JP2023532496A - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルを含む電池モジュール、および前記電池モジュールを収納するパックフレームを含む。前記パックフレーム内で、前記電池モジュールは多列単層構造で配置され、少なくとも二つの前記電池モジュールが第１方向に沿って一列に配置されて電池モジュール群を形成する。いずれか一つの電池モジュール群と他の一つの電池モジュール群との間に隔壁部材が位置し、前記隔壁部材は前記第１方向に沿って延在する。

Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０２１年４月２０日付韓国特許出願第１０－２０２１－００５１３８７号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

本発明は、電池パックおよびこれを含むデバイスに関し、より具体的には火炎発生に対する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。

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。また、充放電が可能な二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として利用されているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在商用化された二次電池としては、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あるが、このうち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、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所のため、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がセパレータを間に置いて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電池ケースとを備える。

一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状により、電極組立体が金属カンに内装されているカン型二次電池と、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装されているパウチ型二次電池とに分類され得る。

小型機器に利用される二次電池の場合、２～３個の電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに利用される二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が利用される。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、一つ以上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。

多数の電池モジュールが集まった電池パックは、多数の電池セルから出る熱が狭い空間で合算されて温度が急激に激しく上昇することがある。言い換えると、多数の電池セルが積層された電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時に電池セルで発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱が良好に行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。

さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線によく露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。また、車両の走行距離を増やすために多数の電池モジュールを集約的に配置するため、いずれか一つの電池モジュールで発生した火炎や熱が隣接した電池モジュールに簡単に伝播されて、終局的に電池パック自体の発火や爆発につながることがある。

そこで、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、電池パック自体の火災や爆発につながらないモデルに対する設計が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、前記熱暴走現象が火災や爆発につながることを防止することができる電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することにある。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前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され得る。

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルを含む電池モジュール、および前記電池モジュールを収納するパックフレームを含む。前記パックフレーム内で、前記電池モジュールは多列単層構造で配置され、少なくとも二つの前記電池モジュールが第１方向に沿って一列に配置されて電池モジュール群を形成する。いずれか一つの電池モジュール群と他の一つの電池モジュール群との間に隔壁部材が位置し、前記隔壁部材は前記第１方向に沿って延在する。

前記複数の電池セルは、前記電池セルのセル本体の一面が前記パックフレームの底部の一面に対して垂直になるように直立した状態で、前記第１方向に沿って積層され得る。

前記電池セルは、パウチ型電池セルであり得る。

前記電池パックは、前記いずれか一つの電池モジュール群と前記他の一つの電池モジュール群とを連結する連結部材をさらに含むことができる。

前記隔壁部材の一側または両側に前記連結部材が位置する空間が設けられ得、前記連結部材が位置する空間にシーリング部材が配置され得る。

前記電池モジュール群は、第１電池モジュール群、第２電池モジュール群および第３電池モジュール群を含むことができ、前記第１電池モジュール群、前記第２電池モジュール群および前記第３電池モジュール群のそれぞれにおいて、前記電池モジュールは前記第１方向に沿って一列に配置され得る。

前記パックフレーム内で、前記第１電池モジュール群、前記第２電池モジュール群および前記第３電池モジュール群は、前記第１方向に対して垂直な第２方向に沿って配置され得る。

前記隔壁部材は、第１隔壁部材および第２隔壁部材を含むことができ、前記第１電池モジュール群と前記第２電池モジュール群との間に第１隔壁部材が位置することができ、前記第２電池モジュール群と前記第３電池モジュール群との間に第２隔壁部材が位置することができる。

前記第１隔壁部材の一側に前記第１電池モジュール群の空間と前記第２電池モジュール群の空間とを連結する第１開口部が形成され得、前記第２隔壁部材の一側に前記第２電池モジュール群の空間と前記第３電池モジュール群の空間とを連結する第２開口部が形成され得る。

前記第１開口部と前記第２開口部は、前記第１方向を基準として互いに反対側に位置することができる。

前記隔壁部材により、いずれか一つの電池モジュールは、一つまたは二つの他の電池モジュールと向かい合うことができる。

本発明の実施形態によれば、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、順次に熱伝播（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が行われるように設計されることで、電池パック単位での火災や爆発を防止することができる。

