JP2023548504A - 安全性が強化されたバッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

Figure 2023548504000001
本発明は、バッテリーモジュールの内部において生じたガスや火炎などの排出が安定的に行われるように構造が改善されたバッテリーモジュールを開示する。本発明の一態様に係るバッテリーモジュールは、１つ以上のバッテリーセルを備えるセルアセンブリと、内部空間に前記セルアセンブリを収容し、前記セルアセンブリから生成されたベントガスが排出可能なようにベント孔が形成されたモジュールケースと、前記モジュールケースの外側に設けられ、互いに異なる材質から構成された外ハウジング及び内ハウジングを備え、前記ベント孔から排出されたベントガスが流れ込んで前記内ハウジングの表面に沿って流れて外部に排出できるようにするベントユニットと、を含む。

Description

本出願は、２０２１年６月２２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００８１１１６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。
本発明は、バッテリーに関し、より詳細には、安全性が強化されたバッテリーモジュールとこれを含むバッテリーパック及び自動車等に関する。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯型電子製品の需要が急激に伸び、ロボット、電気自動車などの商用化が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
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挙げられるが、そのうちリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。
この種のリチウム二次電池は、主として、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。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ーを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と一緒に封入する外装材、すなわち、電池ケースと、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と、に分類される。
最近には、携帯型電子機器などの小型装置のみならず、電気自動車やエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ、電力貯蔵装置）などの中大型装置にも駆動用やエネルギー貯蔵用として二次電池が広く用いられている。このような二次電池は、複数が電気的に接続された状態で、モジュールケースの内部に一緒に収容される形態で、１つのバッテリーモジュールを構成することができる。なお、このようなバッテリーモジュールが複数接続されて１つのバッテリーパックを構成することができる。
ところが、このように、バッテリーパックの内部に複数のバッテリーモジュールが含まれる場合、バッテリーモジュール間の熱的連鎖反応に脆弱である可能性がある。例えば、いずれか１つのバッテリーモジュールの内部において熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）などの事象が生じる場合、このような熱暴走は、他のバッテリーモジュールに伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）されることが抑えられる必要がある。もし、バッテリーモジュール間の熱暴走の伝播が抑えられなければ、特定のバッテリーモジュールにおいて生じた事象は複数のバッテリーモジュールの連鎖的な反応を引き起こしてしまい、爆発や火災を引き起こしたり、その規模を大きくしたりする虞がある。
特に、いずれか１つのバッテリーモジュールにおいて熱暴走などの事象が生じる場合、ガスや火炎などが外部に排出されることが懸念される。このとき、ガスや火炎などの排出を適宜に制御することができなければ、他のバッテリーモジュールに向かってガスや火炎などが排出されて、他のバッテリーモジュールの熱的連鎖反応を引き起こす虞がある。
したがって、本発明は、上記問題を解決するために案出されたものであり、バッテリーモジュールの内部において生じたガスや火炎などの排出が安定的に行われるように構造が改善されたバッテリーモジュールとこれを含むバッテリーパック及び自動車等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、上述した課題に何ら制限されるものではなく、言及されていない他の課題は、下記に記載されている発明の詳細な説明から当業者にとって明らかに理解できるであろう。
上記目的を達成するための本発明の一態様に係るバッテリーモジュールは、１つ以上のバッテリーセルを備えるセルアセンブリと、内部空間に前記セルアセンブリを収容し、前記セルアセンブリから生成されたベントガスが排出可能なようにベント孔が形成されたモジュールケースと、前記モジュールケースの外側に設けられ、互いに異なる材質から構成された外ハウジング及び内ハウジングを備え、前記ベント孔から排出されたベントガスが流れ込んで前記内ハウジングの表面に沿って流れて外部に排出できるようにするベントユニットと、を含む。
