JP2023540109A

JP2023540109A - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック

Info

Publication number: JP2023540109A
Application number: JP2023514812A
Authority: JP
Inventors: クワンモ・キム; ジュンヨブ・ソン; ヘミ・ジュン; ダヨン・ビュン
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-09-21
Also published as: WO2022154431A1; CN216850075U; US20230318128A1; EP4184696A1; CN114765286A; EP4184696A4

Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、および前記電池セル積層体の前面および後面をカバーするエンドプレートを含む。前記モジュールフレームおよび前記エンドプレートの少なくとも一つはガスおよび火炎の排出のためのベンティング部を含む。前記ベンティング部は、前記ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導する形態である。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１月１５日付韓国特許出願第１０－２０２１－０００５８３３号および２０２２年１月４日付韓国特許出願第１０－２０２２－００００７９８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が強化され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。

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化するにつれて、前記のようなモバイル機器と関連する分野の技術に対する開発が活発に進められている。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用いられるため、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在、商用化されている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、その中で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きず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギ密度が高い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および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。

一般に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内蔵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内蔵されているパウチ型二次電池に分類することができる。

小型機器に用いら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用いら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（Ｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。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。一つ以上の電池モジュールはＢＤＵ（ＢａｔｔｅｒｙＤｉｓｃｏｎｎｅｃｔＵｎｉｔ）、ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、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取り付けられて電池パックを形成することができる。

図１は従来の電池モジュールを示す斜視図である。

図１を参照すると、従来の電池モジュール１０は、電池セル積層体（図示せず）をモジュールフレーム２０に収納した後モジュールフレーム２０の開放された部分にエンドプレート４０を接合して製造されることができる。この時、エンドプレート４０にはターミナルバスバーの一部を露出させるターミナルバスバー開口部４１Ｈおよびモジュールコネクタの一部を露出させるモジュールコネクタ開口部４２Ｈが形成されることができる。ターミナルバスバー開口部４１Ｈは電池モジュール１０のＨＶ（Ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内するためのものであり、ターミナルバスバー開口部４１Ｈを介して露出したターミナルバスバーが他の電池モジュールやＢＤＵ（ＢａｔｔｅｒｙＤｉｓｃｏｎｎｅｃｔＵｎｉｔ）と連結されることができる。モジュールコネクタ開口部４２Ｈは電池モジュール１０のＬＶ（Ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内するためのものであり、モジュールコネクタ開口部４２Ｈを介して露出したモジュールコネクタがＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）と連結されて電池セルの電圧情報や温度情報などを伝達することができる。

図２は図１の電池モジュールが取り付けられた従来の電池パックにおいて、電池モジュールの発火時の様子を示す図である。図３は図２の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って切断した断面であり、従来の電池モジュールの発火時の隣接する電池モジュールに影響を及ぼす火炎の様子を示す断面図である。

図１ないし図３を参照すると、従来の電池モジュール１０は複数の電池セル１１が積層された電池セル積層体、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム２０、電池セル積層体の前後面に形成されたエンドプレート４０を含む。

過充電をはじめとして電池セルに物理的、熱的、電気的な損傷が発生する時電池セル１１の内部圧力が増加して電池セル１１の融着強度の限界値を超える場合、電池セル１１で発生した高温の熱、ガスおよび火炎が電池セル１１の外部に排出され得る。

この時、高温の熱、ガスおよび火炎はエンドプレート４０に形成された開口部４１Ｈ，４２Ｈを通って排出されるが、エンドプレート４０同士が互いに向かい合うように複数の電池モジュール１０を配置する電池パック構造において、電池モジュール１０から噴出した高温の熱、ガスおよび火炎などが隣り合う電池モジュール１０に影響を及ぼし得る。そのため、隣り合う電池モジュールのエンドプレート４０に形成されたターミナルバスバーなどが損傷する恐れがあり、高温の熱、ガスおよび火炎が隣り合う電池モジュール１０のエンドプレート４０に形成された開口部を通って電池モジュール１０の内部に入って複数の電池セル１１をはじめとするその他電装品に損傷を負わせ得る。のみならず、これは隣り合う電池モジュール１０の熱伝播につながって、電池パック内での連鎖的な発火が発生する。

