JP2023530296A - ガスベント流路を備えたバッテリーパック - Google Patents
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Abstract
本発明によるバッテリーパックは、バッテリーセルと、前記バッテリーセルを収容するモジュールハウジング、及び前記モジュールハウジングの内部と連通するように設けられたガスベントチャンネルを備えた複数のバッテリーモジュールと、前記複数のバッテリーモジュールを収容するように設けられ、壁体を形成するパックフレームの内部にガス移動通路を備えたパックケースと、を含み、各前記バッテリーモジュールの前記ガスベントチャンネルは、前記ガス移動通路に連通するように設けられ得る。
Description
本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの内部にガスが発生したとき、前記バッテリーモジュールのガスを安全かつ効率的にパックケースの外部へ排出可能なガスベント流路を備えたバッテリーパックに関する。
本出願は、２０２１年５月１７日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００６３７３０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。
二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
これにつれ、多様なデバイスへの二次電池の適用が増加しつつある。例えば、多機能小型製品であるワイヤレスモバイルデバイス（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）またはウェアラブルデバイス（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範囲に使用されているだけではなく、既存のガソリン車両及びディーゼル車両の代案として提示される電気自動車とハイブリッド電気自動車などのエネルギー源や電力貯蔵装置（ＥＳＳ）としても用いられている。
最近、よく使用しているリチウム二次電池は、一つ当たりの作動電圧が約２．５Ｖ～４．５Ｖ内外である。したがって、大容量及び高出力が要求される電気自動車や電力貯蔵装置の場合、複数のリチウム二次電池を直列及び／または並列に接続したバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを直列及び／または並列に接続したバッテリーパックを構成し、これをエネルギー源として使用する。
電気自動車に要求されるバッテリーパックの出力や容量に応じて一つのバッテリーモジュールに収容されるリチウム二次電池の個数が増加するか、または一つのバッテリーパックに収容されるバッテリーモジュールの個数が増加し得る。
しかし、このように多い個数のリチウム二次電池を含むバッテリーパックの場合、火事及び爆発が発生する場合、その被害がさらに大きくなる。
例えば、一部のバッテリーモジュールでリチウム二次電池同士の短絡または異常温度上昇などのようなイベントが発生する場合、前記リチウム二次電池で多量のベントガスが発生することがあり、劣化が深化すると、ベントガスと共に電極活物質とアルミニウム粒子などを含む高温のスパークが噴出し得る。この際、前記ベントガス及び高温のスパークが隣接するバッテリーモジュールに熱的ダメージを与えることによって、他のバッテリーモジュールに更なるイベントが起こる恐れが非常に大きい。
そこで、一部のバッテリーモジュールでベントガス及び高温のスパークが発生したとき、他のバッテリーモジュールに及ぶ影響を最小化すると共に、ベントガスを迅速かつ安全にバッテリーパックの外部へ排出可能なガスベント流路の開発が求められる。
本発明は、上記のような技術的課題を解決するために創案されたものであり、一部のバッテリーモジュールの内部でベントガスまたはスパークが発生したとき、他のバッテリーモジュールに及ぶ影響を最小化すると共に、ベントガスを迅速かつ安全にパックケースの外部へ排出可能なガスベント流路を備えたバッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
本発明によれば、バッテリーセルと、前記バッテリーセルを収容するモジュールハウジングと、前記モジュールハウジングの内部と連通するように設けられたガスベントチャンネルと、を備えた複数のバッテリーモジュールと、前記複数のバッテリーモジュールを収容するように設けられ、壁体を形成するパックフレームの内部にガス移動通路を備えたパックケースと、を含み、各前記バッテリーモジュールの前記ガスベントチャンネルは、前記ガス移動通路に連通するように設けられたバッテリーパックが提供され得る。