ここで、前記外ハウジングは、少なくとも一方の端部が折り曲げられたプレート状に構成され、前記内ハウジングは、前記外ハウジングの内面を覆う形状に構成されてもよい。
また、前記外ハウジングは、外周部の少なくとも一部分が前記モジュールケースの外面に溶接された形状に結合されてもよい。
さらに、前記外ハウジングと前記内ハウジングは、互いに異なる金属材質から構成されて少なくとも一部分が貼り合わせられた形状に構成されてもよい。
さらにまた、前記内ハウジングは、前記外ハウジングよりも溶融点が高い材質から構成されてもよい。
さらにまた、前記内ハウジングは、前記ベントガスの流れ方向に沿って厚さが互いに異なる部分を備えていてもよい。
さらにまた、前記ベント孔は、前記モジュールケースの側面に形成され、前記ベントユニットは、前記モジュールケースの側面に取り付けられ、前記内ハウジングが上下方向に厚さが互いに異なる部分を備えていてもよい。
これらに加えて、前記外ハウジングと前記内ハウジングとの間の一部は、所定の距離だけ離れた形状に構成されてもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の他の態様に係るバッテリーパックは、本発明に係るバッテリーモジュールを含む。
さらに、上記目的を達成するための本発明のさらに他の態様に係る自動車は、本発明に係るバッテリーモジュールを含む。
本発明によれば、特定のバッテリーモジュールにおいて熱暴走などの事象が生じるとしても、他のバッテリーモジュールに熱暴走の状況が伝播されることを抑えることができる。
特に、本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールに設けられたベントのための構造物が高温のガスや火炎にも拘わらず崩れることなく安定的に保たれることにより、バッテリーモジュールのベント制御機能が確保され続けることが可能になる。
また、本発明の一態様によれば、簡単な構造であり、バッテリーモジュールのベントを制御し、バッテリーモジュール間の熱伝播を防ぐことができるという効果が奏される。
これらの他にも、本発明は、色々な他の効果を奏することができ、これについては各実施構成において説明したり、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したりする。
本明細書に添付される以下の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明は、そのような図面に記載された事項のみに限定されて解釈されてはいけない。
本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールの構成を概略的に示す組み合わせ状態の斜視図である。 図１における一部の構成に対する分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るベントユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 図３のベントユニットを正面から眺めた様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールの構成を側面から眺めた様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るベントユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るベントユニットの構成を概略的に示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るベントユニットの構成を正面から眺めた様子を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るベントユニットの構成を概略的に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。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形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、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、本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールの構成を概略的に示す組み合わせ状態の斜視図であり、図２は、図１における一部の構成に対する分解斜視図である。
図１及び図２を参照すると、本発明に係るバッテリーモジュールは、セルアセンブリ１００、モジュールケース２００及びベントユニット３００を含む。
前記セルアセンブリ１００は、１つ以上のバッテリーセルを備えていてもよい。ここで、それぞれのバッテリーセルは、二次電池を意味することがある。二次電池は、電極組立体、電解質及び電池ケースを備えていてもよい。特に、セルアセンブリ１００に設けられたバッテリーセルは、パウチ型二次電池であってもよい。但し、二次電池の他のタイプ、例えば円筒形電池や角形電池もまた、本発明のセルアセンブリ１００に採用可能である。