そこで、電池モジュール内で熱伝播（Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が発生する時、隣り合う電池モジュールに及ぼす影響を最小化できるように、高温の火炎を制御できる技術開発が求められる実情である。

本発明が解決しようとする課題は、電池モジュール内で発火現象が発生する場合、火炎の排出経路を制御できる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。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。

前記ベンティング部は、前記モジュールフレームまたは前記エンドプレートの少なくとも一つに形成された貫通口、前記貫通口をカバーする第１カバー部、および前記第１カバー部の一側に形成されて前記貫通口と連通された第１開口部を含み得る。

前記第１カバー部の面積は、前記貫通口の開口面積より大きくてもよい。

前記貫通口の開口方向と前記第１開口部の開口方向が相異なってもよい。

前記貫通口の開口方向と前記第１開口部の開口方向が互いに垂直であり得る。

前記ベンティング部は、前記貫通口を基準として前記第１カバー部の反対側に位置した状態で前記貫通口をカバーする第２カバー部、および前記第２カバー部の一側に形成されて前記貫通口と連通された第２開口部をさらに含み得る。

前記第２カバー部の面積は、前記貫通口の開口面積より大きくてもよい。

前記貫通口の開口方向と前記第２開口部の開口方向が相異なってもよい。

前記貫通口の開口方向と前記第２開口部の開口方向が互いに垂直であり得る。

前記第１カバー部と前記第２カバー部によって前記ガスおよび前記火炎の排出経路が少なくとも２回折れ得る。

前記ベンティング部は前記モジュールフレームまたは前記エンドプレートの少なくとも一つの面と平行な方向に前記ガスおよび前記火炎の排出を誘導し得る。

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体と前記エンドプレートの間に位置する絶縁カバーをさらに含み得、前記ベンティング部が前記エンドプレートに形成され得、前記絶縁カバーのうち前記ベンティング部と対応する位置に絶縁カバー開口部が形成され得る。

本発明の実施形態によれば、電池モジュール内で発生した火炎の排出経路が一直線にならないように実現することによって、ガス排出機能に影響を及ぼすことなく、火炎排出を効果的に規制することができる。

また、直進性向が強い火炎の性質を考慮すると、火炎の排出経路が一直線にならないようにして、隣り合う電池モジュールに直接被害を与えること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るものである。

従来の電池モジュールを示す斜視図である。図１の電池モジュールが取り付けられた従来の電池パックにおける電池モジュールの発火時の様子を示す図である。図２の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って切断した断面を示す断面図である。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４の電池モジュールに対する分解斜視図である。図５の電池モジュールに含まれた電池セルを示す斜視図である。図４の電池モジュールの第２エンドプレートが正面から見られるように角度を異にして示す斜視図である。本発明の一実施形態によるエンドプレートおよび絶縁カバーを示す斜視図である。図８の切断線Ａ－Ａ’を沿って切断した様子を示す断面斜視図である。図９の切断されたエンドプレートおよび絶縁カバーをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に見た断面図である。図８のエンドプレートおよび絶縁カバーに対して電池セル積層体と向き合う面が見られるように角度を異にして示す斜視図である。本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図１２の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。本発明の変形された一実施形態によるエンドプレートおよび絶縁カバーを示す斜視図である。図１４の切断線Ｃ－Ｃ’を沿って切断した様子を示す断面斜視図である。図１５の切断されたエンドプレートおよび絶縁カバーをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に見た断面図である。図１４のエンドプレートおよび絶縁カバーに対して電池セル積層体と向き合う面が見られるように角度を異にして示す斜視図である。

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、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、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」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。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、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。

図４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５は図４の電池モジュールに対する分解斜視図である。図６は図５の電池モジュールに含まれた電池セルを示す斜視図である。

図４ないし図６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１００ａは、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００、および電池セル積層体１２０の前面および後面をカバーするエンドプレート４１０，４２０を含む。

