JP2023537636A - ベンティングガスの温度低減及びスパークの外部排出遮断構造を適用し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、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を収容するパックケースと、前記バッテリーモジュールで発生したガスが前記パックケースの外部へ排出されるように誘導するために設けられたガスベンティング経路に配置される発火防止ベンティングユニットと、を含み、前記発火防止ベンティングユニットは、多孔性の金属から形成された温度低減トンネル部と、前記温度低減トンネル部の入口及び出口の少なくとも一つをカバーするメッシュ網と、を含む。
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熱暴走時、高温のベンティングガスとスパーク（粒子）とが発生してバッテリーパックの外部へ濾過なく排出されるによってバッテリーパック周辺の構造物や他のバッテリーパックに発火が起こることを防止するために安全手段を適用したバッテリーパックに関する。
本出願は、２０２１年５月２６日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００６７８８３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。
最近、ノートブックＰＣ、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増し、ロボット、電気自動車などが商用化するにつれ、反復的な充放電が可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化し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。特に、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ず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
二次電池は、単独で使用される場合もあるが、通常は複数の二次電池が互いに電気的に直列及び／または並列で接続された形態で構成される場合が多い。特に、複数の二次電池は互いに電気的に接続され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し得る。そして、バッテリーモジュールは、単独で使用されるか、または二つ以上が互いに電気的に直列及び／または並列で接続され、バッテリーパックなどのようにより上位水準の装置を構成し得る。
最近、電力不足や環境に優しいエネルギーなどのようなイシューが注目されるにつれ、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。代表的には、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）のようなシステム構築が容易であり、特定の地域や都市などで容易に電力の需給調節が可能である。
エネルギー貯蔵システムに使用されるバッテリーパックの場合、中小型のバッテリーパックに比べて非常に大きい容量が必要となることがある。これによって、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得る。そして、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を非常に狭い空間に密集した形態で構成する場合が多い。
しかし、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場合、火事に弱い。例えば、いずれか一つのバッテリーモジュールで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）状況が発生し、少なくとも一つのバッテリーセルから高温のガスの排出される状況が発生し得る。さらに、このようなガスの排出時、高温のスパークが噴出されることがあり、スパークにはバッテリーセル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。もし、このような高温のスパーク及び高温のガスが酸素と接触する場合、バッテリーパックの火事へ進み得る。