本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示す斜視図である。 図１の電池モジュールの分解斜視図である。 図２の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示す斜視図である。 図４の電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池パックを示す平面図である。 図６の電池パックでいずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した平面図である。 本発明の変形された一実施形態による電池パックを示す平面図である。 本発明の他の一実施形態による電池パックを示す平面図である。 図９の電池パックでいずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した平面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

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した。

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ため、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の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」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。

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」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、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、明細書全体において、「平面上」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。

図１は本発明の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示す斜視図である。図２は図１の電池モジュールの分解斜視図である。図３は図２の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。

図１乃至図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａは、複数の電池セル１１０を含む。電池セル１１０は、パウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート型構造で形成され得る。例えば、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２が向かい合い、一端部と他の一端部からそれぞれ突出している構造を有する。

特に、図３を参照すれば、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２が向かい合い、セル本体１１３の一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳細には、電極リード１１１、１１２は電極組立体（図示せず）と連結され、電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出している。

一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でセルケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂと、これらを連結する一側部１１４ｃとを接着することによって製造され得る。言い換えると、本実施形態による電池セル１１０は、総３ヶ所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは、熱融着などの方法によりシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部１１５からなることができる。セルケース１１４は、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなることができる。

また、連結部１１５は、電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びられており、連結部１１５の端部にはバットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）と呼ばれる電池セル１１０の突出部１１０ｐが形成され得る。ただし、突出部１１０ｐは一つの例示的構造であり、本発明の他の一実施形態による電池セル１１０は、突出部が形成されず、連結部１１５が直線で伸びる形態を有することができる。

図３には電極リード１１１、１１２が両方向に突出した構造の電池セル１１０だけについて説明したが、本発明の他の実施形態として、電極リードが一方向に共に突出した単方向のパウチ型電池セルも可能であることはもちろんである。

このような電池セル１１０は、複数で構成され得、複数の電池セル１１０は互いに電気的に連結され得るように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。特に、図２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１１０が積層され得る。そのために、電池セル１１０のうちの一つの電極リード１１１はｘ軸方向に向かって突出し、他の電極リード１１２は－ｘ軸方向に向かって突出し得る。

電池セル積層体１２０は、モジュールフレーム２００に収納され得る。モジュールフレーム２００は、両面が開放された形態の金属フレームであり得る。より具体的に、電池セル積層体１２０を基準として、電極リード１１１、１１２が突出する両方向にモジュールフレーム２００が開放され得る。ただし、図２に示されたモジュールフレーム２００は、一つの例示的構造であり、電池セル積層体１２０を収納することができれば、その形態の特別な制限はない。例えば、上部が開放されたＵ字型フレームに上部カバーが接合された形態やＵ字型フレームと逆Ｕ字型フレームが互いに結合した形態などが可能である。

モジュールフレーム２００の開放された両面にはエンドプレート４１０、４２０が位置することができる。２つのエンドプレート４１０、４２０をそれぞれ第１エンドプレート４１０と第２エンドプレート４２０と称することとする。エンドプレート４１０、４２０は、モジュールフレーム２００の開放された両面をそれぞれ覆うことができる。このようなモジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０が形成する空間に電池セル積層体１２０が収納されることによって、電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このためにモジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０は、アルミニウムのように所定の強度を有する金属材質やプラスチック素材を含むことができる。一方、モジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０は、互いに対応する縁部位が接触された状態で、溶接の方法により接合され得る。ただし、これは例示的方法がであり、機構的結合形態として、ボルト締結、フック（Ｈｏｏｋ）締結などが適用され得る。

一方、本実施形態による電池モジュール１００ａは、バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が装着されたバスバーフレーム３００をさらに含むことができる。

バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０は、複数の電池セル１１０を電気的に連結するために電池セル１１０の電極リード１１１、１１２と接合され得る。具体的に、バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が装着されたバスバーフレーム３００が電池セル積層体１２０の一側（ｘ軸方向）および他側（－ｘ軸方向）にそれぞれ位置することができる。電池セル積層体１２０の一側（ｘ軸方向）および他側（－ｘ軸方向）は、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２が突出する方向の面に該当する。言い換えると、いずれか一つのバスバーフレーム３００は、エンドプレート４１０、４２０のうちのいずれか一つと電池セル積層体１２０との間に位置することができる。

バスバーフレーム３００にはリードスリットが形成され、電極リード１１１、１１２が前記リードスリットを通過した後に曲がってバスバー５１０やターミナルバスバー５２０に接合され得る。物理的、電気的連結が可能であれば、接合の方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合が行われ得る。

一方、ターミナルバスバー５２０の一部分は電池モジュール１００ａの外側に露出し得る。具体的に、第１エンドプレート４１０に第１ターミナルバスバー開口部４１０Ｈが形成されてターミナルバスバー５２０の一部分が露出し、第２エンドプレート４２０に第２ターミナルバスバー開口部４２０Ｈが形成されてターミナルバスバー５２０の一部分が露出し得る。露出したターミナルバスバー５２０の一部分は、他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結されてＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成するために、図１に示されているように連結部材１４００と接合され得る。つまり、電池モジュール１００ａは、連結部材１４００によって他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結され得る。ここでＨＶ連結は、電力を供給するための電源の役割の連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。

連結部材１４００は、電気的連結が可能であれば、その素材の特別な制限はなく、金属素材が適用され得る。

以下、図４および図５を参照して本発明の他の一実施形態による電池モジュール１００ｂについて詳細に説明する。

図４は本発明の他の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示す斜視図である。図５は図４の電池モジュールの分解斜視図である。

図４および図５を参照すれば、本発明の他の一実施形態による電池モジュール１００ｂは、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、モジュールフレーム２００、第１および第２エンドプレート４１０、４２０、およびバスバーフレーム３００を含む。

電池セル積層体１２０、モジュールフレーム２００、第１および第２エンドプレート４１０、４２０に関する詳細な説明は前述した電池モジュール１００ａと重複する部分であるため省略する。

バスバーフレーム３００が電池セル積層体１２０の一側（ｘ軸方向）および他側（－ｘ軸方向）にそれぞれ位置することができる。電池セル積層体１２０の一側（ｘ軸方向）および他側（－ｘ軸方向）は、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２が突出する方向に該当する。ただし、図５で電池セル積層体１２０の他側（－ｘ軸方向）に位置したバスバーフレームは図示を省略した。

電池セル積層体１２０の前記一側に位置したバスバーフレーム３００にバスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が位置することができる。ただし、二つのターミナルバスバー５２０が電池セル積層体１２０の前記一側に位置したバスバーフレーム３００に位置することができる。したがって、電池セル積層体１２０の前記他側に位置するバスバーフレーム（図示せず）にはバスバーだけが位置し、ターミナルバスバーは位置しない。

そのために、第１エンドプレート４１０には二つの第１ターミナルバスバー開口部４１０Ｈが形成され得、このような第１ターミナルバスバー開口部４１０Ｈを通じて二つのターミナルバスバー５２０がそれぞれ外部に露出し得る。露出したターミナルバスバー５２０のそれぞれにはＨＶ連結のための連結部材１４００が接合され得る。

つまり、前述した電池モジュール１００ａ、１００ｂ間の差異があれば、ターミナルバスバー５２０および連結部材１４００の位置が異なる。具体的に、図１および図２に示された電池モジュール１００ａは、二つのターミナルバスバー５２０が電池セル積層体１２０を基準として互いに反対側に位置して、連結部材１４００も互いに対向する反対側に位置する。反面、図４および図５に示された電池モジュール１００ｂは、二つのターミナルバスバー５２０が電池セル積層体１２０を基準として同じ側に位置して、連結部材１４００も同じ側に位置する。