複数の二次電池は、互いに積層された形状にセルアセンブリ１００を形成することができる。例えば、複数の二次電池は、それぞれ上下方向（図中のＺ軸方向）に起立した状態で、水平方向（図中のＸ軸方向）に並べられた形状に積層されてもよい。それぞれのバッテリーセルは、電極リードを備えていてもよいが、このような電極リードは、各バッテリーセルの両端部に位置してもよく、一方の端部に位置してもよい。電極リードが両方向に突出した二次電池は両方向セルと呼び、電極リードが一方向に突出した二次電池は単方向セルと呼ぶことができる。本発明は、このような二次電池の具体的な種類や形態（形状、タイプ）により何ら制限されるものではなく、本発明の出願時点で既に公知となっている多種多様なタイプの二次電池が本発明のセルアセンブリ１００に採用可能である。
前記モジュールケース２００は、内部に空き空間が形成されて内部空間にセルアセンブリ１００を収容するように構成されてもよい。例えば、モジュールケース２００は、天板、底板、左側板、右側板、前板及び後板を備えて、内部空間を限定するように構成されてもよい。ここで、天板、底板、左側板、右側板、前板及び後板のうちの少なくとも２枚以上は、一体化した形状に構成されてもよい。
また、前記モジュールケース２００は、図２のＨ１で示すように、少なくとも一方の側にベント孔が形成されてもよい。例えば、モジュールケース２００の左側板及び右側板にそれぞれベント孔Ｈ１が形成されてもよい。このようなベント孔Ｈ１は、内部空間に収容されたセルアセンブリ１００からベントガスが生成されて噴出された場合、生成されたベントガスがモジュールケース２００の外部空間に排出可能なように構成されてもよい。例えば、ベント孔Ｈ１は、モジュールケース２００を内外部方向に貫通するように、完全に開放した形状に形成されてもよい。しかしながら、ベント孔Ｈ１は完全に開放されることなく、正常の状態では閉鎖されていて、圧力や温度などの変化に応じて開放可能な形状に構成されてもよい。さらに、ベント孔Ｈ１は、一方向に長く延びた形状に形成されてもよい。例えば、図２に示すように、ベント孔Ｈ１は、上下方向に長く延びた形状に形成されてもよい。なお、ベント孔Ｈ１は、モジュールケース２００の側面、特に、左側面と右側面に形成されてもよい。但し、このようなベント孔Ｈ１は、モジュールケース２００の他の部分、たとえば天面、底面、前面及び／又は背面に形成されてもよい。この他に、モジュールケース２００に形成されたベント孔Ｈ１は、このような形状に加えて、他の多種多様な形状に構成されてもよい。
前記ベントユニット３００は、モジュールケース２００の外側に設けられてもよい。特に、前記ベントユニット３００は、モジュールケース２００におけるベント孔Ｈ１の形成された部分に取り付けられてもよい。例えば、図２に示すように、ベント孔Ｈ１がモジュールケース２００の左側面と右側面に形成された場合、ベントユニット３００は、モジュールケース２００の左側面と右側面のそれぞれの外部に取り付けられてもよい。
このようなベントユニット３００の構成については、図３及び図４をさらに参照してより詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係るベントユニット３００の構成を概略的に示す斜視図であり、図４は、図３のベントユニット３００を正面から眺めた様子を示す図である。
図１から図４を参照すると、前記ベントユニット３００は、ベント孔Ｈ１から排出されたベントガスが流れ込んで外部に排出されるように構成されてもよい。すなわち、前記ベントユニット３００は、ベントチャンネルとして機能するように内部空間を限定する形状に構成されてもよい。より具体例として、図３及び図４を参照すると、前記ベントユニット３００は、右側部、上部、下部及び前方部が閉鎖され、左側部及び後方部が開放された形状に構成されてもよい。ここで、閉鎖された右側部、上部、下部及び前方部により内部空間が限定され、そのような内部空間がベントチャンネルとして機能してもよい。また、開放された左側部及び後方部によりベントガスの流出入が起こり得る。さらに、図３及び図４の実施形態において、開放された左側部へのモジュールケース２００のベントガスの流れ込み、および開放された後方部へのベントガスの排出が行われ得る。この場合、モジュールケース２００から排出されたベントガスはベントユニット３００に流れ込んで、流れて外部に排出されてもよい。
特に、前記ベントユニット３００は、図３及び図４に示すように、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０を備えていてもよい。ここで、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０は、互いに異なる材質から構成されてもよい。また、ベントユニット３００は、ベント孔Ｈ１から排出されたベントガスが流れ込んで内ハウジング３１０の表面に沿って流れて外部に排出できるように構成されてもよい。すなわち、ベントユニット３００における内ハウジング３１０は、ベントチャンネルを形成してベントガスと実際に接触する部分であるといえる。さらに、ベントユニット３００における外ハウジング３２０は、内ハウジング３１０の外側の少なくとも一部分を包み込む形状に構成されてもよい。逆に、ベントユニット３００における内ハウジング３１０は、外ハウジング３２０の内側の少なくとも一部分を覆う形状に構成されてもよい。