特に、特定のバッテリーセルまたはモジュールで火事が発生する場合、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へ拡散し得る。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ため、火事が発生した場合、鎮圧が容易ではない。さらに、エネルギー貯蔵システムの規模や役割を考慮すると、バッテリーパックの火事発生は、非常に深刻な財産及び人命被害を発生させる恐れがある。そこで、熱暴走状況などが発生しても火事の拡散を防止することが求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱暴走などによって、一部のバッテリーモジュールで高温のガスやスパークが発生しても、バッテリーパック周辺の構造物や他のバッテリーパックの発火が防止可能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する。
但し、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。
上記の課題を達成するための本発明の一面によるバッテリーパックは、
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を収容するパックケースと、前記バッテリーモジュールで発生したガスが前記パックケースの外部へ排出されるように誘導するために設けられたガスベンティング経路に配置される発火防止ベンティングユニットと、を含み、前記発火防止ベンティングユニットは、多孔性の金属から形成された温度低減トンネル部と、前記温度低減トンネル部の入口及び出口の少なくとも一つをカバーするメッシュ網と、を含み得る。
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を収容するパックケースと、前記バッテリーモジュールで発生したガスが前記パックケースの外部へ排出されるように誘導するために設けられたガスベンティング経路に配置される発火防止ベンティングユニットと、を含み、前記発火防止ベンティングユニットは、多孔性の金属から形成された温度低減トンネル部と、前記温度低減トンネル部の入口及び出口の少なくとも一つをカバーするメッシュ網と、を含み得る。
前記メッシュ網は、前記温度低減トンネル部の入口及び出口を各々カバーする入口メッシュ網及び出口メッシュ網を含み得る。
前記温度低減トンネル部は、前記入口メッシュ網と前記出口メッシュ網との間で格子構造で延びて形成された複数のガス移動通路を含み得る。
前記入口メッシュ網または出口メッシュ網の網目サイズは、各前記ガス移動通路の断面サイズよりも小さく形成され得る。
各前記ガス移動通路は、複数の板膜を備え、前記複数の板膜は、各々前記ガス移動通路の天井面から斜めに延びて形成され、互いに離隔して配置された上部板膜と、前記上部板膜と交互に配置され、各々前記ガス移動通路の底面から斜めに延びて形成された下部板膜と、を含み得る。
前記発火防止ベンティングユニットは、前記パックケースの壁面に設けられ、前記ガスベンティング経路の出口を形成するケースホールに脱着可能に設けられ得る。
前記発火防止ベンティングユニットは、前記パックケースの内部で前記ガスベンティング経路に沿って所定の間隔を隔てて複数個が配置され得る。
いずれか一つの前記バッテリーモジュールと隣接する他の一つのバッテリーモジュールとの間に対応する前記ガスベンティング経路に前記発火防止ベンティングユニットが配置され得る。
前記温度低減トンネル部が内部に締まりばめになるように中空構造に形成された外郭フレームをさらに含み得る。
前記外郭フレームは、一側と他側とに一つずつ二つの開放部を有し、前記メッシュ網は、前記二つの開放部のうちいずれか一方の開放部に一体で固定結合し、他方の開放部に回転可能に結合し得る。
前記外郭フレームは、前記パックケースの内部に固定結合し得る。
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールは、連続して配置される二つ以上のバッテリーモジュールであり、前記バッテリーモジュール同士の熱の移動を遮断するために隣接する前記バッテリーモジュールの間に介在する熱伝達遮断ユニットをさらに含み得る。
前記熱伝達遮断ユニットは、第１断熱パッド、金属材質の第１熱伝導性シート、第２断熱パッド、金属材質の第２熱伝導性シート、第３断熱パッドの順に一方向に積層された構造に形成され、前記第１熱伝導性シート及び前記第２熱伝導性シートは、前記パックケースの上面と面接触するように形成され得る。
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むエネルギー貯蔵システムが提供され得る。
