JP2023540724A - 火事防止性能が向上したバッテリーモジュール - Google Patents

火事防止性能が向上したバッテリーモジュール Download PDF

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Abstract

本発明は、火事の発生または拡散を効果的に防止可能なバッテリーモジュールを開示する。本発明の一面によるバッテリーモジュールは、相互に積層された複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、前記セルアセンブリーを収容するように、下部プレート、側部プレート及び上部プレートを備えて内部空間を形成し、前記側部プレートの内面における少なくとも一部に外側方向へ凹んで形成されたトラップ部を備えるモジュールケースと、を含む。

Description

本発明はバッテリーに関し、より詳しくは、火事発生または拡散が効果的に防止可能なバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック並びにエネルギー貯蔵システムなどに関する。
本出願は、2021年3月4日出願の韓国特許出願第10-2021-0029058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。しかのみならず、場合によっては、一部のバッテリーセルでフレア(flare)などが発生し得る。もし、このようなスパークやフレアなどがバッテリーモジュールの外部へ流出される場合、バッテリーパックの火事を発生させ得る。
特に、バッテリーモジュールの外部には酸素が多量存在し得るため、バッテリーモジュールの外部へスパークなどが排出されると、酸素と接触して火事が誘発される可能性が高い。もし、特定のバッテリーモジュールなどで火事が発生する場合、周辺の他のバッテリーモジュールや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、火事が発生する場合、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、バッテリーパック内部の火事発生は、非常に深刻な財産及び人名被害を発生させる恐れがある。そのため、特定のバッテリーセルやモジュールで熱暴走状況などが発生してスパークやフレアなどが生成しても、これを早期に鎮圧し、バッテリーモジュールやバッテリーパックの火事にまで至らないようにすることが重要である。
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内部でスパークやフレアなどが生成されても火事が効果的に抑制されるように構成されたバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック並びに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モジュールは、相互に積層された複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、前記セルアセンブリーを収容するように、下部プレート、側部プレート及び上部プレートを備えて内部空間を形成し、前記側部プレートの内面における少なくとも一部に外側方向へ凹んで形成されたトラップ部を備えるモジュールケースと、を含む。
ここで、前記セルアセンブリーは、複数のパウチ型二次電池が横たえられた状態で上下方向へ積層されるように構成され得る。
また、前記セルアセンブリーは、前記パウチ型二次電池の電極リードが前記モジュールケースの前後方向に位置し、前記モジュールケースは、前方及び後方の少なくとも一方が開放されるように構成され得る。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、前記モジュールケースの開放部に位置し、前記電極リードと結合するように構成されたバスバーアセンブリーをさらに含み得る。
また、前記モジュールケースは、前記セルアセンブリーでガスが発生したとき、発生したガスが前方及び後方の少なくとも一方へ排出されるように構成され得る。
また、前記トラップ部は、前記側部プレートにおいて少なくとも前後方向の中央部分に形成され得る。
また、前記トラップ部は、少なくとも一部が前方または後方へ進むほど凹んだ部分の深さが深くなるように形成され得る。
また、前記モジュールケースは、前記トラップ部の少なくとも一端部に中央方向へ突出するように形成された突出部をさらに備え得る。
また、前記トラップ部は、少なくとも一端部が前後方向へ凹んで形成され得る。
なお、上記の目的を達成するための本発明の他面によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを含む。
また、上記の目的を達成するための本発明の他面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モジュールを含む。
本発明によると、バッテリーモジュールの火事発生を効果的に防止することができる。
特に、本発明の一面によれば、バッテリーモジュール内に含まれた特定のバッテリーセルで熱暴走現象などによってスパークやフレアなどが発生しても、スパークなどの外部排出を効果的に遮断することができる。
そのため、本発明の一面によれば、スパークなどの外部排出による火事発生を抑制することができる。
さらに、本発明の一実施構成によれば、バッテリーモジュールの外部へガスは容易に排出しながらもスパークなどの流出は防止することができる。これによって、バッテリーモジュールの爆発は防止する一方、バッテリーモジュール外部で火事が発生することを根本的に遮断することができる。
また、本発明の一面によれば、バッテリーモジュールの内部で火事が発生するとしても、火炎の排出を阻止することで火事が拡散せず、迅速に鎮圧することができる。
その他にも本発明は、様々な他の効果を奏し、それについては各実施構成で説明し、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。
