JP2023527807A - 火災防止性能が向上したバッテリーパック - Google Patents

火災防止性能が向上したバッテリーパック Download PDF

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Abstract

本発明は、一部のバッテリーモジュールにおいて、高温のガスやスパークが発生しても、火災の発生を効果的に抑制するように構成されたバッテリーパックを開示する。本発明の一態様によるバッテリーパックは、少なくとも一つの二次電池を備え、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成された少なくとも一つのバッテリーモジュールと；前記バッテリーモジュールの少なくとも一側に配備され、排出口が形成され、前記バッテリーモジュールからガスが発生した場合、発生したガスが前記排出口の方向に流れるように構成されたダクトと；前記ダクトの排出口に位置し、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以上である場合、前記排出口を開放させ、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以下である場合、前記排出口を閉鎖させるように構成された開閉部材と；を含む。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年１月１９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０００７５６０号に基づく優先権を主張し、当該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。
本発明は、バッテリーに関し、より詳細には、火災の発生や拡散を効果的に防止することができるバッテリーパック、それを含むエネルギー貯蔵システムに関する。
最近になって、ノートパソコン、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激に増加しており、ロボット、電気自動車などの商用化が本格化することにより、繰り返しの充放電が可能な高性能な二次電池についての研究が盛んに進められている。
現在商用化されている二次電池としては、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挙げられるが、中でも、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ー効果がほとんど起こらないので、充放電を自由に行うことができ、自己放電率が非常に低く、しかも、エネルギー密度が高いという長所を有することから、脚光を浴びている。
二次電池は、単独で使用されることもあるが、一般に、複数の二次電池が互いに電気的に直列及び／または並列に繋がって構成されたことが多い。特に、複数の二次電池は、互いに電気的に繋がった状態で一つのモジュールケースの内部に収納され、一つのバッテリーモジュールを構成することができる。また、バッテリーモジュールは、単独で使用されるか、または少なくとも二つが互いに電気的に直列及び／または並列に繋がって、バッテリーパックなどのようなさらに上位レベルの装置を構成することができる。
最近、電力不足や環境に優しいエネルギーなどのような問題が浮上するにつれて、生産された電力を貯蔵するためのエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）がさらに注目されている。代表的に、このようなエネルギー貯蔵システムを用いると、スマートグリッドシステム（Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）のようなシステムの構築が容易であり、特定地域や都市などにおいて電力需給の調整が容易に行われ得る。
エネルギー貯蔵システムにおいて使用されるバッテリーパックの場合、中・小型バッテリーパックに比べて極めて大きな容量が必要となる。したがって、バッテリーパックには、通常、複数のバッテリーモジュールが含まれるようになる。また、エネルギー密度を高めるために、複数のバッテリーモジュールは、極めて狭い空間に密集して構成されることが多い。
ところで、このように、複数のバッテリーモジュールが狭い空間に密集した状態で存在する場合、火災に弱くなり得る。例えば、いずれか一つのバッテリーモジュールにおいて熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）状況が生じ、少なくとも一つのバッテリーセルから高温のガスが排出される状況が生じ得る。しかも、このようなガス排出の際には、高温のスパークが発生することがあるが、スパークには、バッテリーセルの内部の電極から脱離した活物質や溶融したアルミニウム粒子などが含まれ得る。若し、このような高温のスパーク及び高温のガスが、酸素と出会う場合、バッテリーパックにおいて火災が起こり得る。
特に、特定のバッテリーセルやモジュールにおいて火災が発生する場合、これは、周辺の他のバッテリーセルやバッテリーモジュール、他のバッテリーパックなどに拡散され得る。特に、エネルギー貯蔵システムは、狭い空間に多くのバッテリーが密集しているので、火災が発生すると、鎮圧が容易ではない。しかも、エネルギー貯蔵システムの規模や役割を考えると、バッテリーパックの内部での火災の発生は、極めて深刻な財産及び人命の被害を生じる恐れがある。このため、熱暴走状況などが生じても、特定のバッテリーセルやモジュールにおいて、火災にまでつながらないようにすることが必要である。
したがって、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、熱暴走などにより、一部のバッテリーモジュールにおいて、高温のガスやスパークが発生しても、火災の発生を効果的に抑制するように構成されたバッテリーパック、及びそれを含むエネルギー貯蔵システムなどを提供することを目的としている。
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下記の発明の説明から当業者が明確に理解できる筈である。