このような実施構成の場合、ベントユニット３００は、ベントガスが内部空間に流れ込んで外部に排出されるまで、主として内ハウジング３１０に接触するように構成されてもよい。さらに、ベントユニット３００は、ベントガスが内ハウジング３１０にのみ接触され、外ハウジング３２０には接触されないように構成されてもよい。但し、一部の実施形態の場合、ベントガスが外ハウジング３２０に部分的に接触するように構成されてもよい。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００の内側と外側が互いに異なる材質から構成されることにより、その位置と機能などに適した材質が採択されるようにすることができる。特に、ベントユニット３００の内側に位置する内ハウジング３１０は、主としてベントガスと接触する部分であり、ベントユニット３００の外側に位置する外ハウジング３２０は、バッテリーモジュールの外部に露出され、モジュールケース２００と接触する部分であってもよい。したがって、このような内ハウジング３１０と外ハウジング３２０の各機能や位置に適した材質から各構成要素が構成されることが可能になる。このため、この場合、ベントユニット３００のベント性能と構造的な剛性などが安定的に確保されるようにする上で有利になり得る。
前記外ハウジング３２０は、少なくとも一方の端部が折り曲げられたプレート状に構成されてもよい。例えば、図３及び図４に示すところを参照すると、前記外ハウジング３２０は、概ね立てられたプレート状に構成されるが、上端部、下端部及び前端部がモジュールケース２００の位置する左側方向（－Ｘ軸方向）に折り曲げられた形状に構成されてもよい。また、内ハウジング３１０は、このような外ハウジング３２０の内面を覆う形状に構成されてもよい。例えば、図３及び図４の構成において、外ハウジング３２０の左側にモジュールケース２００が位置する場合、内ハウジング３１０は外ハウジング３２０の左側の表面に位置して外ハウジング３２０の左側の表面の一部または全体が露出されないように構成されてもよい。さらに、内ハウジング３１０は、外ハウジング３２０の左側の表面、すなわち、内側の表面を覆うため、外ハウジング３２０の左側の表面の形状に対応する形状に形成されてもよい。したがって、内ハウジング３１０は、大きさのみが外ハウジング３２０よりも僅かに小さいだけであり、外ハウジング３２０と同様に、概ね立てられたプレート状に構成され、上端部、下端部及び前端部がモジュールケース２００の方向に折り曲げられた形状に構成されると言える。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００が簡単な構造に構成されることが可能になる。特に、この場合、ベントユニット３００の内部空間に対して開放部が広く形成されることが可能になる。したがって、ベントユニット３００がモジュールケース２００に取り付けられるとき、モジュールケース２００に形成されたベント孔の位置に大きく拘束されないことができる。例えば、図３及び図４の構成を参照すると、ベントユニット３００の内部空間が左側部分の全体的に開放されて、ベントユニット３００の左側部分の全体が流入口を形成するといえる。そのため、ベントユニット３００をモジュールケース２００の外部に取り付けるとき、モジュールケース２００のベント孔Ｈ１とベントユニット３００の流入口とを正確に位置合わせする上での困難性が大きくないため、バッテリーモジュールの組立て性及び製造工程性が向上する。また、この場合、１つのベントユニット３００を色々な種類のモジュールケース２００に取り付けることができるので、ベントユニット３００の互換性が向上する。
前記ベントユニット３００は、モジュールケース２００の外面に取り付けられてもよい。特に、前記ベントユニット３００の外ハウジング３２０は、外周部の少なくとも一部分がモジュールケース２００の外面に溶接された形状に結合されてもよい。これについては、図５を参照してより詳細に説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールの構成を側面から眺めた様子を示す図である。
図５を参照すると、ベントユニット３００がモジュールケース２００に取り付けられた状態で、ベントユニット３００の外部に露出された部分は外ハウジング３２０であるといえる。また、外ハウジング３２０は、外周部の少なくとも一部分、たとえば図５のＷで示すように、上端、下端及び前端（図中の右側の端部）の部分が溶接された形状に構成されてもよい。特に、外ハウジング３２０の上端、下端及び前端の部分は連続して溶接されてもよい。すなわち、図５の構成において、溶接部は、外ハウジング３２０の上端の後端部から前方（＋Ｙ軸方向）に向かって延びていて下部方向（－Ｚ軸方向）に折り曲げられて延び、再び後方（－Ｙ軸方向）に折り曲げられて後端部まで延びる形状に形成されてもよい。