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の構成を概略的に示した斜視図である。 図1の一部構成についての分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を上方から見た図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、一部の二次電池でスパークが発生した場合、スパークのトラップ効果を図式化した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、セルアセンブリーを分離して示した斜視図である。 本発明の他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 図7のE1部分の拡大図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 本発明のさらに他の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上面図である。 図15のA6部分についての拡大図である。
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の構成を概略的に示した斜視図であり、図2は、図1の一部構成の分解斜視図である。
図1及び図2を参照すると、本発明によるバッテリーモジュールは、セルアセンブリー100及びモジュールケース200を含む。
前記セルアセンブリー100は、複数の二次電池110(バッテリーセル)を備え得る。二次電池110は、電極組立体、電解液及び電池ケースを備え得る。特に、図1及び図2に示したように、前記セルアセンブリー100に備えられた二次電池110は、パウチ型二次電池110であり得る。但し、二次電池110の他の形態、例えば、円筒型電池や角形電池も本発明のセルアセンブリー100に採用され得る。
複数の二次電池110は、互いに積層された形態でセルアセンブリー100を形成し得る。例えば、図示したように、複数の二次電池110は、上下方向(図面のZ軸方向)へ積層され得る。各々のパウチ型二次電池110は電極リード111を備え、このような電極リード111は、各二次電池110の両端部に位置するか、または一端部に位置し得る。電極リード111が両方へ突出した二次電池110は両方向セルといい、電極リード111が一方へ突出した二次電池は単方向セルといえる。一例で、図1及び図2の実施例に示した二次電池110は両方向セルであって、電極リード111がY軸方向の両端に位置する。但し、本発明によるバッテリーモジュールの二次電池110は、電極リード111がY軸方向の一端、例えば、+Y軸方向の端部のみに位置する形態を有し得る。本発明は、二次電池110の具体的な種類や形態によって制限されず、本発明の出願時点における公知の多様な二次電池110が本発明のセルアセンブリー100に採用され得る。本明細書では、二次電池110が両方向セルである場合を中心にして説明する。
前記モジュールケース200は、内部に空間が形成されており、セルアセンブリー100を収容するように構成され得る。さらに、前記モジュールケース200は、図示したように、下部プレート210、側部プレート220及び上部プレート230を備え得る。モジュールケース200は、少なくとも一部のプレートが一体化して製造されるか、またはボルトや溶接などの締結方式によって相互に結合して構成され得る。例えば、下部プレート210と側部プレート220は互いに一体化して製造されることで、下部ケースを形成し得る。
前記下部プレート210と側部プレート220及び上部プレート230は、内部空間を限定し、当該内部空間にセルアセンブリー100を収容し得る。例えば、下部プレート210及び側部プレート220は、U字状またはボックス状に形成されることで下部ケースを構成し得る。そして、上部プレート230は、このような下部ケースの上部開放端に結合し、セルアセンブリー100の上端をカバーするように構成され得る。上部プレート230は、図示したように、左右両端が折り曲げられた形態で構成され得るが、他の多様な形態に形成されて側部プレート220と結合するように構成され得る。または、モジュールケース200は、下部プレート210、側部プレート220及び上部プレート230が一体化したモノーフレームの形態に形成され得る。
特に、本発明において、前記モジュールケース200は、トラップ部221を備え得る。トラップ部221は、側部プレート220、特に、側部プレート220の内面に形成され得る。そして、トラップ部221は、側部プレート220の内面の少なくとも一部分が外側方向へ凹んで形成され得る。これについては、図3を参照してさらに説明する。
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構成を上方から見た図である。即ち、図3は、図1及び図2のバッテリーモジュールに対して、上部プレート230を除去した状態の上面図であるといえる。
図1~図3を参照すると、前記モジュールケース200の側部プレート220は、左側プレート220L及び右側プレート220Rを備え得る。ここで、左側プレート220L及び右側プレート220Rは、図面においてセルアセンブリー100を中心にしてX軸方向の両端に位置するといえる。特に、側部プレート220は、図3において円で示された部分のように、内面が外側方向へ凹んで形成されたトラップ部221を備え得る。ここで、外側方向とは、バッテリーセルが位置する方向の反対側の方向、即ち、バッテリーモジュールの外側方向を意味し得る。例えば、図3の構成において、左側プレート220Lは、内面の一部が矢印で示されたように、左側方向(+X軸方向)へ凹んで形成されたトラップ部221を備え得る。そして、右側プレート220Rは、内面の一部が矢印で示されたように、右側方向(-X軸方向)へ凹んで形成されたトラップ部221を備え得る。本明細書では、特に説明しない限り、バッテリーモジュールの中心に向かう方向、例えば、セルアセンブリー100が位置する方向を内側方向とし、バッテリーモジュールの外部に向かう方向を外側方向とする。