本発明によれば、バッテリーモジュールの熱暴走時、高温のベンティングガスとスパークが発生しても、バッテリーパック周辺の外部構造物や他のバッテリーパックの発火を抑制することができる。
具体的には、本発明による発火防止ベンティングユニットの構成によれば、ベンティングガスは、温度が低くなった状態でパックケースの外部へ排出され、高温のスパークは、内部でフィルタリングされることでバッテリーパックの外部へ排出されることが遮断される。したがって、バッテリーパック周辺の構造物や他のバッテリーパックの発火を防止することができる。
その他にも、本発明は他の多様な効果を奏し、これについては各実施構成で説明するか、当業者が容易に類推可能な効果などについては、当該説明を省略する。
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主要構成を概略的に示した図であり、図２は、図１の発火防止ベンティングユニットの分解斜視図であり、図３は、図１の発火防止ベンティングユニットの断面図である。
図１～図３を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１００と、パックケース２００と、発火防止ベンティングユニット３００と、を含む。
前記バッテリーモジュール１００は、一つ以上の二次電池１１０を備えてエネルギーを貯蔵及び供給するように構成され得る。また、バッテリーモジュール１００は、バッテリーパック１０に一つ以上が含まれ得る。特に、バッテリーパック１０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に示したように、バッテリーパック１０に複数含まれ得る。この際、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得る。
バッテリーモジュール１００は、二次電池１１０と、図示していないが、二次電池１１０を電気的に接続するための部品、電圧、温度などをセンシングするための部品、回路基板、コネクター、そしてこれらを収容するためのモジュールハウジングを含み得る。
前記二次電池１１０は、電極組立体、電解液及びパウチ型のケースを含むパウチ型二次電池１１０であり得る。
例えば、複数のパウチ型二次電池１１０が上下方向（Ｚ軸方向）に立てられて水平方向（Ｘ軸方向）に積層されたセル積層体の形態でモジュールハウジングの内部に収納され得る。この際、各パウチ型二次電池１１０の電極リードは、互いに直接接触するか、またはバスバーなどによって電気的に接続され得る。
勿論、二次電池１１０はパウチ型のみならず、他の形態、例えば、電池ケースが金属缶からなる円筒型や角形の二次電池が採用され得る。
前記モジュールハウジングは、一つ以上の二次電池１１０を内部空間に収容可能に構成され得る。
例えば、モジュールハウジングは、上部プレート、下部プレート、両サイドプレートからなる四角管状のハウジングフレームを備え得る。前記ハウジングフレームに含まれる一部のプレート、例えば、下部プレート及び両サイドプレートは、一体化した形態で構成され得る。この場合、下部プレートと両サイドプレートが一体化した形態は、ほぼＵ字状であり得る。
このようなハウジングフレームの限定された内部空間にセル積層体を収納し、二次電池１１０のセルを電気的に接続する。この際、隣接する二次電池１１０のセルの電極リードは、一つのバスバーに溶接する方式で全ての二次電池１１０のセルが直列または並列に接続されるように構成され得る。ここで、バスバーは、金属バー形態の伝導体を意味する。
二次電池１１０のセルの電極リードとバスバーが溶接された部分、即ち、ハウジングフレームの前方及び後方に各々前方カバー及び後方カバーが取り付けられ得る。前方カバー及び後方カバーは、電気的接続部位の短絡危険を防止するように絶縁性材質、例えば、プラスチック材質から形成され得る。また、前方カバーまたは後方カバーは、モジュールの外部ターミナルとコネクターなどを取り付けるための場所として用いられ得る。
パックケース２００は、複数のバッテリーモジュール１００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モジュール１００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。図面の便宜上、図１には、パックケース２００をほぼ直方体のボックス状に簡略に示したが、パックケース２００は、上面を形成する板状体の上部カバー２１０と、底面と壁面を形成する下部カバー２２０と、を備え、上部カバー２１０と下部カバー２２０とは、ボルト締め、フック結合、シーリング、接着などによって相互に結合及び密封されるように構成され得る。