前記ガスベントチャンネルは、中空構造で設けられたダクト部と、前記ダクト部の一面に備えられるガスインレット部、及び前記ダクト部の延長方向へ前記ガスインレット部から所定の距離で離隔した位置で前記ダクト部の他面に備えられるガスアウトレット部と、を含み得る。
前記ガスインレット部は、前記モジュールハウジングに備えられる第１開口とマッチされ、前記ガスアウトレット部は、前記パックフレームに備えられる吸引口とマッチされるように備えられ得る。
前記ダクト部は、内部空間を区切る複数の隔板を備え得る。
前記ダクト部は、前記複数の隔板の間毎に長手方向へ延びた複数の狭い通路を備え得る。
前記壁体を形成するパックフレームは、前記パックケースの左側壁体を形成する左サイドフレーム及び前記パックケースの右側壁体を形成する右サイドフレームであり得る。
前記左サイドフレーム及び前記右サイドフレームは、各々、前記バッテリーモジュールの高さ方向へ延びた垂直フレーム部と、前記垂直フレーム部から水平方向へ延び、前記ガスベントチャンネルと接続するように設けられたモジュール接続フレーム部と、を含み得る。
前記ガス移動通路は、前記モジュール接続フレーム部に備えられ、前記モジュール接続フレーム部の一端部は、外気が通るように開放構造で設けられ得る。
前記ガスベントチャンネルは、前記モジュールハウジングの上部に配置され、前記モジュール接続フレーム部は、前記ガスベントチャンネルの上部に配置され、前記ガスベントチャンネルと連通するように設けられ得る。
前記ガスベントチャンネルは、前記モジュールハウジングの上部に配置され、前記モジュール接続フレーム部は、前記ガスベントチャンネルの側面部に配置され、前記ガスベントチャンネルと連通するように設けられ得る。
前記バッテリーセルは、前記モジュールハウジングの内部空間を区切る防火壁を挟んで対向するように配置される第１バッテリーセル群及び第２バッテリーセル群を含み得る。
前記第１開口は、前記防火壁を基準にして前記モジュールハウジングの上端の左側に備えられる第１＿１開口と、前記モジュールハウジングの上端の右側に備えられる第１＿２開口と、を含み、前記ガスインレット部は、前記第１＿１開口とマッチされる第１ガスインレット部と、前記第１＿２開口とマッチされる第２ガスインレット部と、を含み得る。
前記ガスアウトレット部は、前記ダクト部の左側エッジ領域に設けられる第１ガスアウトレット部と、前記ダクト部の右側エッジ領域に設けられる第２ガスアウトレット部と、を含み得る。
前記第１開口は、熱溶融可能な素材で形成された栓で密封され得る。
前記モジュールハウジングと前記ガスベントチャンネルとは、一体で形成され得る。
なお、本発明の他の様態によれば、上述したバッテリーパックを含んで構成された自動車が提供され得る。
本発明の一面によれば、一部のバッテリーモジュールの内部でベントガスまたはスパークが発生したとき、他のバッテリーモジュールに及ぶ影響を最小化すると共に、ベントガスを迅速かつ安全にパックケースの外部へ排出可能なガスベント流路を備えたバッテリーパックが提供される。
具体的には、各バッテリーモジュールは、外側部にモジュールの内部と連通するガスベントチャンネルが取付または一体化した構造で設けられ、パックケースの壁体を形成するパックフレームは、中空構造として内部にガス移動通路を備える構造で設けられる。
前記各バッテリーモジュールのガスベントチャンネルと前記パックケースのパックフレームは、互いに連通するように構成される。これによって、各バッテリーモジュールでガスが発生すると、前記ガスはガスベントチャンネルの内部とパックフレームのガス移動通路に沿ってパックケースの外部へ排出され得る。この場合、ガスがパックケースの内部へ拡散しないことによって隣接する他のバッテリーモジュールはガスによる熱的ダメージをほとんど受けない。
また、本発明の一面によるガスベントチャンネルは、中空構造のダクト部と前記ダクト部の一面に備えられるガスインレット部と、前記ガスインレット部と所定の距離で離隔した位置で前記ダクト部の他面に備えられるガスアウトレット部と、を含むように構成されることで、バッテリーモジュールの内部からスパークや火炎はガスベントチャンネルの内部へ流入しにくい。したがって、各バッテリーモジュールで生成されたガスは、パックケースの外部へ排出され、高温のスパーク粒子や火炎はパックケースの外部へ排出されにくい効果を奏する。