この場合、ベントユニット３００の上端、下端及び前端の部分は閉鎖され、ベントユニット３００の後端（図中の左側の端部）の部分は開放されてもよい。そのため、モジュールケース２００のベント孔Ｈ１から排出されたガスは、モジュールケース２００の後方、すなわち、図中の－Ｙ軸方向に流れて外部に排出されてもよい。ここで、外ハウジング３２０は、全体の外周部のうち、ベントガスが排出される排出口の部分のみを除いて、残りの部分は全体的にモジュールケース２００に溶接されると言える。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００とモジュールケース２００の組立て及び固定が簡単に行われ、ベントユニット３００の内部のベント流路の形成が行われ易い他、排出口以外の部分に対する密閉性が確保され易い。
一方、図１及び図２に示すように、ベントユニット３００は、モジュールケース２００の両側に位置してもよい。例えば、ベントユニット３００は、モジュールケース２００の左側部と右側部にそれぞれ取り付けられてもよい。この場合、複数のベント経路を介してモジュールケース２００の内部のベントガスが外部に排出可能になるので、ベント性能がより一層向上する。また、この場合、モジュールケース２００の内部から排出されるガスが複数のベントユニット３００に分散可能になるので、それぞれのベントユニット３００に流れ込むベントガスの噴出圧力が下がる。
上記実施構成において、複数のベントユニット３００、すなわち、左側のベントユニット３００と右側のベントユニット３００は、互いに反対の方向にベントガスの流れが形成されるように構成されてもよい。より具体例として、図１及び図２の構成を参照すると、左側のベントユニット３００の排出口はバッテリーモジュールの前方（＋Ｙ軸方向）側に形成され、右側のベントユニット３００の排出口はバッテリーモジュールの後方（－Ｙ軸方向）側に形成されてもよい。この場合、ベントガスは、図１の矢印で示すように、左側のベントユニット３００からは前方に排出され、右側のベントユニット３００からは後方に排出されてもよい。
本発明のこのような構成によれば、複数のベントユニット３００に対するベント方向が互いに反対の方向に形成されることにより、特定の場所や位置に高温のガスや火炎が集中することを防ぐことができる。
前記外ハウジング３２０と内ハウジング３１０は、それぞれ互いに異なる金属材質から構成されてもよい。また、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０は、それぞれ金属プレート状に構成され、互いの少なくとも一部分の面同士が貼り合わされた形状に構成されてもよい。特に、ベントユニット３００は、互いに異なる材質の金属板材が貼り合わせられたクラッドメタル（Ｃｌａｄ Ｍｅｔａｌ）の形状に構成されてもよい。すなわち、ベントユニット３００は、内ハウジング３１０を構成する第１金属板材と外ハウジング３２０を構成する第２金属板材とが貼り合わせられたクラッドメタルの形状に構成されてもよい。この場合、ベントユニット３００は、互いに異なる２つ以上の金属層から構成されているといえる。このとき、内側に位置する金属層は内ハウジング３１０であり、外側に位置する金属層は外ハウジング３２０であると言える。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００に対して様々な性能が確保されるようにすることができる。特に、ベントユニット３００は、外部の衝撃や振動、高温のガスや火炎などにも拘わらずその形状や位置などが安定的に保たれる必要がある。また、ベントユニット３００は、モジュールケース２００に取り付けるとき、組立て性に優れているほどよい。上記実施構成においては、互いに異なる金属材質が１つのベントユニット３００に存在するので、ベントユニット３００はこれらの諸特性を併せ持つことができる。
前記内ハウジング３１０は、外ハウジング３２０よりも溶融点が高い材質から構成されてもよい。特に、内ハウジング３１０と外ハウジング３２０は、両方とも金属材質から構成され、さらに、貼り合わせられてクラッドメタルの形状に構成されてもよいが、内ハウジング３１０は、外ハウジング３２０よりも溶融点が高い金属材質から構成されてもよい。内ハウジング３１０は、ベントユニット３００から排出されるベントガスや火炎、スパークなどと直接的に接触する部分であるといえる。したがって、内ハウジング３１０は、高い温度にも拘わらず溶融され難く、上手く耐える材質から構成されることがよい。
これに対し、外ハウジング３２０は、内ハウジング３１０よりも溶融点は多少低いとしても、構造的な剛性や溶接性に優れた材質から構成されてもよい。特に、図５などを参照して前述したように、ベントユニット３００における、外側に位置する外ハウジング３２０は、モジュールケース２００と溶接されてもよい。たとえば外ハウジング３２０は、レーザー溶接またはブレージング溶接などの方式によりモジュールケース２００の外面に溶接されてもよい。したがって、外ハウジング３２０は、一定のレベル以上の構造的剛性や耐腐食性などを有するとともに、モジュールケース２００との溶接性に優れた材質から構成されてもよい。