また、パックケース２００は、（図５参照）ケースホール２０１を備える。前記ケースホール２０１は、パックケース２００の一側、例えば、下部カバー２２０の壁面に設けられ得、前記壁面の一領域を穿孔してパックケース２００の内外部へ空気が通うように構成され得る。
前記ケースホール２０１は、バッテリーパック１０の内外部の圧力差をなくすことで、パックケース２００の変形を防止する役割と、バッテリーパック１０の内部の一部のバッテリーモジュール１００でベンティングガスが発生したとき、前記ベンティングガスをバッテリーパック１０の外部へ排出するためのガス排出口の役割と、を果たし得る。このようなケースホール２０１は、バッテリーモジュール１００で発生したベンティングガスがパックケース２００の外部へ排出されるように誘導するためのガスベンティング経路の終端部、即ち、ガスベンティング経路の出口と言える。
発火防止ベンティングユニット３００は、火炎、スパーク、その他の異物が通過しにくく、ベンティングガスは通過しながら温度が低くなるように構成された構成体である。本実施例の発火防止ベンティングユニット３００は、ケースホール２０１に着脱可能に構成され得る。例えば、発火防止ベンティングユニット３００は、前記ケースホール２０１をカバーしてパックケース２００の外側壁面に取り付けられるように構成され得る。図示していないが、ボルトとシーリング材などを用いて発火防止ベンティングユニット３００とパックケース２００との間に十分な固定性と気密性を確保し得る。
具体的には、前記発火防止ベンティングユニット３００は、図２及び図３に示したように、多孔性の金属から形成された温度低減トンネル部３１０と、二つのメッシュ網３２０と、を含む。
前記温度低減トンネル部３１０は、アルミニウムなどのように熱伝導性と剛性が優秀な金属材質から形成され、格子構造で長く延びた複数のガス移動通路３１１を備え得る。そして、前記温度低減トンネル部３１０の入口及び出口は、メッシュ網３２０によってカバーされ得る。
高温のベンティングガスは、このような温度低減トンネル部３１０を通過する過程で熱が温度低減トンネル部３１０の本体に吸収されることで温度が低くなり得る。特に、金属材質の温度低減トンネル部３１０に形成された多孔質構造によって、ベンティングガスと温度低減トンネル部３１０との接触面積が広く確保されていることで、ベンティングガスの放熱量が増加し得る。
また、本実施例の複数の狭いガス移動通路３１１をベンティングガスが通過するとき、ベンティングガスの圧力が増加して速度が速くなる。対流熱伝達係数は、空気の流速に比例する。したがって、圧力増加によるベンティングガスのエネルギー損失、流速増加による対流熱伝達率が高くなり、ベンティングガスが温度低減トンネル部３１０を通過する前とパスした後の前記ベンティングガスの温度差が顕著に大きくなるようになる。そのため、バッテリーパック１０の内部に高温のベンティングガスが発生するとしても、前記ベンティングガスが温度低減トンネル部３１０を経てバッテリーパック１０の外部へ排出されることによって温度が低くなり、バッテリーパック１０の外部の構造物や他のバッテリーパック１０に発火を誘発する要素として作用しにくくなる。また、火炎の場合、前記温度低減トンネル部３１０の複数の狭いガス移動通路３１１でトラップ現象によって移動が抑制または消火され得る。
変形例として、温度低減トンネル部３１０の各ガス移動通路３１１に渦流を促進するための手段として、複数の板膜３１２、３１３が各ガス移動通路３１１にさらに構成されることも可能である。
例えば、図４に示したように、複数の板膜は、上部板膜３１２及び下部板膜３１３を含み、前記上部板膜３１２は、互いに離隔して配置されて各々ガス移動通路３１１の天井面から斜めに延びて形成され、前記下部板膜３１３は、前記上部板膜３１２と交互に配置されて各々ガス移動通路３１１の底面から斜めに延びて形成されるように構成され得る。
このようなガス移動通路３１１の内部構成によれば、図４には、図面の簡素化のためにガス移動通路３１１の一つのみにベンティングガスの流れを示したが、前記ベンティングガスが狭いガス移動通路３１１を通過する過程で渦流が顕著に生成される。したがって、ベンティングガスから温度低減トンネル部３１０へ逃げる熱損失、即ち、対流熱伝達率がさらに増加するようになる。これによって、本変形例による温度低減トンネル部３１０がベンティングガスの温度を低めるのにさらに有利に作用できる。