図１および図２に示された電池モジュール１００ａと図４および図５に示された電池モジュール１００ｂは、それぞれ本発明の一実施形態による電池パックに含まれ得る電池モジュールの例示的構造を示したものである。

以下、図６を参照して、本発明の一実施形態による電池パック１０００ａについて詳細に説明する。

図６は本発明の一実施形態による電池パックを示す平面図である。具体的に、ｘｙ平面上で－ｚ軸方向に沿って眺めた様子を示した。ここでｘｙ平面は、地面と平行な面であり得る。

図６を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００ａは、複数の電池セル１１０を含む電池モジュール１００ａ、および電池モジュール１００ａを収納するパックフレーム１２００を含む。本実施形態において電池モジュール１００ａは、図１および図２に示された電池モジュール１００ａであり得る。図６では電池モジュール１００ａに含まれている電池セル１１０を説明の便宜のために点線で概略的に表現した。また連結部材１４００を図１および図４とは異なり概略的に示した。

パックフレーム１２００の底部１２００Ｆ上に電池モジュール１００ａが配置され得、パックフレーム１２００内で電池モジュール１００ａは多列単層構造で配置される。また、少なくとも二つの電池モジュール１００ａが第１方向ｄ１に沿って一列に配置されて電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂを形成する。例えば、図６に示されているように、パックフレーム１２００内で、電池モジュール１００ａが二列に配置され得る。複数の電池モジュール１００ａが第１方向ｄ１に沿って一列に配置されていずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａを形成し、他の複数の電池モジュール１００ａが第１方向ｄ１に沿って一列に配置されて他の電池モジュール群１００Ｇｂを形成することができる。

また、電池モジュール１００ａは、高さ方向（ｚ軸方向）を沿っては多層構造でなく、一層構造で配置される。

電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂは、第１方向ｄ１に対して垂直な第２方向ｄ２に沿って配置され得る。第１方向ｄ１と第２方向ｄ２は、地面またはパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面と平行な方向であり、言い換えるとｘｙ平面と平行な方向である。

いずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａと他の一つの電池モジュール群１００Ｇｂとの間に隔壁部材１３００が位置し、このような隔壁部材１３００は第１方向ｄ１に沿って延在する。つまり、いずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａと他の一つの電池モジュール群１００Ｇｂは、パックフレーム１２００内で隔壁部材１３００により空間的に分離される。

図６を図３と共に参照すれば、複数の電池セル１１０は、電池セル１１０のセル本体１１３一面がパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面に対して垂直になるように直立した状態で、第１方向ｄ１に沿って積層され得る。つまり、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内で電池モジュール１００ａが配置される方向と電池セル１１０が積層される方向とは一致することができる。

以下、図３、図６および図７を参照して、いずれか一つの電池セルの熱暴走現象の発生時、本実施形態による電池パック１０００ａが有する長所について説明する。

図７は図６の電池パックでいずれか一つの電池セルに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生した様子を概略的に表現した平面図である。

図３、図６および図７を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００ａに含まれている電池セル１１０のうちのいずれか一つに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生することがある。熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の一つの例示は次のとおりである。過充電をはじめとして電池セル１１０に物理的、熱的、電気的損傷が発生して、電池セル１１０の内部圧力が増加することがある。電池セル１１０のセルケース１１４の融着強度の限界値を超える場合、電池セル１１０で発生した高温の熱、ベンティングガスなどが電池セル１１０の外部に噴出され得る。

いずれか一つの電池セルで発生した熱暴走現象は、対流効果で他の電池セルに拡大され得、さらには他の電池モジュールにまで拡大することがある。特に、空間活用率を高めるために電池モジュール同士で密集している電池パックの構造上、電池モジュールに順次に熱暴走現象が伝播するのではなく、密集した多くの電池モジュールに同時多発的に熱暴走現象が発生することがある。つまり、電池セルで始まって多くの電池モジュールに同時多発的に拡大された熱暴走現象は、電池パック自体の発火および爆発につながって深刻な問題になる。

