JP2023537523A - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルがそれぞれ積層されている第１電池セルアセンブリおよび第２電池セルアセンブリを含む電池セルアセンブリ；前記電池セルアセンブリの上面および両側面を収容して、前後面が開放されている上部フレーム；前記電池セルアセンブリの下面および両側面を収容して、前後面が開放されている下部フレーム；および前記第１電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面と前記第２電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面にそれぞれ位置するエンドプレートを含み、前記第１電池セルアセンブリおよび前記第２電池セルアセンブリは互いに対面する方向に離隔するように配置されており、前記上部フレームは前記下部フレームを構成する素材の融点より高い融点を有する素材からなる。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年６月２１日付韓国特許出願第１０－２０２１－００８０１２４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本明細書の一部として含まれる。
本発明は電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関し、より具体的には安全性およびベント性能が向上した電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加によりエネルギ源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギ源としても多くの関心を集めている。
小型モバイル機器にはデバイス１台当り一つまたは複数の電池セルが使用されることに対して、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。
中大型電池モジュールはできる限り小型で軽量となるように製造されることが好ましいので、高い集積度で積層でき、容量に対して重量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。一方、電池モジュールは、電池セル積層体を外部衝撃、熱または振動から保護するために、前面と後面が開放されて電池セル積層体を内部空間に収納するモジュールフレームを含むことができる。
また、一部の電池モジュールが過電圧、過電流または過発熱する場合は電池モジュールの安全性と作動効率が問題になる。特に走行距離向上のために電池モジュール容量は次第に増加する傾向であり、それに伴い強化する安全性基準を満たし、かつ車両および運転者の安全性確保のための構造の設計が必要である。これのために電池モジュール内の一部の電池セルで発生したガスおよび火炎を効果的に排出して、その被害を最小化できる構造の必要性が台頭している。
ただし、電池モジュール内の一部電池セルの発火現象により発生したガスおよび／または火炎は相対的に高い温度を有するため、電池モジュールの部品を構成する素材が高い温度に脆弱な場合は高温のガスおよび／または火炎を排出するのに適しない。特に、電池モジュールの部品のうち高温のガスおよび／または火炎の排出経路に隣接する部品の場合、高い温度に脆弱でない素材からなる必要がある。
そのため、電池モジュール内の一部の電池セルの発火現象により発生したガスおよび／または火炎を安全でかつ効果的に排出させ得る電池モジュールおよびそれを含む電池パックを開発する必要性がある。
本発明が解決しようとする課題は、安全性およびベント性能が向上した電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付する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有する者に明確に理解されるものである。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルがそれぞれ積層されている第１電池セルアセンブリおよび第２電池セルアセンブリを含む電池セルアセンブリ；前記電池セルアセンブリの上面および両側面を収容して、前後面が開放されている上部フレーム；前記電池セルアセンブリの下面および両側面を収容して、前後面が開放されている下部フレーム；および前記第１電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面と前記第２電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面にそれぞれ位置するエンドプレートを含み、前記第１電池セルアセンブリおよび前記第２電池セルアセンブリは、互いに対面する方向に離隔するように配置されており、前記上部フレームは、前記下部フレームを構成する素材の融点より高い融点を有する素材からなる。
前記ベントカバーは、前記上部フレームの長手方向に沿って延びており、前記上部フレームの上面を基準として外側方向に突出しているベント部を含み得る。
