JP2023527808A - バッテリパック及びそれを含む自動車 - Google Patents

Abstract

バッテリパック及びそれを含む自動車が開示される。本発明の一実施例によるバッテリパックは、複数のバッテリセルを備えるバッテリモジュール、バッテリモジュールを収納し、上部カバーを備えるケース、及び火炎時に落下できるように、ケースの上部カバーに備えられた消火物質を含む。

Description

本願は、２０２１年１月８日付の大韓民国特許出願番号第１０－２０２１－０００２８７６号に対する優先権主張出願であって、当該出願の明細書及び図面に開示されたあらゆる内容は、引用によって本出願に援用される。

本発明は、バッテリパック及びそれを含む自動車に係り、より詳細には、消火機能が備えられたバッテリパック及びそれを含む自動車に関する。

モバイル機器に対する技術開発と需要とが増加するにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急増しており、従来の二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が使われたが、最近、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、充電及び放電が自在であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が多く使われている。

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と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、すなわち、電池ケースと、を備える。

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介在されるセパレータ及び電解質からなり、正極活物質と負極活物質とを如何なるものを使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ、ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ、ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート（ｓｈｅｅｔ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）、フィルム（ｆｉｌｍ）、ホイル（ｆｏｉｌ）などの集電体に正極または負極活物質を塗布した後、乾燥させることで形成されうる。

最近、環境にやさしいために、二次電池が使われる電気車両の普及が拡散されており、中国などの国家では、二次電池の熱暴走による熱拡散に関する強制規格を公表した。

これについて、リチウム二次電池は、作動電圧が高く、エネルギー密度が格段に高いというなどの長所によって現在脚光を浴びているが、有機電解液を使用するために、リチウム二次電池が過充電されれば、過電流及び過熱を誘発して、激しい場合、爆発や発火による火災の原因となるという問題点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、バッテリパックでの火炎発生時に、火炎の伝播が遅延されるか、消火によって熱拡散を防止することができるバッテリパック及びそれを含む自動車を提供するところにある。

本発明の一側面によれば、複数のバッテリセルを備えるバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールを収納し、上部カバーを備えるケースと、火炎発生時に落下できるように、前記ケースの前記上部カバーに備えられた消火物質とを含むことを特徴とするバッテリパックが提供されうる。

また、前記上部カバーは、少なくとも１つの穴が形成された下部プレートと、前記下部プレートの上側に位置し、火炎によって変形される変形レイヤと、前記消火物質を覆うように、前記下部プレートに結合された上部プレートとを含み、前記消火物質は、前記変形レイヤに配置される。

そして、火炎発生時に、前記消火物質が前記下部プレートの前記穴を通じて落下できるように、前記変形レイヤは、火炎に溶ける材質であるビニルまたはプラスチックで製作される。

また、前記消火物質は、消火液または消火粉を含みうる。

そして、前記消火物質は、ノベック（Ｎｏｖｅｃ）（登録商標）を含みうる。

また、前記変形レイヤの両端部には、固定部が形成され、前記上部プレートまたは前記下部プレートには、前記固定部に接触されるストッパーが形成されうる。

そして、前記固定部は、前記変形レイヤよりも厚い厚さを有するように設けられて上向きに突設される。

また、前記ストッパーは、前記下部プレートの両端部に形成され、前記ストッパーの少なくとも一部が、前記固定部に引っ掛かるように設けられうる。

そして、前記ストッパーは、前記下部プレートの端部から上方に延びる第１部分と、前記第１部分から垂直に延びる第２部分と、前記第２部分から垂直に延びる第３部分とを含み、前記第３部分が、前記固定部に引っ掛かるように設けられうる。

一方、本発明の他の側面によれば、前述したバッテリパックを含む自動車が提供されうる。

本発明の実施例は、ケースの上部カバーに備えられて、火炎時に落下可能に設けられた消火物質によって、バッテリパックでの火炎発生時に、火炎の伝播が遅延されるか、消火によって熱拡散を防止することができる。

本発明の第１実施例によるバッテリパックの概略的な分離斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリパックで上部カバーの断面図である。 本発明の第２実施例によるバッテリパックで上部カバーの断面図である。 本発明の第２実施例によるバッテリパックで固定部が形成された変形レイヤの概略的な斜視図である。 本発明の第２実施例によるバッテリパックでストッパーが形成された下部プレートの概略的な斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施例によって詳しく説明する。本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、通常の、または辞書的な意味として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できるという原則を踏まえて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載の実施例と図面とに示された構成は、本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をいずれも代弁するものではないので、本願の出願時点において、これらを代替しうる多様な均等物及び変形例があるということを理解しなければならない。