メッシュ網３２０は、ベンティングガスと共に移動し得る高温のスパークを遮断するための構成であって、温度低減トンネル部３１０の入口及び出口を各々カバーする入口メッシュ網３２０ａ及び出口メッシュ網３２０ｂを含む。ここで、スパークとは、二次電池１１０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を意味する。もし、ベンティングガスの排出時、高温のスパークが濾過されずバッテリーパック１０の外部へ排出されると、バッテリーパック１０の周辺の構造物や他のバッテリーパック１０の発火危険が非常に大きくなる。
従来技術によるバッテリーパック１０の場合にも、異物の流入またはスパークの遮断のための手段としてメッシュ網が適用された例がある。しかし、従来技術の場合、ベンティングガスの噴出時、圧力のためメッシュ網が捻れるか、または穿たれてしまうなど、破損する場合が多かった。本発明の場合、温度低減トンネル部３１０の入口及び出口にメッシュ網３２０を結合することで、上記のようにベンティングガスの噴出圧力が強くてもメッシュ網３２０が破損されにくく構成されている。
例えば、図２及び図３に示したように、温度低減トンネル部３１０の入口及び出口にメッシュ網３２０が結合することで、金属構造物である温度低減トンネル部３１０によってメッシュ網３２０の全領域が支持され、ベンティングガスの圧力にも捩れるか、または穿孔されない。
入口メッシュ網３２０ａ及び出口メッシュ網３２０ｂは、メッシュを形成する各網目サイズが温度低減トンネル部３１０のガス移動通路３１１の断面サイズ（通風口サイズ）よりも非常に小さく構成され得る。これによって、超微細サイズではない一般的なスパーク粒子は、前記入口メッシュ網３２０ａまたは前記出口メッシュ網３２０ｂを通過できず、遮断される。このようなメッシュ網３２０は高温のスパークと接触することから、高温にも熱溶融が起こりにくい金属または耐火性材質（例えば、マイカ）から構成され得る。
したがって、上述したような構成からなる本実施例の発火防止ベンティングユニット３００によれば、バッテリーパック１０の内部で高温のベンティングガスが発生しても高温のスパークは外部へ排出せず、ベンティングガスのみを温度を低めて外部へ排出できるので、バッテリーパック１０の周辺の構造物や他のバッテリーパック１０の発火を防止することができる。
続いて、図５～図１０を参照して本発明の他の実施例によるバッテリーパック２０を説明する。
図５は、本発明の他の実施例によるバッテリーパック２０の主要構成を概略的に示した図であり、図６は、図５のバッテリーモジュール１００と熱伝達遮断ユニット４００を示した図であり、図７は、本発明の他の実施例によるバッテリーパック２０のバッテリーモジュール１００の間の断熱及び放熱構造を示した図であり、図８は、図５の発火防止ベンティングユニット３００Ａを示した斜視図である。
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。
本発明の他の実施例によるバッテリーパック２０は、発火防止ベンティングユニット３００Ａがパックケース２００の内部でガスベンティング経路に沿って所定の間隔を隔てて複数個が設けられるように構成され、バッテリーモジュール１００同士の熱の移動を遮断するための熱伝達遮断ユニット４００をさらに含む。
先ず、熱伝達遮断ユニット４００について説明する。前記熱伝達遮断ユニット４００は、いずれか一つのバッテリーモジュール１００の熱暴走時、隣接するバッテリーモジュール１００へ熱の伝播を遮断するための構成であって、第１断熱パッド４１０と、第１熱伝導性シート４２０と、第２断熱パッド４３０と、第２熱伝導性シート４４０と、第３断熱パッド４５０と、を含み、前述した順に一方向（Ｘ軸方向）に積層された構造で構成され得る。図５及び図６に示したように、複数のバッテリーモジュール１００は、側面部が互いに対向するように Ｘ軸方向へ連続して配置され、互いに隣接する二つのバッテリーモジュール１００の間に一つずつの熱伝達遮断ユニット４００が配置され得る。
第１断熱パッド４１０、第２断熱パッド４３０及び第３断熱パッド４５０は各々、多孔質構造からなるフォーム（ｆｏａｍ）またはセラミック繊維素材から形成されたパッドまたはフィルムで構成され、必要に応じて多様なサイズと形態に製作され得る。本実施例は、第２断熱パッド４３０を二つの単位の第２断熱パッド４３０ａ、４３０ｂに分けたが、これは一例であるだけであり、第２断熱パッド４３０を一つで構成するか、または三つ以上で構成してもよい。
そして、第１熱伝導性シート４２０及び第２熱伝導性シート４４０は、アルミニウムまたはグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）などのように熱伝導性が優秀な素材で薄板状で構成され得る。