前記トラップ部221は、側部プレート220の内面を基準にする場合には凹んで形成されているといえ、このように凹んだ部分を形成するために、外面が膨らんで形成され得る。即ち、図1~図3に示したように、側部プレート220は、トラップ部221を形成するために、内面は凹んでおり、外面は突出するように形成され得る。但し、側部プレート220は、厚さが厚く形成される場合、外面が外側方向へ突出しないように形成されることもある。
本発明のこのような構成によれば、モジュールケース200に形成されたトラップ部221によって、高温のスパークやフレア(flare)などがモジュールケース200の外部へ流出することを効果的に防止することができる。これについては、図4を参照してより具体的に説明する。
図4は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、一部の二次電池110でスパークが発生した場合、スパークのトラップ効果を図式化した図である。
図4を参照すると、Kで示されたように、特定の二次電池110からスパークが噴出する場合、噴出されたスパークは、側部プレート220のトラップ部221によって閉じ込められ得る。即ち、二次電池110から噴出したスパークは、モジュールケース200の内部空間へ排出され、モジュールケース200の内部空間に存在するトラップ部221の凹んだ部分内へ流入して凹んだ形状に沿って移動し、凹んだ部分が終わる部分ではその移動が阻止され得る。
例えば、トラップ部221内で、スパークは、図4で矢印で示されたように移動し、A1及びA1’で示されたようにトラップ部221の水平方向の端部で、その移動が阻止されるか、または移動方向が転換され得る。これによって、トラップ部221は、モジュールケース200の内部で発生したスパークなどを内部の凹んだ空間に閉じ込め得る。したがって、スパークなどはモジュールケース200の外部へ排出されない。このような実施効果によれば、スパークなどがモジュールケース200の外部に存在する酸素と接触することを防止して、火事発生の危険を低めることができる。また、この場合、バッテリーモジュールの外部に他の構成要素、例えば、他のバッテリーモジュールなどへスパークなどが移動して、該当バッテリーモジュールに火事が発生することを防止することができる。
前記セルアセンブリー100は、複数のパウチ型二次電池110が横たえられた状態で上下方向へ積層されるように構成され得る。これについては、図5を参照してより具体的に説明する。
図5は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールからセルアセンブリー100を分離して示した斜視図である。
図5を参照すると、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、セルアセンブリー100に含まれた二次電池110はパウチ型二次電池110であって、横たえられた状態で配置され得る。特に、パウチ型二次電池110は、ほぼ二つの表面が広く形成され、二つの広い表面が上方及び下方に向かうように横たえられるように配置され得る。例えば、図5のX-Y平面は、モジュールケース200の下部プレート210と同じ平面を形成し得、このようなX-Y平面上に、最下部に積層された二次電池110の一表面が載置され得る。そして、このように横たえられた形態の二次電池110は、上面と下面が互いに対面するように、上下方向(図面のZ軸方向)へ積層されて配置され得る。
本発明のこのような構成によれば、全ての二次電池110のシーリング部が側部プレート220のトラップ部221に向かうように構成され得る。これによって、いずれかの二次電池110からスパークなどが排出されるとしても、排出されたスパークはトラップ部221によって閉じ込められるように構成され得る。例えば、図5の構成において、上下方向へ積層された二次電池110のいずれかの二次電池110でスパークが発生して、矢印A2及びA2’の方向へ排出されるとしても、排出されたスパークは、側部プレート220のトラップ部221に向かい得る。これによって、積層された全ての二次電池110に対して、スパークの噴出時、トラップ部221の対応が可能になる。
特に、前記セルアセンブリー100は、パウチ型二次電池110の電極リード111がモジュールケース200の前後方向に位置するように構成され得る。例えば、図5を参照すると、前記セルアセンブリー100に備えられた各々のパウチ型二次電池110は、電極リード111が前方(+Y軸方向)または後方(-Y軸方向)に向かるように構成され得る。
また、前記モジュールケース200は、前方及び後方の少なくとも一方が開放されるように構成され得る。例えば、図5の構成を参照すると、モジュールケース200は、前方プレート240及び後方プレート250を備え得る。この際、前方プレート240は、O1で示された部分のように、一部分が開放されるように構成され得る。また、後方プレート250は、O2で示された部分のように、一部分が開放されるように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、セルアセンブリー100からガスと共にスパークが噴出された場合、ガスはモジュールケース200の外部へ円滑に排出しながらも、スパークのモジュールケース200の外部への排出を抑制できる。例えば、図5に示した構成を参照すると、A2及びA2’方向へガスとスパークが排出される場合、ガスは気体としてトラップ部221による流れにかかわらず、前方開放部O1や後方開放部O2へ排出され得る。これによって、セルアセンブリー100からガスが発生しても、モジュールケース200の内部圧力が一定の水準以上に増加することを防止し、バッテリーモジュールの爆発を抑制できる。一方、スパークなどは、固体や液体、ゲル(gel)またはゾル(sol)状などの粒子や物質などを含むことがあり、このような状態のスパークなどは、図4で説明したように、トラップ部221によってその移動が制限され得る。したがって、本発明の構成によれば、バッテリーモジュールの爆発とスパークなどの外部流出を共に防止する効果を達成することができる。