しかし、本実施形態による電池パック１０００ａにおいて、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂの間に隔壁部材１３００を配置し、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内で電池モジュール１００ａを一列に配置することによって、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が電池モジュール１００ａ単位だけでなく電池セル１１０単位でも順次に行われるようにした。つまり、図７に示されているように、いずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａの左側電池モジュール内部のいずれか一つの電池セルで熱暴走現象が発生する場合、隣接した電池セル１１０に順次にベンティングガスおよび熱などが伝播され得る。一例として、図７では、いずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａの電池セル１１０’と他の一つの電池モジュール群１００Ｇｂの電池セル１１０”に熱暴走現象が伝播される様子が示されている。

また、隔壁部材１３００により他の電池モジュール群１００Ｇｂにベンティングガスおよび熱が直ちに伝播されず、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂの間では連結部材１４００が位置した空間にベンティングガスおよび熱の伝播が行われ得る。

本実施形態では、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂの間で連結部材１４００のＨＶ連結順序を超えて熱暴走現象が伝播されないように断熱構造を設計した。

前記のように、順次的伝播が行われるように設計することによってベンティングガスおよび熱が伝播される時間を増やすことができ、また順次に伝播される過程で熱暴走の強度が順次に減少したり、より強化されないことができる。つまり、本実施形態による電池パック１０００ａは、いずれか一つの電池セル１１０で熱暴走現象が発生しても、これが電池パック１０００ａ自体の発火や爆発につながることを防止することができる。もし隔壁部材１３００がない場合、いずれか一つの電池セル１１０で始まった熱暴走現象が直ちに他の電池モジュール群１００Ｇｂ内の電池モジュール１００ａに伝播されて、短時間に多くの電池モジュール１００ａからベンティングガスと高温の熱が多量排出され得る。これは電池パック１０００ａの発火と爆発につながる可能性が高い。

一方、前述したとおり、本実施形態では、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内で電池モジュール１００ａが配置される方向と電池セル１１０が積層される方向とが一致することができる。そのために、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内で、電池セル１１０間の熱暴走現象の伝播も順次に行われ得る。電池モジュール１００ａの配置方向と電池セル１１０の積層方向とを一致させることによって、熱暴走現象の伝播をより遅延させようとした。

図８は本発明の変形された一実施形態による電池パックを示す平面図である。

図８を参照すれば、本発明の変形された一実施形態による電池パック１０００ａ’は、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、隔壁部材１３００、連結部材１４００およびシーリング部材１５００を含むことができる。本実施形態による電池パック１０００ａ’は、シーリング部材１５００を除いて前述した電池パック１０００ａと類似または同一の構造が適用され得る。

いずれか一つの電池モジュール群１００Ｇａと他の一つの電池モジュール群１００Ｇｂは、連結部材１４００で連結され得る。隔壁部材１３００の一側または両側に、連結部材１４００が位置する空間が設けられ得る。図８には隔壁部材１３００の両側に連結部材１４００が位置した空間が設けられた様子が示されている。

本実施形態によるシーリング部材１５００は、連結部材１４００が位置した空間に配置され得、耐熱性を有する素材を含むことができる。本実施形態によれば、連結部材１４００が位置した空間を満たすようにシーリング部材１５００が配置されることで、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂの間でベンティングガスおよび熱の伝播が制限されるように設計することができる。

以下、図９を参照して本発明の他の一実施形態による電池パック１０００ｂについて詳細に説明する。

図９は本発明の他の一実施形態による電池パックを示す平面図である。

図９を参照すれば、本発明の他の一実施形態による電池パック１０００ｂは、複数の電池セル１１０を含む電池モジュール１００ａ、１００ｂ、および電池モジュール１００ａ、１００ｂを収納するパックフレーム１２００を含む。複数の電池モジュール１００ａ、１００ｂが第１方向ｄ１に沿って一列に配置されて電池モジュール群１００Ｇを形成する。本実施形態で電池モジュール１００ａ、１００ｂは、図１および図２に示された電池モジュール１００ａおよび図４および図５に示された電池モジュール１００ｂを含むことができる。図９では各電池モジュール１００ａ、１００ｂに含まれている電池セル１１０を説明の便宜のために点線で概略的に表現した。また連結部材１４００を図１および図４とは異なり概略的に示した。

