部の電池モジュールが過電圧、過電流または過発熱になる場合には、電池パックの安全性と作動効率が問題にされる。特に、走行距離向上のために、電池パックの容量は次第に増加する傾向にあり、それによってパック内部のエネルギーも増加する中で強化される安全性の基準を満足し、車両および運転者の安全性確保のための構造の設計が必要である。このために、特に、内部の熱暴走などを未然に防止し、発生してもその被害を最小化できる構造の必要性が台頭している。
本発明が解決しようとする課題は、安全性が向上した電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。
本発明の一実施例による電池パックは、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの周縁に沿って配置され、ベンティング通路を形成するベンティング誘導フレームと、前記複数の電池モジュールの内部と前記ベンティング誘導フレームとを連結するベンティングゲートと、前記ベンティング誘導フレームの外側に形成された破裂部と、前記ベンティング誘導フレームの通路に形成された一方向バルブとを含み、前記一方向バルブは、前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから他の電池モジュールと連結されたベンティングゲートに連結される方向の通路を遮断し、前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから前記破裂部に連結される方向の通路を開放する。
前記一方向バルブは、圧力が加えられる方向に応じて開放または閉鎖が行われる。
前記ベンティング誘導フレームは、第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム（ｂｅａｍ）と、前記第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム（ｂｅａｍ）とを含み、前記垂直ビームおよび前記水平ビームそれぞれは、前記垂直ビームおよび前記水平ビームの長手方向に沿って形成されたカバーと、前記カバーによって囲まれてガスが通れるように形成された通路とを含み、前記通路上には少なくとも１つの前記一方向バルブが形成される。
前記一対の垂直ビームにはそれぞれ第１－１通路、第１－２通路が形成され、前記一対の水平ビームのうちの１つには第２－１ａ通路および第２－１ｂ通路が互いに分離されて形成され、前記一対の水平ビームのうちの他の１つには第２－２ａ通路および第２－２ｂ通路が互いに分離されて形成される。
前記一方向バルブは、互いに連結された前記第１－１通路、前記第２－１ａ通路および前記第２－２ａ通路のうちの一部分、並びに互いに連結された前記第１－２通路、前記第２－１ｂ通路および前記第２－２ｂ通路のうちの一部分にそれぞれ形成される。
前記一対の水平ビームの中間部分には切欠部が形成され、前記第２－１ａ通路および第２－１ｂ通路、前記第２－２ａ通路および前記第２－２ｂ通路は、前記切欠部の両側にそれぞれ分離されて形成される。
前記ベンティングゲートは、前記切欠部の両側にそれぞれ形成された前記通路のうちの１つの通路と連結される。
前記一対の水平ビームのうちの１つの水平ビームの両側には破裂部が形成され、前記破裂部は、前記第２－１ａ通路および前記第２－１ｂ通路とそれぞれ連結される。
前記複数の電池モジュールおよび前記ベンティング誘導フレームを収容するハウジングをさらに含み、前記ハウジングは、上部カバーと下部ハウジングとを含み、前記上部カバーと前記下部ハウジングとの間にはパックガスケットが形成される。
本発明の他の実施例によるデバイスは、前述した電池パックを含む。
実施例によれば、電池パックの内部にベンティング誘導構造を形成することによって、電池セルの異常現象が発生した時、ベンティングガスを一定の方向に誘導して電池パックの安全性を向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するわけではない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは、対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは、対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図１は、本発明の一実施例による電池モジュールを示す図である。図２は、図１の電池モジュールをｚ軸方向に下から上へ眺めた斜視図である。