特に、前記実施構成によれば、モジュールケース200においてスパークを阻止するトラップ部221は側部プレート220に備えられ、ガスが排出される開放部O1、O2はモジュールケース200の前方及び/または後方に位置し得る。ここで、トラップ部221は、二次電池110のシーリング部のうち電極リード111が位置しない側面に対面して位置し得る。そして、開放部O1、O2は、二次電池110のシーリング部のうち電極リード111が位置する側面に対面して位置し得る。パウチ型二次電池110において、熱暴走などによって内圧が増加する場合、爆発してガスが排出される部位は、主に、電極リード111が位置しない部分である可能性が非常に高い。即ち、図4の構成において、二次電池110が爆発する場合、爆発部位は±X軸方向の両端(左右側の両端)のシーリング部である可能性が高く、±Y軸方向の両端(前後側の両端)のシーリング部では爆発が起こりにくい。
より具体的には、パウチ型二次電池110は、横たえられた状態で上方から見たとき、ほぼ四角の形状に形成され得る。この際、パウチ型二次電池110は、収納部の周辺を4個のシーリング部が囲むように構成され、電極リード111が位置しない左右側シーリング部(ウィング部)が電極リード111が位置する前後側のシーリング部(テラス部)よりも長く形成される場合が多い。
そのため、爆発によるガスとスパークは、図5の矢印A2及びA2’の方向、即ち、左右側シーリング部(ウィング部)側から噴出される可能性が高い。ところが、前記実施構成によれば、ガスとスパークの噴出部位にトラップ部221が存在し得る。特に、スパークは、開放部O1、O2に向かう前に、トラップ部221を不可欠に経由するようになる。これによって、スパークは、図4に示したように、トラップ部221によってその移動が抑制され得る。したがって、前記実施構成によれば、トラップ部221のスパーク排出効果がさらに向上できる。
一方、図5などの上述した実施例では、セルアセンブリー100の各パウチ型二次電池110の左右側シーリング部が上方へ折り畳まれた形態が示されている。このような構成によれば、セルアセンブリー100の体積を減らすことができる。但し、これは一例にすぎず、本発明が必ずしもこのような形態に限定されることではない。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、図1及び図2に示したように、バスバーアセンブリー300をさらに含み得る。
前記バスバーアセンブリー300は、モジュールケース200の開放部O1、O2に位置し得る。特に、モジュールケース200の開放部O1、O2には、セルアセンブリー100の電極リード111が位置し得る。これによって、バスバーアセンブリー300は、セルアセンブリー100の電極リード111と結合するように構成され得る。
例えば、図2の構成を参照すると、セルアセンブリー100は、Y軸方向の両端に電極リード111が位置し、これに対応してモジュールケース200はY軸方向の両端が開放されるように構成され得る(O1、O2)。そして、このような開放部分O1、O2には、バスバーアセンブリー300が結合し得る。もし、セルアセンブリー100の電極リード111がバッテリーモジュールの一側、例えば、+Y軸方向のみへ突出するように位置するなら、モジュールケース200は、+Y軸方向のみへ開放されるように構成され得る。前記モジュールケース200は、バスバーアセンブリー300が結合する開放部分を除いては、密閉されるように構成され得る。したがって、モジュールケース200の内部でガスが発生する場合、発生したガスはバスバーアセンブリー300が位置する側のみへ排出され得る。
前記バスバーアセンブリー300は、上述したように、モジュールケース200の少なくとも一側、例えば、モジュールケース200の前方及び後方の両端(図2のY軸方向の両端)に位置するように構成され得る。そして、バスバーアセンブリー300は、モジュールバスバー310及びバスバーハウジング320を備え得る。
ここで、モジュールバスバー310は、電気伝導性材質、例えば、銅やニッケルのような金属材質で構成され得る。そして、モジュールバスバー310は、セルアセンブリー100の電極リード111と電気的に接続するように構成され得る。特に、モジュールバスバー310は、電極リード111と直接接触して溶接されるか、またはボルト締めによって結合し得る。そして、このようなモジュールバスバー310は、電極リード111同士を電気的に接続させるか、または電極リード111からセンシングされた電圧情報を外部の制御ユニット、例えば、BMS(Battery Management System)へ伝送し得る。
そして、バスバーハウジング320は、モジュールバスバー310が取り付けられるよう構成され得る。例えば、バスバーハウジング320は、モジュールバスバー310の表面に対応する形態、例えば、平面形状の部分を取付部として備えてモジュールバスバー310が取り付けられるようにし得る。そして、バスバーハウジング320は、取り付けられたモジュールバスバー310がその位置を安定的に維持するように、モジュールバスバー310を支持し得る。例えば、バスバーハウジング320は、ボルトやリベット、溶着、挿入、接着などの多様な締結方式を用いてモジュールバスバー310を結合固定し得る。バスバーハウジング320は、モジュールバスバー310と電気的に導通しないように、プラスチック(ポリマー)のような電気絶縁性材質で構成され得る。そして、バスバーハウジング320は、モジュールケース200、特に、前方プレート240や後方プレート250に結合固定され得る。この際、バスバーハウジング320とモジュールケース200との結合方式は、ボルトやリベット、溶着、挿入、接着などの多様な形態で具現され得る。
前記バスバーハウジング320には、電極リード111が貫通するようにスロット321が形成され得る。通常、結合の安定性のために、モジュールバスバー310は、バスバーハウジング320の外側表面に取り付けられ、電極リード111は、バスバーハウジング320の内側からスロット321を貫通した後、外側に位置したモジュールバスバー310の外面に接触し得る。