まず、図６を参照すると、電池セル１１０はパウチ型電池セルであることが好ましい。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が互いに対向してセル本体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の外部に突出する。

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を接着することにより製造されることができる。換言すれば、本実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部１１４ｓａ，１１４ｓｂ，１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ，１１４ｓｂ，１１４ｓｃは熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、残りの他の一側部は連結部１１５からなる。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。

また、連結部１１５は電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びることができ、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が形成されることができる。また、突出した電極リード１１１，１１２を間に置いてセルケース１１４が密封され、電極リード１１１，１１２とセル本体１１３の間にテラス（Ｔｅｒｒａｃｅ）部１１６が形成されることができる。すなわち、電池セル１１０は、電極リード１１１，１１２が突出した方向にセルケース１１４から延長形成されたテラス部１１６を含む。

電池セル１１０は複数個で構成されることができ、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。図５を参照すると、電池セル１１０がｙ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。電極リード１１１が突出した方向（ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の一面には第１バスバーフレーム３１０が位置し得る。具体的に図示していないが、他の電極リード１１２が突出する方向（－ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の他面に第２バスバーフレームが位置し得る。電池セル積層体１２０および第１バスバーフレーム３１０はモジュールフレーム２００に共に収容されることができる。モジュールフレーム２００はモジュールフレーム２００の内部に収容された電池セル積層体１２０およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護することができる。

一方、電極リード１１１，１１２が突出した方向（ｘ軸方向、－ｘ軸方向）に、モジュールフレーム２００が開放されることができ、このようなモジュールフレーム２００の開放された両側にそれぞれエンドプレート４１０，４２０が位置することができる。２個のエンドプレート４１０，４２０をそれぞれ第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０という。第１エンドプレート４１０が第１バスバーフレーム３１０を覆ってモジュールフレーム２００と接合されることができ、第２エンドプレート４２０が第２バスバーフレーム（図示せず）を覆うことによりモジュールフレーム２００と接合されることができる。すなわち、第１エンドプレート４１０と電池セル積層体１２０の間に第１バスバーフレーム３１０が位置することができ、第２エンドプレート４２０と電池セル積層体１２０の間に第２バスバーフレーム（図示せず）が位置し得る。また、第１エンドプレート４１０と第１バスバーフレーム３１０の間には電気的絶縁のための絶縁カバー（８００，図４を参照）が位置し得る。

第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は電池セル積層体１２０の前記一面と前記他面をそれぞれカバーするように位置する。第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は外部の衝撃から第１バスバーフレーム３１０およびこれと連結された様々な電装品を保護することができ、このために所定の強度を有するべきであり、アルミニウムのような金属を含むことができる。また、第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０はそれぞれモジュールフレーム２００の対応するエッジと溶接などの方法で接合されることができる。

第１バスバーフレーム３１０は電池セル積層体１２０の一面に位置し、電池セル積層体１２０をカバーすると同時に電池セル積層体１２０と外部機器との連結を案内することができる。具体的には、第１バスバーフレーム３１０にはバスバー、ターミナルバスバーおよびモジュールコネクタの少なくとも一つが取り付けられる。特に、第１バスバーフレーム３１０が電池セル積層体と向き合う面の反対面にバスバー、ターミナルバスバーおよびモジュールコネクタの少なくとも一つが取り付けられる。一例として、図５には第１バスバーフレーム３１０にバスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が取り付けられた様子が示されている。

電池セル１１０の電極リード１１１が第１バスバーフレーム３１０に形成されたスリットを通過した後曲がってバスバー５１０やターミナルバスバー５２０と接合されることができる。バスバー５１０やターミナルバスバー５２０により電池セル積層体１２０を構成する電池セル１１０が直列または並列連結されることができる。また、電池モジュール１００ａの外部に露出するターミナルバスバー５２０により外部機器や回路と電池セル１１０が電気的に連結されることができる。

第１バスバーフレーム３１０は電気的に絶縁である素材を含むことができる。第１バスバーフレーム３１０は、バスバー５１０やターミナルバスバー５２０が電極リード１１１と接合された部分を除いて、バスバー５１０やターミナルバスバー５２０が電池セル１１０と接触することを制限し、ショート発生を防止することができる。