例えば、外ハウジング３２０は、アルミニウム材質から構成されてもよい。この場合、内ハウジング３１０は、このような外ハウジング３２０の材質よりも溶融点が高い材質から構成されてもよい。例えば、内ハウジング３１０は、鉄（Ｆｅ）やステンレス鋼（ＳＵＳ：Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）などのように、溶融点が高い材質から構成されてもよい。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００のベント性能がより安定的に確保可能である。すなわち、ベントユニット３００は、外ハウジング３２０によりモジュールケース２００との強い結合力が確保可能であり、内ハウジング３１０によりベントガスや火炎などに対する高温安定性が確保可能である。特に、熱暴走などの事象が生じたとき、モジュールケース２００の内部からベント孔Ｈ１を介して吐き出されるガスや火炎は非常に高い温度を有し得るが、このようなガスや火炎に直接的に晒される内ハウジング３１０は、熱に強い材質から構成されるので、ガスや火炎の高い温度にも拘わらず、ベントユニット３００の構造の崩れが起きないようにすることができる。
図６は、本発明の一実施形態に係るベントユニット３００の構成を概略的に示す断面図である。例えば、図６は、図３のベントユニット３００に対して、Ａ１部分の変形された断面構成に対する一例を上部から見下ろした様子を示す図であり得る。
図６を参照すると、前記内ハウジング３１０は、部分的に厚さが互いに異なるように構成されてもよい。特に、内ハウジング３１０は、ベントガスの流れ方向に沿って厚さが互いに異なる部分を備えるように構成されてもよい。例えば、図６の構成において、ベントガスの流れ方向は、矢印で示すように、－Ｙ軸方向であるといえる。このとき、内ハウジング３１０は、ベントガスの流れ方向に厚さが互いに異なるように形成されてもよい。
より具体例として、図６の構成において、内ハウジング３１０の一部分の厚さＴ１と内ハウジング３１０の他の部分の厚さＴ２は、互いに異なるように形成されてもよい。また、図６の構成において、厚さＴ１は厚さＴ２よりも厚いといえる。さらに、ベントユニット３００の内部空間において、厚さＴ１で示す部分は、厚さＴ２で示す部分よりもベントガスの流れからみて上流側に位置するといえる。したがって、前記図６の実施構成においては、ベントガスの流れ方向に沿って内ハウジング３１０の厚さが互いに異なるように形成されるが、特に、上流側の厚さＴ１が下流側の厚さＴ２よりも厚く形成されているといえる。なお、内ハウジング３１０は、少なくとも部分的に排出口に向かって進むにつれて次第に厚さが薄くなるように構成されてもよい。このとき、内ハウジング３１０の内部の表面は、図６に示すように、排出口に向かって進むにつれて流路が次第に広くなる形状に、傾斜面が形成されてもよい。
本発明のこのような実施構成によれば、ベントユニット３００の内部に高温のガスや火炎などが流れ込むとしても、ベントユニット３００の構造的な安定性がより一層確実に保証可能である。特に、同じ内ハウジング３１０であるとしても、その位置に応じて、加えられる温度や圧力などが異なってくる可能性がある。また、ベント流路の上流側、換言すれば、モジュールケース２００のベント孔Ｈ１に近い部分においては、ベント孔Ｈ１から噴出されたガスや火炎が一番先に当たるため、印加される圧力や熱が内ハウジング３１０の他の部分に比べて相対的に非常に大きい可能性がある。したがって、上記実施構成のように、ベント流路の上流側に位置するほど内ハウジング３１０の厚さを厚く形成する場合、高い圧力や熱にも拘わらず構造的な安定性を保つことができる。さらに、この場合、ベントユニット３００の内部、すなわち、内ハウジング３１０側においては、上流側の温度が下流側の温度に比べて高温に形成され得るが、このような上流側の熱がベントユニット３００の外部、すなわち、外ハウジング３２０側には伝わらないことができる。そのため、ベントユニット３００の上流側、すなわち、ベント孔Ｈ１が形成された部分においてバッテリーモジュールの外部に位置する他の構成要素、たとえば他のバッテリーモジュールに熱が伝わることを防ぐことができる。
また、内ハウジング３１０は、ベント孔Ｈ１と対面する部分の厚さが他の部分に比べて厚く形成されてもよい。内ハウジング３１０におけるベント孔Ｈ１と向かい合う部分においては、ベント孔Ｈ１から噴出されたガスや火炎が内ハウジング３１０の表面に略垂直な方向に流れることができる。これに対し、内ハウジング３１０の他の部分、すなわち、ベント孔Ｈ１と向かい合う部分ではなく、それ以外の部分においては、概ねガスや火炎が内ハウジング３１０の表面に平行な方向に流れることができる。
そのため、前記実施形態のように、内ハウジング３１０におけるベント孔Ｈ１と対面する部分の厚さを最も厚くする場合、ガスや火炎による高温・高圧の噴射力にも拘わらず、容易に損傷もしくは破損されず、その形状を安定的に保つことができる。
図７は、本発明の他の実施形態に係るベントユニット３００の構成を概略的に示す断面図である。例えば、図７は、図６の変形された実施形態であるといえる。