スロット321は、電極リード111が容易に貫通されるように、電極リード111の形状に対応する形態に形成され得る。例えば、スロット321は、図示したように、左右方向(図面のX軸方向)へ長く延びるように形成され得る。また、このようなスロット321は、バスバーハウジング320に複数個が形成され得る。パウチ型二次電池110が上下方向(図面のZ軸方向)に積層された場合、電極リード111は、上下方向へ複数個が存在し得る。これによって、スロット321も、図2に示したように、上下方向へ所定の距離で離隔して複数個が配置され得る。
前記スロット321は、電極リード111を貫通させて電極リード111を支持する役割を果たし、さらにベントガスを排出させる役割も果たし得る。スロット321は、電極リード111が通過した状態で、電極リード111の周辺に隙間が存在し得る。そして、モジュールケース200の他の部分は、ほぼ密閉されるように構成され得る。この場合、セルアセンブリー100に含まれた二次電池110の少なくとも一つで熱暴走状況などが発生してベントガスが発生する場合、このようなガスはバッテリーモジュールの内圧を増加させ得る。ところが、前記スロット321には、電極リード111が通過した周辺に隙間が形成されているため、スロット321からバッテリーモジュール内部のガスが外部へ排出され得る。但し、ガス以外のスパークやフレアなどはトラップ部221によって外部への排出が阻止され、これは上述した説明どおりである。
前述した実施例のように、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、モジュールケース200は、セルアセンブリー100でガスが発生したとき、発生したガスが前方及び後方の少なくとも一方へ排出されるように構成され得る。特に、モジュールケース200でガスが外部へ排出される部分は、バスバーアセンブリーのスロット321であり得る。そして、このような構成において、トラップ部221は、モジュールケース200の側部プレート220に形成され得る。即ち、トラップ部221は、モジュールケース200の左側プレート220L及び右側プレート220Rに形成され得る。
本発明のこのような構成によれば、セルアセンブリー100から排出されるガス及びスパークなどがモジュールケース200に外部へ流出される前に、トラップ部221を通るようにし得る。これによって、気体状態のガスはモジュールケース200の外部へ円滑に排出する一方、気体以外の状態のスパークはトラップ部221によってモジュールケース200の外部への排出が阻止される。
本発明によるバッテリーモジュールにおいて、前記トラップ部221は、側部プレート220において少なくとも前後方向の中央部分に形成され得る。これについては、図6を参照してより具体的に説明する。
図6は、本発明の他の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上面図である。
図6の構成において、側部プレート220の前後方向は、±Y軸方向といえる。そして、側部プレート220に対して、前後方向の中心線はA3-A3’線といえる。この際、トラップ部221は、少なくともA3-A3’線には形成されるように構成され得る。
さらに、トラップ部221は、A3-A3’線を中心にして前後方向へ延びるように構成され得る。即ち、図6の構成において、トラップ部221は、前後方向の中心線A3-A3’を基準にして、+Y軸方向及び-Y軸方向へ延びるように構成され得る。この場合、トラップ部221は、複数のパウチ型二次電池110の各々の側部シーリング部、即ち、ウィング(wing)部の中央部分に対面するように位置し得る。
パウチ型二次電池110で内圧増加によって爆発が発生する場合、爆発箇所はシーリング部において長さが相対的に長いウィング部の中央部分である可能性が高い。これによって、前記実施構成によれば、セルアセンブリー100からスパークやフレアなどが噴出する場合、噴出されたスパークやフレアなどがトラップ部221に直ぐ流入できる。
さらに、前記トラップ部221は、側部プレート220の中央部分から前後方向(Y軸方向)へ長く延びた形態で、テラス部S2が位置する部分まで延びて形成され得る。
例えば、図6を参照すると、セルアセンブリー100に備えられたパウチ型二次電池110は、電極組立体が収納される収納部Rと、上部パウチ及び下部パウチが溶着されるシーリング部Sに分けられ得る。特に、シーリング部Sは、ウィング部S1及びテラス部S2を備え、収納部Rを囲むように構成され得る。
この際、トラップ部221は、側部プレート220の中央部分(A3-A3’線)から前後方向へ延び、パウチ型二次電池110のテラス部S2が位置する部分まで、またはそれ以上に延び得る。即ち、トラップ部221は、図6においてA4-A4’線及びA5-A5’線で示した部分のように、少なくともパウチ型二次電池110の収納部Rが終わる部分まで延びるように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、パウチ型二次電池110のウィング部S1の全体にトラップ部221が対面して位置し得る。即ち、側部プレート220のトラップ部221がセルアセンブリー100に備えられたパウチ型二次電池110のウィング部S1全体をカバーするようにし得る。これによって、いずれかのパウチ型二次電池110のウィング部S1でスパークやフレアなどが噴出しても、トラップ部221による移動阻止効果が確実に保障可能である。
前記トラップ部221は、少なくとも一部分が前方または後方へ進むほど、凹み部分の深さが深くなるように形成され得る。これについては、図7及び図8を参照してより具体的に説明する。
図7は、本発明のさらに他の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上面図である。また、図8は、図7のE1部分の拡大図である。本実施例については、前述した実施例との相違点を中心にして説明し、前述した実施例についての説明が同一または類似に適用可能な部分については、詳細な説明を省略する。
先ず、図7を参照すると、トラップ部221は、側部プレート220の前後方向の中心線A3-A3’を基準にして、前側(図7の右側)に位置した部分が、前方(+Y軸方向)に向かうほど凹んだ部分の深さが深くなるように構成され得る。また、トラップ部221は、側部プレート220の前後方向の中心線A3-A3’を基準にして、後側(図7の左側)に位置した部分が、後方(-Y軸方向)に向かうほど凹んだ部分の深さが深くなるように構成され得る。
