JP2023538656A - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Abstract

Figure 2023538656000001
本発明は、火事やガス爆発に対する安全性を高めたバッテリーモジュールを開示する。このような目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルを内部に収容し、前記複数のバッテリーセルから排出されたガスを外部へ排出する排出口が形成されたセル収容部、及び前記セル収容部の一側をカバーするように構成され、前記排出口から排出されたガスが流入するガスインレット、前記ガスインレットに流入したガスが移動する通路が形成されたガスチャンネル及び前記ガスチャンネルと連通し、前記セル収容部の外周部と対面する位置に備えられたガスアウトレットが形成されたガスベント部、を備えたモジュールハウジングと、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。

Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、火事やガス爆発に対する安全性を高めたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２１年６月８日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００７４４３３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、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が盛んに行われている。
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り、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、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。
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各々正極活物質と負極活物質に用いる。また、リチウム二次電池は、正極活物質と負極活物質が各々塗布された正極板と負極板とがセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、このような電極組立体を電解液と共に封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
そして、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、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収納されているパウチ型二次電池に分けられる。
特に、最近、電気自動車などに適用される大容量のバッテリーパックの需要が増加しつつある。このような大容量のバッテリーパックは、バッテリーセルを備えたバッテリーモジュールを複数個含む。このように自動車に搭載された大容量のバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールの電気充放電中に、一部のバッテリーモジュールでガス爆発が発生し得る。この際、従来技術では、バッテリーモジュールから排出されるガスの方向性を予測するか、または設定された位置に排出するように制御しにくかった。これによって、バッテリーモジュールから外部へ排出された高温のガス、火炎、スパークが、隣接する他のバッテリーモジュールへ移動し、他のバッテリーモジュールの熱暴走や、または二次ガス爆発を誘発する原因となった。これによって、初期に発生したガス爆発が、連鎖爆発につながるなど、事故の規模と危険がより大きくなる問題が発生した。
そこで、複数のバッテリーモジュールのうち、一部のバッテリーモジュールでガス爆発が発生しても、隣接する他のバッテリーモジュールへのガスの移動を最小化する方策が求められる。
また、大容量のバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルが内部に収容されていることから、一部のバッテリーセルにガス爆発または熱暴走が発生したとき、内部の他のバッテリーセルへ、高温のガス、スパーク（粒子）及び火炎が伝達され、熱暴走または火事が伝播されるという問題があった。
そこで、一つのバッテリーモジュール内に収納されたバッテリーセル間の熱暴走や、火事の伝播を最小化することができる方策が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、火事やガス爆発に対する安全性を高めたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、
複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルを内部に収容し、前記複数のバッテリーセルから排出されたガスを外部へ排出する排出口が形成されたセル収容部、前記セル収容部の一側をカバーするように構成され、前記排出口から排出されたガスが流入するガスインレット、前記ガスインレットに流入したガスが移動する通路が形成されたガスチャンネル及び前記ガスチャンネルと連通し、前記セル収容部の外周部と対面する位置に備えられたガスアウトレットが形成されたガスベント部、を備えたモジュールハウジングと、を含む。
また、前記複数のバッテリーセルは、一方向に積層されてバッテリーセル群を少なくとも二つ以上形成し、
少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群は、互いに離隔して配置され、
少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群は各々、バッテリーセルからガスが排出される場合、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間へガスを排出するように構成され、
前記排出口は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間と対面して位置し、
前記ガスインレットは、前記排出口と連通するように位置し得る。
そして、前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間と対向する方向へ延び、