図７を参照すると、内ハウジング３１０は、Ｐ１で示すように、少なくとも一方の端部が外ハウジング３２０に向かって折り曲げられた形状に構成されてもよい。すなわち、図７の構成において、内ハウジング３１０は、ベントチャンネルを形成するために、＋Ｙ軸方向に延びた部分の端部が－Ｘ軸方向に折り曲げられてもよい。また、このような内ハウジングの－Ｘ軸方向の端部は、再び＋Ｙ軸方向に折り曲げられた形状に構成されてもよい。さらに、外ハウジング３２０は、このような内ハウジング３１０の折り曲げられた端部を収容するための形状のものであって、溝が形成されてもよい。例えば、図７のＰ１で示すように、外ハウジング３２０は、＋Ｙ軸方向に延びた部分の端部が－Ｘ軸方向、＋Ｙ軸方向及び－Ｘ軸方向にこの順に折り曲げられた形状に構成されてもよい。なお、このような折り曲げ形状に形成された外ハウジング３２０の端部の溝には、内ハウジング３１０の折り曲げられた端部が挿入され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、内ハウジング３１０の端部が外ハウジング３２０の端部に挿入される形状に構成されることにより、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との結合性が向上する。また、このような実施構成によれば、ベントガスにより外ハウジング３２０が損傷されることを防ぐことができる。特に、図７の矢印Ｂ１で示す部分は、モジュールケース２００と接触された部分であるといえる。このとき、上記実施構成においては、Ｂ１にガスが流れ込むとしても、流れ込んだガスが外ハウジング３２０に達する経路を増加させることにより、高温のガスが外ハウジング３２０を損傷させることを抑えることができる。
また、前記ベント孔Ｈ１は、モジュールケース２００の側面に形成されてもよい。さらに、前記ベントユニット３００は、このようなベント孔の位置に対応してモジュールケース２００の側面に取り付けられてもよい。例えば、ベント孔は、図２に示すように、モジュールケース２００の左側面及び右側面に形成されてもよい。なお、ベントユニット３００は、モジュールケース２００の左側面及び右側面に取り付けられてもよい。
特に、ベントユニット３００は、内ハウジング３１０が上下方向に厚さが互いに異なる部分を備えるように構成されてもよい。これについては、図８を参照してより詳細に説明する。
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係るベントユニット３００の構成を正面から眺めた様子を示す図である。図８は、図４の図面に対する他の変形例であるといえる。
図８を参照すると、内ハウジング３１０は、上部側の厚さが下部側の厚さよりも厚く形成されてもよい。より具体的には、同図に示すように、内ハウジング３１０の上部のうちの一部分の厚さをＴ３とし、内ハウジング３１０の下部のうちの一部分の厚さをＴ４とした場合、Ｔ３はＴ４よりも大きく構成されてもよい。
本発明のこのような構成によれば、ベントユニット３００の内部においてベントガスが流れるとき、ベントユニット３００の構造的な安定性がより一層確実に保たれることが可能である。特に、モジュールケース２００のベント孔からベントユニット３００の内部へとベントガスが流れ込むときには、内ハウジング３１０の上部から下部に至るまでの全体を通してベントガスが流れ込む可能性がある。ところが、ベントガスの温度は高温であるため、ベントユニット３００の内部空間に流れ込んだベントガスは、図８の矢印で示すように、ベントユニット３００の内部空間のうち、上部側に向かうという性質を有し得る。したがって、ベントユニット３００の内部空間のうち、下部側よりも上部側の方にさらに多くの熱エネルギーが加えられ得る。ところが、上記実施構成によれば、内ハウジング３１０の上部側の厚さが下部側の厚さよりも厚く形成されることにより、このような上部側に加えられる熱的ストレスに効果的に対応することができる。そのため、上記実施構成の場合、ベントユニット３００の全体を通して熱的ストレスに対する安定性が保証可能である。
図９は、本発明のさらに他の実施形態に係るベントユニット３００の構成を概略的に示す断面図である。例えば、図９は、図６に対して変形された他の実施形態であるといえる。
図９を参照すると、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間の少なくとも一部は、所定の距離だけ離れた形状に構成されてもよい。例えば、ベントユニット３００は、図９の構成においてＣ１で示すように、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間に空き空間が形成されるように構成されてもよい。このとき、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間の空き空間には、空気のような気体層が形成され得る。特に、ベントユニット３００は、ベント孔と対面する部分において外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間の離隔空間が存在するように構成されてもよい。
本発明のこのような実施構成によれば、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間の離隔空間に位置している気体層、いわゆる空気層により断熱性能が向上する。すなわち、上記実施構成によれば、内ハウジング３１０側の熱が外ハウジング３２０側に伝わることが抑えられることが可能になる。したがって、外ハウジング３２０の外部に位置する他のバッテリーモジュールなどに熱暴走の伝播が起きることが低減可能である。