一方、上述したように、電池セル積層体１２０の他面に第２バスバーフレームが位置し得るが、第２バスバーフレームにはバスバー、ターミナルバスバーまたはモジュールコネクタのうちの少なくとも一つが取り付けられる。このようなバスバーに電極リード１１２が接合されることができる。

本実施形態による第１エンドプレート４１０には、ターミナルバスバーまたはモジュールコネクタの少なくとも一つを露出させる開口部が形成されることができる。前記開口部はターミナルバスバー開口部であるかモジュールコネクタ開口部であり得る。一例として、図４および図５に示すように、第１エンドプレート４１０には、ターミナルバスバー５２０を露出させるターミナルバスバー開口部４１０Ｈが形成されることができる。ターミナルバスバー５２０はバスバー５１０と比較すると、上向きに突出した部分をさらに含むが、このような上向きに突出した部分がターミナルバスバー開口部４１０Ｈを介して電池モジュール１００ａの外部に露出することができる。ターミナルバスバー開口部４１０Ｈを介して露出したターミナルバスバー５２０が他の電池モジュールやＢＤＵ（ＢａｔｔｅｒｙＤｉｓｃｏｎｎｅｃｔＵｎｉｔ）と連結されてＨＶ（Ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。

図７は図４の電池モジュールの第２エンドプレートが正面から見られるように角度を異にして示す斜視図である。

図７を参照すると、一例として、第２エンドプレート４２０には、モジュールコネクタ６００を露出させるモジュールコネクタ開口部４２０Ｈが形成されることができる。これは上で言及した第２バスバーフレームにモジュールコネクタ６００が取り付けられたことを意味する。モジュールコネクタ６００は、電池モジュール１００ａの内部に設けられた温度センサや電圧測定部材などと連結されることができる。このようなモジュールコネクタ６００は外部ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）と連結されてＬＶ（Ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成するが、前記温度センサや電圧測定部材が測定した温度情報と電圧程度などを前記外部ＢＭＳに伝達する機能を担当する。

図４、図５および図７に示された第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は例示的な構造であり、本発明の他の実施形態により第１バスバーフレーム３１０にモジュールコネクタが取り付けられて第２バスバーフレームにターミナルバスバーが取り付けられる。そのため第１エンドプレートにモジュールコネクタ開口部が形成されることができ、第２エンドプレートにターミナルバスバー開口部が形成されることができる。

一方、本実施形態によるエンドプレート４１０，４２０は電池セル積層体１２０の前面および後面をカバーし、モジュールフレーム２００は電池セル積層体１２０の上面、下面および両側面をカバーする。ここで、前面は電池セル積層体１２０のｘ軸方向の面を意味し、後面は電池セル積層体１２０の－ｘ軸方向の面を意味する。上面は電池セル積層体１２０のｚ軸方向の面を意味し、下面は電池セル積層体１２０の－ｚ軸方向の面を意味し、両側面はそれぞれ電池セル積層体１２０のｙ軸および－ｙ軸方向の面を意味する。ただし、これは説明の便宜上指称した面であり、対象に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。上述したように、電池セル積層体１２０の前面および後面は電池セル１１０の突出した電極リード１１１，１１２が位置する面であり得る。

本実施形態によれば、モジュールフレーム２００またはエンドプレート４１０，４２０の少なくとも一つはガスおよび火炎の排出のためのベンティング部７００ａを含むことができる。

以下では、図８ないし図１１を参照して、本発明の一実施形態により、第１エンドプレートに形成されたベンティング部について詳しく説明する。説明の繰り返しを避けるために第１エンドプレート４１０を基準として説明するが、第２エンドプレート４２０にも同一ないし類似の構造を適用することができる。