図面において、各構成要素またはその構成要素を成す特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、または概略的に示された。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全面的に反映するものではない。関連した公知の機能あるいは機能についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合、そのような説明は省略する。

本明細書で使われる「結合」または「連結」という用語は、１つの部材と他の部材とが直接結合されるか、直接連結される場合だけではなく、１つの部材が継手部材を通じて他の部材に間接的に結合されるか、間接的に連結される場合も含む。

図１は、本発明の第１実施例によるバッテリパックの概略的な分離斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例によるバッテリパックで上部カバーの断面図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリパック１０は、バッテリモジュール１００と、ケース２００と、消火物質３００と、を含む。

バッテリモジュール１００には、複数のバッテリセル（図示せず）が備えられる。バッテリセルは、多様な種類、例えば、円筒状、角状、ポーチ型からなり、以下、説明の便宜上、バッテリセルがポーチ型である場合を中心に説明する。

複数のバッテリセルは、多様な形態で互いに積層される。例えば、カートリッジ組立体（図示せず）にバッテリセルが収納され、複数のカートリッジ組立体が互いに積層される。但し、複数のバッテリセルの積層方式は、これに限定されず、多様である。

そして、バッテリセルを収納するカートリッジ組立体は、プラスチックの射出成形で製造可能である。カートリッジ組立体には、コネクタ要素または端子要素が備えられうる。コネクタ要素は、例えば、バッテリセルの電圧または温度に対するデータを提供することができるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）などに連結されるための多様な形態の電気的連結部品ないし連結部材が含まれる。

そして、端子要素は、バッテリセルに連結されるメイン端子であって、正極端子と負極端子とを含み、端子要素は、ターミナルボルトが備えられて外部と電気的に連結される。一方、バッテリセルは、多様な形状を有しうる。

バッテリセルは、電極リード（図示せず）が備えられ、バッテリセルに備えられる電極リードは、外部に露出されて外部機器に連結される一種の端子であって、導電性材質が使われる。

電極リードは、正極電極リードと負極電極リードとを含みうる。正極電極リードと負極電極リードは、バッテリセルの長手方向に対して互いに逆方向に配置されても、または、正極電極リードと負極電極リードとがバッテリセルの長手方向に対して互いに同じ方向に位置しても良い。

正極電極リードと負極電極リードは、多様な材質からなり、例えば、正極電極リードは、アルミニウム材で製作され、負極電極リードは、銅材で製作される。

電極リードは、バスバー（図示せず）に電気的に結合される。バッテリセルは、正極板－セパレータ－負極板の順序で配列される単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）または正極板－セパレータ－負極板－セパレータ－正極板－セパレータ－負極板の順序で配列されたバイセル（Ｂｉ－Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個積層させた構造を有しうる。

ケース２００には、バッテリモジュール１００が収納される。ケース２００は、多様に設けられ、例えば、図１を参照すれば、バッテリモジュール１００が引き込まれる下部カバー２２０と、下部カバー２２０に結合されてバッテリモジュール１００を閉鎖する上部カバー２１０と、を含みうる。

上部カバー２１０は、下部プレート２１１と、変形レイヤ２１７と、上部プレート２１９と、を含む。

図２を参照すれば、下部プレート２１１は、多様な形状のプレートからなり、下部プレート２１１には、少なくとも１つの穴２１２が形成される。そして、火炎が発生して後述する変形レイヤ２１７が溶ければ、下部プレート２１１の穴２１２を通じて消火物質３００が落下する。

下部プレート２１１は、多様な材質で製作され、例えば、火炎でも穴２１２の形状を保持できるようにスチールのような金属材で製作される。但し、下部プレート２１１の材質が、これに限定されるものではない。

変形レイヤ２１７は、下部プレート２１１の上側に位置し、火炎によって変形されるように設けられる。火炎による変形は、多様であり、例えば、火炎によって溶けて形態が変形されうる。

そして、変形レイヤ２１７は、火炎に溶ける材質であるビニルまたはプラスチックで製作される。以下、説明の便宜上、変形レイヤ２１７がビニルである場合を中心に説明する。

バッテリパック１０の内部のバッテリモジュール１００などで発火が始まった場合、火炎が下部プレート２１１の穴２１２を通じてビニル材の変形レイヤ２１７を溶かす。そして、火炎が発生して変形レイヤ２１７がいずれも溶ければ、変形レイヤ２１７によって塞がれていた下部プレート２１１の穴２１２が完全に開放されるので、変形レイヤ２１７上に位置した消火物質３００が下部プレート２１１の穴２１２を通じて落下して火炎を除去する。