この時、電池モジュール群１００Ｇは、第１電池モジュール群１００Ｇａ、第２電池モジュール群１００Ｇｂおよび第３電池モジュール群１００Ｇｃを含むことができる。第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃのそれぞれにおいて、少なくとも二つの電池モジュール１００ａ、１００ｂが第１方向ｄ１に沿って一列に配置され得る。

パックフレーム１２００内で、第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃは、第１方向ｄ１に対して垂直な第２方向ｄ２に沿って配置され得る。第１方向ｄ１と第２方向ｄ２は、前述したとおり、地面またはパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面と平行な方向であり、言い換えるとｘｙ平面と平行な方向である。

一方、本実施形態による電池パック１０００ｂは、隔壁部材１３００を含むことができる。隔壁部材１３００は、第１隔壁部材１３００ａおよび第２隔壁部材１３００ｂを含むことができる。第１電池モジュール群１００Ｇａと第２電池モジュール群１００Ｇｂとの間に第１隔壁部材１３００ａが位置することができ、第２電池モジュール群１００Ｇｂと第３電池モジュール群１００Ｇｃとの間に第２隔壁部材１３００ｂが位置することができる。第１隔壁部材１３００ａおよび第２隔壁部材１３００ｂは、第１方向ｄ１に沿って延在することができる。第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃは、第１隔壁部材１３００ａと第２隔壁部材１３００ｂにより空間的に分離される。

また、第１隔壁部材１３００ａの一側に第１電池モジュール群１００Ｇａの空間と第２電池モジュール群１００Ｇｂの空間とを連結する第１開口部１３００Ｈａが形成され得、第２隔壁部材１３００ｂの一側に第２電池モジュール群１００Ｇｂの空間と第３電池モジュール群１００Ｇｃの空間とを連結する第２開口部１３００Ｈｂが形成され得る。この時、第１開口部１３００Ｈａと第２開口部１３００Ｈｂは、第１方向ｄ１を基準として互いに反対側に位置することができる。一例として、図９に示されているように、第１開口部１３００Ｈａは最も右側に形成され、第２開口部１３００Ｈｂは最も左側に形成され得る。一方、第１隔壁部材１３００ａの場合、連結部材１４００のうちの一つが通過することができるようにホールが形成され得る。

隔壁部材１３００により、いずれか一つの電池モジュール１００ａ、１００ｂは、一つまたは二つの他の電池モジュール１００ａ、１００ｂと向かい合うことができる。具体的に、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃのうちのいずれか一つを基準とした時、最も外側に位置した電池モジュールは一つの電池モジュールだけと向かい合い、内側に位置した電池モジュールは、左、右の二つの電池モジュールと向かい合う。

一方、パックフレーム１２００内部の電池モジュール１００ａ、１００ｂは、互いに連結部材１４００により電気的に連結される。電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃを連結する連結部材１４００は、第１開口部１３００Ｈａと第２開口部１３００Ｈｂを通過することができる。つまり、第１電池モジュール群１００Ｇａの電池モジュール１００ａと第２電池モジュール群１００Ｇｂの電池モジュール１００ｂとを連結する連結部材１４００は第１開口部１３００Ｈａを通過し、第２電池モジュール群１００Ｇｂの電池モジュール１００ａと第３電池モジュール群１００Ｇｃの電池モジュール１００ｂとを連結する連結部材１４００は第２開口部１３００Ｈｂを通過することができる。

つまり、パックフレーム１２００内部の電池モジュール１００ａ、１００ｂ間の連結部材１４００を通じたＨＶ連結ラインは、一列につながり得る。このようなＨＶ連結ラインを実現するために、本実施形態による電池パック１０００ｂでの電池モジュールは、図１および図２に示された電池モジュール１００ａと図４および図５に示された電池モジュール１００ｂを全て含むことができる。一例として、図９に示されているように、第１電池モジュール群１００Ｇａの最も右側の電池モジュール、第２電池モジュール群１００Ｇｂの最も左側の電池モジュール、および第３電池モジュール群１００Ｇｃの最も右側の電池モジュールは、図１および図２に示された電池モジュール１００ａであり、残りの電池モジュールは図４および図５に示された電池モジュール１００ｂであり得る。ただし、これは例示的構造であり、前記で言及した一列につながるＨＶ連結ラインを実現することができれば、電池モジュールの形態と配置に特別な制限はない。