図８は本発明の一実施形態によるエンドプレートおよび絶縁カバーを示す斜視図である。図９は図８の切断線Ａ－Ａ’を沿って切断した様子を示す断面斜視図である。図１０は図９の切断されたエンドプレートおよび絶縁カバーをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に見た断面図である。図１１は図８のエンドプレートおよび絶縁カバーに対して電池セル積層体と向き合う面が見られるように角度を異にして示す斜視図である。

図８ないし図１１を参照すると、本実施形態によるベンティング部７００ａは前記ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導する形態である。すなわち、ベンティング部７００ａはモジュールフレーム２００とエンドプレート４１０，４２０により包まれた電池モジュール１００ａの内部を外部と連結する通路を含み、その通路を通って前記ガスおよび前記火炎が排出されるが、前記通路が一直線のみで構成されるものではなく、折れた部分を含むようにして、前記ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導される。

具体的には、ベンティング部７００ａは、第１エンドプレート４１０に形成された貫通口７１０ａ、貫通口７１０ａをカバーする第１カバー部７２０ａ、および第１カバー部７２０ａの一側に形成されて貫通口７１０ａと連通された第１開口部７３０ａを含むことができる。ここで第１カバー部７２０ａは貫通口７１０ａの一側を完全に密閉するようにカバーするのではなく、一定間隔離隔して位置し、第１カバー部７２０ａが第１エンドプレート４１０の一面から離隔した空間だけ第１開口部７３０ａが形成されることができる。

貫通口７１０ａと第１開口部７３０ａが上で言及したガスと火炎が排出される通路であり得る。

第１カバー部７２０ａは外側で貫通口７１０ａを覆う形態であり得る。また、第１カバー部７２０ａは、第１開口部７３０ａが形成されていない部分では、第１エンドプレート４１０と連結されることができる。このような構造を形成するために第１カバー部７２０ａの面積は貫通口７１０ａの開口面積より大きくてもよい。

１個のベンティング部７００ａに対してｙ軸方向、－ｙ軸方向、ｚ軸方向および－ｚ軸方向に、４個の第１開口部７３０ａが形成されたものが示されているが、第１開口部７３０ａの個数に特に制限はない。また、貫通口７１０ａの開口方向と一致するものでなければ、第１開口部７３０ａの開口方向に制限はない。

従来の電池モジュール１０の場合、上述したように、ターミナルバスバー開口部４１Ｈやモジュールコネクタ開口部４２Ｈを通って高温の熱、ガスおよび火炎などが集中的に排出されて隣り合う電池モジュール１０に損傷を加え得る。

反面、本実施形態による電池モジュール１００ａの場合、別途のベンティング部７００ａが設けられているので、ガスや火炎の排出を分散させて、ターミナルバスバー開口部４１０Ｈやモジュールコネクタ開口部４２０Ｈを通って排出されるガスや火炎を大きく減らすことができる。

また、貫通口７１０ａを覆う第１カバー部７２０ａによって、ガスや火炎が貫通口７１０ａを一直線に通過するものではない。すなわち、図１０に示すように、第１カバー部７２０ａと第１開口部７３０ａを含むベンティング部７００ａはガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導することができる。

具体的には、貫通口７１０ａの開口方向と第１開口部７３０ａの開口方向が相異なってもよい。より具体的には貫通口７１０ａの開口方向と第１開口部７３０ａの開口方向が互いに垂直であり得る。一例として、図１０に示すように、貫通口７１０ａの開口方向はｘ軸と平行な方向であることに対して、第１開口部７３０ａの開口方向はｙｚ平面と平行な方向またはｙｚ平面に近い方向であり得る。そのため、ベンティング部７００ａは第１エンドプレート４１０の一面と平行な方向にガスおよび前記火炎の排出を誘導することができる。

高温のガスの場合、排出経路が折れるように形成されても外部に排出されることに特に制限はない。反面、直進性向が強い火炎やスパークの場合、本実施形態のように、排出経路が折れるように設計すれば隣り合う電池モジュールなどに向かって直接噴射されることを制限することができる。本実施形態によるベンティング部７００ａは火炎が直接排出されることを抑制することができ、たとえ火炎が排出されても方向が規制され、隣接する他の電池モジュールが受ける被害を最小化することができる。すなわち、ガス排出機能は低下せず、かつ火炎による被害は減らすことができる長所を有する。