前記上部フレームの上面は、前記ベントカバーの底面を構成し得る。
前記ベント部は、前記電池セルアセンブリの幅方向に沿って複数回折り曲げられている形状を有し得る。
前記ベント部は、第１ベント部および第２ベント部を含み、前記第１ベント部は、前記第１電池セルアセンブリの長手方向に沿って延びており、前記第２ベント部は、前記第２電池セルアセンブリの長手方向に沿って延びていてもよい。
前記ベントカバーの中心部は、前記上部フレームの上面と接し、前記ベントカバーの中心部を基準として、前記第１ベント部と前記第２ベント部は互いに区分されていてもよい。
前記上部フレームは、前記ベント部と連通する少なくとも一つのベント孔を含み得る。
前記ベント孔は、第１ベント孔および第２ベント孔を含み、前記第１ベント孔は、前記第１電池セルアセンブリの前後面のうちの前記第２電池セルアセンブリと対面する一面に隣接するように位置し、前記第２ベント孔は、前記第２電池セルアセンブリの前後面のうちの前記第１電池セルアセンブリと対面する一面に隣接するように位置し得る。
前記ベント孔は、前記電池セルアセンブリの幅方向に沿って延びていてもよい。
前記下部フレームは、前記第１電池セルアセンブリと前記第２電池セルアセンブリとの間に位置する隔壁部を含み得る。
前記上部フレームの側面は、前記上部フレームを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第１外周面を有し、前記下部フレームの側面は、前記下部フレームを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第２外周面を有し、前記第１外周面と前記第２外周面とは、互いに接し得る。
前記第１外周面と前記第２外周面とは、ボルト結合により固定され得る。
前記第１外周面および前記第２外周面の間に第１ガスケット部が位置し得る。
前記エンドプレートは、前記エンドプレートを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第３外周面を含み、前記第１外周面は、前記上部フレームの前後面に沿ってそれぞれ延びており、前記第１外周面と前記第３外周面とは、互いに接し得る。
前記第１外周面と前記第３外周面とは、ボルト結合により固定され得る。
前記第１外周面および前記第３外周面の間に第２ガスケット部が位置し得る。
前記エンドプレートは、少なくとも一つのベント弁を含み得る。
前記上部フレームは、スチール素材からなっており、前記下部フレームは、アルミニウム素材からなる。
前記下部フレームの下部に位置するヒートシンクをさらに含み、前記ヒートシンクは、前記下部フレームの底面に向かう方向の逆方向に陥没している陥没部を含み、前記下部フレームの底面は、前記ヒートシンクの上面を構成し得る。
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記で説明した電池モジュールを含む。
実施形態によれば、本発明の電池モジュールおよびそれを含む電池パックは、上部フレームが前記下部フレームを構成する素材の融点より高い融点を有する素材からなり、安全性およびベント性能が向上することができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付する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有する者に明確に理解されるものである。
本発明の一実施形態による電池モジュール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１の電池モジュールの分解斜視図である。 図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す図である。 図１の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す図である。 図１の電池モジュールの側面を拡大して示す図である。 図１の電池モジュールの前面を拡大して示す図である。 図６における上部フレームおよびベントカバーを除去した図である。 図１の電池モジュールの後面を拡大して示し、上部フレームおよびベントカバーを除去した図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュールの後面を拡大して示す図である。
以下、添付する図面を参照して本発明の様々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できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で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と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面では、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上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横から見た時を意味する。