前記ガスアウトレットは、前記バッテリーセル群の間の空間と対向する方向における前記ガスベント部の端部に形成され得る。
また、前記排出口は、少なくとも二つ以上が前記セル収容部に形成され、
前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上が前記ガスベント部に備えられ、
少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上の前記排出口に各々連通し、少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネルは、前記ガスの移動方向が相違に構成され得る。
さらに、前記セル収容部の内部空間に搭載され、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間に位置し、前記複数のバッテリーセルから排出されたガスが前記排出口への移動をガイドし、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群の間を仕切るように構成された隔壁部を備えた補強ビームをさらに含み得る。
そして、前記補強ビームは、
少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群へ空気が移動可能に構成された連通口が形成され、
前記複数のバッテリーセルからガスが排出される場合、前記連通口を密閉するように構成された開閉部材をさらに含み得る。
さらに、前記補強ビームは、
前記ガスの前記ガスインレットへの移動を誘導するように前記隔壁部から突出した構造を有するガス誘導部が備えられ得る。
また、前記セル収容部と前記ガスベント部は一体に形成され得る。
さらに、前記ガスチャンネルは、
内部に移動するガスと干渉を起こすように構成された複数の突起が所定の間隔で離隔して形成され得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックは、前記バッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含み得る。
また、上記の課題を達成するための本発明による自動車は、前記バッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む。
本発明の一面によれば、本発明は、内部に収容された複数のバッテリーセルから排出されたガスをガスベント部によってセル収容部の外周部と対面する位置へ移動させることができることから、隣接する他のバッテリーモジュールの位置から遠く離れた箇所（即ち、意図された位置）へガスや高温のスパークを排出することができるので、バッテリーパックの内部の複数のバッテリーモジュールが搭載された場合、隣接する他のバッテリーモジュールへ高温のガスが移動することを効果的に減少させることができる。
さらに、本発明は、ガスベント部がセル収容部の一側をカバーするように構成されることでモジュールハウジングの機械的剛性が高くなるので、バッテリーモジュールに外部衝撃が発生する場合、セル収容部に収納された複数のバッテリーセルを安全に保護可能である。
また、本発明の一面によれば、本発明は、少なくとも二つ以上のガスチャンネルが少なくとも二つ以上の排出口と各々連通し、少なくとも二つ以上のガスチャンネルはガスの移動方向が相違に構成されることで、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群のうちいずれか一つから高温のガスが排出される場合、少なくとも二つ以上の排出口のうち隣接する排出口から外部へ排出可能であり、排出口と連通したガスチャンネルは、他のガスチャンネルとガスの移動方向が相違に設定されているため、一つのバッテリーセル群の異常作動によって生成された高温のガスやスパークによって、正常に作動している他のバッテリーセル群の常温を効果的に防止することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのセル収容部の一部を概略的に示した部分斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのガスベント部を概略的に示した底面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのガスベント部を概略的に示した平面図である。 図２のＡ領域によるガスベント部を概略的に示した部分切開斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのセル収容部の内部を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 図８のＢ領域を拡大して概略的に示した部分拡大図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 本発明のさらに他の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 本発明のさらに他の一実施例によるバッテリーモジュールのガスチャンネルの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーモジュールの一部とサイドフレームの一部を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。 本発明の一実施例による自動車を概略的に示した斜視図である。
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モジュールを概略的に示した斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのセル収容部の一部を概略的に示した部分斜視図である。図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのガスベント部を概略的に示した底面図である。図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのガスベント部を概略的に示した平面図である。そして、図６は、図２のＡ領域によるガスベント部を概略的に示した部分切開斜視図である。図１においてＸ軸方向は右方向を示し、Ｙ軸方向は後方向を示し、Ｚ軸方向は上方向を示す。
図１～図６を参照すると、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及びモジュールハウジング１４０を含む。