特に、このような構成において、トラップ部221の内面には傾斜面が形成され得る。例えば、図面において、D2及びD2’で示された部分のように、トラップ部221において前側に位置した部分には、前方(+Y軸方向)に向かうほどその深さが深くなるように傾斜面が形成され得る。また、図面でD1及びD1’で示された部分のように、トラップ部221で後方側に位置した部分には、後方(-Y軸方向)に向かうほどその深さが深くなるように傾斜面が形成され得る。
本発明のこのような構成によれば、トラップ部221によるスパークやフレアなどの阻止効果がより向上できる。特に、二次電池110のウィング部から噴出されたスパークなどは、トラップ部221の傾斜面D1、D1’、D2、D2’に沿って前後方向(±Y軸方向)へ移動し得る。そして、トラップ部221の前後方向の端部に至ると、E1、E1’、E2及びE2’で示された部分でそれ以上移動できず、移動方向が変わり得る。この際、移動方向は90゜よりも大きい角度に折り曲げられ得る。
より具体的には、図8を参照すると、トラップ部221の前後方向の端部E1、E1’、E2及びE2’の角部分の角度は鋭角をなすといえる。しかし、スパークなどの移動方向の観点で見れば、90゜より大きい角度といえる。即ち、図8の(a)を参照すると、トラップ部221内でスパークなどは矢印F1の方向へ移動し、トラップ部221の端部にふつかることによってその方向が転換され、矢印F2の方向へ移動し得る。そして、矢印F1とF2の中心点を一致させると、図8の(b)に示されたようになる。この際、矢印F1とF2がなす角度θは90゜よりも大きい鈍角であるといえる。
したがって、前記実施構成によれば、スパークなどの移動方向が90゜よりも大きい鈍角に転換されるので、トラップ部221がスパークなどの外側方向への移動をより確実に抑制可能である。
一方、図7では、側部プレート220について、外面が内面の傾斜と対応するように傾いた形態を示しているが、本発明は必ずしもこのような形態に限定されることではない。即ち、側部プレート220の内面は、傾くように形成されながらも、外面は扁平に構成され得る。但し、図7に示したように、外面が傾くように形成される場合、側部プレート220を外部から見たとき、中央部分が内側方向へ凹んで形態を有し得る。この際、複数のバッテリーモジュールを水平方向へ積層する場合、側部プレート220の外側の凹んだ部分は、バッテリーモジュール同士の間の空間であって、冷却空気などが流通する流路として活用され得る。
前記トラップ部221は、内面に凹凸が形成されるように構成され得る。これについては、図9を参照してより具体的に説明する。
図9は、本発明の他の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上面図である。図9についても、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図9を参照すると、トラップ部221は、Gで示されたように、内側表面に外側方向へ凹んだ形態の溝が複数個が形成され、凹凸を有するように構成され得る。特に、トラップ部221は、側部プレート220の前後方向の中心線A3-A3’を基準にして、前部に複数の溝が形成され、後部にも複数の溝が形成されるように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、トラップ部221の内面に形成された凹凸、即ち、複数の溝Gによってスパークなどの移動が阻止され得る。これによって、スパークなどがモジュールケース200の開放部O1、O2を経て外部へ排出されることがより抑制される。
特に、各々の溝Gは、前後方向の中心線A3-A3’を基準にして前後方向へ進むほど凹んだ部分の深さが深くなるように形成され得る。即ち、トラップ部221に形成された複数の溝Gは、図9において、D3で示されたように、各々傾斜面が形成され、このような傾斜面D3は、ガスの流れ方向である前後方向へ進むほど深さが深くなるように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、各々の溝毎にスパークなどの移動方向が直角よりも大きい角度(鈍角)に転換され得る。これによって、トラップ部221によるスパークなどの移動抑制効果がさらに向上できる。
なお、図9の実施例では、トラップ部221の内側表面が前後方向(Y軸方向)へ平行な状態で複数の凹凸が形成された構成が図示されているが、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、図9で説明された複数の溝Gは、図7に示したように、各傾斜面D1、D1’、D2、D2’にも形成され得る。この場合、トラップ部221そのものの傾斜面によるスパーク阻止効果と、凹凸によるスパーク阻止効果が合わせられ、その効果がさらに増大できる。
また、前記モジュールケース200は、トラップ部221の少なくとも一端部に中央方向へ突出するように形成された突出部をさらに備え得る。これについては、図10を参照してより具体的に説明する。
図10は、本発明のさらに他の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上面図である。図10についても、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図10を参照すると、モジュールケース200は、トラップ部221の前端部及び/または後端部に突出部222をさらに備え得る。前記突出部222は、モジュールケース200の側部プレート220において、トラップ部221の内側方向に向かって突出するように構成され得る。例えば、図10においてトラップ部221の後端部を拡大した部分を参照すると、突出部222が前方(+Y軸方向)へ突出するように構成され、トラップ部221の後端部の一部をカバーするように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、トラップ部221の端部側でスパークなどの移動を遮断するか、または方向をさらに転換させることで、スパークなどの外部への排出をより効果的に遮断できる。即ち、トラップ部221の内部へ流入したスパークなどは、図10の拡大図で矢印で示したように、トラップ部221の端部側で反対方向へ転換され得る。これによって、スパークなどがトラップ部221内にさらにとどまるようにすることができるので、トラップ部221によるスパークなどのトラップ(trap)効果がさらに向上できる。