図１および図２を参照すれば、図１の電池パックに含まれている電池モジュール１００は、複数の電池セル１０１が積層された電池セル積層体１０２と、電池セル積層体１０２を収納するモジュールフレーム１０８およびエンドプレート１２０とを含むことができる。複数の電池セル１０１は、相互電気的に連結できるように積層されて電池セル積層体１０２を形成する。特に、図１に示されているように、ｙ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１０１が積層される。
この時、本発明の一実施例による電池セル積層体１０２は、電池セル１０１の個数が従来より多くなる大面積モジュールであってもよい。一例として、電池モジュール１００あたり４８個の電池セル１０１が含まれる。このような大面積モジュールの場合、電池モジュールの水平方向の長さが長くなる。ここで、水平方向の長さとは、電池セル１０１が積層された方向、つまり、ｙ軸と平行な方向への長さを意味することができる。
電池セル積層体１０２を収納するモジュールフレーム１０８は、上部プレート１１２および下部フレーム１１１を含むことができる。下部フレーム１１１は、Ｕ字状フレームであってもよい。前記Ｕ字状フレームは、底部と、前記底部の両端部から上向延長された２つの側面部とを含むことができる。前記底部は、電池セル積層体１０２の下面（ｚ軸の反対方向）をカバーすることができ、前記側面部は、電池セル積層体１０２の両側面（ｙ軸方向とその反対方向）をカバーすることができる。
上部プレート１１２は、前記Ｕ字状フレームによって囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残りの上面（ｚ軸方向）を囲む１つの板状型構造に形成される。上部プレート１１２と下部フレーム１１１とは、互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって結合されることによって、電池セル積層体１０２を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部プレート１１２と下部フレーム１１１により、電池セル積層体１０２を物理的に保護することができる。このために、上部プレート１１２と下部フレーム１１１は、所定の強度を有する金属材質を含むことができる。
本実施例によるエンドプレート１２０には、前述したように、電池モジュール１００の内部と連通して内側で発生しうる火炎乃至熱を放出できるベンティングゲート１２１が形成されている。ベンティングゲート１２１は、情報伝達のためのコネクタ連結部を考慮してエンドプレート１２０の下側に形成される。ベンティングゲート１２１は、エンドプレート１２０の一部分に形成された開口部（図示せず）に連結されて、電池モジュール１００の内部と連通可能である。
本実施例によるモジュールフレーム１０８は、モジュールフレーム１０８の底部が延びてエンドプレート１２０を通るように形成されたモジュールフレーム突出部１３１を含むことができる。この時、モジュールフレーム突出部１３１の上面部と連結される冷却ポート１４０によって流入および排出される冷媒が、モジュールフレーム突出部１３１を通してヒートシンク１３０に供給およびヒートシンク１３０から排出される。
図３は、本発明の一実施例による電池パックを示す分解斜視図である。
図３を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック１０００は、複数の電池モジュール１００と、複数の電池モジュール１００の周縁に沿って配置されたベンティング誘導フレーム３００とを含む。複数の電池モジュール１００とベンティング誘導フレーム３００は、パックトレイ２００上に装着されてパックハウジング４００内に収納される。パックハウジング４００は、パックトレイ２００を収容する下部ハウジング４１０と、下部ハウジング４１０に結合して電池モジュール１００の上部を覆う上部カバー４２０とを含むことができる。上部カバー４２０と下部ハウジング４１０との間にはパックガスケット４１１が形成されて、パックハウジング４００の内部を密封することができる。
複数の電池モジュール１００は、それぞれモジュールフレーム１１０内に配置された電池セル積層体（図示せず）を含み、モジュールフレーム１１０の両端部に露出した電池セル積層体をカバーするエンドプレート１２０を含む。この時、両側エンドプレート１２０のいずれか一方には、電池モジュール１００の内部と連通して内側で発生しうる火炎乃至熱を放出できるベンティングゲート１２１を含む。電池パック１０００内で、このようなベンティングゲート１２１は、電池パック１０００の外側に向かうように配置され、好ましくは、図３に示されているように、電池パック１０００において第１方向（ｘ軸方向）の両端部に向かって外側を眺めるように配置される。