ここで、前記バッテリーセル１１０は、例えば、エネルギー密度が高くて積層が容易なパウチ型バッテリーセル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２のように、上下方向（Ｚ軸方向）へ立てられて前後方向（Ｙ軸方向）に積層されてバッテリーセル群Ｇ１を形成し得る。しかし、本実施例とは異なり、本発明のバッテリーセル１１０はパウチ型に限定されず、長方体の角形バッテリーセル１１０や円筒形バッテリーセル１１０が使用され得る。
また、前記モジュールハウジング１４０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形成され得る。
さらに、前記モジュールハウジング１４０は、セル収容部１２０及びガスベント部１３０を備え得る。前記セル収容部１２０は、前記複数のバッテリーセル１１０を内部に収容し得る。例えば、前記セル収容部１２０は、バッテリーセル１１０の下部を囲む下部ハウジング１２１とバッテリーセル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。前記上部ハウジング１２２及び下部ハウジング１２１は、ほぼＵ字形のプレート状で設けられ得る。前記上部ハウジング１２２及び下部ハウジング１２１は、各々の縁端部がボルト締め及び／または溶接で相互に結合し得る。
そして、前記セル収容部１２０は、内部に収容された前記複数のバッテリーセル１１０から排出されたガスや高温のスパークを外部へ排出する排出口１２３が形成され得る。例えば、図２及び図３に示したように、二つの排出口１２３が前記上部ハウジング１２２に形成され得る。前記排出口１２３は、前記上部ハウジング１２２の天井部分が前後方向（Ｙ軸方向）へ長く開口した形態を有し得る。前記セル収容部１２０には、二つの排出口１２３ａ、１２３ｂが形成され得る。
また、前記ガスベント部１３０は、前記セル収容部１２０の一側をカバーするように構成され得る。即ち、図２に示したように、前記セル収容部１２０の上部をカバーするように水平方向へ延びたプレート状からなり得る。前記ガスベント部１３０は、前記セル収容部１２０の上面と接合した形態を有し得る。または、前記セル収容部１２０と前記ガスベント部１３０は、互いに分離された構成ではなく一体に形成され得る。前記ガスベント部１３０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得る。前記ガスベント部１３０は、中空の平たい四角のボックス状であり得る。前記ガスベント部１３０は、高温のガスまたは高温のスパークが流入しても変形されにくい耐火性材質から形成されることが望ましい。
さらに、前記ガスベント部１３０は、ガスインレット１３２、ガスチャンネル１３１及びガスアウトレット１３３を備え得る。具体的には、前記ガスインレット１３２は、前記排出口１２３から排出されたガスが流入するように前記ガスベント部１３０の一部が開口されて形成され得る。前記ガスインレット１３２は、前記セル収容部１２０の排出口１２３と連通するように構成され得る。即ち、前記ガスインレット１３２は、開口部分が前記排出口１２３と対面する位置に形成され得る。例えば、図４に示したように、前記ガスインレット１３２は、前記ガスベント部１３０の下面に形成され得る。前記ガスインレット１３２は、前記ガスベント部１３０の左右方向の中心に形成され得る。前記ガスインレット１３２は、前後方向へ長く延びた開口を有し得る。前記ガスベント部１３０は、第１ガスインレット１３２ａ及び第２ガスインレット１３２ｂを備え得る。
そして、前記ガスチャンネル１３１は、前記ガスインレット１３２へ流入したガスが移動する通路が形成された部分であり得る。前記ガスチャンネル１３１は、複数の中空構造を有し得る。前記ガスチャンネル１３１は、長さと幅が上部ハウジング１２２の上面部の長さと幅に対応し得る。前記ガスチャンネル１３１は、内部が空いていることで、ガスが流動するように通路１３７が設けられ得る。また、前記ガスチャンネル１３１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１３４が備えられることで、内部空間が区切られ得る。このようなガスチャンネル１３１は、前記ガスインレット１３２から流入した高温のガス、スパーク、火炎などが狭い通路１３７を移動しながら、エネルギーが分散し、熱が低くなるか、または火炎の規模が小さくなる効果を奏し得る。
例えば、図６に示したように、前記ガスチャンネル１３１の内部は、隔板１３４によって区切られ、前記隔板１３４の間ごとに狭い通路１３７が形成されている。このような複数の狭い通路１３７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１３７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１３７やガスインレット１３２に金属メッシュ網（図示せず）を介在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。
さらに、前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスチャンネル１３１と連通するように構成され得る。前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスチャンネル１３１の狭い通路の末端に形成され得る。前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスベント部１３０の一部が開口されることで形成され得る。即ち、前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスチャンネル１３１の末端部分に形成された開口であり得る。前記ガスアウトレット１３３は、前記セル収容部１２０の外周部と対面する位置に備えられ得る。例えば、前記図５に示したように、前記ガスベント部１３０は、第１ガスアウトレット１３３ａ及び第２ガスアウトレット１３３ｂを備え得る。前記二つのガスアウトレット１３３ａ、１３３ｂは各々、前記セル収容部１２０の左端部と右端部に各々対面する位置に備えられ得る。