上記のような目的を達成するための本発明の一態様によるバッテリーパックは、少なくとも一つの二次電池を備え、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成された少なくとも一つのバッテリーモジュールと；前記バッテリーモジュールの少なくとも一側に配備され、排出口が形成され、前記バッテリーモジュールからガスが発生した場合、発生したガスが前記排出口の方向に流れるように構成されたダクトと；前記ダクトの排出口に位置し、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以上である場合、前記排出口を開放させ、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以下である場合、前記排出口を閉鎖させるように構成された開閉部材と；を含む。
ここで、前記開閉部材は、閉鎖された状態で、前記ダクトの外部酸素が、前記ダクトの内部に流入することを遮断するように構成され得る。
また、前記排出口は、複数の開口部を備え、前記開閉部材は、複数の単位開閉部を備え、それぞれの開口部毎に単位開閉部が位置するように構成され得る。
また、前記開閉部材は、少なくとも二つの単位開閉部が、互いに異なる圧力レベルで、それぞれの開口部を開放させるように構成され得る。
また、前記複数の開口部は、上下方向に配置され、前記開閉部材は、少なくとも二つの単位開閉部のうち、上部に位置した単位開閉部が、下部に位置した単位開閉部よりも高い圧力レベルで、開口部を開放させるように構成され得る。
また、前記単位開閉部は、弾性部材をそれぞれ備え、少なくとも二つの単位開閉部のうち、上部に位置した単位開閉部が、下部に位置した単位開閉部よりも高い弾性係数を有する弾性部材を備えるように構成され得る。
また、前記開閉部材は、内側開閉部及び外側開閉部を備え得る。
また、前記開閉部材は、閉鎖状態から、一方向にのみ移動して、開放状態に変更可能なように構成され得る。
また、前記ダクト及び前記開閉部材のうち少なくとも一つは、前記排出口の周囲を包み込むように形成されたシーリング部を備え得る。
さらに、上記のような目的を達成するための本発明の他の態様によるエネルギー貯蔵システムは、本発明によるバッテリーパックを含む。
本発明によれば、バッテリーパックの火災の発生を効果的に防止することができる。
特に、本発明の一態様によれば、バッテリーパック内に含まれた特定のバッテリーモジュールや特定のバッテリーセルにおいて、熱暴走現象などにより、高温のガスやスパークが発生しても、火災につながらないようにすることができる。
また、本発明の一実施構成によれば、バッテリーパックの内部に酸素が流入することを遮断することができる。したがって、燃焼の三要素の一つである酸素を排除させることにより、バッテリーパックの内部において、燃焼、すなわち、火災が発生することを根本的に遮断することができる。
さらに、本発明の一態様によれば、バッテリーパックの内部で火災が発生しても、さらなる酸素の流入が遮断され、火災が拡散せず、容易に鎮圧されるようにすることができる。
その他、本発明は、様々な効果を有することができ、これについては、それぞれの実施構成において説明するか、当業者が容易に類推することができる効果などについては、当該説明を省略する。
この明細書に添付される次の図面は、本発明の好適な実施形態を例示するものにすぎず、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術的思想をなお一層理解しやすくする役割を果たすものであるため、本発明は、そのような図面に記載されている事項にのみ限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーバックの構成を概略的に示す斜視図である。 図１の一部構成についての分離斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーバックに含まれた一つのバッテリーモジュールを示す斜視図である。 図３の一部構成を分離または除去した形状を示す部分斜視図である。 図１及び図２に示したバッテリーパックの構成において、ダクトを他の方向から見た形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、ガス排出流れ方向をバッテリーパックの上方から見た形状を概略的に示す図である。 図１のＡ１部分の拡大図である。 図７の構成において、開閉部材が開放された形状を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、開閉部材が開放された状態のガス排出構成を概略的に図式化して示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、開閉部材が閉鎖された状態の外部気体の遮断構成を概略的に図式化して示す図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す図である。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す断面図である。 本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す斜視図である。 図１３の構成において、開閉部材がダクトを閉鎖させたとき、第１シーリング部と第２シーリング部との間の位置を概略的に示す図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明による好適な実施形態について詳しく説明する。これに先立って、この明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の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することができるという原則を踏まえて、本発明の技術的な思想に見合う意味及び概念として解釈されなければならない。
よって、この明細書に記載の実施形態と図面に示されている構成は、本発明の最も好適な一部の実施形態に過ぎないものであり、本発明の技術的な思想をいずれも代弁するものではないため、本発明の出願時点においてこれらに代替できる様々な均等物と変形例があり得るということを理解しなければならない。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーバックの構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１の一部構成についての分離斜視図である。
