JP2023524001A - 熱拡散抑制構造を有する電池パック - Google Patents

熱拡散抑制構造を有する電池パック Download PDF

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Abstract

本発明は、複数の電池セルが積層された電池セルスタックと、前記電池セルスタックの外面のうち電極リードが突出する第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジングと、前記電池セルまたは前記電池モジュールハウジングに冷却水を供給するためのウォータータンクと、複数の前記電池モジュールハウジングを収容する電池パックケースとを含み、前記電池パックケースは、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）を含む電池パックに関するものであり、電池セルの発火の際、発火した電池セルの火炎が拡散する迅速で正確にことを防止することができる。

Description

本出願は２０２０年１１月２３日付の韓国特許出願第２０２０－０１５７８２２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この明細書の一部として含まれる。
本発明は熱拡散抑制構造を有する電池パックに関するものである。具体的には、電池パックの内部にある電池セルで発火した火炎が拡散することを防止するために、発火した電池セルまたは前記発火した電池セルを含む電池モジュールハウジングに冷却水を注入することができるように熱拡散抑制構造を有する電池パックに関するものである。
リチウム二次電池に対する持続的な研究開発の結果、容量が増加し出力が向上したリチウム二次電池の製造及び商用化が可能になっている。また、環境汚染の問題がある化石燃料を代替することができるエネルギー源としてリチウム二次電池に対する需要が増加している。
したがって、多様なデバイスに対するリチウム二次電池の適用が増加している。例えば、多機能小型製品であるワイヤレスモバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）または身体に着用するウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範囲に使われているだけでなく、既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示される電気自動車やハイブリッド電気自動車などのエネルギー源または電力貯蔵装置（ＥＳＳ）としても使われている。
このように、リチウム二次電池が大容量及び高出力のエネルギー源として使われるのに伴って前記リチウム二次電池の安全性を確保する問題が重要な関心対象になっている。
一般に、電力貯蔵装置は、内部に収容された電池セルで火災が発生する場合、別の注水装置を用いて電池モジュールや電池パックの内部に水を注入する方法を使っている。
しかし、このような場合、前記注水装置を備えるための施設及び空間が必要であり、電池セルのベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）によって排出されたガスのセンシング時点から注水までの時間差によって発火が拡散する問題がある。
もしくは、電池モジュールまたは電池パックの内部または外部に断熱材や消火薬剤などを配置することで、電池セルの間に熱が伝達されることを遮断するか発火した電池セルを冷却する方法を使うことができる。
しかし、断熱材を使う場合、火炎が伝播することは防ぐことができるが、消火機能を発揮することができない問題がある。消火薬剤を使う場合には、エネルギー密度を考慮して電池パックの内部空間に消火薬剤を配置した結果、消火薬剤を火災発生地点に正確に撒くことができない問題がある。
特許文献１は、外ケース内に中ケース及び内ケースが収容され、複数の単電池が前記中ケースに収容され、消火剤は前記内ケースに収容され、前記単電池が上限温度以上に発熱すれば前記中ケース内に前記消火剤を投入するための注入管を含む。前記単電池が上限温度以上に発熱すれば、前記注入管が開放して、前記内ケースに収容された消火剤が中ケース内に注入される。
特許文献１は消火剤を噴射するための圧縮ガス、注入管として使用するノズル、及び消火剤を内蔵する内ケースを含んでいるが、これらを備えるための追加の空間が必要であり、消火剤及び圧縮ガスを備えるための費用もさらに発生することになる。
このように、電池パックの内部に収容された電池セルが発火する場合、火炎が拡散することを最小化するとともに、追加の空間を必要としなく、エネルギー密度が低下することを防止することができる技術に対する必要性が高い実情である。
特開第２０１２－２５２９０９号公報
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、電池セルの発火及び爆発の際、当該電池セルの発火を鎮火させ、さらに隣接した電池セルに火炎が伝達されることを防止することができる消火機能及び熱拡散抑制構造を有する電池パックを提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セルスタックと、前記電池セルスタックの全長方向の両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジングと、前記電池セルまたは前記電池モジュールハウジングに冷却水を供給するためのウォータータンクと、複数の前記電池モジュールハウジングを収容する電池パックケースとを含み、前記電池パックケースは、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）を含むことができる。