例えば、複数のバッテリーモジュール１００が前後方向に配列される場合、前記ガスアウトレット１３３ａ、１３３ｂは、前記ガスベント部１３０の左側端及び右側端のうちいずれか一箇所に位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、内部に収容された複数のバッテリーセル１１０から排出されたガスを前記ガスベント部１３０によって前記セル収容部１２０の外周部と対面する位置へ移動させることができるので、隣接する他のバッテリーモジュールの位置から可能な限り遠く離れた箇所（即ち、意図された位置）からガスを排出可能であるため、バッテリーパック１０００の内部の複数のバッテリーモジュール１００が搭載された場合、隣接する他のバッテリーモジュール１００へ高温のガスが移動することを効果的に減らすことができる。
さらに、本発明は、ガスベント部１３０がセル収容部１２０の一側をカバーするように構成されることでモジュールハウジング１４０の機械的剛性が高くなり、バッテリーモジュール１００に外部衝撃が発生する場合、セル収容部１２０に収納された複数のバッテリーセル１１０を外部衝撃から安全に保護可能である。
一方、図２～図５をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０が一方向（前後方向）へ積層されてバッテリーセル群Ｇ１を形成し得る。前記複数のバッテリーセル１１０は、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２を形成し得る。例えば、前記図２に示したように、本発明のバッテリーモジュール１００は、左右方向へ並んで配置されたバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２を備え得る。
また、前記少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２は、互いに離隔して配置され得る。例えば、図２に示したように、二つのバッテリーセル群Ｇ１は、左右方向の所定の距離で離隔して配置され得る。例えば、前記バッテリーセル群Ｇ１は、構成された複数のバッテリーセル１１０の各々の電極リード１１１（図８参照）が左端部及び右端部に各々備えられ得る。また、前記バッテリーセル群Ｇ１は、左端部及び右端部に電極リードが形成される場合、バッテリーセル１１０の外部へガスが排出される場合、前方及び後方に比べて左側及び右側でガスの排出が行われる可能性が高い。
または、前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２は、一部のバッテリーセル１１０からガスが噴出する場合、前記ガスは前記電極リードが位置した方向へ移動する可能性が高い。即ち、前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２は、前記複数のバッテリーセル１１０が前記電極リード１１１が形成されていない部分を互いに対向するように積層されていることで、相対的に前記複数のバッテリーセルが密集していない前記バッテリーセル群Ｇ１の一側または他側へガスが移動しやすい。
また、図示していないが、前記バッテリーセル群は、電気伝導性の金属を含むバスバーによって電気的に接続され得る。前記バスバーは、金属の棒状またはプレート状であり得る。前記バスバーは、複数のバッテリーセルを電気的に接続するように構成された公知の接続部材が適用され得る。したがって、本発明では、これについての具体的な説明は省略する。
さらに、前記排出口１２３は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間Ｓ（図９参照）と対面して位置し得る。即ち、前記排出口１２３は、前記バッテリーセル群Ｇ１において相対的にガス排出が起こる確率の高い箇所と隣接して形成され得る。例えば、前記バッテリーセル群Ｇ１は、スウェリング現象や熱暴走が発生する場合、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間へガスが排出されるように構成され得る。例えば、前記バッテリーセル群Ｇ１は、パウチ型のバッテリーセル１１０を備える場合、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間からガスが排出されるように構成され得る。例えば、前記バッテリーセル１１０がパウチ型のバッテリーセル１１０である場合、前記バッテリーセル群Ｇ１の間の空間と対面するバッテリーセル１１０のシーリング部は、相対的に他の部分のシーリング部よりもシーリング力が弱く形成され得る。
そして、前記ガスインレット１３２は、前記排出口１２３と連通するように位置し得る。即ち、前記ガスインレット１３２は、バッテリーセル群Ｇ１の一側から排出されたガスの移動動線を最小化するように、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間と対面して位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間へガスを排出するように構成され、前記排出口１２３は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間と対面して位置し、前記ガスインレット１３２は、前記排出口１２３と連通するように位置することで、前記バッテリーセル群Ｇ１へ排出されたガスを隣接する前記排出口１２３から前記セル収容部１２０の外部へ排出可能である。これによって、本発明のバッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０のうち、一部のバッテリーセル１１０からガスが前記バッテリーセル群Ｇ１の間の空間へ排出されても前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間と対面する位置に形成された排出口１２３から最短距離でガスを前記セル収容部１２０の外部へ排出できるので、正常に作動する他のバッテリーセル１１０への高温のガス移動による他のバッテリーセル１１０の熱暴走や連鎖爆発の発生を減らすことができる。