複数の電池モジュール１００全体の周縁に沿ってはベンティング誘導フレーム３００が配置される。ベンティング誘導フレーム３００は、電池パック１０００の各辺に沿って管形状に形成され、それぞれ第１方向（ｘ軸方向）と第２方向（ｙ軸方向）に沿って延びた一対の垂直ビーム３１０と一対の水平ビーム３２０とを含むことができ、これらは全体として連通できるように形成される。ベンティング誘導フレーム３００の詳細な構成は後述する。
複数の電池モジュール１００とベンティング誘導フレーム３００はパックトレイ２００上に装着され、必要に応じて、固定手段によってパックトレイ２００に固定される。電池モジュール１００、ベンティング誘導フレーム３００、およびパックトレイ２００は、下部ハウジング４１０内に収納される。下部ハウジング４１０は、パックトレイ２００が配置される底面と、底面の周縁から上部に向かって延びた側壁とを含んで構成される。下部ハウジング４１０には、電池モジュール１００の上部を覆う上部カバー４２０が結合されて内部の電装を保護することができる。この時、パックハウジング４００の内部には、電池モジュール１００と共に、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムが装着される。
下部ハウジング４１０の一側壁には、内部で発生した熱または火炎を外側に排出できる少なくとも１つの破裂部５００が形成される。破裂部５００の詳細な構成は後述する。
以下、本発明の一実施例による電池パックのベンティング誘導フレームについてより詳しく説明する。
図４は、図３の電池パックにおけるベンティング誘導フレームの分解斜視図である。
図３および図４を参照すれば、ベンティング誘導フレーム３００は、電池パック１０００の各辺に沿って管形状に形成され、それぞれ第１方向（ｘ軸方向）と第２方向（ｙ軸方向）に沿って延びた一対の垂直ビーム３１０と一対の水平ビーム３２０とを含むことができ、これらは全体として連通できるように形成される。
垂直ビーム３１０は、第１方向（ｘ軸方向）に沿って長く延びた管形状を有し、この時、管形状の内部を定義するカバー３１１と、カバー３１１の内側に形成された通路３１２とを含む。カバー３１１は、第２方向（ｙ軸方向）で電池モジュール１００に隣接して配置される第１内側カバー３１１ａと、これに対向して第２方向（ｙ軸方向）で電池モジュール１００から遠くなる側に配置された第１外側カバー３１１ｂとを含むことができる。第１内側カバー３１１ａおよび第１外側カバー３１１ｂの少なくともいずれか１つは、前記第１方向に沿って長く形成された溝を含む。つまり、断面が逆「コ」形状を有するように形成（四角管形状においていずれか一面が除去された形状に形成）されて、これに残りの１つのカバーが結合することによって通路３１２が定義される。ただし、これに限定されるものではなく、カバー３１１によって管形状が得られるならば、特に限定されるものではない。
水平ビーム３２０は、第２方向（ｙ軸方向）に沿って長く延びた管形状を有し、この時、管形状の内部を定義するカバー３２１と、カバー３２１の内側に形成された通路３２２とを含む。カバー３２１は、第１方向（ｘ軸方向）で電池モジュール１００に隣接して配置される第２内側カバー３２１ａと、これに対向して第１方向（ｘ軸方向）で電池モジュール１００から遠くなる側に配置された第２外側カバー３２１ｂとを含むことができる。第２内側カバー３２１ａおよび第２外側カバー３２１ｂの少なくともいずれか１つは、第２方向に沿って長く形成された溝を含む。つまり、断面が逆「コ」形状を有するように形成（四角管形状においていずれか一面が除去された形状に形成）されて、これに残りの１つのカバーが結合されることによって通路３２２を定義できる。特に、本実施例では、図２に示されているように、第２内側カバー３２１ａと第２外側カバー３２１ｂとも断面が逆「コ」形状を有するように形成され、これによって、水平ビーム３２０が組立てられた時、強度を向上させることができる。ただし、これに限定されるものではなく、カバー３２１によって管形状が得られるならば特に限定されるものではない。
水平ビーム３２０は、電池モジュール１００に対向する面、つまり、第２内側カバー３２１ａの一面に形成された第１連結ホール３２４を含む。第１連結ホール３２４は、先に説明した電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と連通するように配置される。また、水平ビーム３２０は、電池モジュール１００から第２方向に遠くなる方向に配置された面、つまり、第２外側カバー３２１ｂの一面に形成された第３連結ホール３２６をさらに含む。第３連結ホール３２６は、破裂部５００と通路３２２とが連通できるように配置される。この時、ベンティングゲート１２１、水平ビーム３２０の通路３２２、および破裂部５００が連通する経路をガイドできるように、ベンティング経路ブラケット３２８が破裂部５００を水平ビーム３２０に結合することができる。