本発明による電池パックにおいて、前記電池セルスタックは、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に平行な状態になるように積層されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記電池セルスタックは、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に垂直な状態になるように積層されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記ウォータータンクは、第１ウォータータンク及び第２ウォータータンクを含み、前記パックケース空間部は第１ウォータータンクを含み、前記クロスビームは第２ウォータータンクを含むことができる。
本発明による電池パックにおいて、前記第１面と対面する前記パックケース空間部の一側面、及び前記第２面と対面する前記クロスビームの一側面に貫通口が形成され、前記貫通口に密封部材が付加されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記密封部材は、前記電池セルから放出される高温ガスまたはスパークによって溶融する素材からなることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記密封部材の溶融によって前記貫通口が開放し、
前記貫通口を通して、前記ウォータータンクの内部に収容された冷却水が噴射されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記貫通口は複数の孔が均一に分散された形態を有するように形成されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記第１面及び第２面は少なくとも一部または全部が開放している形態を有することができる。
本発明による電池パックにおいて、前記電池セルスタックと前記パックケース空間部との間、または前記電池セルスタックと前記クロスビームとの間に離隔空間が形成されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記第１面及び第２面に金属バンドが付加されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記電池モジュールハウジングの第１面及び第２面のそれぞれにはエンドカバーが付加され、前記エンドカバーには開口が形成されることができる。
本発明による電池パックにおいて、前記第１面及び第２面にはエンドカバーが付加され、前記電池モジュールハウジングは前記エンドカバーによって密閉した形態を有することができる。
以上で説明したように、本発明による電池パックは、内部にウォータータンクを備えることで、電池パックの外形を増大させず、発火した電池セルを早く冷却させることができるので、電池セルの熱暴走現象を確実に抑制することができる。
また、密閉した形態の電池モジュールハウジングを含む場合には、発火した電池セルを含む電池モジュールハウジングの外面に冷却水を供給することができるので、隣接した電池モジュールに高い熱エネルギーが伝達されることを防止することができる。
また、クロスビーム及びパックケース空間部に冷却水を収容し、これらの一側面には貫通口が形成され、密封部材が前記貫通口を満たす方式のウォータータンクを備えるので、前記密封部材の付加によって電池パックの総重量が増加することを最小化することができる。
また、電池セルスタックを構成する全体電池セルのうちのいずれか一電池セルが発火しても、発火した電池セルに正確に冷却水を注入することができるので、大容量の電池パックに適用しても熱拡散遮断の効果を得ることができる。
また、高価の消火薬剤の代わりに水を冷却水として使う場合、生産コストを節減することができる。
電池パックの構造的安全性のために使われるクロスビームの内部空間をウォータータンクとして活用するので、空間活用性が向上する。
第１実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図１のＢ部分の拡大図で、第１実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。 第２実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図３のＢ部分の拡大図で、第２実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。 第３実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 第４実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図５のＢ部分の拡大図で、第３実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。 