一方、図２～図５をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール１００に備えられたガスベント部１３０のガスチャンネル１３１は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間（図８のＳ）と対向する方向へ延びた形状を有し得る。例えば、図４に示したように、前記ガスベント部１３０は、第１ガスチャンネル１３１ａ及び第２ガスチャンネル１３１ｂを備え得る。前記ガスチャンネル１３１ａ、１３１ｂは、前記ガスベント部１３０の中央を基準にして左方向及び右方向へ各々延びた形態を有し得る。例えば、前記ガスベント部１３０の中央を基準にして、左側に形成された第１ガスチャンネル１３１ａは、左側に形成された第１ガスインレット１３２ａと連通するように構成され得る。前記左側に形成された第１ガスチャンネル１３１は、前記ガスが移動する狭い通路１３７が前記ガスベント部１３０の中央を基準にして左側方向へ延びた形態を有し得る。また、右側に形成された第２ガスチャンネル１３１ｂは、右側に形成された第２ガスインレット１３２ｂと連通するように構成され得る。前記右側に形成された第２ガスチャンネル１３１ｂは、前記ガスが移動する狭い通路１３７が前記ガスベント部１３０の中央を基準にして右側方向へ延びた形態を有し得る。
また、前記ガスアウトレット１３３は、前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間空間と対向する方向の前記ガスベント部１３０の端部に形成され得る。また、前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスベント部１３０の外周部に位置し得る。前記ガスアウトレット１３３は、前記ガスベント部１３０の外周部において、他のバッテリーモジュール１００と対面していない一側に形成され得る。例えば、図５に示したように、ガスアウトレット１３３は、前記ガスベント部１３０の上面に一部が開口されて形成され得る。しかし、必ずしもこのような形態に限定されることではなく、前記ガスアウトレット１３３は、ガスベント部１３０の左側端の左側面または右側端の右側面の一部が開口されて形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、前記ガスチャンネル１３１は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空間と対向する方向へ延び、前記ガスアウトレット１３３は、前記バッテリーセル群Ｇ１の間の空間と対向する方向の前記ガスベント部１３０の端部に形成されることで、前記ガスアウトレット１３３から前記モジュールハウジング１４０の外部へ排出されたガスが前記モジュールハウジング１４０を常温させることによる二次熱暴走または二次ガス爆発の発生を防止することができる。
一方、図２及び図３を参照すると、前記排出口１２３は、少なくとも二つ以上が形成され得る。例えば、図３に示したように、前記上部ハウジング１２２には、左右方向へ並んで形成された第１排出口１２３ａ及び第２排出口１２３ｂが形成され得る。前記第１排出口１２３ａ及び前記第２排出口１２３ｂは、左右方向の所定の距離に互いに離隔して形成され得る。
また、図４をさらに参照すると、前記ガスベント部１３０は、前記ガスチャンネル１３１が少なくとも二つ以上備えられ得る。少なくとも二つ以上のガスチャンネル１３１ａ、１３１ｂは各々、前記セル収容部１２０の少なくとも二つ以上の排出口１２３ａ、１２３ｂと各々連通するように構成され得る。少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネル１３１ａ、１３１ｂは、前記ガスの移動方向が相違に構成され得る。例えば、前記ガスベント部１３０の中央を基準にして左側に位置する第１ガスチャンネル１３１ａは、ガスの移動方向が第１バッテリーセル群Ｇ１が位置する方向である左方向であり得る。前記ガスベント部１３０の中央を基準にして右側に位置する第２ガスチャンネル１３１ｂは、ガスの移動方向が右方向であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネル１３１が少なくとも二つ以上の前記排出口１２３と各々連通し、少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネル１３１は、前記ガスの移動方向が相違に構成されることで、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２のうちいずれか一つから高温のガスが排出される場合、少なくとも二つ以上の排出口１２３のうち隣接する排出口１２３から外部へ排出され、前記排出口１２３と連通したガスチャンネル１３１は、他のガスチャンネル１３１とガスの移動方向が相違に設定されていることで、一つのバッテリーセル群Ｇ２の異常作動によって生成された高温のガスによって正常作動している他のバッテリーセル群Ｇ１が常温することを効果的に防止することができる。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングのセル収容部の内部を概略的に示した斜視図である。図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。そして、図９は、図８のＢ領域を拡大して概略的に示した部分拡大図である。
図７～図９を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１００は、補強ビーム１５０をさらに含み得る。前記補強ビーム１５０は、前記セル収容部１２０の内部空間に搭載され得る。前記補強ビーム１５０は、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間に位置し得る。例えば、図７に示したように、前記セル収容部１２０の内部空間の中央に前記補強ビーム１５０が位置し得る。そして、前記補強ビーム１５０は、左右方向に配置されたバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間に配置され得る。
また、前記補強ビーム１５０は、前記複数バッテリーセル１１０から排出されたガスの前記排出口１２３への移動をガイドするように構成され得る。前記補強ビーム１５０は、前記複数のバッテリーセル１１０から排出されたガスの前記排出口１２３への移動をガイドし、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間を区切るように構成された隔壁部１５０ａを備え得る。例えば、図７に示したように、前記補強ビーム１５０は、前記下部ハウジング１２１と結合するように構成された結合部１５０ｂ、及び前記結合部１５０ｂから前記排出口１２３が位置した上部に向かって突出した隔壁部１５０ａを備え得る。 前記隔壁部１５０ａは、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２が搭載される収容空間を二つの空間に区切り得る。