また、前記トラップ部221は、少なくとも一端部が前後方向へ凹んで形成され得る。これについては、図11及び図12を参照してより具体的に説明する。
図11及び図12は、本発明のさらに他の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上面図である。本実施例についても前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図11及び図12を参照すると、モジュールケース200の側部プレート220にトラップ部221が形成され、トラップ部221の前後方向(Y軸方向)の端部は、前後方向へ凹んで形成され得る。
例えば、図11において、トラップ部221の前端部はH1’で示された部分のように、前側方向(+Y軸方向)へ凹んで形成されることで前方に溝が設けられ得る。また、図11において、トラップ部221の後端部は、H1で示されたように、後側方向(-Y軸方向)へ凹んで形成されることで後方に溝が設けられ得る。特に、図11の構成では、トラップ部221の前後方の端部で溝(凹み部)を設けるために、トラップ部221の前後方の端部側に傾斜面が形成され得る。
他の例で、図12において、トラップ部221の前端部は、H2’で示された部分のように、前側方向(+Y軸方向)へ凹んで形成されることで前方に溝が設けられ得る。また、図12において、トラップ部221の後端部は、H2で示されたように、後側方向(-Y軸方向)へ凹んで形成されることで後方に溝が設けられ得る。特に、図12の構成においては、トラップ部221の前後方の端部に溝(凹み部)を設けるために、トラップ部221の前後方の端部側に前後方向へ凹んで形成され得る。
本発明のこのような構成によれば、トラップ部221によるスパークやフレアなどの阻止効果をさらに安定的に確保することができる。特に、トラップ部221の内部空間へスパークやフレアなどが流入する場合、スパークやフレアは前後方向へ移動し、前後方の端部側に位置した凹み部によってトラップ部221の内部空間から流出されにくくなる。さらに、トラップ部の前後方の端部側に設けられた溝にスパーク粒子などが挿入され得る。これによって、トラップ部221によるスパーク及びフレアなどの排出阻止効果がさらに改善される。
図13は、本発明のさらに他の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上面図である。本実施例についても、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図13を参照すると、本発明によるバッテリーモジュールは、メッシュ部材400をさらに含み得る。前記メッシュ部材400は、複数のホールが形成されて構成され得る。例えば、前記メッシュ部材400は、板状の部材に複数のホールが設けられた形態で構成され得る。または、前記メッシュ部材400は、相異なるワイヤーが直交する網のような形態で構成され得る。この場合、メッシュ部材400の製造が容易であり、網目サイズを小さくしながらも多数のホールを形成し得る。メッシュ部材400は、トラップ部221の内部空間に引き込まれるように構成され得る。また、メッシュ部材400は、前後方向へホールが形成されるように配置され得る。そして、メッシュ部材400は、トラップ部221の前後方向の両端に配置され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、メッシュ部材400によってスパークやフレアなどの移動をさらに遮断できる。即ち、ガスと共にスパークやフレアがトラップ部221の内部空間で前後方向に沿って移動し、メッシュ部材400に至ると、気体状態であるガスはメッシュを容易に通過するが、スパークやフレアに含まれた粒子などはメッシュ部材400によってフィルタリングされる。これによって、スパークやフレアなどの外部への排出阻止効果が向上できる。
図14は、本発明のさらに他の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上面図である。本実施例についても前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図14を参照すると、本発明によるバッテリーモジュールは、気孔部材500をさらに含み得る。前記気孔部材500は、内部に複数の気孔を有するように構成され得る。特に、このような内部気孔は、外部と連通するように構成され得る。即ち、気孔部材500の気孔は気体のみで満たされた空間であり、このような気孔は、密閉した形態ではなく、外部と連通可能に構成され得る。例えば、前記気孔部材500は、複数のワイヤー、特に、金属やポリマーなどの材質からなる複数のワイヤーが絡み合って構成され得る。特に、気孔部材500は、トラップ部221の内部空間に挿入されるように構成され得る。
本発明の構成によれば、気孔部材500に形成された気孔によって、トラップ部221に流入したスパークやフレアの外部への移動をさらに効果的に阻止可能である。特に、スパークやフレアなどに含まれた活物質粒子などの場合、気孔部材500の気孔に捕集されることで、モジュールケース200の外部への排出がより確実に遮断される。
図15は、本発明のさらに他の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上面図である。また、図16は、図15のA6部分の拡大図である。本実施例についても、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