以下では、本発明の実施形態による電池モジュールについて説明する。
図１は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図２および図３は図１の電池モジュールの分解斜視図である。
図１ないし図３を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１０００は、複数の電池セルがそれぞれ積層されている第１電池セルアセンブリ１０１および第２電池セルアセンブリ１０２を含む電池セルアセンブリ１００；電池セルアセンブリ１００の上面および両側面を収容して、前後面が開放されている上部フレーム２１０；電池セルアセンブリ１００の下面および両側面を収容して、前後面が開放されている下部フレーム２５０；および第１電池セルアセンブリ１０１の前後面のうちの外側に隣接する面と第２電池セルアセンブリ１０２の前後面のうちの外側に隣接する面にそれぞれ位置するエンドプレート３００を含む。
ここで、エンドプレート３００は下部フレーム２５０と同じ素材からなり、下部フレーム２５０の前後面とエンドプレート３００は互いに溶接接合のような方式で互いに固定されている。ただし、これに限定されるものではなく、モジュールフレーム２００の内部を外部環境から密閉させる固定方式であれば、本実施形態に含まれ得る。
ここで、電池セルアセンブリ１００は第１電池セルアセンブリ１０１および第２電池セルアセンブリ１０２を含む。より具体的には、第１電池セルアセンブリ１０１および第２電池セルアセンブリ１０２は互いに対面する方向に離隔するように配置されている。ここで、互いに対面する方向は、第１電池セルアセンブリ１０１の前面または後面と第２電池セルアセンブリ１０２の前面または後面が対面する方向であり得る。より好ましくは、互いに対面する方向は、第１電池セルアセンブリ１０１の前面と第２電池セルアセンブリ１０２の前面が対面する方向であるか、第１電池セルアセンブリ１０１の後面と第２電池セルアセンブリ１０２の後面が対面する方向であり得る。ただし、第１電池セルアセンブリ１０１および第２電池セルアセンブリ１０２は位置による差異があるだけであり、互いに同一に製造された電池セルアセンブリであり得る。
また、電池セルアセンブリ１００は複数の電池セルが積層されて形成されることができる。ここで、前記電池セルはパウチ型電池セルであることが好ましい。一例として、前記電池セルは電極組立体を樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに収納した後、前記パウチケースのシーリング部を熱融着して製造されることができる。また、前記電池セルは長方形のシート状構造で形成されることができる。また、前記電池セルは複数で構成され、複数の電池セルは相互電気的に連結されるように積層されて電池セルアセンブリ１００を形成する。
ここで、モジュールフレーム２００は上部フレーム２１０および下部フレーム２５０を含むことができる。より具体的には、上部フレーム２１０は電池セルアセンブリ１００の上面および両側面を収容するが、前後面が開放されているＵ字型フレームであり得る。また、下部フレーム２５０は電池セルアセンブリ１００の下面および両側面を収容するが、前後面が開放されているＵ字型フレームであり得る。
また、図１および図３を参照すると、下部フレーム２５０は第１電池セルアセンブリ１０１と第２電池セルアセンブリ１０２の間に位置する隔壁部２５１を含み得る。ここで、隔壁部２５１は下部フレーム２５０の中心に形成されているが、上部フレーム２１０に向かって延びているビーム（Ｂｅａｍ）であり得る。より具体的には、隔壁部２５１は下部フレーム２５０と一体化しているか、または溶接接合のような接合方式によって下部フレーム２５０の中心に固定されている。
そのため、モジュールフレーム２００は隔壁部２５１により第１電池セルアセンブリ１０１および第２電池セルアセンブリ１０２が外部衝撃から互いに保護することができる。また、第１電池セルアセンブリ１０１で発火現象が発生すると第２電池セルアセンブリ１０２に対する熱伝達を防止することができ、その反対の場合も同様である。
また、上部フレーム２１０は下部フレーム２５０を構成する素材の融点より高い融点を有する素材からなる。より具体的には、上部フレーム２１０は高温のガスおよび／または火炎に脆弱でなく、下部フレーム２５０に比べて相対的に高い耐熱性を有する素材からなる。
一例として、上部フレーム２１０はスチール（Ｓｔｅａｌ）素材からなっており、下部フレーム２５０はアルミニウム（Ａｌ）素材からなる。一般に、スチール素材の融点は摂氏１５００度であり、アルミニウム素材の融点は摂氏７００度である。
特に、電池モジュール１０００内の一部の電池セルアセンブリの発火現象により発生した高温のガスおよび／または火炎は圧力差によって上部フレーム２１０のベント孔２１５に流入し得る。この時、上部フレーム２１０は相対的に高い耐熱性を有する素材からなり、本実施形態の電池モジュール１０００はベント経路（５５０，図４）を介して高温のガスおよび／または火炎を安全でかつ効果的に排出することができる。