図１及び図２を参照すると、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール１００、ダクト２００、及び開閉部材３００を含む。
前記バッテリーモジュール１００は、少なくとも一つの二次電池を備え、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成されてもよい。また、バッテリーモジュール１００は、バッテリーパックに少なくとも一つ含まれていてもよい。特に、バッテリーパックの容量及び／または出力などの向上のために、バッテリーモジュール１００は、図１及び図２に示すように、バッテリーパックに複数含まれていてもよい。このとき、複数のバッテリーモジュール１００は、少なくとも一方向に配置されてもよい。一例として、図１及び図２では、８個のバッテリーモジュール１００がＸ軸方向に配置された形状が示されている。
このようなバッテリーモジュール１００のさらに具体的な構成の一例は、図３及び図４にさらに具体的に示されている。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーバックに含まれた一つのバッテリーモジュール１００を示す斜視図である。また、図４は、図３の一部構成を分離または除去した形状を示す部分斜視図である。
図３及び図４を参照すると、前記バッテリーモジュール１００は、二次電池１１０（バッテリーセル）、モジュールケース１２０、及びバスバーアセンブリー１３０を備えてもよい。
ここで、二次電池１１０は、電極組立体、電解液、及び電池ケースを備えてもよい。図３及び図４では、ポーチ状二次電池が示されているが、二次電池の他の形状、例えば、円筒型電池や角型電池がバッテリーモジュール１００に含まれていてもよい。
このような二次電池１１０は、複数含まれていてもよい。例えば、図面に示されるように、複数のポーチ状二次電池１１０が上下方向に積層された形状に、電池アセンブリーを構成してもよい。このとき、それぞれの電池の電極リード１１１は、互いに直接接触されるか、バスバーなどを介して電気的に繋がっていてもよい。
前記モジュールケース１２０は、少なくとも一つの二次電池１１０を内部空間に収容するように構成されてもよい。例えば、モジュールケース１２０は、図面に示されるように、上部プレート１２１、下部プレート１２２、側部プレート１２３、及び後方プレート１２４を備えてもよい。また、このような複数のプレートが互いに結合されて限定された内部空間に電池アセンブリーが収納されてもよい。ここで、モジュールケース１２０に含まれる一部のプレート、例えば、下部プレート１２２及び側部プレート１２３は、互いに一体化された形状に構成されてもよい。この場合、下部プレート１２２と側部プレート１２３の一体化された形状は、略Ｕ字状であってもよい。
特に、前記モジュールケース１２０は、前方部分を除いた他の部分は、密閉した形状に構成されてもよい。または、前記モジュールケース１２０は、前方と後方部分が開放され、残りの他の部分は密閉した形状に構成されてもよい。
前記バスバーアセンブリー１３０は、モジュールケース１２０の前方の開放部分に結合されてもよい。このようなモジュールケース１２０の前方部分には、電池アセンブリーの電極リード１１１が位置してもよい。また、バスバーアセンブリー１３０は、電極リード１１１と結合されてもよい。さらに具体的な例として、バスバーアセンブリー１３０には、図３及び図４に示すように、バスバーハウジング１３１及びモジュールバスバー１３２が備えられてもよい。
ここで、バスバーハウジング１３１は、電気的に絶縁性材質、例えば、プラスチック材質で構成されてもよい。また、バスバーハウジング１３１は、モジュールバスバー１３２が装着されて固定されるように構成されてもよい。また、モジュールバスバー１３２は、電気的に伝導性材質、例えば、金属材質で構成されてもよい。また、モジュールバスバー１３２は、電極リード１１１間を電気的に結び付けるか、電極リード１１１に繋がって、バッテリー管理システム（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のような制御ユニットにセンシング情報を伝達するように構成されてもよい。
本発明によるバッテリーパックに含まれたバッテリーモジュール１００の場合、一側、前方側のみが開放され、残りの部分は、密閉して構成されてもよい。例えば、図３及び図４に示すように、バッテリーモジュール１００は、＋Ｙ軸方向の端部に位置する前方部分のみが開放されてもよい。この場合、バッテリーモジュール１００の内部において、ガスやスパークが発生すると、ガスは開放された部分、すなわち、前方側にのみ排出されてもよい。または、前記バッテリーモジュール１００の場合、前方側と後方側の両方が開放され、残りの部分は、密閉して構成されてもよい。この場合、図３のバッテリーモジュール１００の構成において、後方プレート１２４の代わりに、バスバーアセンブリー１３０が含まれていてもよい。
さらに、バッテリーモジュール１００の開放された部分、例えば、前方側には、バスバーアセンブリー１３０が位置してもよい。また、バスバーアセンブリー１３０には、電極リード１１１が通過するようにスリットが形成されてもよい。したがって、このようなスリット部分から、モジュールの内部のガスやスパークがモジュールの外部に排出され得る。このとき、ガスの排出方向は、図面において、＋Ｙ軸方向と同じである。
前記ダクト２００は、バッテリーモジュール１００の少なくとも一側に配備されていてもよい。特に、前記ダクト２００は、バッテリーモジュール１００からガスが排出される側に位置してもよい。すなわち、上述したように、バッテリーモジュール１００は、内部において、ガスなどが発生する場合、発生したガスなどが特定方向にのみ排出されるように構成されてもよい。このとき、ダクト２００は、バッテリーモジュール１００からガスが排出される部分に位置してもよい。
例えば、図２の実施構成を参照して、＋Ｙ軸方向を前方とすると、複数のバッテリーモジュール１００が、バスバーアセンブリー１３０が前方に向かうように配置された状態で、ダクト２００は、バッテリーモジュール１００の前方側に位置してもよい。したがって、バッテリーモジュール１００からガスが発生する場合、発生したガスは、バッテリーモジュール１００の前方側に排出されてもよい。また、このように排出されたガスは、ダクト２００の内部に流入してもよい。このようなダクト２００の構成については、図５及び図６をさらに参照して、さらに具体的に説明する。