このようなベンティング部７００ａの個数に特に制限はなく、単数または複数配置されることができる。一例として、図８ないし図１１には３個のベンティング部７００ａが設けられた場合が示されている。

一方、上述したように、第１エンドプレート４１０と第１バスバーフレーム（３１０，図５を参照）の間には電気的絶縁のための絶縁カバー８００が位置することができる。電気的絶縁である素材であれば制限なく絶縁カバー８００に適用することができる。この時、図１１に示すように、絶縁カバー８００のうちベンティング部７００ａと対応する位置に絶縁カバー開口部８００Ｈが形成されることができる。電池モジュール内部の高温のガスや火炎が絶縁カバー開口部８００Ｈとベンティング部７００ａを順に通過して外部に排出されることができる。

以下では、図１２および図１３を参照して、本発明の他の一実施形態により、モジュールフレームに形成されたベンティング部について詳しく説明する。

図１２は本発明の他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１３は図１２の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。

図１２および図１３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１００ｂは、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００およびモジュールフレーム２００に形成されたベンティング部７００ｂを含む。ベンティング部７００ｂはガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導する形態である。すなわち、ベンティング部７００ｂはモジュールフレーム２００とエンドプレート４１０，４２０により包まれた電池モジュール１００ｂの内部を外部と連結する通路を含み、その通路を通って前記ガスおよび前記火炎が排出されるが、前記通路が一直線のみで構成されるのではなく折れた部分を含むようにして、前記ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導される。

このようなベンティング部７００ｂは、モジュールフレーム２００に形成された貫通口７１０ｂ、貫通口７１０ｂをカバーする第１カバー部７２０ｂ、および第１カバー部７２０ｂの一側に形成されて貫通口７１０ｂと連通された第１開口部７３０ｂを含む。先立って説明した内容と同様に、ここで第１カバー部７２０ｂは貫通口７１０ｂの一側を完全に密閉するようにカバーするのではなく、一定間隔離隔して位置し、第１カバー部７２０ｂがモジュールフレーム２００の一面から離隔した空間だけ第１開口部７３０ａが形成されることができる。

貫通口７１０ｂと第１開口部７３０ｂが上で言及したガスと火炎が排出される通路であり得る。

第１カバー部７２０ｂは外側で貫通口７１０ｂを覆う形態であり得る。また、第１カバー部７２０ｂは、第１開口部７３０ｂが形成されていない部分では、モジュールフレーム２００と連結されることができる。このような構造を形成するために第１カバー部７２０ｂの面積は貫通口７１０ｂの開口面積より大きくてもよい。

エンドプレート４１０，４２０に形成されたベンティング部７００ａと同様に、本実施形態によるベンティング部７００ｂは第１カバー部７２０ｂと第１開口部７３０ｂを含み、ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導することができる。

具体的には、貫通口７１０ｂの開口方向と第１開口部７３０ｂの開口方向が相異なってもよい。より具体的には貫通口７１０ｂの開口方向と第１開口部７３０ｂの開口方向が互いに垂直であり得る。一例として、図１３に示すように、貫通口７１０ｂの開口方向はｚ軸と平行な方向であることに対して、第１開口部７３０ｂの開口方向はｘｙ平面と平行な方向またはｘｙ平面に近い方向であり得る。そのため、ベンティング部７００ｂはモジュールフレーム２００の一面と平行な方向にガスおよび前記火炎の排出を誘導することができる。本実施形態によるベンティング部７００ｂはガス排出機能は低下せず、火炎による被害は減らすことができる長所を有する。詳しい内容は先立って説明した内容と重複するため省略する。

一方、モジュールフレーム２００がエンドプレート４１０，４２０に比べて相対的に広い面積を有し得るためにエンドプレート４１０，４２０に形成された場合よりベンティング部７００ｂの個数を増やすことができる。また、第１開口部７３０ｂの開口面積も増やすことができる。増えたベンティング部７００ｂの個数や第１開口部７３０ｂの開口面積はガスや火炎の分散により効果的である。