垂直ビーム３１０は、水平ビーム３２０と隣接する両端部で、第１内側カバー３１１ａに形成された第２連結ホール３１４を含む。第２連結ホール３１４によって、水平ビーム３２０の通路３２２と、垂直ビーム３１０の通路３１２とが連通可能である。
破裂部５００は、水平ビーム３２０の通路３２２と連結されており、流入するガスの圧力が一定の圧力異常になる場合に破裂されるように構成された破裂面５１０（図７Ｂに示す）を含む。また、破裂面５１０が形成された本体から突出して、下部ハウジング４１０の側壁と結合できるように構成された翼部５２０（図７Ｂに示す）を含む。翼部５２０は、ねじなどの締結手段により下部ハウジング４１０に固定される。
本実施例では、水平ビーム３２０の通路３２２と連結され、また、水平ビーム３２０と下部ハウジング４１０を挟んで破裂部５００が固定されているが、これに限定されず、ベンティング誘導フレーム３００の通路と連通して外側へ排出可能にする構成であれば適切に採用可能である。また、本実施例では、一対の水平ビーム３２０のいずれか一方にのみ２つの破裂部５００が形成されたことを例示したが、これに限定されず、他方の水平ビーム３２０にも破裂部５００が備えられるか、または垂直ビーム３１０に備えられてもよいし、必要に応じて適切にその位置および個数を選択することができる。
以上の構成により、垂直ビーム３１０と水平ビーム３２０とからなる四角形状のベンティング誘導フレーム３００の内部で通路が全体に連通するように形成され、このような通路は、電池モジュール１００のベンティングゲート１２１および破裂部５００と連通して、電池モジュール１００から熱暴走などが発生する場合、発熱および火炎を外側に誘導して周辺電池モジュールへの影響を最小化できる。この時、発生した高圧のベンティングガスに含まれている火炎は、ベンティング誘導フレーム３００内部の経路を通りながらすべて燃焼して、より安全な状態で外部に排出できる。また、このようなベンティング誘導フレーム３００は、熱暴走発生時でない平常時には、電池モジュール１００を安定的に支持する支持フレームとして作用して、電池パック１０００の安定性を向上させることができる。
以下、電池パック内の一部の電池モジュールにおいて過電圧、過電流または過発熱などの問題が発生した場合、これを制御する経路について説明する。
図５は、本発明の一実施例による電池パックの一部のモジュールで熱暴走が発生した場合の伝達経路を模式化して示す図である。図６は、図５のＩＶ部分を拡大して示す図である。図７Ａおよび図７Ｂは、図５のＶ部分を拡大して示す図である。
図３～図７を参照すれば、電池モジュール１００内で過電圧、過電流または過発熱などの異常現象（熱問題）が発生する場合、電池モジュール１００の内部からベンティングゲート１２１を通して高圧のベンティングガスが放出される。この時、熱問題が発生した電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と最も近く位置する第１連結ホール３２４に、高温、高圧のガスおよび火炎が誘導される。第１連結ホール３２４を通して流入した高温、高圧のガスと火炎は、ベンティング誘導フレーム３００に形成された通路に沿って外側に放出される。
例えば、図５にて１番の位置に配置された電池モジュール１００で熱問題が発生する場合、図６に示されているように、高圧のガスと火炎はベンティングゲート１２１を通して放出されて、水平ビーム３２０の通路３２２を経て破裂部５００側に直接誘導されて外部に放出される。これによって、１番の位置の電池モジュール１００で発生した熱問題は、周辺のモジュールに影響を与えずに外側に放出できる。
また、図５にて２番の位置に配置された電池モジュール１００で熱問題が発生する場合、図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、高温、高圧のガスと火炎はベンティングゲート１２１を通して放出されて、水平ビーム３２０の通路３２２に流入する。次に、第２連結ホール３１４を通して垂直ビーム３１０の通路３１２に流入し、当該通路３１２に沿って移動した高温、高圧のガスと火炎は、当該垂直ビーム３１０の反対側端部に形成された第２連結ホール３１４を通して、破裂部５００が位置した側の水平ビーム３２０に誘導されて、最終的に破裂部５００を通して外側に放出される。つまり、電池モジュール１００で熱問題が発生すると、当該電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と最も近く位置する第１連結ホール３２４を通してベンティング誘導フレーム３００の通路に高温、高圧のガスと火炎が誘導され、最終的に外側に放出できるのである。