また、図１ないし図３を参照すると、本実施形態の電池モジュール１０００は下部フレーム２５０の下部に位置するヒートシンク４００を含むことができる。より具体的には、下部フレーム２５０の前後面のうちの一部で、下部フレーム２５０の底面から延びてエンドプレート３００を通るように形成された下部フレーム突出部２５０ｐを含むことができる。この時、下部フレーム突出部２５０ｐの上面部と連結される冷却ポート４５０により流入および排出される冷媒が、下部フレーム突出部２５０ｐを介してヒートシンク４００に供給およびヒートシンク４００から排出される。
具体的には、冷却ポート４５０はヒートシンク４００に冷媒を注入する冷媒注入ポートとヒートシンク４００から冷媒を排出する冷媒排出ポートを含む。ここで、前記冷媒注入ポートは下部フレーム２５０の前面に位置する下部フレーム突出部２５０ｐに位置し得、前記冷媒排出ポートは下部フレーム２５０の後面に位置する下部フレーム突出部２５０ｐに位置し得る。ただし、前記冷媒注入ポートと前記冷媒排出ポートの位置が反対である場合も本実施形態に含まれ得る。
また、ヒートシンク４００はヒートシンク４００の一辺から突出したヒートシンク突出部４００ｐを含み得る。ここで、ヒートシンク突出部４００ｐは下部フレーム突出部２５０ｐと互いに対応する位置に形成されている。一例として、ヒートシンク突出部４００ｐと下部フレーム突出部２５０ｐは互いに溶接などの方法で直接結合され得る。
下部フレーム２５０の底面に向かう方向の逆方向に陥没している陥没部４１０を含むことができる。ここで、陥没部４１０は冷媒流路が伸びる方向を基準として垂直にｘｚ平面またはｙｚ平面で切断した断面がＵ字型管であり得、前記Ｕ字型管の開放された上側に下部フレーム２５０の底面が位置し得る。ヒートシンク３００が下部フレーム２５０の底面と接し、陥没部４１０と下部フレーム２５０の底面の間の空間が冷媒が流動する領域であり得る。そのため、下部フレーム２５０の底面は前記冷媒と直接接触することができる。
ヒートシンク４００の陥没部４１０の製造方法に特に制限はないが、板状のヒートシンク４００に対して陥没形成された構造を設けることによって、上側が開放されたＵ字型陥没部４１０を形成することができる。
このような陥没部４００はヒートシンク突出部４００ｐのうちの一つから他の一つに繋がる。冷却ポート４５０のうち前記冷媒注入ポートを介して供給された冷媒は、下部フレーム突出部２５０ｐとヒートシンク突出部４００ｐの間を経て陥没部４１０と下部フレーム２５０の底面の間の空間に初めて流入する。その後、冷媒は陥没部４１０に沿って移動し、他のモジュールフレームの下部フレーム突出部２５０ｐとヒートシンク突出部４００ｐの間を経て冷却ポート４５０のうちの前記冷媒排出ポートを介して排出される。
また、本実施形態は、上述したような下部フレーム２５０の底面とヒートシンク４００の冷却一体型構造により、冷却性能の向上だけでなくモジュールフレーム２００に収容された電池セルアセンブリ１００の荷重を支持して電池モジュール１０００の剛性を補強する効果を有することができる。のみならず、下部フレーム２５０の底面とヒートシンク４００は溶接結合などにより密封されることによって、ヒートシンク４００の陥没部４１０で冷媒が漏洩することなく流動することができる。
効果的な冷却のために、図２に示すように、下部フレーム２５０の底面に対応する全領域にわたって陥没部４１０が形成されることが好ましい。このため、陥没部４１０は少なくとも一度曲がって一側から他側に繋がる。特に、下部フレーム２５０の底面に対応する全領域にわたって陥没部３４０が形成されるために陥没部３４０は数回曲がることが好ましい。下部フレーム２５０の底面に対応する全領域にわたって形成された冷媒流路の開始点から終了点まで冷媒が移動するに伴って、電池セルアセンブリ１００の全領域に対する効率的な冷却が行われる。一方、前記冷媒は冷却のための媒介物であって、特に制限はないが、冷却水であり得る。
一方、図２を再び参照すると、本実施形態によるヒートシンク４００の陥没部４１０には突出パターンが形成されることができる。
本実施形態による電池セルアセンブリ１００のように積層される電池セルの個数が従来に比べて多く増える大面積電池モジュールの場合、冷媒流路の幅がさらに広く形成されることができ、温度偏差がより激しい。特に、大面積電池モジュールでは、既存の一つの電池モジュール内に概ね１２個～２４個の電池セルが積層された場合に比べて概ね３２個～４８個の電池セルが一つの電池モジュール内に積層されている場合を含むことができる。このような場合、本実施形態による陥没部４１０に形成された突出パターンは冷却流路の幅を実質的に縮小させる効果をもたらして圧力降下を最小化して同時に冷媒流路幅間の温度偏差を減らすことができる。したがって、均一な冷却効果を実現することができる。
以下では、本発明の一実施形態による電池モジュール１０００に含まれたベントカバー５００および上部フレーム２１０に形成されたベント孔２１５を中心に説明する。
図４は図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す図である。図５は図１の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す図である。