具体的には、第１断熱パッド４１０は、図７のように、左側バッテリーモジュール１００の側面部と上面部の一部を囲むように構成され、第１熱伝導性シート４２０は、前記第１断熱パッド４１０に対応するように上端が折り曲げられた形態であり、前記第１熱伝導性シート４２０の上端面は、パックケース２００の上部カバー２１０、即ち、パックケース２００の上面と接触するように構成され得る。
そして、前記第３断熱パッド４５０と第２熱伝導性シート４４０は、第２断熱パッド４３０を基準にして前記第１断熱パッド４１０及び第１熱伝導性シート４２０と対称に設けられ、右側バッテリーモジュール１００の側面部と上面部の一部を囲むように構成され得る。
前記構成によれば、図７に示した左側バッテリーモジュール１００の熱暴走時、前記左側バッテリーモジュール１００の熱は、５段階（１次断熱＞１次熱分散＞２次断熱＞２次熱分散＞３次断熱）を経て右側バッテリーモジュール１００へ伝達される。即ち、第１断熱パッド４１０で熱が遮断され、前記第１断熱パッド４１０から越えてくる熱は第１熱伝導性シート４２０を通してパックケース２００へ伝導される。即ち、第１熱伝導性シート４２０の熱は、相対的に熱容量が非常に大きいパックケース２００へ分散する。また、第１熱伝導性シート４２０の熱は、第２断熱パッド４３０によって２次に遮断され、前記第２断熱パッド４３０を越えてくる熱は、第２熱伝導性シート４４０に通してさらにパックケース２００に分散し、第３断熱パッド４５０によって３次に遮断される。これによって、前記５段階を経る過程で熱のほとんどが遮断されるか、または外部へ逃げるので、左側バッテリーモジュール１００から右側バッテリーモジュール１００へ越えてくる熱は非常に微々たるものといえる。
また、本発明の他の実施例によるバッテリーパック１０は、各バッテリーモジュール１００を、火炎防止ベンティングユニット３００Ａ、熱伝達遮断ユニット４００及びパックケース２００で囲むことで、バッテリーモジュール１００でベンティングガスが発生すると、パックケース２００の内部でベンティングガスの流れが特定の経路に沿って流れるように構成され得る。
例えば、図５に示したように、第２断熱パッド４３０の上端と下端は各々、パックケース２００の上面と下面に接触し、第２断熱パッド４３０の後端（垂直に配置された狭い面）は、パックケース２００の一側壁面に接触するようにし、各バッテリーモジュール１００の上部（＋Ｚ軸方向）、下部（－Ｚ軸方向）、両側面部（±Ｘ軸方向）、後方（＋Ｙ軸方向）へベンティングガスが流れないように阻み、前方（－Ｙ軸方向）へ流れ出てパックケース２００の一側縁部に沿って－Ｘ軸方向へ移動してケースホール２０１から外部へ逃げるガスベンティング経路を構成し得る。この際、他のバッテリーモジュール１００と隣接しない最外郭のバッテリーモジュール１００の側面部を遮蔽するために隔壁Ｗをさらに加え得る。
なお、本発明の他の実施例による発火防止ベンティングユニット３００Ａは、前記ガスベンティング経路に沿って所定の間隔毎に配置され得る。
望ましくは、一部のバッテリーモジュール１００でベンティングガスとスパークとが発生するとしても、他のバッテリーモジュール１００へ高温のスパークが移されることを防止するために、各発火防止ベンティングユニット３００Ａを、いずれか一つのバッテリーモジュール１００と、隣接する他の一つのバッテリーモジュール１００と、の間の対応するガスベンティング経路に配置することがよい。
この際、発火防止ベンティングユニット３００Ａの一面は、第２断熱パッド４３０の前面と接触し、発火防止ベンティングユニット３００Ａの上面と下面、そして他面は各々、パックケース２００の上面と下面、及び－Ｙ軸方向の壁面に接触または密封することで、バッテリーモジュール１００でベンティングガスが発生した場合、前記発火防止ベンティングユニット３００Ａを通過しなければ、ケースホール２０１の外部へ逃げられないように構成し得る。
一方、本発明の他の実施例による火炎防止ベンティングユニット３００Ａは、図８及び図９に示したように、温度低減トンネル部３１０、入口メッシュ網３２０ａ、出口メッシュ網３２０ｂ及び外郭フレーム３３０を含み得る。
即ち、前述した実施例と比較する場合、本実施例の火炎防止ベンティングユニット３００Ａは、パックケース２００の内部に固定結合する外郭フレーム３３０をさらに含む。
前記外郭フレーム３３０は、図９に示したように、中空構造から形成され、一側と他側に一つずつ二つの開放部を有し、前記開放部を通じて温度低減トンネル部３１０を内部に締まりばめによって結合されるように構成され得る。このような外郭フレーム３３０は、温度低減トンネル部３１０を外部衝撃から保護する役割を果たす。また、前記外郭フレームの外側にブラケット（図示せず）を結合するか、または一体で形成して、前記ブラケットとパックケース２００とをボルトで締結する形態で火炎防止ベンティングユニット３００Ａをパックケース２００の内部に固定するのに有用に使用され得る。