一方、複数の電池セル１１０は、電池セル１１０のセル本体１１３の一面がパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面に対して垂直になるように直立した状態で、第１方向ｄ１に沿って積層され得る。つまり、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ内で電池モジュール１００ａ、１００ｂが配置される方向と電池セル１１０が積層される方向とは一致することができる。

以下、図３、図９および図１０を参照して、いずれか一つの電池セルの熱暴走現象の発生時、本実施形態による電池パック１０００ｂが有する長所について説明する。

図１０は図９の電池パックにおいていずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した平面図である。

図３、図９および図１０を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００ｂに含まれている電池セル１１０のうちのいずれか一つに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生することがある。一例として、第２電池モジュール群１００Ｇｂの電池モジュールに含まれている電池セルのうちの一つに前記熱暴走現象が発生することがある。

いずれか一つの電池セルで発生した熱暴走現象は、熱伝達効果、つまり、伝導、対流、輻射などの効果により他の電池セルに拡大することができ、さらには他の電池モジュールにまで拡大することができる。特に、空間活用率を高めるために電池モジュール同士で密集している電池パックの構造上、電池モジュールに順次に熱暴走現象が伝播するのではなく、密集した多くの電池モジュールに同時多発的に熱暴走現象が発生することがある。つまり、電池セルで始まって多くの電池モジュールに同時多発的に拡大された熱暴走現象は、電池パック自体の発火および爆発につながって深刻な問題になる。

しかし、本実施形態による電池パック１０００ｂにおいて、第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃの間に第１隔壁部材１３００ａおよび第２隔壁部材１３００ｂを配置し、第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ内で電池モジュール１００ａ、１００ｂを一列に配置することによって、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が電池モジュール１００ａ、１００ｂ単位だけでなく電池セル１１０単位でも順次に行われるようにした。特に、熱暴走現象の伝播の経路が、連結部材１４００を通じて形成されたＨＶ連結ラインと一致するように設計された。

図１０に示されているように、いずれか一つの電池セルで熱暴走現象が発生する場合、隣接した電池セル１１０に順次にベンティングガスおよび熱などが伝播され得る。一例として、図１０では、第１電池モジュール群１００Ｇａの電池セル１１０’と第３電池モジュール群１００Ｇｃの電池セル１１０”に熱暴走現象が伝播される様子が示されている。

また、第１隔壁部材１３００ａと第２隔壁部材１３００ｂにより第１電池モジュール群１００Ｇａや第３電池モジュール群１００Ｇｃにベンティングガスおよび熱が直ちに伝播されず、第１開口部１３００Ｈａと第２開口部１３００Ｈｂを通じてベンティングガスおよび熱の伝播が行われ得る。本実施形態では、第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃの間で連結部材１４００のＨＶ連結順序を超えて熱暴走現象が伝播されないように断熱構造を設計した。特に、第１開口部１３００Ｈａが形成された第１隔壁部材１３００ａと第２開口部１３００Ｈｂが形成された第２隔壁部材１３００ｂにより、多数の電池モジュール１００ａ、１００ｂが配置されても一列につながる熱暴走現象の伝播経路が作られ得る。

前記のように、順次的伝播が行われるように設計することによってベンティングガスおよび熱が伝播される時間を増やすことができ、また順次に伝播される過程で熱暴走の強度が漸次に減少することができる。つまり、本実施形態による電池パック１０００ｂは、いずれか一つの電池セル１１０で熱暴走現象が発生しても、これが電池パック１０００ｂ自体の発火や爆発につながることを防止することができる。もし隔壁部材１３００がない場合、いずれか一つの電池セル１１０で始まった熱暴走現象が直ちに他の第１電池モジュール群１００Ｇａや第３電池モジュール群１００Ｇｃ内の電池モジュールに伝播されて、短時間に多くの電池モジュールからベンティングガスと高温の熱が多量排出され得る。これは電池パック１０００ｂの発火と爆発につながる可能性が高い。