図５は、図１及び図２に示したバッテリーパックの構成において、ダクト２００を他の方向から見た形状を示す斜視図である。特に、図５では、ダクト２００以外の他の構成、例えば、バッテリーモジュール１００や開閉部材３００は、図示しないようにした。また、図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、ガス排出流れ方向をバッテリーパックの上方から見た形状を概略的に示す図である。図６では、バッテリーパックの一部分のみを図示し、開閉部材３００は、図示しないようにした。
図５及び図６を参照すると、ダクト２００には、排出口２１０と流入口２２０が形成されていてもよい。ここで、流入口２２０は、ダクト２００の少なくとも一部分が開放された形状に構成されてもよい。特に、流入口２２０は、バッテリーモジュール１００が位置する方向（図５の－Ｙ軸方向）に向かって構成されてもよい。また、排出口２１０は、流入口２２０と同様に、ダクト２００の少なくとも一部分が開放された形状に構成されるが、流入口２２０とは異なる方向に配置するように構成されてもよい。特に、排出口２１０は、バッテリーモジュール１００が位置しない方向に向かって構成されてもよい。例えば、図面に示されるように、排出口２１０は、ダクト２００において－Ｘ軸方向の端部に形成されるように構成されてもよい。
このような構成において、バッテリーモジュール１００からガスが発生すると、発生したガスは、流入口２２０からダクト２００の内部空間に流入し得る。このとき、ダクト２００の内圧は増加し得るが、ダクト２００の一側には排出口２１０が形成されているので、ダクト２００の内部ガスは、排出口２１０に向かって移動することができる。すなわち、ダクト２００は、図５及び図６において矢印で示されるように、バッテリーモジュール１００から発生したガスが、排出口２１０の方向に流れるように構成されてもよい。
前記開閉部材３００は、ダクト２００の排出口２１０に位置してもよい。また、開閉部材３００は、ダクト２００の排出口２１０を開閉可能なように構成されてもよい。このような開閉部材３００については、図７及び図８をさらに参照して、さらに具体的に説明する。
図７は、図１のＡ１部分の拡大図であり、図８は、図７の構成において、開閉部材３００が開放された形状を示す図である。
前記開閉部材３００は、開閉動作を介して、図７に示すような形状にダクト２００を閉鎖させることもでき、図８に示すような形状にダクト２００を開放させることもできる。特に、開閉部材３００は、ダクト２００の内部圧力が一定レベル以上である場合、排出口２１０を開放させるように構成されてもよい。したがって、ガスなどが発生していない定常状態では、開閉部材３００が、図７に示すように閉まった状態で存在し得る。しかしながら、バッテリーモジュール１００においてガスが発生し、ダクト２００の内部空間に流入する場合、ダクト２００の内部圧力は一定レベル以上に増加し得る。また、この場合、開閉部材３００は、図８に示すように、ダクト２００の排出口２１０を開放させる形状に動作され得る。ここで、開閉部材３００が開放形状に変更される内部圧力の大きさは、バッテリーモジュール１００やバッテリーパックの仕様または種類、ダクト２００の形状や構造などの様々な要因に応じて適切に設計されてもよい。
一方、開閉部材３００は、ダクト２００の内部圧力が一定レベル以下である場合、排出口２１０を閉鎖させるように構成されてもよい。特に、バッテリーモジュール１００においてガスが発生し、ダクト２００の内圧が高くなってから、ガスが排出口２１０に排出されることにより、ダクト２００の内圧が一定レベル以下に落ちると、開閉部材３００は、図８の開放状態から、図７の閉鎖状態へ再び変更されてもよい。
このような本発明の構成によれば、バッテリーパックの内部において、熱暴走などの状況によってガスが発生する場合、ダクト２００からガスが円滑に外部に排出されるようにすることができる。したがって、バッテリーパックの内部に高温のガスが溜り続けることを防止するとともに、バッテリーパックの内部圧力を下げることにより、バッテリーパックの火災や爆発などを防止することができる。
前記開閉部材３００は、開閉動作を行うために、弾性部材を備えてもよい。例えば、前記開閉部材３００は、ばねのような弾性部材を備え、ばねの弾性力、すなわち復元力を用いて開閉動作が行われるように構成されてもよい。一例として、前記開閉部材３００は、板ばねまたはコイルばねのような形状のばねを備えてもよい。このとき、開閉部材３００は、閉鎖状態から開放状態に変更されるとき、弾性変形するように構成されてもよい。したがって、開閉部材３００は、ダクト２００の内圧による力がばねによる力よりも大きくなる場合、開放状態になり、ダクト２００の内圧による力がばねによる力よりも小さくなる場合、閉鎖状態になり得る。
特に、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記開閉部材３００は、閉鎖された状態で、ダクト２００の外部気体がダクト２００の内部に流入することを遮断するように構成されてもよい。さらに、前記開閉部材３００は、閉鎖された状態で、ダクト２００の外部酸素がダクト２００の内部に流入することが遮断させることができる。これについては、図９及び図１０を参照して、さらに具体的に説明する。
図９は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、開閉部材３００が開放された状態のガス排出構成を概略的に図式化して示す図である。また、図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、開閉部材が閉鎖された状態の外部気体の遮断構成を概略的に図式化して示す図である。
先ず、図９を参照すると、ダクト２００の内部に高温のガスが一定レベル以上の圧力で存在する場合、開閉部材３００は開放されてもよく、これにより、ダクト２００の内部のガスは、実線の矢印で示されるように、外部に排出され得る。このとき、ダクト２００の内部から外部に排出されるガスの圧力によって、ダクト２００の外部の気体は、排出口２１０に流入することができない。
次に、図１０を参照すると、開閉部材３００が閉鎖された状態では、ダクト２００の外部の気体は、点線の矢印で示されるように、開閉部材３００によってダクト２００の内部に流入することが遮断され得る。特に、ダクト２００の外部の気体には、酸素が含有され得る。したがって、開閉部材３００の閉鎖によって、ダクト２００の外部に存在する酸素も、ダクト２００の内部に流入することが遮断され得る。