また、上記実施構成によれば、外ハウジング３２０と内ハウジング３１０との間の離隔空間が圧力や力に対する緩衝空間として機能することができる。特に、ベント孔側から噴出されたベントガスは、内ハウジング３１０を加圧することができる。このとき、内ハウジング３１０と外ハウジング３２０との間の空き空間により、内ハウジング３１０への加圧力は緩衝されて、外ハウジング３２０側に伝わることが低減可能である。したがって、ベントガスの噴出圧力により外ハウジング３２０とモジュールケース２００との結合力が解除されたり損傷されたりすることが防止もしくは低減可能である。そのため、この場合、ベントユニット３００の構造的な安定性がさらに向上する。
本発明に係るバッテリーパックは、上述した本発明に係るバッテリーモジュールを１つ以上含み得る。また、本発明に係るバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールに加えて、他の様々な構成要素、たとえばバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）やバスバー、パックケース、リレー、電流センサーなどのように、本発明の出願時点で既に公知となっているバッテリーパックの構成要素等をさらに含み得る。
本発明に係るバッテリーモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車などの自動車に適用可能である。すなわち、本発明に係る自動車は、本発明に係るバッテリーモジュールまたは本発明に係るバッテリーパックを含み得る。また、本発明に係る自動車は、このようなバッテリーモジュールやバッテリーパックの他に、自動車に含まれる他の様々な構成要素等をさらに含み得る。例えば、本発明に係る自動車は、本発明に係るバッテリーモジュールの他に、車体やモーター、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御装置などをさらに含み得る。
一方、本明細書においては、上、下、左、右、前、後などの方向指示語が用いられたが、これらの用語は説明のしやすさのために用いられたものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって自明である。
以上、本発明については、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明の技術的な思想はこれらに何ら限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的な思想と特許請求の範囲の均等な範囲内において様々な修正及び変形を加えて実施することが可能であるということはいうまでもない。
１００ セルアセンブリ
２００ モジュールケース
３００ ベントユニット
３１０ 内ハウジング、
３２０ 外ハウジング

Claims (10)

  1. １つ以上のバッテリーセルを備えるセルアセンブリと、
    内部空間に前記セルアセンブリを収容し、前記セルアセンブリから生成されたベントガスが排出可能なようにベント孔が形成されたモジュールケースと、
    前記モジュールケースの外側に設けられ、互いに異なる材質から構成された外ハウジング及び内ハウジングを備え、前記ベント孔から排出されたベントガスが流れ込んで前記内ハウジングの表面に沿って流れて外部に排出できるようにするベントユニットと、
    を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記外ハウジングは、少なくとも一方の端部が折り曲げられたプレート状に構成され、前記内ハウジングは、前記外ハウジングの内面を覆う、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記外ハウジングは、外周部の少なくとも一部分が前記モジュールケースの外面に溶接された形状に結合される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記外ハウジングおよび前記内ハウジングは、互いに異なる金属材質から構成されて少なくとも一部分が貼り合わせられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記内ハウジングは、前記外ハウジングよりも溶融点が高い材質から構成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記内ハウジングは、前記ベントガスの流れ方向に沿って厚さが互いに異なる部分を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記ベント孔は、前記モジュールケースの側面に形成され、
    前記ベントユニットは、前記モジュールケースの側面に取り付けられ、前記内ハウジングが上下方向に厚さが互いに異なる部分を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記外ハウジングと前記内ハウジングとの間の一部は、所定の距離だけ離れる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  9. 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を含む、バッテリーパック。
  10. 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を含む、自動車。
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