図１、図４、および図５を参照すると、本実施形態による電池モジュール１０００は、上部フレーム２１０上に位置するベントカバー５００を含むことができる。より具体的には、ベントカバー５００は上部フレーム２１０の長手方向に沿って延びており、上部フレーム２１０の上面を基準として外側方向に突出しているベント部５５０を含むことができる。また、上部フレームの上面は前記ベントカバーの底面を構成することができる。
また、上部フレーム２１０の上面はベントカバー５００の底面を構成することができる。一例として、ベント部５５０はベント流路が伸びる方向を基準として垂直にｘｚ平面またはｙｚ平面で切断した断面がＵ字型管であり得、前記Ｕ字型管の開放された下側に上部フレーム２１０の上面が位置し得る。すなわち、ベントカバー５００が上部フレーム２１０の上面と接し、ベント部５５０と上部フレーム２１０の上面の間の空間は電池モジュール１０００内の一部の電池セルで発生した高温のガスおよび／または火炎が排出されるベント経路であり得る。
ベントカバー５００のベント部５５０の製造方法に特に制限はないが、板状のベントカバー５００に対して突出形成された構造を設けることによって、下側が開放されたＵ字型ベント部５５０を形成することができる。
また、本実施形態は、上述したような上部フレーム２１０の上面とベントカバー５００の一体型構造により、ベント性能の向上だけでなく電池モジュール１０００の剛性を補強する効果を有することができる。のみならず、上部フレーム２１０の上面とベントカバー５００は溶接結合などにより密封されることによって、ベントカバー５００のベント部５５０と上部フレーム２１０の上面の間に形成されたベント経路で高温のガスおよび／または火炎が漏洩することなく流動して外部に排出されることができる。
また、ベントカバー５００で、ベント部５５０は前記電池セルアセンブリの幅方向に沿って複数回折り曲げられている形状を有することができる。ここで、複数回折り曲げられている形状は、図４のようにベントカバー５００の断面を参照すると、上部フレーム２１０の上面を基準として外側方向に突出している領域が複数形成されているが、互いに離隔していることを意味する。ここで、電池セルアセンブリ１００の幅方向は図４および図５のようにｙ軸方向を意味する。すなわち、上部フレーム２１０の上面と少なくとも一つのベント部５５０の間に形成されるベント流路もまた互いに離隔している。
より具体的には、一部の電池セルアセンブリ１００で発生した高温のガスおよび／または火炎がベントカバー５００内に流入する場合、高温のガスおよび／または火炎は互いに離隔している前記ベント流路のうちのいずれか一つから流動して外部に排出されることができる。この時、前記ベント流路は互いに区分されており、前記ベント流路間に直接熱が伝達されることを防止することができる。これと共に、高温のガスおよび／または火炎に対する接触面積を増加させて、高温のガスおよび／または火炎が前記ベント流路を通過して冷却され、高温のガスおよび／または火炎がより安全に外部に排出されることができる。
また、図１ないし図３、図５を参照すると、ベント部５５０は第１ベント部および第２ベント部を含むことができる。ここで、前記第１ベント部と前記第２ベント部は互いに区分されている。より具体的には、前記第１ベント部は第１電池セルアセンブリ１０１の長手方向に沿って延びており、前記第２ベント部は第２電池セルアセンブリ１０２の長手方向に沿って延びている。言葉を変えれば、ベントカバー５００で、前記第１ベント部は第１電池セルアセンブリ１０１の上面と対面する位置に形成されており、前記第２ベント部は第２電池セルアセンブリ１０２の上面と対面する位置に形成されている。
一例として、図１および図５を参照すると、ベントカバー５００の中心部５１０は上部フレーム２１０の上面と接し、ベントカバー５００の中心部５１０を基準として前記第１ベント部と前記第２ベント部は互いに区分されている。すなわち、板状のベントカバー５００で、前記第１ベント部と前記第２ベント部の間に中心部５１０が位置するが、中心部５１０に対してはベント部５５０のように突出形成された部分がない領域であり得る。
そのため、ベントカバー５００で、前記第１ベント部と前記第２ベント部は中心部５１０によって区分され、図５のように第１電池セルアセンブリ１０１および前記第２電池セルアセンブリ１０２に対するそれぞれのベント流路を形成することができる。すなわち、電池セルアセンブリ１００で発火現象が発生すると互いに区分されるベント流路を介して高温のガスおよび／火炎が排出され、高温のガスおよび／火炎の排出時に他の電池セルアセンブリに対する熱伝達を防止することができる。
また、図１および図５を参照すると、ベントカバー５００で、ベント部５５０の一側は中心部５１０により閉鎖されており、ベント部５５０の他側は外側に向かう方向に開放されている。
これにより、本実施形態による電池モジュール１０００で、ベントカバー５００に流入した高温のガスおよび／または火炎は外側に開放されているベント部５５０の他側に向かって移動して外部に排出されることができる。特に、ベント部５５０で、図１および図５のように前記第１ベント部と前記第２ベント部の他側はそれぞれ互いに逆方向に位置し、第１電池セルアセンブリ１０１のベント流路と第２電池セルアセンブリ１０２のベント流路のベント方向が互いに逆方向に誘導され、高温のガスおよび／火炎の排出時に他の電池セルアセンブリに対する熱伝達を防止することができる。