一方、前述したとおり、本実施形態では、第１乃至第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ内で電池モジュール１００ａ、１００ｂが配置される方向と電池セル１１０が積層される方向とは一致することができる。そのために、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内でも、電池セル１１０間の熱暴走現象の伝播が順次に行われ得る。電池モジュール１００ａ、１００ｂの配置方向と電池セル１１０の積層方向とを一致させることによって、熱暴走現象の伝播をより遅延させようとした。

一方、前述した本発明での隔壁部材１３００は、熱伝達の伝導、対流、輻射などの効果を制御することができる構造で、熱伝達の拡大を防止する機能である。これに基づいて、隔壁部材１３００は、伝導を防止するために断熱材を含むことができ、また、ベンティングガスを防止するために薄い金属板材を含むことができる。

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されているが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などにより変わり得る。

前述した本実施形態による電池パックは、電池モジュールだけでなく、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムを含むことができる。

前記電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段やＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用され得るが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。

以上で本発明の好ましい実施形態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ず、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多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１０００ａ、１０００ｂ：電池パック
１００ａ、１００ｂ：電池モジュール
１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ：電池モジュール群
１３００：隔壁部材

Claims (12)

1. 複数の電池セルを含む電池モジュール、および
   前記電池モジュールを収納するパックフレームを含み、
   前記パックフレーム内で、前記電池モジュールは多列単層構造で配置され、
   少なくとも二つの前記電池モジュールが第１方向に沿って一列に配置されて電池モジュール群を形成し、
   いずれか一つの電池モジュール群と他の一つの電池モジュール群との間に隔壁部材が位置し、
   前記隔壁部材は前記第１方向に沿って延在する電池パック。
2. 前記複数の電池セルは、前記電池セルのセル本体の一面が前記パックフレームの底部の一面に対して垂直になるように直立した状態で、前記第１方向に沿って積層される、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セルは、パウチ型電池セルである、請求項１又は２に記載の電池パック。
4. 前記いずれか一つの電池モジュール群と前記他の一つの電池モジュール群とを連結する連結部材をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記隔壁部材の一側または両側に前記連結部材が位置する空間が設けられ、
   前記連結部材が位置する空間にシーリング部材が配置される、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記電池モジュール群は、第１電池モジュール群、第２電池モジュール群および第３電池モジュール群を含み、
   前記第１電池モジュール群、前記第２電池モジュール群および前記第３電池モジュール群のそれぞれにおいて、前記電池モジュールは前記第１方向に沿って一列に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池パック。
7. 前記パックフレーム内で、前記第１電池モジュール群、前記第２電池モジュール群および前記第３電池モジュール群は、前記第１方向に対して垂直な第２方向に沿って配置される、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記隔壁部材は、第１隔壁部材および第２隔壁部材を含み、
   前記第１電池モジュール群と前記第２電池モジュール群との間に第１隔壁部材が位置し、
   前記第２電池モジュール群と前記第３電池モジュール群との間に第２隔壁部材が位置する、請求項７に記載の電池パック。
9. 前記第１隔壁部材の一側に前記第１電池モジュール群の空間と前記第２電池モジュール群の空間とを連結する第１開口部が形成され、
   前記第２隔壁部材の一側に前記第２電池モジュール群の空間と前記第３電池モジュール群の空間とを連結する第２開口部が形成される、請求項８に記載の電池パック。
10. 前記第１開口部と前記第２開口部は、前記第１方向を基準として互いに反対側に位置する、請求項９に記載の電池パック。
11. 前記隔壁部材により、いずれか一つの電池モジュールは、一つまたは二つの他の電池モジュールと向かい合う、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池パック。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池パックを含むデバイス。

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