また、本発明は、パックケースのパックフレームを活用してガスベント流路を具現したものであって、パックケース内部空間に別の部品を追加してガスベント流路を具現した場合と比較すると、部品数の節減、組立工程の単純化、空間活用性の面でより効果的である。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は、本明細書及び添付図面から本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明らかに理解されるだろう。
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。これに先立ち、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的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは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に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図であり、図２は、図１のバッテリーパックの部分分解斜視図であり、図３は、図１のバッテリーパックのガスベント流路の概念図である。
図１及び図２に示したように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１０は、複数個のバッテリーモジュール１００と、前記複数個のバッテリーモジュール１００を収容するパックケース２００と、を含み、各バッテリーモジュール１００でガスが発生したとき、ガスのベンティングのために各バッテリーモジュール１００の上端の両端部分が中空構造のパックフレーム２３０、２４０に接続された構成を含む。
詳しくは後述するが、本発明のバッテリーパック１０は、図３のように、各バッテリーモジュール１００で発生したガスが各バッテリーモジュール１００と接続されているパックフレームの内部を通してバッテリーパック１０の外部へ排出されるように設計されている。このようなバッテリーパック１０は、一部のバッテリーモジュール１００で高温のガスが発生したとき、ガスがパックケース２００の内部から他のバッテリーモジュール１００へ伝播されず、バッテリーパック１０の外部へ排出されるため、他のバッテリーモジュール１００のさらなるイベントの発生可能性が顕著に低い。
以下、上記のようなガスベント流路を具現するための本発明のバッテリーモジュール１００とパックケース２００の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１００の斜視図であり、図５は、図４のバッテリーモジュール１００の主要部分の分解斜視図であり、図６は、図４のバッテリーモジュールの下部を示した図であり、図７は、図５のＡ領域によるガスベントチャンネルの部分切開斜視図である。
これら図面に示したように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０と、モジュールハウジング１２０と、防火壁１３０と、ヒートシンク１４０と、ガスベントチャンネル１５０と、を含む。
前記バッテリーセル１１０としては、エネルギー密度が高くて積層が容易なパウチ型のバッテリーセル１１０が適用され得る。前記パウチ型のバッテリーセル１１０は、図５のように、上下方向（Ｚ軸方向）へ立てられて水平方向（Ｙ軸方向）に積層されたセル積層体の形態で提供され得る。勿論、本実施例とは異なり、直方体の角形バッテリーセル１１０や円筒型バッテリーセル１１０を使用してバッテリーモジュール１００を構成することも可能である。
モジュールハウジング１２０は、複数のバッテリーセル１１０を収納するための構成要素であって、前記複数のバッテリーセル１１０を外部の物理的、化学的要素から保護するように機械的剛性の高い素材で密閉された構造に製作され得る。モジュールハウジング１２０は、バッテリーセル１１０の下部を囲む下部ハウジング１２１及びバッテリーセル１１０の上部を囲む上部ハウジング１２２を含んで構成され得る。上部ハウジング１２２及び下部ハウジング１２１は、ほぼＵ字状のプレート形態で設けられ、ボルト締め及び／または溶接によって相互に結合し得る。
従来技術のバッテリーモジュール（図示せず）は、一つのセル積層体が一つのモジュールハウジングに収納可能に構成された例がほとんどであるが、本実施例のバッテリーモジュール１００は、複数のセル積層体が一つのモジュールハウジング１２０に収納可能に構成される。