そして、メッシュ網３２０は、前記外郭フレーム３３０の二つの開放端に、ボルト締め、溶接、接着のうちのいずれか一つの方式で取り付けられ得る。
他の変形例として、メッシュ網３２０は、外郭フレーム３３０の二つの開放部のいずれか一方の開放部に一体で固定結合され、他方の開放部に回転可能に結合されるように構成され得る。例えば、図１０に示したように、外郭フレーム３３０の一側開放部の上端とメッシュ網３２０の上端とをヒンジ３３３で連結し、メッシュ網３２０を持ち上げることで温度低減トンネル部３１０を外郭フレーム３３０の内部に収納可能に構成され得る。また、温度低減トンネル部３１０を外郭フレーム３３０の内部に収納した後には、メッシュ網３２０を、前記外郭フレーム３３０の一側開放部の下端に設けられた係止爪３３５に、メッシュ網３２０の下端に設けられた係止孔３３４が係止されるように外郭フレーム３３０とメッシュ網３２０が構成され得る。この場合、ボルト締め、溶接、接着方式に比べてメッシュ網３２０の外郭フレーム３３０への組立工程が簡単であるので、追って温度低減トンネル部３１０またはメッシュ網３２０を交替または整備する必要がある場合、リワーク作業が容易になる。
図１１は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーパック３０の主要構成を概略的に示した図である。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーパック３０は、前述した実施例のバッテリーパック１０と比較すると、ガスベンティング経路がパックケース２００の内部で両サイドの縁部に形成されたことと、火炎防止ベンティングユニット３００Ａが各ガスベンティング経路に配置された構成を含む。
図１１に示したように、本実施例の場合、バッテリーモジュール１００でベンティングガスが発生したとき、前記ベンティングガスがバッテリーモジュール１００の前方（－Ｙ軸方向）と後方（＋Ｙ軸方向）とへ漏れて、パックケース２００の両サイドの縁部に沿って移動するように構成されているので、ベンティングガスの外部への排出が前述した実施例に比べてより速かに行われ得る。これによって、本実施例によるバッテリーパック３０は、内部発火が深化することを抑制するのに効果的である。
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一つ以上含み得る。特に、エネルギー貯蔵システムは、大きい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接続された形態で複数個を含み得る。その他にも、本発明によるエネルギー貯蔵システムは、本発明の出願時点における公知のエネルギー貯蔵システムの他の多様な構成要素をさらに含み得る。さらに、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充電ステーションなどの多様な場所や装置に使用可能である。
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、２０ ・・・バッテリーパック
１００ ・・・バッテリーモジュール
１１０ ・・・二次電池
２００ ・・・パックケース
２１０ ・・・上部カバー
２０１ ・・・ケースホール
２２０ ・・・下部カバー
３００、３００Ａ ・・・発火防止ベンティングユニット
３１０ ・・・温度低減トンネル部
３１１ ・・・ガス移動通路
３１２ ・・・上部板膜
３１３ ・・・下部板膜
３２０ ・・・メッシュ網
３２０ａ ・・・入口メッシュ網
３２０ｂ ・・・出口メッシュ網
３３０ ・・・外郭フレーム
３３４ ・・・係止孔
３３５ ・・・係止爪
４００ ・・・熱伝達遮断ユニット
４１０ ・・・第１断熱パッド
４２０ ・・・第１熱伝導性シート
４３０ ・・・第２断熱パッド
４４０ ・・・第２熱伝導性シート
４５０ ・・・第３断熱パッド
１００ ・・・バッテリーモジュール
１１０ ・・・二次電池
２００ ・・・パックケース
２１０ ・・・上部カバー
２０１ ・・・ケースホール
２２０ ・・・下部カバー
３００、３００Ａ ・・・発火防止ベンティングユニット
３１０ ・・・温度低減トンネル部
３１１ ・・・ガス移動通路
３１２ ・・・上部板膜
３１３ ・・・下部板膜
３２０ ・・・メッシュ網
３２０ａ ・・・入口メッシュ網
３２０ｂ ・・・出口メッシュ網
３３０ ・・・外郭フレーム
３３４ ・・・係止孔
３３５ ・・・係止爪
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４１０ ・・・第１断熱パッド