第５実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 第６実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図８のＢ部分の拡大図で、第５実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。 第７実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図１１のＢ部分の拡大図で、第７実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。 第８実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図である。 図１３のＢ部分の拡大図で、第８実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、Ａ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。
また、すべての数値範囲は、はっきりと除くという記載がない限り、両端の値とその間のすべての中間値とを含む。
本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。
図１は第１実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図２は図１のＢ部分の拡大図で、第１実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図１及び図２を参照すると、第１実施例による電池パックは、複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池セル１３０に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含む。電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
図１及び図２の電池セル１３０は正極リード及び負極リードが互いに反対方向に突出する両方向パウチ型電池セルであることができ、または、正極リードと負極リードとが同じ方向に突出する単方向パウチ型電池セルであることができる。よって、図１に示す電池セルにおいて、電極リード１３１が互いに異なる方向に突出する両方向電池セルとして示されていても、本発明に含まれるパウチ型電池セルの形態がこれに限定されるものではない。前記電池セルスタックを構成する複数の電池セル１３０は、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に平行な状態になるように積層されている。
図１に示す電池パックは２行４列の８個の電池モジュール１４０を収容することができる形態を有し、１行の電池モジュールと２行の電池モジュールとの間にはクロスビーム１２０が配置されて電池パックケースの構造的な安全性を補強している。
しかし、本発明に含まれる電池パックにおいて、電池モジュールの個数や位置は図１に示す形態及び個数に限定されず、電池パックの所望の容量及び出力量を考慮して自由に設計変更することが可能である。
リチウム二次電池からなる電池セルにおいて、電池セルに欠陷が発生するか、過充電または過熱したとき、電池セルの熱暴走現象が発生することがある。電池セルが熱暴走状態になれば、電池セルの温度はガスベンティングが発生する温度である約２６０℃まで上がることができる。また、ガスベンティングが発生しているうちにも電池セルの温度はずっと上昇することができる。
複数の電池セルを電池パックケースに収容して電池パックを製造する場合、一つの電池セルが熱暴走状態になれば、高熱及び火炎は隣接した電池セルに伝達され、隣接した電池セルも過熱して熱暴走状態になることができる。また、熱暴走状態になった電池セルは他の隣接した電池セルを加熱することで、熱暴走が連鎖的に発生することができる。よって、熱暴走した電池セルが電池パックケース内に発生すれば、複数の電池セルの熱暴走をもたらし、これはより広範囲に拡散することができるので、大きな損害を引き起こすことがある。このように、複数の電池セルが熱暴走状態になれば約１，０００℃以上の温度に到逹することができ、これは電池セルが全焼するまで持続するので、使用者が危ない状況に陥ることがある。
したがって、発火した電池セルの火炎及び高熱が隣接した電池セルに拡散する前に発火した電池セルを消火させることが非常に重要な課題である。
したがって、本発明による電池パックは、電池モジュールハウジングの第１面及び第２面の少なくとも一部または全部が開放している形態を有することができ、具体的には、前記電池セルスタックと前記パックケース空間部との間、または前記電池セルスタックと前記クロスビームとの間に離隔空間が形成された形態を有することができる。
前記第１面及び第２面に隣接した位置に冷却水を収容しているウォータータンクを備え、前記冷却水が流出する貫通口を低溶融点の密封部材が密封する。したがって、電池セルが発火すれば、これに隣接した密封部材が溶融して貫通口が開放し、前記貫通口を通して、ウォータータンクの内部に収容された冷却水が発火した電池セルに向かって投入される。
このような過程によって、過熱または発火したパウチ型電池セルを早く消火または冷却させることで、熱暴走が拡散することを速かに防止することができるので、外部にある注水施設を用いて電池セルの火炎を鎭火するのに必要な時間を確保することができる。