また、ベンティング部７００ｂがモジュールフレーム２００の一面に形成されるものであるから、エンドプレートが位置する方向に排出されるガスや火炎自体を減らすことができる。

特に、図示するように、モジュールフレーム２００の上面にベンティング部７００ｂが形成されるが、この場合、ガスや火炎の排出が電池モジュール１００ｂの上部で起きるように誘導することができる。したがって、主に側面に配置される他の電池モジュールに及ぼす損傷を減らすことができる。

一方、エンドプレート４１０，４２０に形成されたベンティング部７００ａおよびモジュールフレーム２００に形成されたベンティング部７００ｂを区分して説明したが、本発明の他の一実施形態による電池モジュールは、エンドプレート４１０，４２０に形成されたベンティング部７００ａおよびモジュールフレーム２００に形成されたベンティング部７００ｂをすべて含むことができる。

以下では、図１４ないし図１７を参照して、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部について詳しく説明する。説明の繰り返しを避けるために第１エンドプレート４１０を基準として説明するが、モジュールフレーム２００や第２エンドプレート４２０にも同一ないし類似の構造を適用することができる。

図１４は本発明の変形された一実施形態によるエンドプレートおよび絶縁カバーを示す斜視図である。図１５は図１４の切断線Ｃ－Ｃ’を沿って切断した様子を示す断面斜視図である。図１６は図１５の切断されたエンドプレートおよび絶縁カバーをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に見た断面図である。図１７は図１４のエンドプレートおよび絶縁カバーに対して電池セル積層体と向き合う面が見られるように角度を異にして示す斜視図である。

図１４ないし図１７を参照すると、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部７００ｃは、第１エンドプレート４１０に形成された貫通口７１０ｃ、貫通口７１０ｃをカバーする第１カバー部７２０ｃ、および第１カバー部７２０ｃの一側に形成されて貫通口７１０ｃと連通された第１開口部７３０ｃを含む。追加でベンティング部７００ｃは、貫通口７１０ｃを基準として第１カバー部７２０ｃの反対側に位置した状態で貫通口７１０ｃをカバーする第２カバー部７４０ｃおよび第２カバー部７４０ｃの一側に形成されて貫通口７１０ｃと連通された第２開口部７５０ｃをさらに含むことができる。すなわち、本実施形態によるベンティング部７００ｃは、先立って説明したベンティング部７００ａに第２カバー部７４０ｃおよび第２開口部７５０ｃがさらに追加された構成であり得る。第１カバー部７２０ｃと第２カバー部７４０ｃはそれぞれ貫通口７１０ａの一側と他側を完全に密閉するようにカバーするのではなく、一定間隔離隔して位置し得る。第１カバー部７２０ｃが第１エンドプレート４１０の一面から離隔した空間だけ第１開口部７３０ａが形成されることができ、第２カバー部７４０ｃが第１エンドプレート４１０の他面から離隔した空間だけ第２開口部７５０ｃが形成されることができる。

第１開口部７３０ｃ、貫通口７１０ｃおよび第２開口部７５０ｃが上で言及したガスと火炎が排出される通路であり得る。

第２カバー部７４０ｃと第１カバー部７２０ｃは貫通口７１０ｃを間に置いて互いに対向して位置し得る。より具体的には、外側で貫通口７１０ｃを覆う第１カバー部７２０ｃとは異なり、第２カバー部７４０ｃは内側で貫通口７１０ｃを覆う形態であり得る。また、第２カバー部７４０ｃは、第２開口部７５０ｃが形成されていない部分では、第１エンドプレート４１０と連結されることができる。このような構造を形成するために第２カバー部７４０ｃの面積は貫通口７１０ｃの開口面積より大きくてもよい。

１個のベンティング部７００ｃに対してｙ軸方向、－ｙ軸方向、ｚ軸方向および－ｚ軸方向に、４個の第２開口部７５０ｃが形成された場合が表現されているが、第２開口部７５０ｃの個数に特に制限はない。また、貫通口７１０ｃの開口方向と一致するものでなければ、第２開口部７５０ｃの開口方向に制限はない。