例えば、図５に示したように、バッテリーセル１１０は一つのセル積層体を形成する第１バッテリーセル群Ｇ１及び他の一つのセル積層体を形成する第２バッテリーセル群Ｇ２に分けられ、前記第１バッテリーセル群Ｇ１及び前記第２バッテリーセル群Ｇ２は、防火壁１３０を挟んで対向するようにモジュールハウジング１２０の内部に収納され得る。
防火壁１３０によって区切られた下部ハウジング１２１の一側空間に第１バッテリーセル群Ｇ１が配置され、区画された下部ハウジング１２１の他側空間に第２バッテリーセル群Ｇ２が配置される。このように配置された前記第１バッテリーセル群Ｇ１及び前記第２バッテリーセル群Ｇ２はその上部が上部ハウジング１２２で覆われ、上部ハウジング１２２、下部ハウジング１２１及び防火壁１３０で囲まれて密閉された二つの空間に各々収納されるように構成され得る。
ここで、防火壁１３０とは、モジュールハウジング１２０の内部空間を物理的に遮断された二つの空間に区切る板状の構造体を意味する。前記防火壁１３０は、例えば、耐火性素材または剛性素材から形成され、その両面に耐火性素材（例えば、マイカ）のシートが付着されたものであり得る。このような防火壁１３０は、第１バッテリーセル群Ｇ１と第２バッテリーセル群Ｇ２との間の熱転移を遮断する作用と、その上端と下端が各々上部ハウジング１２２と下部ハウジング１２１を中心部に連結されていることで、モジュールハウジング１２０の中心部の垂れを防止するように作用できる。
図示していないが、例えば、上部ハウジング１２２は、中央の側面領域が部分的に開放された開放部を備え得る。前記開放部は、第１バッテリーセル群Ｇ１と第２バッテリーセル群Ｇ２を電気的に接続するための接続手段を設けるのに活用され得る。前記連結手段としては、棒状の金属バスバーが使用可能であり、接続手段を設けた後、前記開放部は密封処理され得る。
本実施例によるバッテリーモジュール１００の一つは、例えば、一つのモジュールハウジング１２０に一つのセル積層体を収納した構造のバッテリーモジュール１００二つと同じ容量を有しながらも、体積はよりコンパクトに具現され得る。さらに、本実施例によるバッテリーモジュール１００を用いてバッテリーパック１０を構成する場合、パックケース２００の左右幅（Ｘ軸方向）を減らすのに有利であり得る。
一方、モジュールハウジング１２０の下端、言い換えれば、下部ハウジング１２１の底面には、図６に示したように、ヒートシンク１４０が備えられ得る。ここで、ヒートシンク１４０とは、バッテリーセル１１０と間接的に接触して熱を吸収する冷却部品を意味する。前記ヒートシンク１４０は、内部に流路を備えるアルミニウム素材の板状体の形態で提供され得、本実施例のように下部ハウジング１２１に一体化するか、または下部ハウジング１２１との接触面に熱伝達物質を介して下部ハウジング１２１の下部に取り付け得る。
ガスベントチャンネル１５０は、バッテリーモジュール１００の内部で生成されたベントガスをバッテリーモジュール１００の外部へ排出するための構成であって、一側はモジュールハウジング１２０の内部と連通し、他側は外気と連通するように設けられ得る。このようなガスベントチャンネル１５０は、モジュールハウジング１２０の外側に取り付けられるか、またはモジュールハウジング１２０と一体型で提供され得る。
本実施例のガスベントチャンネル１５０は、ほぼ上部ハウジング１２２の上面に対応するサイズを有し、中空の平べったい四角ボックス状で設けられ、モジュールハウジング１２０の上部に取り付けられ得る。前記ガスベントチャンネル１５０は、高温のガスまたは高温のスパークが流入しても変形が起こりにくくなるように耐火性材質から形成されることが望ましい。
より具体的には、図５及び図７～図９を参照すると、前記ガスベントチャンネル１５０は、中空構造で設けられたダクト部１５１と、前記ダクト部１５１へガスを流入させるための穴となるガスインレット部１５２と、前記ダクト部１５１からガスを流出させるための穴となるガスアウトレット部１５３と、を含む。
ダクト部１５１は、長さと幅がモジュールハウジング１２０の上面部の長さと幅に対応し、内部が空いていてガスが流動可能に設けられる。また、ダクト部１５１の内部には、幅方向へ相互に離隔し、長手方向へ長く延びた複数の隔板１５４が備えられており、内部空間が区切られ得る。
例えば、図７に示したように、ダクト部１５１の内部は隔板１５４によって区切られ、前記隔板１５４の間毎に狭い通路１５７が形成されている。このような複数の狭い通路１５７は、ガスの移動速度を増加させるのに効果的に作用する。また、前記狭い通路１５７は、高温のスパークまたは火炎の移動を制限するのに効果的に作用できる。また、前記狭い通路１５７やガスインレット部１５２に金属メッシュ網（図示せず）を介して高温のスパークまたは火炎の移動をさらに制限することも可能である。