前記隔壁部１５０ａは、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２のいずれか一つＧ２から排出された高温のガスが残りの他のバッテリーセル群Ｇ１へ移動することを遮断するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、前記複数のバッテリーセル１１０から排出されたガスの前記排出口１２３への移動をガイドし、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間を区切るように構成された隔壁部１５０ａを備えた補強ビーム１５０をさらに含むことで、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２で発生した高温ガスの前記排出口１２３への移動をガイドできる。さらに、前記補強ビーム１５０の隔壁部１５０ａによって、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２のいずれか一つＧ２へ排出された高温のガスＡが残りの他のバッテリーセル群Ｇ１へ移動することを遮断できるので、他のバッテリーセル群Ｇ１への熱暴走やガス爆発の伝播を防止することができる。
図１０及び図１１は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。
図１０及び図１１を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュール１００の補強ビーム１５０は、図９の補強ビーム１５０と比較する場合、空気が移動可能に構成された連通口Ｈが形成され得る。その他の残りの構成は、図９に示したバッテリーモジュール１００の構成と同一であり得る。
具体的には、図１０の前記補強ビーム１５０には、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２へ空気が移動可能に構成された連通口Ｈが形成され得る。前記連通口Ｈは、前記補強ビーム１５０の一部が開口されて形成され得る。または、図１０のように、前記連通口Ｈは、前記補強ビーム１５０の上端が下部に凹んで形成された溝状であり得る。
また、前記補強ビーム１５０は、図１１のように、前記複数のバッテリーセル１１０からガスが排出される場合、前記連通口Ｈを密閉するように構成された開閉部材１５１をさらに含み得る。前記開閉部材１５１は、所定の温度以上に上昇する場合、体積が膨脹する熱膨張素材であり得る。前記開閉部材１５１の熱膨張素材は、例えば、サンゴバン（Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ）社のＦＳ１０００製品の素材であり得る。または、前記熱膨張素材は、所定の温度で体積膨脹する片状黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｆｌａｋｅ）を備え得る。前記開閉部材１５１は、前記連通口Ｈに備えられ得る。前記開閉部材１５１は、前記バッテリーセル１１０から高温のガスが排出される場合、前記熱膨脹素材が昇温して前記連通口Ｈを密閉するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、前記補強ビーム１５０に少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２へ空気が移動可能に構成された連通口Ｈが形成され、前記複数のバッテリーセル１１０からガスが排出される場合、前記連通口Ｈを密閉するように構成された開閉部材１５１をさらに含むことで、バッテリーモジュール１００が正常作動時には少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の間の空気移動を円滑にして、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２の熱平衡がよく行われるようにし得る。そして、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群Ｇ１、Ｇ２のいずれか一群にガス爆発が発生する場合、前記開閉部材１５１によって前記補強ビーム１５０に形成された連通口Ｈを密閉できるので、残りの反対側の正常に作動するバッテリーセル群Ｇ１へ高温のガスが流入することを防止することができる。これによって、本発明は、一部のバッテリーセル１１０のガス爆発による他のバッテリーセル群Ｇ１の二次ガス爆発の誘発を防止することができ、被害を最小化することができる。
図１２は、本発明のさらに他の一実施例によるバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。
図１２を参照すると、さらに他の一実施例によるバッテリーモジュール１００は、図９のバッテリーモジュール１００の補強ビーム１５０とは異なり、前記補強ビーム１５０にガス誘導部１５２がさらに備えられ得る。しかし、その他の残りの構成は、図９のバッテリーモジュール１００の構成と同一であり得る。
具体的には、図１２の補強ビーム１５０は、前記ガスＡの前記ガスインレット１３２への移動を誘導するようにガス誘導部１５２が備えられ得る。前記ガス誘導部１５２は、前記隔壁部１５０ａから突出した構造を有し得る。例えば、図１２に示したように、前記補強ビーム１５０は、前記隔壁部１５０ａの両側面に各々ガス誘導部１５２が備えられ得る。前記ガス誘導部１５２は、前記ガスＡの前記排出口１２３への移動をガイドするように傾斜面を有し得る。前記傾斜面は、前記隔壁部１５０ａから前記排出口１２３に向かって延びた形態を有し得る。しかし、必ずしもこのような形状に限定されることではなく、図示していないが、例えば、前記ガス誘導部１５２は、前記隔壁部１５０ａから前記排出口１２３に向かって延びた曲面を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、前記補強ビーム１５０が前記ガスＡの前記ガスインレット１３２への移動を誘導するように前記隔壁部１５０ａから突出した構造を有するガス誘導部１５２を備えることで、前記バッテリーセル１１０から排出された高温ガスが停滞することなく前記排出口１２３へ移動可能であるため、前記高温のガスによる周辺の他のバッテリーセル１１０の常温を最小化することができる。これによって、バッテリーモジュール１００のもさらなる被害発生を防止することができる。
図１３は、本発明のさらに他の一実施例によるバッテリーモジュールのガスチャンネルの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。