また、図２および図５を参照すると、上部フレーム２１０はベント部５５０と連通する少なくとも一つのベント孔２１５を含むことができる。ここで、ベント孔２１５は電池セルアセンブリ１００の幅方向（ｙ軸方向）に沿って延びている。
より具体的には、ベント孔２１５は上部フレーム２１０でモジュールフレーム２００の内部に向かって開放されている孔を意味する。言葉を変えれば、上部フレーム２１０で、ベント孔２１５はモジュールフレーム２００の内部のうち一部が露出するように上部フレーム２１０の一部が除去されている領域であり得る。特に、ベント孔２１５は前記第１電池セルアセンブリの一面および前記第２電池セルアセンブリの一面の少なくとも一つに隣接するように位置する領域に向かって開放されている孔であり得る。
これにより、本実施形態による電池モジュール１０００で、一部の電池セルアセンブリ１００の発火現象により発生した高温のガスおよび／または火炎は、圧力差よって上部フレーム２１０に形成されたベント孔２１５を介してベント部５５０の内部に流入することができる。すなわち、ベント部５５０の内部に流入した高温のガスおよび／または火炎は圧力差によって外部に効果的に排出されることができる。
一例として、図２および図５のように、ベント孔２１５は第１ベント孔および第２ベント孔を含み、前記第１ベント孔は第１電池セルアセンブリ１０１の前後面のうち第２電池セルアセンブリ１０２と対面する一面に隣接するように位置し、前記第２ベント孔は第２電池セルアセンブリ１０２の前後面のうち第１電池セルアセンブリ１０１と対面する一面に隣接するように位置し得る。言葉を変えれば、前記第１ベント孔は第１電池セルアセンブリ１０１の上面に対面する位置に形成されているが隔壁部２５１と隣接するように位置し得、前記第２ベント孔は第２電池セルアセンブリ１０２の上面に対面する位置に形成されているが隔壁部２５１と隣接するように位置し得る。
そのため、前記第１ベント孔および前記第２ベント孔が上部フレーム２１０の中心部に隣接するように位置し、ベント孔２１５およびベント部５５０により形成されるベント流路で高温のガスおよび／または火炎が流動する距離を最大化することができ、高温のガスおよび／または火炎がベント部５５０と上部フレーム２１０の間に形成されたベント流路を通過して効果的に冷却され、高温のガスおよび／または火炎がより安全に外部に排出されることができる。
以下では、本発明の一実施形態による電池モジュール１０００に含まれた上部フレーム２１０と下部フレーム２５０を中心に説明する。
図６は図１の電池モジュールの側面を拡大して示す図である。図７は図１の電池モジュールの前面を拡大して示す図である。
図１ないし図３、および図６を参照すると、上部フレーム２１０の側面は上部フレーム２１０を基準として外側方向に向かって折り曲げられている第１外周面２１９を有し、下部フレーム２５０の側面は下部フレーム２５０を基準として外側方向に向かって折り曲げられている第２外周面２５９を有し、第１外周面２１９と第２外周面２５９は互いに接する。ここで外側方向は、モジュールフレーム２００の側面を基準として電池セルアセンブリ１００に向かう方向の逆方向であり得る。
一例として、第１外周面２１９と第２外周面２５９はボルト結合により固定される。ここで、ボルト結合は第１外周面２１９に形成された第１固定孔２１０ｈにボルト、ナットなどのような固定部材２７０により結合されることを意味する。この時、第２外周面２５９にも第１固定孔２１０ｈと対応する位置に孔が形成されている。
また、図１ないし図３、および図７を参照すると、エンドプレート３００はエンドプレート３００を基準として外側方向に向かって折り曲げられている第３外周面３１９を含み得る。ここで、第１外周面２１９は上部フレーム２１０の前後面に沿ってそれぞれ延びており、第１外周面２１９と第３外周面２５９は互いに接し得る。
一例として、第１外周面２１９と第３外周面３１９はボルト結合により固定される。ここで、ボルト結合は第１外周面２１９に形成された第１固定孔２１０ｈにボルト、ナットなどのような固定部材（２７０，図６）により結合されることを意味する。この時、第３外周面３１９の場合にも第１固定孔２１０ｈと対応する位置に孔が形成されている。
そのため、前述したように、上部フレーム２１０と下部フレーム２５０は互いに融点が異なる素材からなり、レーザ溶接のような接合を適用することは難しいが、第１外周面２１９と第２外周面２５９の間のボルト結合のような固定方式によりモジュールフレーム２００の内部を外部環境から効果的に密閉させることができる。
図８は図６における上部フレームおよびベントカバーを除去した図である。図９は図１の電池モジュールの後面を拡大して示すが、上部フレームおよびベントカバーを除去した図である。
図１、図６および図８を参照すると、本実施形態による電池モジュール１０００で、第１外周面２１９および第２外周面２５９の間に第１ガスケット部２９１が位置する。より具体的には、第１ガスケット部２９１は第１外周面２１９と第２外周面２５９の間に沿って延びている。