ガスインレット部１５２は、ダクト部１５１の底面に備えられ、モジュールハウジング１２０の上端に備えられる第１開口１２３とマッチされるように構成され得る。
より具体的には、前記ガスインレット部１５２は、図８のように、ダクト部１５１の底面の中央領域に位置し、幅方向へ長く形成された長空の形態で設けられ、互いに所定の間隔で離隔した第１ガスインレット部１５２ａ及び第２ガスインレット部１５２ｂを含む。
モジュールハウジング１２０の第１開口１２３は、図１０に示したように、モジュールハウジング１２０の内部の防火壁１３０を基準にして前記モジュールハウジング１２０の上端の左側に備えられる第１＿１開口１２３ａと、前記モジュールハウジング１２０の上端の右側に備えられる第１＿２開口１２３ｂと、を含む。
前記モジュールハウジング１２０にガスベントチャンネル１５０を取り付けるに際し、前記第１ガスインレット部１５２ａは前記第１＿１開口１２３ａとマッチされ、前記第２ガスインレット部１５２ｂは前記第１＿２開口１２３ｂとマッチされ得る。
したがって、第１バッテリーセル群Ｇ１で発生したガスと高温のスパークは、前記第１＿１開口１２３ａと前記第１ガスインレット部１５２ａを通してダクト部１５１の内部へ流入し得る。この際、前記第１ガスインレット部１５２ａの鉛直上部は遮られているため、第１＿１開口１２３ａから第１ガスインレット部１５２ａへ流入したガスは水平方向へ移動するが、高温のスパークまたは火炎はモジュールハウジング１２０へ落下するか、または水平方向への移動性が弱くなり得る。
また、第１バッテリーセル群Ｇ１で生成された熱気とガス、高温のスパークは、防火壁１３０によって遮断されて第２バッテリーセル群Ｇ２への転移が防止され、第１ガスインレット部１５２ａと第２ガスインレット部１５２ｂとの間の遮断壁１５１ａによってダクト部１５１を通して第２バッテリーセル群Ｇ２へ移動できない（図１４参照）。
前記第１開口１２３は、ガスや高温のスパークによって消失する熱溶融可能な素材（例えば、ゴムまたはプラスチック）で形成された栓（図示せず）で密封処理され得る。前記栓によって平常時には第１開口１２３を密封することでモジュールハウジング１２０の内部への異物の流入を防止し、ガスまたは高温のスパークが発生した場合のみに第１開口１２３がオープンされるようにし得る。しかし、前記栓は、メッシュ網で代替可能であり、必要に応じて省略してもよい。
本実施例でガスアウトレット部１５３は、ダクト部１５１の上面に備えられ、第１ガスアウトレット部１５３ａ及び第２ガスアウトレット部１５３ｂを含み、パックフレーム２３０、２４０に備えられる吸引口２４４とマッチされるように構成される。
パックフレーム２３０、２４０との連結のために、前記第１ガスアウトレット部１５３ａは、ダクト部１５１の左側延長方向（－Ｘ軸方向）へ第１ガスインレット部１５２ａから所定の距離で離隔した個所に備えられ、前記第２ガスアウトレット部１５３ｂは、ダクト部１５１の右側延長方向（＋Ｘ軸方向）へ第２ガスインレット部１５２ｂから所定の距離で離隔した個所に備えられる。
例えば、図９及び図１１に示したように、前記第１ガスアウトレット部１５３ａは、ダクト部１５１の上面の左側エッジ領域に備えられ、幅方向（Ｙ軸方向）へ長く形成された長空形態で設けられ、前記第２ガスアウトレット部１５３ｂは、ダクト部１５１の上面の右側エッジ領域に備えられ、幅方向へ長く形成された長空形態で設けられ得る。
前記パックフレームとは、パックケース２００の左側壁体を形成する左サイドフレーム２３０及びパックケース２００の右側壁体を形成する右サイドフレーム２４０を意味する。
前記パックケース２００（図１及び図２参照）は、バッテリーモジュール１００を収納するための構成品であって、前記左サイドフレーム２３０及び前記右サイドフレーム２４０の下部と上部に各々結合するベースプレート２１０と上部プレート２２０、そしてパックケース２００の前面壁体を形成する前方カバー２５０と後面壁体を形成する後方カバー２６０を含み得る。
特に、左サイドフレーム２３０及び右サイドフレーム２４０は、バッテリーパック１０のガスベント流路を形成する重要構成部分であって、前述したガスベントチャンネル１５０と連通するガス移動通路ＦＰが内部に備えられている。このような左サイドフレーム２３０及び右サイドフレーム２４０は、圧出成形によって製作可能であり、パックケース２００の前方カバー２５０側の一端部は開放され、後方カバー２６０側の他端部は閉鎖された構造で設けられ得る。したがって、各バッテリーモジュール１００で発生したガスは、ガスベントチャンネル１５０と左サイドフレーム２３０または右サイドフレーム２４０のガス移動通路ＦＰを通してパックケース２００の外部へ誘導され得る。