したがって、このような本発明の構成によれば、ダクト２００の内部への酸素の流入が遮断されることにより、バッテリーパックの内部において火災が発生することが効果的に防止され得る。特に、バッテリーパックの内部には、スパークのような熱源及びガスや電池の構成要素のような可燃物が存在し得る。しかしながら、上記した実施形態のように、酸素の流入が遮断される場合、燃焼の三要素の一つがバッテリーパックの内部に存在しなくなるので、バッテリーパックの内部において火災が発生することを予め防止することができる。
本発明によるバッテリーパックにおいて、ダクト２００に形成された排出口２１０は、図９及び図１０に示すように、複数の開口部２１１を備えてもよい。すなわち、排出口２１０は、複数の開口部２１１で形成されてもよい。また、開閉部材３００も、複数の単位開閉部３１０を備えてもよい。このとき、それぞれの単位開閉部３１０は、互いに異なる開口部２１１毎に位置し、それぞれの開口部２１１に対する開閉動作を行うように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、排出口２１０のガス排出動作（開放）や酸素流入遮断動作（閉鎖）がさらに迅速かつ確かに行われ得る。特に、この場合、開閉部材３００のそれぞれの重さ及び／または移動距離が減少され得る。したがって、開閉部材３００がさらに迅速に開放動作及び閉鎖動作を行うことができる。
例えば、開閉部材３００は、図９及び図１０に示すように、一側がダクト２００のような構成要素に結合され、他側がダクト２００の排出口２１０から遠ざかってから戻ってくるような方式で、開閉動作を行うように構成されてもよい。さらに具体的な例として、図７乃至図１０の構成を参照すると、それぞれの単位開閉部３１０は、上部側がダクト２００に結合され、下部側が回転移動されるように、ヒンジ回動可能な形態で構成されてもよい。
このような構成において、開閉部材３００のサイズが小さいほど、開閉部材３００が排出口２１０の開閉のために移動する回転半径は小さくなり得る。このため、この場合、さらに迅速な開閉動作が可能になる。さらに、ダクト２００からガスが排出された後、ダクト２００の内圧がさらに一定レベル以下に低くなると、開閉部材３００は、迅速な閉鎖動作で、外部の酸素流入を遮断する必要がある。ところで、上記した構成によれば、それぞれの単位開閉部３１０の回転半径が小さくなり得るので、さらに迅速な酸素流入遮断が可能になる。また、上記した構成によれば、それぞれの開口部２１１の面積は小さくなり得るが、開口部２１１が複数存在するので、複数の開口部２１１に対する合算面積は大きくなり、ガス排出性能は一定レベル以上で確保され得る。
それだけでなく、このような実施構成によれば、それぞれの開口部２１１や単位開閉部３１０の構成や設定を個別に行いやすくすることができる。したがって、さらに効率的なガス放出や酸素遮断の効果が具現され得る。
また、このように開閉部材３００が複数の単位開閉部３１０を備える実施形態において、開閉部材３００は、少なくとも二つの単位開閉部３１０に対して、互いに異なる圧力レベルで、それぞれの開口部２１１を開放させるように構成されてもよい。
例えば、複数の単位開閉部３１０のうち少なくとも一部の単位開閉部３１０は、Ｐ１［ｐｓｉ］以上の内圧レベルで開放されるように構成され、残りの他の単位開閉部３１０のうち少なくとも一部の単位開閉部３１０は、Ｐ２［ｐｓｉ］以上の内圧レベルで開放されるように構成されてもよい。ここで、Ｐ１とＰ２は、互いに異なる圧力値である。
このような本発明の構成によれば、少なくとも一部の単位開閉部３１０間において、開放圧力レベルが異なって設定されるようにすることにより、ガス排出及び／または酸素遮断性能がさらに効果的に達成されるようにすることができる。さらに、開口部２１１の位置に応じて、ガスが排出される圧力や酸素が流入する程度が異なってくるが、上記した実施構成によれば、それぞれの状況に応じて、さらに適応的な対処ができる。例えば、相対的にガスが多く排出される部分や酸素が多く流入する開口部２１１に対しては、他の開口部２１１に比べて、相対的に高い内圧レベルで、単位開閉部３１０が開放されるように構成されてもよい。
特に、上述したいくつかの図面に示すように、排出口２１０を形成する複数の開口部２１１は、上下方向に配置されてもよい。また、開閉部材３００は、少なくとも二つの単位開閉部３１０のうち、上部に位置した単位開閉部３１０が、下部に位置した単位開閉部３１０よりも高い圧力レベルで開口部２１１を開放させるように構成されてもよい。
例えば、図９及び図１０に示すように、複数の単位開閉部３１０が複数の開口部２１１をそれぞれ開閉させるために配置された場合、上下方向の中央になる部分を中心にして、上部に位置した開閉部は、下部に位置した開閉部よりもさらに高い圧力でガスが排出されるとき、開放可能なように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、上下方向に配置された複数の単位開閉部３１０間の開閉性能がさらに均一に維持され得る。特に、バッテリーモジュール１００の内部から排出されるガスは、主に高温であることが多く、このような高温のガスは、ダクト２００の内部において下部よりも上部にさらに多く位置し得る。したがって、下部に位置した単位開閉部３１０よりも、上部に位置した単位開閉部３１０にさらに大きな力が印加され得る。ところで、このような力が数回以上印加されると、上部に位置した単位開閉部３１０は、下部に位置した単位開閉部３１０よりも復元力が低下し得る。また、これは、内部ガスが排出されてから、上部に位置した単位開閉部３１０の開口部２１１を閉鎖させる速度や力を低下させてしまい、酸素遮断などの性能が落ちるという問題を引き起こし得る。
しかしながら、上記した実施形態によれば、上部に位置した単位開閉部３１０の弾性係数を大きくすることにより、下部に位置した単位開閉部３１０よりも、開口部２１１の閉鎖性能が減少することを防止することができる。このため、この場合、複数の開口部２１１に対する酸素遮断などの性能がさらに一定に維持されるようにすることができる。
さらに、上記した実施形態において、複数の単位開閉部３１０は、それぞれの弾性部材を備えてもよい。また、複数の単位開閉部３１０に含まれた少なくとも二つの単位開閉部３１０のうち上部に位置した単位開閉部３１０は、下部に位置した単位開閉部３１０よりも高い弾性係数を有する弾性部材を備えるように構成されてもよい。