また、本発明の電池パックが電気自動車のように使用者と密接な位置に装着されても、電池セルの火炎を早く鎮圧することができるので、使用者の安全性を確保することができる。
具体的には、ウォータータンク２００は、第１ウォータータンク及び第２ウォータータンクを含み、パックケース空間部１１０は第１ウォータータンクを含み、クロスビーム１２０は第２ウォータータンクを含む。
例えば、パックケース空間部の内部に別に区画された空間に第１ウォータータンクを備え、クロスビームの内部に別に区画された空間に第２ウォータータンクを備えることができる。
もしくは、パックケース空間部の内部に冷却水を備えることで、前記パックケース空間部自体が第１ウォータータンクとして機能することができ、クロスビームの内部に冷却水を備えることで、前記クロスビーム自体が第２ウォータータンクとして機能することができる。
前記第１面と対面するパックケース空間部１１０の一側面、及び前記第２面と対面するクロスビーム１２０の一側面に貫通口２２０が形成され、貫通口２２０に密封部材２１０が備えられて貫通口２２０を密封している。密封部材２１０は、電池セル１３０から放出される高温ガスまたはスパークによって溶融する素材からなる。すなわち、電池セル１３０が正常状態にあるときは密封部材２１０が貫通口を密封した状態が維持されるが、電池セル１３０’のように発火した電池セルの温度が密封部材２１０の溶融温度より増加すれば、密封部材２１０が溶融して貫通口２２０が開放する。よって、ウォータータンク２００の内部の冷却水が電池セルに直接投入されることができる。
ウォータータンク２００に収容された冷却水は電池セルの発火によって気化し、体積が増加して高圧状態になるので、貫通口２２０が開放するとき、発火した電池セルに向かって強い圧力で噴射されることができる。
この際、発火した電池セル１３０’に隣接していない密封部材２１０は溶融せずに形態を維持することができるので、密封部材が除去された貫通口２２０からのみ冷却水が噴出されることができる。
前記冷却水がパウチ型電池セルの内部に直接注入される点を考慮すると、冷却水の注入によって、前記パウチ型電池セルの火炎が大きくなるか爆発が起こることを防止する必要がある。よって、前記冷却水に含まれる添加剤は可燃性物質を含んでいないものが好ましい。もしくは、前記添加剤として可燃性物質を含む場合、前記添加剤の量はパウチ型電池セルの２次爆発を防止することができる程度であるとともに、前記冷却水が凍ることを防止するために不凍液として使われる程度であることができる。
密封部材としては、溶融点が約２００℃以下の熱可塑性の高分子樹脂を適用することができる。例えば、前記熱可塑性の高分子樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレンなど、溶融点が約１００℃以上２００℃以下の物質を使うことができる。
前記貫通口２２０は複数の孔が均一に分散している形態を有することができるので、どの電池セルで発火が起こってもこれに隣接して位置する密封部材が溶融することができる。
前記貫通口のサイズは一つの電池セルの厚さに対応するサイズを有することができるので、密封部材が除去されて前記貫通口が開放する場合、一つの電池セルに対して冷却水が噴射されることができる。もしくは、前記貫通口のサイズは複数の電池セルの厚さの和に対応するサイズを有することができる。よって、密封部材が除去されて前記貫通口が開放する場合、複数の電池セルに対して冷却水が噴射されることができる。
前記貫通口の形態は、円形、多角形、スリット形、または格子形を有することができる。
このように、どの位置の電池セルが発火しても、電池セルの位置に関係なく、発火した電池セルに対して直接冷却水が注入されることができる。すなわち、ウォータータンクに形成された貫通口の個数は、電池モジュールハウジングのサイズ及び個数、前記電池モジュールハウジングに配置される電池セルの形態、サイズ及び個数などを考慮して設計することができる。
図３は第２実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図４は図３のＢ部分の拡大図で、第２実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図３及び図４を参照すると、複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池セル１３０に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含み、電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
図３の電池セル１３０は正極リード及び負極リードが互いに反対方向に突出する両方向パウチ型電池セルであることができ、または、正極リードと負極リードとが同じ方向に突出する単方向パウチ型電池セルであることができる。よって、図３に示す電池セルにおいて、電極リード１３１が互いに異なる方向に突出する両方向電池セルとして示されていても、本発明に含まれるパウチ型電池セルの形態がこれに限定されるものではない。前記電池セルスタックを構成する複数の電池セル１３０は、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に垂直な状態になるように積層されている。
すなわち、第１実施例による電池パックと第２実施例による電池パックとを比較すると、第２実施例による電池パックは、電極組立体収納部の底が電池パックケースの下面に垂直な状態になるように電池セルスタックが配置された形態を有する点にのみ違いがある。