前記左サイドフレーム２３０及び右サイドフレーム２４０は実質的に同じ構造を有するので、以下、右サイドフレーム２４０を基準にして説明する。
前記右サイドフレーム２４０は、図１２に示したように、バッテリーモジュール１００の高さ方向へ延びた垂直フレーム部２４１と、前記垂直フレーム部２４１から水平方向へ延びて前記ガスベントチャンネル１５０と接続されるように設けられたモジュール接続フレーム部２４２と、を含み得る。
前記モジュール接続フレーム部２４２は、中空構造に形成されることで内部にガス移動通路ＦＰを備える。また、前記モジュール接続フレーム部２４２は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って所定の間隔毎に形成される複数の吸引口２４４と、前方カバー２５０側の一端部に一つの吐出口Ｏと、を備える。各前記吸引口２４４は、各バッテリーモジュール１００のガスベントチャンネル１５０のガスアウトレット部１５３とマッチされるように設けられ得る。各前記吸引口２４４とガスアウトレット部１５３の接触界面には、シーリングと滑り止めのためにガスケットが適用され得る。また、高温のスパークまたは火炎の外部流出防止のために金属メッシュ網が各前記吸引口２４４に適用され得る。
図１３～図１５を参照すると、本実施例の右サイドフレーム２４０のモジュール接続フレーム部２４２は、ガスベントチャンネル１５０の上部に配置される。即ち、モジュール接続フレーム部２４２は、その一端部がダクト部１５１の上面の右側エッジの上に載置され、吸引口２４４が第２ガスアウトレット部１５３ｂに垂直へマッチされることでガスベントチャンネル１５０と連通した構造をなす。
例えば、第２バッテリーセル群Ｇ２で発生したガスは、第１＿２開口１２３ｂを通してガスベントチャンネル１５０へ流入し、ダクト部１５１に沿って右側方向へ水平に移動して第２ガスアウトレット部１５３ｂで上昇して右サイドフレーム２４０へ流入し得る。そして、右サイドフレーム２４０のガス移動通路ＦＰに沿ってパックケース２００の前方カバー２５０側へ移動し、モジュール接続フレーム部２４２の吐出口Ｏからパックケース２００の外部へ排出され得る。
一方、第２バッテリーセル群Ｇ２で発生した高温のスパークまたは火炎の場合、第１＿２開口１２３ｂと第２ガスインレット部１５２ｂの垂直接続構造によって一次で外部流出が制限され、ダクト部１５１の内部の複数の狭い通路構造によって二次で移動性が制限され、第２ガスアウトレット部１５３ｂと吸引口２４４の垂直接続構造及びメッシュ網によって三次で外部流出が制限され得る。したがって、高温のスパークや火炎はパックケース２００の外部へ排出されにくいので、バッテリーパック１０の外部周辺への火事の危険を大幅に低めることができる。
続いて、図１６～図１８を参照し、本発明の他の実施例によるバッテリーパック１０について説明する。
前述した実施例と同じ部材符号は同じ部材を示し、同じ部材ついては重複する説明を省略し、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
本実施例によるバッテリーパック１０は、前述した実施例と比較すると、ガスベントチャンネル１５０Ａとモジュール接続フレーム部２４２Ａの接続構造が相違しており、残りの構成は前述した実施例と実質的に同じである。
本発明の他の実施例によるガスベントチャンネル１５０Ａは、モジュールハウジング１２０の上部に配置され、モジュール接続フレーム部２４２Ａは、前記ガスベントチャンネル１５０Ａの側面部に配置され、前記ガスベントチャンネル１５０Ａと連通するように設けられる。
具体的には、本実施例のガスベントチャンネル１５０Ａは、ダクト部１５１の両エッジ領域が斜めに切られた形態で、ほぼ平べったい四角のボックス状で設けられ得る。そして、ガスアウトレット部１５３は、前記ダクト部１５１の上面と下面を連結する傾斜面に形成され得る。ここで、前記ダクト部１５１の傾斜がガスベントチャンネル１５０Ａの側面部になる。
モジュール接続フレーム部２４２Ａは、前記ガスベントチャンネル１５０Ａの側面部と対面するようにエッジ領域が斜めに切られた形態で設けられる。そして、モジュール接続フレーム部２４２Ａの吸引口２４４は、斜めに切られた傾斜面に備えられる。