図１、図７、および図９を参照すると、本実施形態による電池モジュール１０００で、第１外周面２１９および第３外周面３１９の間に第２ガスケット部２９５が位置する。より具体的には、第２ガスケット部２９５は第１外周面２１９と第３外周面３１９の間に沿って延びている。
ここで、第１ガスケット部２９１および第２ガスケット部２９５はそれぞれあらかじめ定まった形状に従って成形または射出されて製造されるか、あらかじめ製造された溶液が塗布されて形成されることができる。
そのため、本実施形態で、第１ガスケット部２９１および第２ガスケット部２９５はそれぞれ上部フレーム２１０と下部フレーム２５０またはエンドプレート３００の間に位置し、上部フレーム２１０と下部フレーム２５０またはエンドプレート３００の間を密封させることができる。特に、上部フレーム２１０と下部フレーム２５０の間にはボルト結合のような固定方式で固定されている点で、第１ガスケット部２９１はボルト結合の間に位置する領域を効果的に密封させることができる。
一例として、第１ガスケット部２９１は互いに離隔している複数の貫通孔２９１ｈを含む。ここで、複数の貫通孔２９１ｈは第１外周面２１９に形成された第１固定孔２１０ｈおよび第２外周面２５９で第１固定孔２１０ｈに対応する位置に形成された孔と同じ位置に形成される。
これにより、本実施形態で、第１ガスケット部２９１は上部フレーム２１０と下部フレーム２５０の間に位置するが、貫通孔２９１ｈを介して上部フレーム２１０および下部フレーム２５０と共に固定されることができ、第１ガスケット部２９１が上部フレーム２１０と下部フレーム２５０の間で離脱することを防止することができる。
以下では、本発明の一実施形態による電池モジュール１０００に含まれたベント弁３５０を中心に説明する。
図１０は本発明の他の一実施形態による電池モジュールの後面を拡大して示す図である。
図１０を参照すると、本発明の他の一実施形態による電池モジュール１０００は、エンドプレート３００に少なくとも一つのベント弁３５０をさらに含むことができる。より具体的には、図１０の（ｂ）のように、ベント弁３５０はエンドプレート３００のうちの少なくとも一部が除去されて形成された孔３００ｈに挿入されている。
ここで、ベント弁３５０は電池モジュール１０００の内部と連結されているが、電池モジュール１０００内の圧力が一定の圧力以上になる場合にのみ外部に向かって開放され、一定の圧力以下になる場合は閉鎖する部材で構成されることができる。一例として、ベント弁３５０はリリーフ弁（Ｒｅｌｉｅｆ Ｖａｌｖｅ）であり得る。ここで、前記リリーフ弁はエンドプレート３００の孔３００ｈを塞ぐ弁栓と前記弁栓に連結されたばねを含み得、電池モジュール１０００内の圧力がばねの弾性力より大きい場合はエンドプレート３００の孔３００ｈが外部に向かって開放される構造を有することができる。ただし、ベント弁３５０はこれに限定されるものではなく、電池モジュール１０００の圧力によって開放および閉鎖できる部材であれば本実施形態に含まれ得る。また、ベント弁３５０は必要に応じて適宜その位置および個数を選択することができる。
これにより、本実施形態による電池モジュール１０００で、電池モジュール１０００内の圧力が過度に大きくなる場合、エンドプレート３００に形成されたベント弁３５０が外部に向かって開放されるにつれて電池モジュール１０００内のガスおよび／または火炎が外部に排出され、電池モジュール１０００の破損を防止することができる。これと共に、電池モジュール１０００内部の圧力が正常範囲に含まれる場合、ベント弁３５０は電池モジュール１０００の内外部を閉鎖することができ、電池モジュール１０００の正常作動時の外部気体あるいは水分が電池モジュール１０００の内部に浸透することを防止することができる。
一方、本実施形態による電池モジュールは一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。
前述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは多様なデバイスに適用することができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
以上、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るものではなく、次の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様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
１００ 電池セルアセンブリ
２００ モジュールフレーム
２１０ 上部フレーム
２５０ 下部フレーム
３００ エンドプレート
４００ ヒートシンク
５００ ベントカバー

Claims (20)

  1. 複数の電池セルがそれぞれ積層されている第１電池セルアセンブリおよび第２電池セルアセンブリを含む電池セルアセンブリ；
    前記電池セルアセンブリの上面および両側面を収容して、前後面が開放されている上部フレーム；
    前記電池セルアセンブリの下面および両側面を収容して、前後面が開放されている下部フレーム；および