上部プレート２１９は、消火物質３００を覆うように下部プレート２１１に結合される。すなわち、消火物質３００は、上部プレート２１９と下部プレート２１１との間の閉鎖された空間に配置される。ここで、下部プレート２１１の上側にビニル材の変形レイヤ２１７が位置するので、消火物質３００は、ビニル材の変形レイヤ２１７上に配置される。

消火物質３００は、ケース２００の上部カバー２１０に備えられる。例えば、消火物質３００は、上部カバー２１０の上部プレート２１９と下部プレート２１１との間の閉鎖された空間に配置され、バッテリパック１０内でバッテリセルやバッテリモジュール１００に火炎が発生した場合、火炎が発生した地点に落下して火炎を除去する。

ここで、消火物質３００は、消火液または消火粉を含みうる。すなわち、消火物質３００は、消火が可能であれば、液体または粉末状の粉いずれも可能である。例えば、消火物質３００は、ノベックを含んで構成することができる。但し、消火物質３００が、これに限定されるものではなく、消火作用が可能であれば、多様な液体または粉状の物質が含まれる。

以下、図面を参照して、本発明の第１実施例によるバッテリパック１０の作用及び効果について説明する。

バッテリパック１０のケース２００は、上部カバー２１０を含み、上部カバー２１０は、下部プレート２１１と、変形レイヤ２１７と、上部プレート２１９と、を含む。下部プレート２１１には、穴２１２が形成されており、変形レイヤ２１７は、火炎に変形されるビニルなどで製作されて下部プレート２１１上に置かれており、上部プレート２１９は、下部プレート２１１に結合されて閉鎖された空間を形成する。

消火物質３００は、消火液または消火粉を含み、上部プレート２１９と下部プレート２１１との間の閉鎖された空間で変形レイヤ２１７上に位置する。

そして、バッテリパック１０の内部で発火が始まって火炎が発生した場合、火炎の熱気によって変形レイヤ２１７であるビニルが溶け、これにより、変形レイヤ２１７によって塞がれていた下部プレート２１１の穴２１２が完全に開放される。

この際、消火物質３００が下部プレート２１１の穴２１２を通じて火炎がある地点に重力によって落下して消火作用を行う。

これにより、バッテリパック１０での火炎発生時に、火炎の伝播が遅延されるか、消火によって熱拡散を防止することができる効果がある。

図３は、本発明の第２実施例によるバッテリパック１０で上部カバー２１０の断面図であり、図４は、本発明の第２実施例によるバッテリパック１０で固定部２１８が形成された変形レイヤ２１７の概略的な斜視図であり、図５は、本発明の第２実施例によるバッテリパック１０でストッパー２１３が形成された下部プレート２１１の概略的な斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の第２実施例によるバッテリパック１０の作用及び効果について説明する。但し、本発明の第１実施例によるバッテリパック１０で説明した部分と共通した説明は、前述した説明に代替する。

図３ないし図５を参照すれば、第２実施例は、変形レイヤ２１７に固定部２１８が形成され、下部プレート２１１にストッパー２１３が形成されているという点で第１実施例と差がある。

下部プレート２１１に形成された穴２１２のサイズが小さければ、ビニル材の変形レイヤ２１７が下部プレート２１１上に置かれており、変形レイヤ２１７上に消火液や消火粉が載せられていても、変形レイヤ２１７が下部プレート２１１の穴２１２を通じて下がらない。

しかし、下部プレート２１１に形成された穴２１２のサイズが既定の範囲よりも大きく形成されるならば、変形レイヤ２１７上に載せられた消火液や消火粉の重量のために、変形レイヤ２１７の一部が下部プレート２１１に形成された穴２１２に下がる。

それを防止するために、変形レイヤ２１７の両側で変形レイヤ２１７を引っ張られる構造が必要である。このために、第２実施例は、変形レイヤ２１７に固定部２１８が形成され、下部プレート２１１にストッパー２１３が形成される。

図３及び図４を参照すれば、変形レイヤ２１７の両端部には、固定部２１８が形成される。ここで、固定部２１８は、変形レイヤ２１７と同一材質でも、または、他の材質でもある。例えば、変形レイヤ２１７がビニルで製作された場合、固定部２１８は、プラスチックで製作されてビニルに固着される。