４２０ ・・・第１熱伝導性シート
４３０ ・・・第２断熱パッド
４４０ ・・・第２熱伝導性シート
４５０ ・・・第３断熱パッド
Claims (14)
- 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を収容するパックケースと、
前記バッテリーモジュールで発生したガスが前記パックケースの外部へ排出されるように誘導するために設けられたガスベンティング経路に配置される発火防止ベンティングユニットと、を含み、
前記発火防止ベンティングユニットは、
多孔性の金属から形成された温度低減トンネル部と、前記温度低減トンネル部の入口及び出口の少なくとも一つをカバーするメッシュ網と、を含むことを特徴とする、バッテリーパック。 - 前記メッシュ網が、前記温度低減トンネル部の入口及び出口を各々カバーする入口メッシュ網及び出口メッシュ網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。
- 前記温度低減トンネル部は、
格子構造で延びて形成された複数のガス移動通路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。 - 前記メッシュ網は、網目サイズが各前記ガス移動通路の断面サイズよりも小さく形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。
- 各前記ガス移動通路は、複数の板膜を備え、
前記複数の板膜は、
各々前記ガス移動通路の天井面から斜めに延びて形成され、互いに離隔して配置された上部板膜と、前記上部板膜と交互に配置され、各々前記ガス移動通路の底面から斜めに延びて形成された下部板膜と、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。 - 前記発火防止ベンティングユニットは、
前記パックケースの壁面に設けられ、前記ガスベンティング経路の出口を形成するケースホールに脱着可能に設けら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。 - 前記発火防止ベンティングユニットは、前記パックケースの内部で前記ガスベンティング経路に沿って所定の間隔を隔てて複数個が配置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。
- いずれか一つの前記バッテリーモジュールと、隣接する他の一つのバッテリーモジュールと、の間の対応する前記ガスベンティング経路に、前記発火防止ベンティングユニットが配置さ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。
- 前記温度低減トンネル部が内部に締まりばめになるように、中空構造に形成された外郭フレームをさらに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。
- 前記外郭フレームが、一側と他側に一つずつ二つの開放部を有し、
前記メッシュ網は、前記二つの開放部のうちいずれか一方の開放部に一体で固定結合され、他方の開放部に回転可能に結合されたことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。 - 前記外郭フレームは、前記パックケースの内部に固定結合することを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。
- 前記少なくとも一つのバッテリーモジュールは、連続して配置される二つ以上のバッテリーモジュールであり、
前記バッテリーモジュール同士の熱の移動を遮断するために、隣接する前記バッテリーモジュールの間に介在する熱伝達遮断ユニットをさらに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。 - 前記熱伝達遮断ユニットは、第１断熱パッド、金属材質の第１熱伝導性シート、第２断熱パッド、金属材質の第２熱伝導性シート、第３断熱パッドの順に一方向に積層された構造に形成され、
前記第１熱伝導性シート及び前記第２熱伝導性シートは、前記パックケースの上面と面接触するように形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリーパック。 - 請求項１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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