例えば、複数の単位開閉部３１０は、対応する開口部２１１を開閉させるために、それぞれの弾性部材を備えてもよい。このとき、上下方向の中央になる部分を中心にして、上部に位置した単位開閉部３１０は、下部に位置した単位開閉部３１０よりも弾性係数が高い弾性部材を備えもよい。
さらに具体的な例として、１０個の単位開閉部３１０が上下方向に配置され、それぞれのばねを備えた場合、上部５個の単位開閉部３１０のばね定数は、下部５個の単位開閉部３１０のばね定数に比べて高い値を有するように構成されてもよい。他の例として、１０個の単位開閉部３１０が上下方向に配置された場合、下部から上部方向に行くほど、それぞれのばね定数がますます大きくなるように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、簡単な構成でも、上下方向に配置された単位開閉部３１０のガス排出性能及び酸素遮断性能がさらに安定的に確保されるようにすることができる。
図１１は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す図である。本実施形態については、上述した実施形態と異なる部分について主に説明し、上述した実施形態についての説明が同様にまたは類似して適用される部分については、詳細な説明を省略する。
図１１を参照すると、複数の開口部２１１がダクト２００に上下方向に配置されるが、少なくとも２つの開口部２１１は、そのサイズが異なって構成されてもよい。また、このような開口部２１１のサイズに対応するように、それぞれの開口部２１１をカバーする開閉部材３００のサイズも異なって構成されてもよい。
特に、少なくとも二つの開口部２１１に対して、上部に位置した開口部２１１の面積が、相対的に下部に位置した開口部２１１の面積よりも大きく形成されてもよい。例えば、図１１に示すように、上下方向に配置された開口部２１１は、下部から上部方向に行くほど、そのサイズがますます大きくなるように構成されてもよい。この場合、単位開閉部３１０も、下部から上部方向に行くほど、そのサイズがますます大きくなるように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、複数の開口部２１１からのガス排出性能が安定的に確保されるようにすることができる。特に、ダクト２００の下部側には、上部側よりも高温ガスの密度が低いことがあり得るが、上記した実施構成によれば、下部に位置した開口部２１１の場合、小さな面積によって、小さな内圧でもガスが外部に排出され得る。このため、ダクト２００の内部空間に存在するガスが上部及び下部位置の両方から均一に外部に排出され得る。
図１２は、本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す断面図である。本実施形態に対しても、上述した実施形態と異なる部分について主に説明する。
図１２を参照すると、前記開閉部材３００は、ガスの排出方向において、互いに異なる複数の単位開閉部３１０が位置するように構成されてもよい。特に、図１２では、開閉部材３００が左右方向に二重に形成されているが、このような開閉部材３００の構成は、三重、四重のように、他の多重形状に構成されてもよい。また、それぞれの単位開閉部３１０は、互いに異なる開口部２１１を開閉させるように構成されてもよい。したがって、排出口２１０も、ガスの排出方向において、互いに異なる開口部２１１が位置するように構成されてもよい。
さらに具体的に、図１２の構成において、排出口２１０は、少なくとも一つの外側開口部２１１ａと、少なくとも一つの内側開口部２１１ｂを備えてもよい。ここで、外側は、ダクト２００の外部、特に、ガスが排出されるバッテリーパックの外部に向かう方向と言える。また、開閉部材３００は、少なくとも一つの外側開閉部３１０ａと、少なくとも一つの内側開閉部３１０ｂを備えてもよい。このとき、ダクト２００は、Ｄｂと表示されたような内側開口部２１１ｂの内部側空間（内側ダクト）と、Ｄａと表示されたような内側開口部２１１ｂと外側開口部２１１ａとの間の空間（外側ダクト）に分けられてもよい。
このような構成で、バッテリーモジュール１００で発生したガスが、ダクト２００の内部空間、特にＤｂと表示された内側ダクトＤｂに流入して、内圧が増加すると、先ず、内側開閉部３１０ｂが開放される。また、内側開口部２１１ｂを通過したガスが、Ｄａと表示された外側ダクトに流入して内圧が増加すると、外側開閉部３１０ａが開放される。また、このように、内側開閉部３１０ｂと外側開閉部３１０ａの両方が開放される場合、ダクト２００の内部のガスは、図１２において矢印で示されるように、ダクト２００の外部に排出され得る。
このような実施構成によれば、酸素の流入遮断性能がさらに向上することができる。特に、上記した実施構成において、開閉部材３００は、ガスの排出方向において、多重に位置するが、このような多重開閉部材３００によって、ダクト２００の内部への酸素の流入がさらに確かに遮断され得る。
特に、上記した実施構成において、外側開閉部３１０ａと内側開閉部３１０ｂは、互いに異なる形状に開閉されるように構成されてもよい。
一例として、図面に示されるように、外側開閉部３１０ａは、上端を中心軸としてダクト２００に結合され、下端が回転移動して開閉動作を行うように構成されてもよい。一方、内側開閉部３１０ｂは、下端を中心軸としてダクト２００に結合され、上端が回転移動して開閉動作を行うように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、酸素の流入経路が直線に形成されず、屈曲または折曲された形状に形成されてもよい。このため、この場合、酸素の流入がさらに確かに遮断され得る。
また、外側開閉部３１０ａと内側開閉部３１０ｂは、互いに異なる圧力レベルで、開口部２１１を開放させるように構成されてもよい。特に、内側開閉部３１０ｂは、外側開閉部３１０ａよりも高い圧力レベルで、開口部２１１を開放させるように構成されてもよい。
例えば、外側開閉部３１０ａと内側開閉部３１０ｂに、図１２に示すように、弾性部材として、板ばね３２０ａ、３２０ｂが設けられるとき、内側開閉部３１０ｂには、外側開閉部３１０ａよりも高いばね定数を有するばねが設けられてもよい。すなわち、内側開閉部３１０ｂの板ばね３２０ｂは、外側開閉部３１０ａの板ばね３２０ａに比べて、高いばね定数を有するように構成されてもよい。
このような本発明の構成によれば、ダクト２００から外部にガスが排出されるとき、内側開閉部３１０ｂが先に閉まるようにすることができる。したがって、外側ダクトＤａからダクト２００の外部にガスが排出される過程で、内側開閉部３１０ｂが先に閉鎖されることにより、ダクト２００の外部の酸素が内側ダクトＤｂに流入することがさらに確かに遮断され得る。すなわち、上記した実施構成によれば、酸素遮断性能がさらに向上することができる。