貫通口７１０ｃを覆う第１カバー部７２０ｃと第２カバー部７４０ｃによって、ガスや火炎が貫通口７１０ｃを一直線に通過するものではない。すなわち、第１カバー部７２０ｃと第２カバー部７４０ｃによりガスおよび前記火炎の排出経路が少なくとも２回折れることができる。

具体的には、貫通口７１０ｃの開口方向と第２開口部７５０ｃの開口方向が相異なってもよい。より具体的には貫通口７１０ｃの開口方向と第２開口部７５０ｃの開口方向が互いに垂直であり得る。一例として、図１６に示すように、貫通口７１０ｃの開口方向はｘ軸と平行な方向であることに対して、第２開口部７５０ｃの開口方向はｙｚ平面と平行な方向またはｙｚ平面に近い方向であり得る。すなわち、第１カバー部７２０ｃに加えて第２カバー部７４０ｃを配置することによって、ベンティング部７００ｃを通して火炎を排出させる経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど直進性向が強い火炎やスパークを効果的に遮断することができ、瞬間的に噴出する火炎が第２カバー部７４０ｃおよび第１カバー部７２０ｃを順に通過することにより火炎強度が低くなる。換言すれば、本実施形態によるベンティング部７００ｃはより増大した消炎機能を備えることができる。

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たが、このような用語は説明の便宜のためのものであり、対象に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。

前述した本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、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取り付けられて電池パックを形成することができる。

前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用することができる。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に適用できるが、これに制限されず、二次電池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。

１００ａ、１００ｂ電池モジュール
１２０電池セル積層体
２００モジュールフレーム
４１０第１エンドプレート
４２０第２エンドプレート
７００ａ、７００ｂ、７００ｃベンティング部

Claims

複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、および
前記電池セル積層体の前面および後面をカバーするエンドプレートを含み、
前記モジュールフレームまたは前記エンドプレートの少なくとも一つはガスおよび火炎の排出のためのベンティング部を含み、
前記ベンティング部は、前記ガスおよび前記火炎の排出経路が折れるように誘導する形態である、電池モジュール。
前記ベンティング部は、前記モジュールフレームまたは前記エンドプレートの少なくとも一つに形成された貫通口、前記貫通口をカバーする第１カバー部、および前記第１カバー部の一側に形成されて前記貫通口と連通された第１開口部を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
前記第１カバー部の面積は、前記貫通口の開口面積より大きい、請求項２に記載の電池モジュール。
前記貫通口の開口方向と前記第１開口部の開口方向が相異なる、請求項２又は３に記載の電池モジュール。
前記貫通口の開口方向と前記第１開口部の開口方向が互いに垂直である、請求項２から４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記ベンティング部は、前記貫通口を基準として前記第１カバー部の反対側に位置した状態で前記貫通口をカバーする第２カバー部、および前記第２カバー部の一側に形成されて前記貫通口と連通された第２開口部をさらに含む、請求項２から５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記第２カバー部の面積は、前記貫通口の開口面積より大きい、請求項６に記載の電池モジュール。
前記貫通口の開口方向と前記第２開口部の開口方向が相異なる、請求項６又は７に記載の電池モジュール。
前記貫通口の開口方向と前記第２開口部の開口方向が互いに垂直である、請求項６から８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記第１カバー部と前記第２カバー部によって前記ガスおよび前記火炎の排出経路が少なくとも２回折れている、請求項６から９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記ベンティング部は前記モジュールフレームまたは前記エンドプレートの少なくとも一つの面と平行な方向に前記ガスおよび前記火炎の排出を誘導する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記電池セル積層体と前記エンドプレートの間に位置する絶縁カバーをさらに含み、
前記ベンティング部が前記エンドプレートに形成され、
前記絶縁カバーのうち前記ベンティング部と対応する位置に絶縁カバー開口部が形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。
請求項１から１２のいずれか一項による電池モジュールを含む、電池パック。