先ず、図15を参照すると、トラップ部221の内面に複数の遮断突起Pが形成され得る。このような遮断突起Pは、側部プレート220の内面からセルアセンブリー100に向かう方向(X軸方向)へ突出するように形成されている。また、遮断突起Pは、内部に空間を備え、当該空間は、前後方向、特に、側部プレート220の前後方向の中心線A3-A3’に向かう方向へ開放された状態になるように構成され得る。そして、遮断突起Pの内部空間は、側部プレート220の前後両端方向に向かっては閉まった状態になるように構成され得る。
より具体的には、図16の構成を参照すると、図面で遮断突起Pの右側部分は、前後方向の中心線A3-A3’に向かう方向(+Y軸方向)であるといえる。そして、遮断突起Pの左側部分は、後端に向かう方向(-Y軸方向)であるといえる。この際、遮断突起Pの右側部分は開放され、遮断突起Pの左側部分は閉鎖されるように構成され得る。
本発明のこのような構成によれば、トラップ部221の内面に形成された複数の遮断突起Pによって、スパークやフレアなどの外部排出をより確実に遮断できる。例えば、図16を参照すると、矢印で示したように、トラップ部221の内面に沿って前方または後方へ移動するスパークやフレアなどは、遮断突起Pの内部空間へ流入しながら、その移動が阻止されて方向が転換され得る。これによって、スパークやフレアなどの移動阻止効果がさらに向上できる。
本発明によるバッテリーパックは、上述した本発明によるバッテリーモジュールを複数含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールの外に他の多様な構成要素、例えば、BMSやバスバー、バックケース、リレー、電流センサーなどのような本発明の出願時点における公知のバッテリーパックの構成要素などをさらに含み得る。
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モジュール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確保するために、本発明によるバッテリーモジュールが互いに電気的に接続された形態で複数個が含まれ得る。または、本発明によるバッテリーモジュールは、複数が一つのバッテリーパックを構成し、このようなバッテリーパックが複数で含まれる形態でエネルギー貯蔵システムが構成され得る。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され得る。
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形態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 セルアセンブリー
110 二次電池
111 電極リード
200 モジュールケース
210 下部プレート
220 側部プレート
220L 左側プレート
220R 右側プレート
221 トラップ部
222 突出部
230 上部プレート
240 前方プレート
250 後方プレート
300 バスバーアセンブリー
310 モジュールバスバー
320 バスバーハウジング
321 スロット
400 メッシュ部材
500 気孔部材
P 遮断突起

Claims (11)

  1. 相互に積層された複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、
    前記セルアセンブリーを収容するように、下部プレート、側部プレート及び上部プレートを備えて内部空間を形成し、前記側部プレートの内面における少なくとも一部に外側方向へ凹んで形成されたトラップ部を備えるモジュールケースと、
    を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記セルアセンブリーは、複数のパウチ型二次電池が横たえられた状態で上下方向へ積層されるように構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。
  3. 前記セルアセンブリーは、前記パウチ型二次電池の電極リードが前記モジュールケースの前後方向に位置し、
    前記モジュールケースは、前方及び後方の少なくとも一方が開放されるよう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。
  4. 前記モジュールケースの開放部に位置し、前記電極リードと結合するように構成されたバスバーアセンブリーをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記モジュールケースは、前記セルアセンブリーでガスが発生したとき、発生したガスが前方及び後方の少なくとも一方へ排出されるように構成されたことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記トラップ部は、前記側部プレートにおいて少なくとも前後方向の中央部分に形成されたことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記トラップ部は、少なくとも一部が前方または後方へ進むほど凹んだ部分の深さが深くなるように形成されたことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記モジュールケースは、前記トラップ部の少なくとも一端部に中央方向へ突出するように形成された突出部をさらに備えることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記トラップ部は、少なくとも一端部が前後方向へ凹んで形成されたことを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の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複数で含む、バッテリーパック。
  11. 請求項1から9のいずれか一項記載のバッテリーモジュールを含む、エネルギー貯蔵システム。
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