前記開閉部材３００は、閉鎖状態から、一方向にのみ移動して、開放状態に変更可能なように構成されてもよい。
例えば、図９及び図１０に示すように、開閉部材３００は、外側方向（-Ｘ軸方向）にのみ移動して、開放状態に変更可能なように構成されてもよい。また、開閉部材３００は、図１０の状態、すなわち、閉鎖状態になれば、これ以上、内側方向（＋Ｘ軸方向）に移動できないように構成されてもよい。
特に、前記開閉部材３００には、図１０の構成に示すように、開口部２１１を閉鎖させる状態になれば、これ以上、内側方向に移動できないように、ストッパーが配備されていてもよい
このような本発明の構成によれば、開閉部材３００の開放により、ダクト２００の内部のガスが外部に排出された後、開閉部材３００が再び閉鎖されるとき、閉鎖状態がさらに安定的に維持されるようにすることができる。特に、このような実施構成によれば、開閉部材３００が開放状態から閉鎖状態に変更されるとき、排出口２１０から酸素などが流入することをさらに確かに遮断することができる。
図１３は、本発明のまた他の実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態についても、上述した実施形態と異なる部分について主に説明する。一方、図１３の構成に示された排出口２１０及び開閉部材３００は、上述した実施形態において、一つの開口部２１１及び一つの単位開閉部３１０を示すものとしてもよい。
図１３を参照すると、前記ダクト２００及び開閉部材３００のうち少なくとも一つには、排出口２１０の周囲を包み込む形状のシーリング部Ｓ１、Ｓ２が設けられてもよい。例えば、排出口２１０が四角形状に形成された場合、ダクト２００は、排出口２１０の四つの角部のうち三つの角部または四つの角部の外側を包み込む形状のシーリング部（第１シーリング部Ｓ１）を備えてもよい。また、開閉部材３００は、排出口２１０の外側の少なくとも一部分を包み込む形状のシーリング部（第２シーリング部Ｓ２）を備えてもよい。例えば、シーリング部が、排出口２１０の四つの角部を包み込む形状に構成される場合、シーリング部は、四角リング状に形成されているとしてもよい。
ここで、シーリング部Ｓ１、Ｓ２は、開閉部材３００が、板ばね３２０の復元力によって矢印方向に移動してダクト２００を閉鎖させるとき、開閉部材３００によるダクト２００の密閉性能をさらに向上させることができる。このため、シーリング部Ｓ１、Ｓ２は、ゴムやポリマーのような弾性材質で構成されてもよい。
特に、ダクト２００のシーリング部（第１シーリング部Ｓ１）と開閉部材３００のシーリング部（第２シーリング部Ｓ２）の両方が配備されると、第１シーリング部Ｓ１と第２シーリング部Ｓ２は、ある一つが他の一つによって包み込まれる形状に構成されてもよい。これについては、図１４を参照して、さらに具体的に説明する。
図１４は、図１３の構成において、開閉部材３００がダクト２００を閉鎖させたとき、第１シーリング部Ｓ１と第２シーリング部Ｓ２との間の位置を概略的に示す図である。図１４では、説明の便宜のため、シーリング部Ｓ１、Ｓ２を除いた開閉部材３００の他の部分は示していない。
図１４を参照すると、第１シーリング部Ｓ１と第２シーリング部Ｓ２は共に、ダクト２００の開口部２１１を周囲から包み込むように構成されてもよい。さらに、第２シーリング部Ｓ２と第１シーリング部Ｓ１は、互いに異なるサイズで形成され、いずれか一つのシーリング部が他のシーリング部によって包み込まれるように構成されてもよい。図１４では、第１シーリング部Ｓ１が第２シーリング部Ｓ２よりも小さなサイズに形成され、第２シーリング部Ｓ２によって周囲が包み込まれるように構成された実施形態が示されている。
このような本発明の構成によれば、開閉部材３００が排出口２１０を閉鎖させた場合、シーリング部Ｓ１、Ｓ２による密閉力をさらに向上させることができる。すなわち、開閉部材３００が、排出口２１０を閉鎖させた状態では、外部の酸素が排出口２１０の内部に流入するためには、図１４において矢印で示されるように移動しなければならない。しかしながら、このような矢印方向では、シーリング部が二重に存在するので、外部酸素が排出口２１０に流入することがさらに確かに遮断され得る。
さらに、上記した実施構成において、第１シーリング部Ｓ１と第２シーリング部Ｓ２は、互いに全体的に接触するように構成されてもよい。この場合、第１シーリング部Ｓ１と第２シーリング部Ｓ２の弾性加圧力によって、密閉力がさらに上昇することができる。このため、この場合、酸素遮断効果がさらに向上され得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、酸素吸収部材（図示せず）をさらに含んでいてもよい。
前記酸素吸収部材は、酸素を吸収する物質を内部空間に含むように構成されてもよい。ここで、酸素吸収部材は、本発明の出願時点に公知された様々な酸素吸収剤を採用してもよい。前記酸素吸収部材は、ダクト２００及び／または開閉部材３００に付着されてもよい。特に、前記酸素吸収部材は、ダクト２００の内部空間に位置してもよい。例えば、酸素吸収部材は、ダクト２００の内面に付着されてもよい。この場合、ダクト２００の内部空間において、少量の酸素が流入したしても、酸素吸収部材によってダクト２００内で酸素が完全に除去され得る。このため、この場合、熱源に酸素が接近せず、火災の可能性がさらに減少され得る。
さらに、図１２の実施構成において、酸素吸収部材は、内側開閉部３１０ｂの外側表面に付着されてもよい。または、酸素吸収部材は、内側開口部２１１ｂの周囲に付着されてもよい。例えば、酸素吸収部材は、内側開口部２１１ｂの外周部を包み込む形状で配備されてもよい。外側ダクトＤａから少量の酸素が流入した場合、酸素は、内側開口部２１１ｂから内側ダクトＤｂに流入する可能性がある。しかしながら、上記した実施構成による場合、内側開口部２１１ｂの周囲や内側開閉部３１０ｂの外面に配備された酸素吸収部材によって、酸素がさらに確かに除去され得る。
一方、上述したいくつかの実施形態の場合、開閉部材３００は、ヒンジ回動方式で開閉動作を行う形態を中心に説明されたが、本発明が、必ずこのような開閉動作に限定されるものではない。例えば、開閉部材３００は、スライド方式で移動して、排出口２１０を開放させるか閉鎖させるように構成されてもよい。また、前記開閉部材３００は、別途に配備されたモータなどを介して開閉動作を行うように構成されてもよい。