図７Ｂを参照すれば、ベンティングゲート１２１の通路と破裂部５００の通路は、互いにずれて形成される。ベンティングゲート１２１と破裂部５００の通路が同一線上に位置する場合、ベンティングゲート１２１を通過した高温、高圧のガスと火炎が直ちに破裂部５００に伝達されて、図７Ｂに示された破裂面５１０が破裂されやすく、破裂部５００自体が損傷しうる。そこで、本実施例によれば、破裂部５００の通路とベンティングゲート１２１の通路が互いにずれて形成されて、ベンティングゲート１２１を通過した高温、高圧のガスと火炎が、ベンティングゲート１２１の通路方向と垂直な方向に形成されたベンティング誘導フレーム３００の内部通路を経て、再びベンティング誘導フレーム３００と垂直な方向に形成された破裂部５００に誘導可能であり、高温、高圧のガスと火炎が方向転換により破裂部５００に到達して、破裂面５１０に伝達される圧力がより減少して、高温、高圧のガスと火炎が破裂部５００を通して安定的に放出できる。
以下、本発明の一実施例による一方向バルブが形成された電池パックについて説明する。
図８は、本発明の一実施例による一方向バルブが開放される様子を示す模式図である。図９は、本発明の一実施例による一方向バルブが閉鎖される様子を示す模式図である。
一方向バルブ６００は、圧力が加えられる方向に応じて開放または閉鎖が行われる。図８に示されているように、ベンティング誘導フレーム３００の内部に形成された一方向バルブ６００の一側に高温高圧のガスおよび火炎が流入して一方向バルブ６００を加圧する場合、一方向バルブ６００が開放されて高温高圧のガスおよび火炎が一方向バルブ６００を通過できるのに対し、図９に示されているように、一方向バルブ６００の他側に高温高圧のガスおよび火炎が流入して一方向バルブ６００を加圧する場合、一方向バルブ６００が閉鎖されて高温高圧のガスおよび火炎が一方向バルブ６００を通過できなくなる。上述した構造に形成された一方向バルブ６００を用いたガスおよび火炎の逆流防止構造について後述する。
図１０は、比較例として、一方向バルブなしにベンティング誘導フレームのみが形成された電池パックを示す図である。図１１は、本発明の一実施例による一方向バルブが水平ビームの通路に形成された様子を示す図である。図１２は、本発明の他の実施例による一方向バルブが垂直ビームの通路に形成された様子を示す図である。
本実施例によれば、一方向バルブ６００は、ベンティング誘導フレーム３００の通路に形成される。図１１および図１２を参照すれば、一方向バルブ６００は、複数の電池モジュール１００のうち、１つの電池モジュールと連結されたベンティングゲート１２１から、他の電池モジュールと連結されたベンティングゲート１２１に連結された方向の通路を遮断し、複数の電池モジュール１００のうち、１つの電池モジュールと連結されたベンティングゲート１２１から破裂部５００に連結される方向の通路を開放する。
図１０に示されたところによれば、本発明の比較例による電池パックは、ベンティング誘導フレーム３０が複数の電池モジュール１０とそれぞれ連結されたベンティングゲート１２と連結される。ただし、複数の電池モジュール１０のうちの１つの電池モジュールから高温、高圧のガスと火炎が発生する場合、ベンティングゲート１２を通ってベンティング誘導フレーム３０に流入したガスと火炎が、破裂部５０を通して外部に放出されず、他の１つの電池モジュールに形成されたベンティングゲート１２を通って他の１つの電池モジュールの内部に流入できる。このように１つの電池モジュールから発生した高温高圧のガスと火炎が破裂部を通して外部に放出できず、再び他の１つの電池モジュールに逆流して入る場合、電池パックが損傷することがあり、ベンティング誘導フレームがベンティング機能を発揮できない問題が発生しうる。
そこで、図１１および図１２に示されているように、本実施例による電池パック１０００は、一方向バルブ６００をベンティング誘導フレーム３００の通路上に設けることによって、１つの電池モジュールから排出された高温高圧のガスと火炎が他の電池モジュールに流入する方向は遮断させ、破裂部５００を通して外部に放出される方向は開放させることによって、高温高圧のガスと火炎が電池パックの内部に逆流する現象を防止することができる。