したがって、電池セルスタックの配置方向を除いた第１実施例による電池パックについての説明は前記第２実施例による電池パックにも同様に適用することができる。また、第１実施例及び第２実施例の構成要素のうちでその対象が同じ範囲にあるものであれば同じ図面符号を適用することができる。
図５は第３実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図６は第４実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図７は図５のＢ部分の拡大図で、第３実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図５～図７を参照すると、図５に示す第３実施例による電池パック及び図６に示す第４実施例による電池パックは、複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池セル１３０に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含み、電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
第３実施例による電池パックは、電池モジュールハウジング１０１の第１面及び第２面に金属バンド１５０が付加されている点を除き、前記第１実施例による電池パックと同様な構成を有する。
第３実施例による電池パックにおいて、金属バンド１５０は一定の離隔間隔で第１面及び第２面に付着されているので、前記離隔間隔を通して電池セルが露出されることができる。
図６に示す第４実施例による電池パックは、電池モジュールハウジング１０１の第１面及び第２面のそれぞれにエンドカバー１６０が付加されており、エンドカバー１６０には開口１６１が形成されている点を除き、前記第１実施例による電池パックと同様な構成を有する。
第４実施例による電池パックにおいて、エンドカバー１６０に形成された開口１６１を通して電池セルが露出される。
したがって、第３実施例及び第４実施例による電池パックは、電池セルの発火によって、隣接したウォータータンクの密封部材が溶融して貫通口が開放する場合、電池セルに向かって冷却水が直接噴射されることができる。
また、密封部材が開放して噴射される冷却水が電池セルに直接噴射されることができるように、第３実施例による電池パックにおいて、金属バンドと金属バンドとの間に形成される離隔間隔は密封部材と対面する位置に形成され、第４実施例による電池パックにおいて、エンドカバーの開口は密封部材と対面する位置に形成されることが好ましい。
第３実施例による電池パックのように電池モジュールハウジングの第１面及び第２面に金属バンドが付加される場合、及び第４実施例による電池パックのように電池モジュールハウジングの第１面及び第２面に開口が形成されたエンドカバーが付加される場合には、エンドカバーが付加される場合より電池モジュール及び電池パックの重さを減らすことができ、電池セルの発火の際、エンドカバーによって熱が遮断されず、密封部材まで熱エネルギーが移動する距離を減らすことができる。したがって、密封部材を早く溶融させることができ、冷却水が直接電池セルに注入されることができる。
第３実施例による金属バンドの厚さ及び個数は設定によって多様な厚さ及び個数に設計変更することができ、前記金属バンドが電池モジュールハウジングを完全に取り囲む形態として使用する場合、電池セルの充放電によって電池セルスタックが膨張することを防止することができる。
また、前記第４実施例のように開口が形成されたエンドカバーにおいて、前記開口のサイズは一つの電池セルに対応するサイズを有するか、または複数の電池セルに対応するサイズを有することができる。
前記開口は、円形、楕円形、多角形、またはスリット形を有することができ、もしくは格子状のエンドカバーを適用することができる。
第３実施例及び第４実施例による電池パックについての説明は、電池モジュールハウジングの第１面及び第２面に金属バンドまたは開口が形成されたエンドカバーが付加された点を除き、前記第１実施例による電池パックの説明を同様に適用することができる。また、第３実施例及び第４実施例の構成要素のうちでその対象が同じ範囲にあるものであれば同じ図面符号を適用することができる。
一方、図７は第１面及び第２面に金属バンドが付加された第３実施例による電池パックを示しているが、図７の金属バンド１５０の位置に開口１６１が形成されたエンドカバー１６０が配置される場合、第４実施例による電池パックの垂直断面図のような形態を有することができる。
図８は第５実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図９は第６実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図１０は図８のＢ部分の拡大図で、第５実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図８～図１０を参照すると、図８に示す第５実施例による電池パック及び図９に示す第６実施例による電池パックは、複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池セル１３０に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含み、電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