図６及び図９と共に図１３を参照すると、前記ガスチャンネル１３１の内部に高温のガス、スパーク、火炎などと干渉を起こすように構成された複数の突起Ｋが所定の間隔で離隔して形成され得る。このような複数の突起Ｋは、狭い通路１３７の内面から内側方向へ突出した形状を有し得る。また、前記複数の突起Ｋは、ガスＡの移動方向へ傾いた形状を有し得る。即ち、このような複数の突起Ｋは、意図された移動方向へガスＡの移動を許容しながら、ガスＡの移動速度を減少させ得る。また、このような複数の突起Ｋは、ガスが逆方向（意図された方向の反対方向）へ移動してさらにセル収容部１２０の内部へ流入することを防止できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーモジュール１００は、前記ガスベント部１３０の前記ガスチャンネル１３１の内部に、移動するガスＡと干渉を起こすように構成された複数の突起Ｋが所定の間隔で離隔して形成されることで、前記ガスチャンネル１３１を移動するガスの移動速度とガス圧力を効果的に減少させ得る。さらに、前記複数の突起Ｋは、前記ガスチャンネル１３１の意図したガスの移動方向ではなく逆方向へ移動（逆流）することを抑制できるので、前記ガスチャンネル１３１を移動するガスがさらにモジュールハウジングの内部へ流入することを防止することができる。これによって、本発明のバッテリーモジュール１００は、高温のガスがモジュールハウジングの内部へ逆流することによる複数のバッテリーセル１１０の昇温を防止することができる。
図１４は、本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの一部を概略的に示した斜視図である。
図１と共に図１４を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーパック１０００は、少なくとも一つ以上の前記バッテリーモジュール１００と、複数の前記バッテリーモジュール１００を収容するパックケース２００と、を備え得る。前記パックケース２００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、左サイドフレーム２３０と、右サイドフレーム２４０と、前記左サイドフレーム２３０及び前記右サイドフレーム２４０の各々の下部と結合するベースプレート２１０と、前記左サイドフレーム２３０及び前記右サイドフレーム２４０の各々の上部と結合する上部プレート２２０と、前記パックケース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と、を含み得る。
また、前記バッテリーモジュール１００は、図示していないが、例えば、複数の前後方向へ配列され得る。また、前記バッテリーパック１０００の前面部には、前記バッテリーモジュール１００のガスベント部１３０のガスアウトレット１３３と連通する吐出口Ｏが形成され得る。例えば、前記ガスベント部１３０は、前記左サイドフレーム２３０及び前記右サイドフレーム２４０に各々備えられたガス排出流路（図示せず）と連通し得る。そして、前記ガス排出流路の末端は、前記吐出口Ｏと連結され得る。例えば、前記ガス排出流路は、前記左サイドフレーム２３０の延長方向に沿って長く延びたガス通路であり得る。
図１５は、本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーモジュールとサイドフレームの一部を概略的に示した分解斜視図である。そして、図１６は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの内部を概略的に示した部分垂直断面図である。
図１５及び図１６を参照すると、前記右サイドフレーム２４０は、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（左側方向）へ延び、前記ガスベント部１３０と連結されるように設けられたモジュール連結フレーム部２４２と、を含み得る。前記モジュール連結フレーム部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、前記モジュール連結フレーム部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を備える。各バッテリーモジュール１００のガスベント部１３０のガスアウトレット１３３と対面するように位置し得る。各前記吸引口２４４とガスアウトレット１３３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１５及び図１６を参照すると、本実施例の右サイドフレーム２４０のモジュール連結フレーム部２４２は、前記ガスベント部１３０の上部に配置される。言い換えれば、モジュール連結フレーム部２４２は、その一端部がガスチャンネル１３１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１３３ｂに垂直にマッチされることで、ガスベント部１３０と連通した構造をなす。
即ち、バッテリーセル群Ｇ２で発生したガスは、第２排出口１２３ｂからガスベント部１３０へ流入し、ガスチャンネル１３１に沿って右側方向へ水平に移動し、第２ガスアウトレット１３３ｂから上昇して右サイドフレーム２４０へ流入し得る。そして、移動したガスは、さらに右サイドフレーム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、モジュール連結フレーム部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。
したがって、本発明は、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２排出口１２３ｂと第２ガスインレット１３２ｂの垂直連結構造によって一次で移動経路の方向が転換され、ガスチャンネル１３１の内部の複数の狭い通路構造によって二次でスパークまたは火炎が分散し、第２ガスアウトレット１３３ｂと吸引口２４４の垂直連結構造によって三次でスパークまたは火炎の移動方向が転換され得る。これによって、高温のスパークや火炎の移動方向が数回転換されて分散する過程によって高温のスパークや火炎が消失することで、スパークと火炎がパックケース２００の外部へ排出されないように防止することができる。窮極的には、本発明のバッテリーパック１０００は、バッテリーパック１０００の外部周辺の火事危険を大幅低下させることができる。