そして、固定部２１８は、変形レイヤ２１７よりも厚い厚さを有するように設けられて変形レイヤ２１７よりも上向きに突設される。すなわち、変形レイヤ２１７の高さ方向の厚さよりも固定部２１８の高さ方向の厚さがさらに厚い。

図３及び図５を参照すれば、下部プレート２１１には、ストッパー２１３が形成される。ここで、ストッパー２１３は、上部プレート２１９または下部プレート２１１に形成されうるが、以下、説明の便宜上、ストッパー２１３が下部プレート２１１に形成された場合を中心に説明する。

ストッパー２１３は、下部プレート２１１の両端部に形成され、図３でのように、固定部２１８に接触される。すなわち、ストッパー２１３の少なくとも一部が、固定部２１８に引っ掛かるように設けられる。

例えば、ストッパー２１３は、第１部分２１４と、第２部分２１５と、第３部分２１６と、を含んで構成することができる。

第１部分２１４は、下部プレート２１１の端部から上方に延びる。そして、第２部分２１５は、第１部分２１４から既定の角度で、例えば、垂直に延びる。そして、第３部分２１６は、第２部分２１５から既定の角度で、例えば、垂直に延びる。

ここで、図５を参照すれば、ストッパー２１３の第１部分２１４と、第２部分２１５と、第３部分２１６と、によって第３部分２１６側が開放されている所定の空間が形成され、図３を参照すれば、変形レイヤ２１７の両端部に形成された固定部２１８が、前記空間に挿入されるように構成される。

そして、これにより、第３部分２１６が固定部２１８に引っ掛かるようになり、変形レイヤ２１７の上に消火液や消火粉が置かれても、変形レイヤ２１７の一部が下部プレート２１１に形成された穴２１２に下がることが防止される。

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述したバッテリパック１０を含みうる。前記バッテリパック１０は、電気を使用する多様な機械または装置などに使われ、例えば、電気自動車、特に、電気自動車のアンダーフロア（Ｕｎｄｅｒ Ｆｌｏｏｒ）に配置される。ここで、電気自動車は、純粋に電気のみで駆動される電気自動車だけではなく、他のエネルギーと電気エネルギーとを共に使用するハイブリッド自動車を含みうる。

以上、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたとしても、本発明は、これによって限定されず、当業者によって本発明の技術思想と下記に記載される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ということはいうまでもない。

本発明は、バッテリパック及びそれを含む自動車に関するものであって、特に、二次電池と関連した産業に利用可能である。

１０ バッテリパック
１００ バッテリモジュール
２００ ケース
２１０ 上部カバー
２１１ 下部プレート
２１２ 穴
２１３ ストッパー
２１４ 第１部分
２１５ 第２部分
２１６ 第３部分
２１７ 変形レイヤ
２１８ 固定部
２１９ 上部プレート
２２０ 下部カバー
３００ 消火物質

Claims (9)

1. 複数のバッテリセルを備えるバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールを収納し、上部カバーを備えるケースと、
   火炎発生時に落下できるように、前記ケースの前記上部カバーに備えられた消火物質と、
   を含むことを特徴とする、バッテリパック。
2. 前記上部カバーは、
   少なくとも１つの穴が形成された下部プレートと、
   前記下部プレートの上側に位置し、火炎によって変形される変形レイヤと、
   前記消火物質を覆うように、前記下部プレートに結合された上部プレートと、を含み、
   前記消火物質は、前記変形レイヤに配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 火炎発生時に、前記消火物質が前記下部プレートの前記穴を通じて落下できるように、前記変形レイヤは、火炎に溶ける材質であるビニルまたはプラスチックで製作されたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記消火物質は、消火液または消火粉を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載のバッテリパック。
5. 前記変形レイヤの両端部には、固定部が形成され、
   前記上部プレートまたは前記下部プレートには、前記固定部に接触されるストッパーが形成されていることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のバッテリパック。
6. 前記固定部は、前記変形レイヤよりも厚い厚さを有するように設けられて上向きに突設されたことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリパック。
7. 前記ストッパーは、前記下部プレートの両端部に形成され、
   前記ストッパーの少なくとも一部が、前記固定部に引っ掛かるように設けられたことを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載のバッテリパック。
8. 前記ストッパーは、前記下部プレートの端部から上方に延びる第１部分と、
   前記第１部分から垂直に延びる第２部分と、
   前記第２部分から垂直に延びる第３部分と、を含み、
   前記第３部分が、前記固定部に引っ掛かるように設けられることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリパック。
9. 請求項１から請求項８のうち何れか一項に記載のバッテリパックを含む、自動車。

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