より詳しくは、図３に示されているように、ベンティング誘導フレーム３００は、第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム３１０と、第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム３２０とを含み、垂直ビーム３１０および水平ビーム３２０それぞれは、図４に示されているように、垂直ビーム３１０および水平ビーム３２０の長手方向に沿って形成されたカバー３１１、３２１と、カバー３１１、３２１によって囲まれてガスが通れるように形成された通路３１２、３２２とを含み、通路３１２、３２２上には少なくとも１つの一方向バルブ６００が形成される。
この時、図１１および図１２に示されているように、一対の垂直ビーム３１０にはそれぞれ第１－１通路Ｐ１－１、第１－２通路Ｐ１－２が形成され、一対の水平ビーム３２０のうちの１つには第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂが互いに分離されて形成され、一対の水平ビーム３２０のうちの他の１つには第２－２ａ通路Ｐ２－２ａおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂが互いに分離されて形成される。
図３および図４を参照すれば、一対の水平ビーム３２０の中間部分には切欠部３２７が形成され、切欠部３２７が形成された部分には通路が存在しない構造であって、第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂ、第２－２ａ通路Ｐ２－２ａおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂは、切欠部３２７の両側にそれぞれ分離されて形成されることが分かる。この時、ベンティングゲート１２１は、切欠部３２７の両側にそれぞれ形成された通路のうちの１つの通路と連結される。
図１１および図１２に示されているように、第１－１通路Ｐ１－１、第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－２ａ通路Ｐ２－２ａは、互いに連結されており、第１－２通路Ｐ１－２、第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂは、互いに連結されている。この時、一方向バルブ６００は、互いに連結された第１－１通路Ｐ１－１、第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－２ａ通路Ｐ２－２ａのうちの一部分、並びに互いに連結された第１－２通路Ｐ１－２、第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂのうちの一部分にそれぞれ形成される。
破裂部５００は、一対の水平ビーム３２０のうちの１つの水平ビームの両側に形成される。より詳しくは、破裂部５００は、第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂ通路とそれぞれ連結される。
図１１に示されているように、一方向バルブ６００は、第２－１ａ通路Ｐ２－１ａおよび第２－１ｂ通路Ｐ２－１ｂ通路にそれぞれ形成され、各一方向バルブ６００と隣接したベンティングゲート１２１から一方向バルブ６００を通って破裂部５００に向かう方向は通路を開放させ、逆に、一方向バルブ６００を通って隣接したベンティングゲート１２１に入る方向は通路を遮断させることができる。これによって、１つの電池モジュール１００で発生する高温高圧のガスと火炎が他の電池モジュールに逆流する現象を防止することができる。
図１２に示されているように、一方向バルブ６００は、第１－１通路Ｐ１－１および第１－２通路Ｐ１－２にそれぞれ形成され、第２－２ａ通路Ｐ２－２ａおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂと連結されたベンティングゲート１２１から一方向バルブ６００を通って破裂部に向かう方向は通路を開放させ、逆に、一方向バルブ６００を通って第２－２ａ通路Ｐ２－２ａおよび第２－２ｂ通路Ｐ２－２ｂと連結されたベンティングゲート１２１に入る方向は通路を遮断させることができる。これによって、１つの電池モジュール１００で発生する高温高圧のガスと火炎が他の電池モジュールに逆流する現象を防止することができる。
上述した電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１２１：ベンティングゲート
１３０：ヒートシンク
１３１：モジュールフレーム突出部
１４０：冷却ポート
２００：パックトレイ
３００：ベンティング誘導フレーム
３１０：垂直ビーム
３１１：カバー
３１１ａ：第１内側カバー
３１１ｂ：第１外側カバー
３１２：通路
３１４：第２連結ホール
３２０：水平ビーム
３２１：カバー
３２１ａ：第２内側カバー
３２１ｂ：第２外側カバー
３２２：通路
３２４：第１連結ホール