第５実施例及び第６実施例による電池パックは、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に垂直な状態になるように積層されている。
すなわち、図８に示す第５実施例による電池パックと図５に示す第３実施例による電池パックと、かつ図９に示す第６実施例による電池パックと図６に示す第４実施例による電池パックとを比較すると、第５実施例及び第６実施例による電池パックは、電極組立体収納部の底が電池パックケースの下面に垂直な状態になるように電池セルスタックが配置された形態を有する点を除き、第３実施例及び第４実施例電池パックと同様な構成を有する。
したがって、電池セルスタックの配置方向を除いた第５実施例及び第６実施例による電池パックについての説明は前記第３実施例及び第４実施例による電池パックと同様に適用することができる。また、第３実施例及び第４実施例の構成要素のうちでその対象が同じ範囲にあるものであれば同じ図面符号を適用することができる。
一方、図１０は第１面及び第２面に金属バンドが付加された第５実施例による電池パックを示しているが、図１０の金属バンド１５０の位置に開口１６１が形成されたエンドカバー１６０が配置される場合、第６実施例による電池パックの垂直断面図のような形態を有することができる。
図１１は第７実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図１２は図１１のＢ部分の拡大図で、第７実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図１１及び図１２を参照すると、第７実施例による電池パックは、複数の電池セル１３０らが積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池モジュールハウジング１０１に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含み、電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
図１１及び図１２の電池セル１３０は正極リード及び負極リードが互いに反対方向に突出する両方向パウチ型電池セルであることができ、または、正極リードと負極リードとが同じ方向に突出する単方向パウチ型電池セルであることができる。よって、図１１に示す電池セルにおいて、電極リード１３１が互いに異なる方向に突出する両方向電池セルとして示されていても、本発明に含まれるパウチ型電池セルの形態がこれに限定されるものではない。前記電池セルスタックを構成する複数の電池セル１３０は、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に平行な状態になるように積層されている。
複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタックの外面を取り囲む電池モジュールハウジングにおいて、電極リード１３１が突出する第１面及び第２面にはエンドカバー１７０が付加されており、エンドカバー１７０は別の開口が形成されていない形態を有するので、電池モジュールハウジングはエンドカバー１７０によって密閉した形態を有する。
したがって、発火によって電池セル１３０’の温度が上昇すれば、隣接したパックケース空間部１１０及びクロスビーム１２０に熱が伝達されるので、発火した電池セル１３０’に隣接した密封部材２１０が溶融してウォータータンク２００の貫通口２２０が開放することができる。しかし、電池モジュールハウジング１０１がエンドカバー１７０によって密閉した形態を有するので、パックケース空間部１１０に含まれた第１ウォータータンク２００及びクロスビーム１２０に含まれた第２ウォータータンク２００から冷却水が噴射されても電池セル１３０に直接噴射されることができず、電池モジュールハウジング１０１の外面にのみ冷却水が噴射されることができる。
すなわち、このように密閉した電池モジュールハウジング１０１を使う場合には、ウォータータンクから噴射された冷却水は電池モジュールハウジング１０１の外面に噴射されるので、隣接した電池モジュールに熱が拡散することを防止ないし遅延する効果を発揮することができる。
第７実施例による電池パックと第１実施例による電池パックとを比較するとき、第７実施例による電池パックは、電池モジュールハウジングの第１面及び第２面にエンドカバーが付加されて電池モジュールが密封した形態を有する点にのみ違いがある。
よって、第７実施例による電池パックは、ウォータータンクが開放する場合、電池モジュールハウジングの外面に冷却水が噴射される一方で、第１実施例による電池パックはウォータータンクから噴射された冷却水が電池セルに直接噴射される。
したがって、ウォータータンク、密封部材、貫通口などについての説明は、第１実施例で説明した内容を第７実施例にも同様に適用することができる。また、第１実施例及び第７実施例の構成要素のうちでその対象が同じ範囲にあるものであれば、同じ図面符号を適用することができる。
図１３は第８実施例による電池パックの斜視図及び断面図、並びに電池モジュールの部分斜視図であり、図１４は図１３のＢ部分の拡大図で、第８実施例による電池パックにおいて発火の際に熱拡散を抑制する状況を説明するための模式図である。