前記のような構造によって、前記モジュール接続フレーム部２４２の一端部が前記ガスベントチャンネル１５０Ａの側面部に接続され、ガスアウトレット部１５３と吸引口２４４が連通する。
このような本実施例は、バッテリーモジュール１００とパックフレーム２３０、２４０との間のインターフェースの寸法において有利な点が多い。
図１５と図１８の比較から分かるように、前述した実施例に比べて本実施例は、上部プレート２２０の高さを低めるのに容易であり、モジュール接続フレーム部２４２の幅方向（Ｘ軸方向）の長さを減らすことができるという利点がある。また、本実施例によれば、ガスベントチャンネル１５０Ａが左サイドフレーム２３０のモジュール接続フレーム部２４２と、右サイドフレーム２４０のモジュール接続フレーム部２４２によって両側面部が支持されるので、外部衝撃や振動にもガスベントチャンネル１５０Ａの位置が左側または右側へ動く恐れが少ないという利点がある。
以上、説明したように、本発明によるバッテリーパック１０の構成によれば、一部のバッテリーモジュール１００でベントガスまたは高温のスパークが発生したとき、他のバッテリーモジュール１００に及ぶ影響を最小化すると共に、高温のスパークの外部流出は遮断することで、ベントガスのみを迅速かつ安全にパックケース２００の外部へ排出することができる。
一方、本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用可能である。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含み得る。前記バッテリーパックは、車両の座席下部の車体フレームまたはトランク空間に設けられ得、車両への設置に際し、必要に応じてパックケースの上部プレートが下方にくるように上下を逆にした状態で配置されることも可能である。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本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本発明の技術思想と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ことは言うまでもない。
１０ バッテリーパック
１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１２０ モジュールハウジング
１２１ 下部ハウジング
１２２ 上部ハウジング
１２３ 第１開口
１２３ａ、１２３ｂ 開口
１３０ 防火壁
１４０ ヒートシンク
１５０、１５０Ａ ガスベントチャンネル
１５１ ダクト部
１５１ａ 遮断壁
１５２ ガスインレット部
１５２ａ 第１ガスインレット部
１５２ｂ 第２ガスインレット部
１５３ ガスアウトレット部
１５３ａ 第１ガスアウトレット部
１５３ｂ 第２ガスアウトレット部
１５４ 隔板
１５７ 通路
２００ パックケース
２１０ ベースプレート
２２０ 上部プレート
２３０ 左サイドフレーム
２４０ 右サイドフレーム
２４１ 垂直フレーム部
２４２、２４２Ａ モジュール接続フレーム部
２４４ 吸引口
２５０ 前方カバー
２６０ 後方カバー
１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１２０ モジュールハウジング
１２１ 下部ハウジング
１２２ 上部ハウジング
１２３ 第１開口
１２３ａ、１２３ｂ 開口
１３０ 防火壁
１４０ ヒートシンク
１５０、１５０Ａ ガスベントチャンネル
１５１ ダクト部
１５１ａ 遮断壁
１５２ ガスインレット部
１５２ａ 第１ガスインレット部
１５２ｂ 第２ガスインレット部
１５３ ガスアウトレット部
１５３ａ 第１ガスアウトレット部
１５３ｂ 第２ガスアウトレット部
１５４ 隔板
１５７ 通路
２００ パックケース
２１０ ベースプレート
２２０ 上部プレート
２３０ 左サイドフレーム
２４０ 右サイドフレーム
２４１ 垂直フレーム部
２４２、２４２Ａ モジュール接続フレーム部
２４４ 吸引口
２５０ 前方カバー
２６０ 後方カバー
Claims (16)
- バッテリーセルと、前記バッテリーセルを収容するモジュールハウジングと、前記モジュールハウジングの内部と連通するように設けられたガスベントチャンネルと、を備えた複数のバッテリーモジュールと、
前記複数のバッテリーモジュールを収容するように設けられ、壁体を形成するパックフレームの内部にガス移動通路を備えたパックケースと、を含み、