３２６：第３連結ホール
４００：パックハウジング
４１０：下部ハウジング
４１１：パックガスケット
４２０：上部カバー
５００：破裂部
Ｐ１－１：第１－１通路
Ｐ１－２：第１－２通路
Ｐ２－１ａ：第２－１ａ通路
Ｐ２－１ｂ：第２－１ｂ通路
Ｐ２－２ａ：第２－２ａ通路
Ｐ２－２ｂ：第２－２ｂ通路
１３０：ヒートシンク
１３１：モジュールフレーム突出部
１４０：冷却ポート
２００：パックトレイ
３００：ベンティング誘導フレーム
３１０：垂直ビーム
３１１：カバー
３１１ａ：第１内側カバー
３１１ｂ：第１外側カバー
３１２：通路
３１４：第２連結ホール
３２０：水平ビーム
３２１：カバー
３２１ａ：第２内側カバー
３２１ｂ：第２外側カバー
３２２：通路
３２４：第１連結ホール
３２６：第３連結ホール
４００：パックハウジング
４１０：下部ハウジング
４１１：パックガスケット
４２０：上部カバー
５００：破裂部
Ｐ１－１：第１－１通路
Ｐ１－２：第１－２通路
Ｐ２－１ａ：第２－１ａ通路
Ｐ２－１ｂ：第２－１ｂ通路
Ｐ２－２ａ：第２－２ａ通路
Ｐ２－２ｂ：第２－２ｂ通路
Claims (10)
- 複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールの周縁に沿って配置され、ベンティング通路を形成するベンティング誘導フレームと、
前記複数の電池モジュールの内部と前記ベンティング誘導フレームとを連結するベンティングゲートと、
前記ベンティング誘導フレームの外側に形成された破裂部と、
前記ベンティング誘導フレームの通路に形成された一方向バルブとを含む電池パックであって、
前記一方向バルブは、
前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから他の電池モジュールと連結されたベンティングゲートに連結される方向の通路を遮断し、
前記複数の電池モジュールのうち、１つの電池モジュールと連結された前記ベンティングゲートから前記破裂部に連結される方向の通路を開放する電池パック。 - 前記一方向バルブは、圧力が加えられる方向に応じて開放または閉鎖が行われる、請求項１に記載の電池パック。
- 前記ベンティング誘導フレームは、第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム（ｂｅａｍ）と、前記第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム（ｂｅａｍ）とを含み、
前記垂直ビームおよび前記水平ビームそれぞれは、前記垂直ビームおよび前記水平ビームの長手方向に沿って形成されたカバーと、前記カバーによって囲まれてガスが通れるように形成された通路とを含み、
前記通路上には少なくとも１つの前記一方向バルブが形成された、請求項１又は２に記載の電池パック。 - 前記一対の垂直ビームにはそれぞれ第１－１通路および第１－２通路が形成され、
前記一対の水平ビームのうちの１つには第２－１ａ通路および第２－１ｂ通路が互いに分離されて形成され、
前記一対の水平ビームのうちの他の１つには第２－２ａ通路および第２－２ｂ通路が互いに分離されて形成される、請求項３に記載の電池パック。 - 前記一方向バルブは、
互いに連結された前記第１－１通路、前記第２－１ａ通路および前記第２－２ａ通路のうちの一部分、並びに
互いに連結された前記第１－２通路、前記第２－１ｂ通路および前記第２－２ｂ通路のうちの一部分にそれぞれ形成される、請求項４に記載の電池パック。 - 前記一対の水平ビームの中間部分には切欠部が形成され、
前記第２－１ａ通路および前記第２－１ｂ通路、ならびに前記第２－２ａ通路および前記第２－２ｂ通路は、前記切欠部の両側にそれぞれ分離されて形成される、請求項４に記載の電池パック。 - 前記ベンティングゲートは、前記切欠部の両側にそれぞれ形成された前記第２－１ａ通路および前記第２－１ｂ通路、ならびに前記第２－２ａ通路および前記第２－２ｂ通路のうちの１つの通路と連結される、請求項６に記載の電池パック。
- 前記一対の水平ビームのうちの１つの水平ビームの両側には破裂部が形成され、
前記破裂部は、前記第２－１ａ通路および前記第２－１ｂ通路とそれぞれ連結される、請求項４に記載の電池パック。 - 前記複数の電池モジュールおよび前記ベンティング誘導フレームを収容するハウジングをさらに含み、
前記ハウジングは、上部カバーと下部ハウジングとを含み、
前記上部カバーと前記下部ハウジングとの間にはパックガスケットが形成される、請求項１に記載の電池パック。 - 請求項１に記載の電池パックを含むデバイス。
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