また、上述したいくつかの実施形態の場合、ダクト２００が、バッテリーパックの一側にのみ形成された構成を中心に図示及び説明されているが、本発明が、必ずこのような実施形態に限定されるものではない。
例えば、ダクト２００は、バッテリーパックの両側に形成されてもよい。さらに具体的な例として、図１の構成において、ダクト２００は、バッテリーモジュール１００のＸ軸方向に前方側及び後方側の両方に配備されてもよい。特に、このような構成は、バッテリーモジュール１００が、内部においてガスが発生する場合、前方側と後方側の両方に排出されるように構成された場合に適用され得る。さらに、バスバーアセンブリー１３０がバッテリーモジュール１００の前方と後方の両方に配備された場合、バッテリーモジュール１００の内部のガスは、前方側と後方側の両方に排出される可能性がある。したがって、この場合、ダクト２００は、バッテリーモジュール１００の前方側に位置する前方ダクトと、後方側に位置する後方ダクトとを備えると言える。
また、この場合、開閉部材３００は、前方ダクトと後方ダクトの両方に位置してもよい。このとき、上述した開閉部材３００やダクト２００の構成と関連した多くの説明は、本実施形態に対しても同様にまたは類似して適用されるので、これについての詳細な説明を省略する。
本発明によるエネルギー貯蔵システムは、本発明によるバッテリーパックを少なくとも一つ含んでいてもよい。特に、エネルギー貯蔵システムは、大きなエネルギー容量を有するために、本発明によるバッテリーパックが互いに電気的に繋がった形状に複数含まれるようにしてもよい。その他、本発明によるエネルギー保存システムは、本発明の出願時点に公知されたエネルギー貯蔵システムの様々な構成要素をさらに含んでいてもよい。さらに、このようなエネルギー貯蔵システムは、スマートグリッドシステムや電気自動車充電ステーションなどの様々な場所や装置において使用され得る。
一方、この明細書においては、上、下、左、右、前、後などといったように、方向を示す用語が用いられているが、これらの用語は単なる説明のしやすさのためのものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって明らかである。
以上、本発明については、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的な思想と後述する特許請求の範囲の均等な範囲内において様々な修正及び変形を加えることが可能であるということはいうまでもない。
１００ バッテリーモジュール
１１０ 二次電池
１１１ 電極リード
１２０ モジュールケース
１２１ 上部プレート
１２２ 下部プレート
１２３ 側部プレート
１２４ 後方プレート
１３０ バスバーアセンブリー
１３１ バスバーハウジング
１３２ モジュールバスバー
２００ ダクト
２１０ 排出口
２１１ 開口部
２１１ａ 外側開口部
２１１ｂ 内側開口部
２２０ 流入口
３００ 開閉部材
３１０ 単位開閉部
３１０ａ 外側開閉部
３１０ｂ 内側開閉部
３２０, ３２０ａ、３２０ｂ 板ばね
Ｄａ 外側ダクト
Ｄｂ 内側ダクト
Ｓ１ 第１シーリング部
Ｓ２ 第２シーリング部

Claims (10)

  1. 少なくとも一つの二次電池を備え、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成された少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールの少なくとも一側に配備され、排出口が形成され、前記バッテリーモジュールからガスが発生した場合に、発生したガスが前記排出口の方向に流れるように構成されたダクトと、
    前記ダクトの前記排出口に位置し、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以上である場合に、前記排出口を開放させるように、且つ、前記ダクトの内部圧力が一定レベル以下である場合に、前記排出口を閉鎖させるように構成された開閉部材と、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  2. 前記開閉部材は、閉鎖された状態で、前記ダクトの外部酸素が前記ダクトの内部に流入することを遮断するように構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パック。
  3. 前記排出口は、複数の開口部を備え、
    前記開閉部材は、複数の単位開閉部を備え、前記開口部それぞれに前記単位開閉部が位置するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記開閉部材は、少なくとも二つの前記単位開閉部が互いに異なる圧力レベルで前記開口部それぞれを開放させるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 複数の前記開口部は、上下方向に配置され、
    前記開閉部材は、少なくとも二つの前記単位開閉部のうち上部に位置した前記単位開閉部が下部に位置した前記単位開閉部よりも高い圧力レベルで開口部を開放させるように構成されたことを特徴とする請求項３又は４に記載のバッテリーパック。
  6. 前記単位開閉部はそれぞれ、弾性部材を備え、少なくとも二つの前記単位開閉部のうち上部に位置した前記単位開閉部が、下部に位置した前記単位開閉部よりも高い弾性係数を有する弾性部材を備えるように構成されたことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  7. 前記開閉部材は、内側開閉部及び外側開閉部を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記開閉部材は、閉鎖状態から、一方向にのみ移動して、開放状態に変更可能なように構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パック。
  9. 前記ダクト及び前記開閉部材のうち少なくとも一つは、前記排出口の周囲を包み込むように形成されたシーリング部を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含むエネルギー貯蔵システム。
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