各前記バッテリーモジュールの前記ガスベントチャンネルは、前記ガス移動通路に連通するように設けられたことを特徴とする、バッテリーパック。 - 前記ガスベントチャンネルが、中空構造で設けられたダクト部と、前記ダクト部の一面に備えられるガスインレット部、及び前記ダクト部の延長方向へ前記ガスインレット部から所定の距離で離隔した位置で前記ダクト部の他面に備えられるガスアウトレット部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
- 前記ガスインレット部が、前記モジュールハウジングに備えられる第１開口とマッチされ、前記ガスアウトレット部が、前記パックフレームに備えられる吸引口とマッチされることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクト部が、内部空間を区切る複数の隔板を備えることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクト部が、前記複数の隔板の間毎に長手方向へ延びた複数の狭い通路を備えることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーパック。
- 前記壁体を形成するパックフレームが、前記パックケースの左側壁体を形成する左サイドフレーム及び前記パックケースの右側壁体を形成する右サイドフレームであ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。
- 前記左サイドフレーム及び前記右サイドフレームは、各々、前記バッテリーモジュールの高さ方向へ延びた垂直フレーム部と、前記垂直フレーム部から水平方向へ延び、前記ガスベントチャンネルと接続するように設けられたモジュール接続フレーム部と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
- 前記ガス移動通路は、前記モジュール接続フレーム部に備えられ、前記モジュール接続フレーム部の一端部は、外気が通るように開放構造で設けられたことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。
- 前記ガスベントチャンネルが、前記モジュールハウジングの上部に配置され、前記モジュール接続フレーム部が、前記ガスベントチャンネルの上部に配置され、前記ガスベントチャンネルと連通するように設けられたことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。
- 前記ガスベントチャンネルが、前記モジュールハウジングの上部に配置され、前記モジュール接続フレーム部が、前記ガスベントチャンネルの側面部に配置され、前記ガスベントチャンネルと連通するように設けられたことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリーセルは、前記モジュールハウジングの内部空間を区切る防火壁を挟んで対向するように配置される第１バッテリーセル群及び第２バッテリーセル群を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
- 前記第１開口が、前記防火壁を基準にして前記モジュールハウジングの上端の左側に備えられる第１＿１開口と、前記モジュールハウジングの上端の右側に備えられる第１＿２開口と、を含み、
前記ガスインレット部は、前記第１＿１開口とマッチされる第１ガスインレット部と、前記第１＿２開口とマッチされる第２ガスインレット部と、を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。 - 前記ガスアウトレット部が、前記ダクト部の左側エッジ領域に設けられる第１ガスアウトレット部と、前記ダクト部の右側エッジ領域に設けられる第２ガスアウトレット部と、を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。
- 前記第１開口が、熱溶融可能な素材で形成された栓で密封されたことを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。
- 前記モジュールハウジングと前記ガスベントチャンネルとが、一体で形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。
- 請求項１から１５のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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