また、図示していないが、左サイドフレーム２３０は、右サイドフレームと同様に、前記ガスベント部１３０の第１ガスアウトレット１３３ａと連通する吸引口を備え得る。前記左サイドフレーム２３０は、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と、前記垂直フレーム部から水平方向（右側方向）へ延び、前記ガスベント部１３０と連結される設けられたモジュール連結フレーム部と、を含み得る。前記モジュール連結フレーム部は、中空構造に形成されることで内部にガス移動通路を備える。また、前記モジュール連結フレーム部２４２は、前方カバー２５０側の一端部に一つの吐出口Ｏを備える。前記左サイドフレーム２３０の前記吸引口は、各バッテリーモジュール１００のガスベント部１３０のガスアウトレット１３３と対面するように位置し得る。
図１７は、本発明の一実施例による自動車を概略的に示した斜視図である。
図１と共に図１７を参照すると、本発明の一実施例による自動車１０は、少なくとも一つ以上の前記バッテリーモジュール（図示せず）を含み得る。前記自動車は、例えば、少なくとも一つ以上の前記バッテリーモジュールを搭載したバッテリーパック１０００を収容する収容空間を有する車体を含み得る。例えば、前記自動車は、電気自動車、電気スクーター、電動車椅子または電気バイクなどであり得る。
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。
１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
１２０ セル収容部
１２１ 下部ハウジング
１２２ 上部ハウジング
１２３ 排出口
１３０ ガスベント部
１３１ ガスチャンネル
１３２ ガスインレット
１３３ ガスアウトレット
１３４ 隔板
１３７ 通路
１４０ モジュールハウジング
１５０ 補強ビーム
１５１ 開閉部材
１５２ ガス誘導部

Claims (11)

  1. 複数のバッテリーセルと、
    前記複数のバッテリーセルを内部に収容し、前記複数のバッテリーセルから排出されたガスを外部へ排出する排出口が形成されたセル収容部と、前記セル収容部の一側をカバーするように構成され、前記排出口から排出されたガスが流入するガスインレット、前記ガスインレットに流入したガスが移動する通路が形成されたガスチャンネル及び前記ガスチャンネルと連通し、前記セル収容部の外周部と対面する位置に備えられたガスアウトレットが形成されたガスベント部と、を備えたモジュールハウジングと、
    を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記複数のバッテリーセルは、一方向に積層されてバッテリーセル群を少なくとも二つ以上形成し、
    少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群は、互いに離隔して配置され、
    少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群は各々、バッテリーセルからガスが排出される場合、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間へガスを排出するように構成され、
    前記排出口が、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間と対面して位置し、
    前記ガスインレットが、前記排出口と連通するように位置することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間の空間と対向する方向へ延び、
    前記ガスアウトレットは、前記バッテリーセル群の間の空間と対向する方向における前記ガスベント部の端部に形成されたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記排出口は、少なくとも二つ以上が前記セル収容部に形成され、
    前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上が前記ガスベント部に備えられ、
    少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネルは、少なくとも二つ以上の前記排出口に各々連通し、少なくとも二つ以上の前記ガスチャンネルは、前記ガスの移動方向が相違に構成されたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記セル収容部の内部空間に搭載され、少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群の間に位置し、前記複数のバッテリーセルから排出されたガスの前記排出口への移動をガイドし、少なくとも二つ以上のバッテリーセル群の間を仕切るように構成された隔壁部を備えた補強ビームをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記補強ビームは、
    少なくとも二つ以上の前記バッテリーセル群へ空気が移動可能に構成された連通口が形成され、
    前記複数のバッテリーセルからガスが排出される場合、前記連通口を密閉するように構成された開閉部材をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記補強ビームは、
    前記ガスの前記ガスインレットへの移動を誘導するように前記隔壁部から突出した構造を有するガス誘導部が備えられたことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記セル収容部と前記ガスベント部が、一体に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モジュール。
  9. 前記ガスチャンネルは、
    内部に、移動するガスと干渉を起こすように構成された複数の突起が所定の間隔で離隔して形成されたことを特徴とする、請求項１に記載ンバッテリーモジュール。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むことを特徴とする、バッテリーパック。
  11. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むことを特徴とする、自動車。
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