    前記第１電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面と前記第２電池セルアセンブリの前後面のうちの外側に隣接する面にそれぞれ位置するエンドプレートを含み、
    前記第１電池セルアセンブリおよび前記第２電池セルアセンブリは、互いに対面する方向に離隔するように配置されており、
    前記上部フレームは、前記下部フレームを構成する素材の融点より高い融点を有する素材からなる、電池モジュール。
  2. 前記上部フレーム上に位置するベントカバーを含み、
    前記ベントカバーは、前記上部フレームの長手方向に沿って延びており、前記上部フレームの上面を基準として外側方向に突出しているベント部を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記上部フレームの上面は、前記ベントカバーの底面を構成する、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記ベント部は、前記電池セルアセンブリの幅方向に沿って複数回折り曲げられている形状を有する、請求項２に記載の電池モジュール。
  5. 前記ベント部は、第１ベント部および第２ベント部を含み、
    前記第１ベント部は、前記第１電池セルアセンブリの長手方向に沿って延びており、
    前記第２ベント部は、前記第２電池セルアセンブリの長手方向に沿って延びている、請求項２に記載の電池モジュール。
  6. 前記ベントカバーの中心部は、前記上部フレームの上面と接し、
    前記ベントカバーの中心部を基準として、前記第１ベント部と前記第２ベント部は互いに区分されている、請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 前記上部フレームは、前記ベント部と連通する少なくとも一つのベント孔を含む、請求項２に記載の電池モジュール。
  8. 前記ベント孔は、第１ベント孔および第２ベント孔を含み、
    前記第１ベント孔は、前記第１電池セルアセンブリの前後面のうちの前記第２電池セルアセンブリと対面する一面に隣接するように位置し、
    前記第２ベント孔は、前記第２電池セルアセンブリの前後面のうちの前記第１電池セルアセンブリと対面する一面に隣接するように位置する、請求項７に記載の電池モジュール。
  9. 前記ベント孔は、前記電池セルアセンブリの幅方向に沿って延びている、請求項７に記載の電池モジュール。
  10. 前記下部フレームは、前記第１電池セルアセンブリと前記第２電池セルアセンブリの間に位置する隔壁部を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  11. 前記上部フレームの側面は、前記上部フレームを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第１外周面を有し、
    前記下部フレームの側面は、前記下部フレームを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第２外周面を有し、
    前記第１外周面と前記第２外周面とは、互いに接する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  12. 前記第１外周面と前記第２外周面とは、ボルト結合により固定される、請求項１１に記載の電池モジュール。
  13. 前記第１外周面および前記第２外周面の間に第１ガスケット部が位置する、請求項１１に記載の電池モジュール。
  14. 前記エンドプレートは、前記エンドプレートを基準として外側方向に向かって折り曲げられている第３外周面を含み、
    前記第１外周面は、前記上部フレームの前後面に沿ってそれぞれ延びており、
    前記第１外周面と前記第３外周面とは、互いに接する、請求項１１に記載の電池モジュール。
  15. 前記第１外周面と前記第３外周面とは、ボルト結合により固定される、請求項１４に記載の電池モジュール。
  16. 前記第１外周面および前記第３外周面の間に第２ガスケット部が位置する、請求項１５に記載の電池モジュール。
  17. 前記エンドプレートは、少なくとも一つのベント弁を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  18. 前記上部フレームは、スチール素材からなっており、
    前記下部フレームは、アルミニウム素材からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  19. 前記下部フレームの下部に位置するヒートシンクをさらに含み、
    前記ヒートシンクは前記下部フレームの底面に向かう方向の逆方向に陥没している陥没部を含み、
    前記下部フレームの底面は、前記ヒートシンクの上面を構成する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  20. 請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む、電池パック。
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