図１３及び図１４を参照すると、第８実施例による電池パックは、複数の電池セル１３０が積層された電池セルスタック、電池セルスタックの全長方向Ｌの両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジング１０１、電池セル１３０に冷却水を供給するためのウォータータンク２００、及び複数の電池モジュールハウジングを収容する電池パックケース１００を含み、電池パックケース１００は、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部１１０、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビーム（ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）１２０を含む。
第８実施例による電池パックは、電極組立体収納部の底が電池パックケースの下面に垂直な状態になるように電池セルスタックが配置された形態を有する。
すなわち、第８実施例による電池パックと第７実施例による電池パックとを比較すると、第８実施例による電池パックは、電極組立体収納部の底が電池パックケースの下面に垂直の状態になるように電池セルスタックが配置された形態を有する点にのみ違いがある。
したがって、電池セルスタックの配置方向を除いた第７実施例による電池パックについての説明、及び前記第７実施例による電池パックで引用する第１実施例による電池パックについての説明は第８実施例による電池パックにも同様に適用することができる。また、第７実施例及び第８実施例の構成要素のうちでその対象が同じ範囲にあるものであれば、同じ図面符号を適用することができる。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
１００ 電池パックケース
１０１ 電池モジュールハウジング
１１０ パックケース空間部
１２０ クロスビーム
１３０、１３０’ 電池セル
１３１ 電極リード
１４０ 電池モジュール
１５０ 金属バンド
１６０、１７０ エンドカバー
１６１ 開口
２００ ウォータータンク
２１０ 密封部材
２２０ 貫通口

Claims (13)

  1. 複数の電池セルが積層された電池セルスタックと、
    前記電池セルスタックの全長方向の両側端面である第１面及び第２面を除いて残った外面を取り囲む電池モジュールハウジングと、
    前記電池セルまたは前記電池モジュールハウジングに冷却水を供給するためのウォータータンクと、
    複数の前記電池モジュールハウジングを収容する電池パックケースと、
    を含み、
    前記電池パックケースは、前記第１面に隣接して位置するパックケース空間部、及び前記第２面に隣接して位置するクロスビームを含む、電池パック。
  2. 前記電池セルスタックは、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に平行な状態になるように積層されている、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記電池セルスタックは、電極組立体収納部の底が前記電池パックケースの下面に垂直な状態になるように積層されている、請求項１に記載の電池パック。
  4. 前記ウォータータンクは、第１ウォータータンク及び第２ウォータータンクを含み、
    前記パックケース空間部は前記第１ウォータータンクを含み、前記クロスビームは前記第２ウォータータンクを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記第１面と対面する前記パックケース空間部の一側面、及び前記第２面と対面する前記クロスビームの一側面に貫通口が形成され、前記貫通口に密封部材が付加されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池パック。
  6. 前記密封部材は、前記電池セルから放出される高温ガスまたはスパークによって溶融する素材からなる、請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記密封部材の溶融によって前記貫通口が開放し、
    前記貫通口を通して、前記ウォータータンクの内部に収容された冷却水が噴射される、請求項６に記載の電池パック。
  8. 前記貫通口は、複数の孔が均一に分散している形態を有するように形成されている、請求項５～７のいずれか一項に記載の電池パック。
  9. 前記第１面及び前記第２面は少なくとも一部または全部が開放している形態を有する、請求項２または３に記載の電池パック。
  10. 前記電池セルスタックと前記パックケース空間部との間、または前記電池セルスタックと前記クロスビームとの間に離隔空間が形成されている、請求項９に記載の電池パック。
  11. 前記第１面及び前記第２面に金属バンドが付加されている、請求項９または１０に記載の電池パック。
  12. 前記電池モジュールハウジングの前記第１面及び前記第２面のそれぞれにはエンドカバーが付加されており、前記エンドカバーには開口が形成されている、請求項９～１１のいずれか一項に記載の電池パック。
  13. 前記第１面及び前記第２面にはエンドカバーが付加されており、前記電池モジュールハウジングは前記エンドカバーによって密閉した形態を有する、請求項２または３に記載の電池パック。
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