JP2024505950A - 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
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Abstract
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、バッテリーセル組立体を収容するモジュールハウジングと、モジュールハウジングと結合し、モジュールハウジング内に火炎やガスが発生したとき、火炎やガスを分散させて所定の方向へ誘導するエンドカバーユニットと、を含むことを特徴とする。
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する。
本出願は、２０２１年６月７日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００７３７４６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。
製品群に応じた適用が容易であり、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＨＥＶ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を浴びている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量に応じて複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量に応じて多様に設定可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が一般的である。一方、このようなバッテリーラックを少なくとも一つ以上備えてエネルギー源として電力貯蔵装置を構成する。
従来のバッテリーモジュールは、通常、複数のバッテリーセル及び複数のバッテリーセルを収容するモジュールハウジングを含んで構成される。従来のバッテリーモジュールの場合、モジュールハウジング内において異常状況などによって少なくとも一つのバッテリーセルで火炎やガスが発生したとき、火炎やガスがほとんどモジュールハウジング内に溜まるようになる。これによって、モジュールハウジング内の火炎やガスによって隣接するバッテリーセルの温度が高くなり、バッテリーセル全体の熱暴走、延いては、バッテリーモジュールの爆発などにつながるという問題がある。
そこで、モジュールハウジング内において火炎やガスが発生したとき、熱暴走を防止可能な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ための方案が求められる。
本発明は、モジュールハウジング内に火炎やガスが発生したとき、熱暴走を防止可能な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。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、前記バッテリーセル組立体を収容するモジュールハウジングと、前記モジュールハウジングと結合し、前記モジュールハウジング内で火炎やガスが発生したとき、前記火炎やガスを分散させて所定の方向へ誘導するエンドカバーユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
前記エンドカバーユニットは、前記モジュールハウジングの両端部に備えられ、前記モジュールハウジング内の火炎やガスを前記モジュールハウジングの両端部の上部へ誘導し得る。
前記エンドカバーユニットは、前記モジュールハウジングの両端部に取り付けられるカバー本体を含み、前記カバー本体には、前記火炎やガスを排出するために、前記カバー本体の上部に向かって開口する排出口が備えられ得る。
前記エンドカバーユニットは、前記カバー本体に備えられ、前記火炎やガスを一次的に分散させる第１分散ガイダーと、前記第１分散ガイダーと対向して配置され、前記火炎やガスを二次的に分散させる第２分散ガイダーと、を含み得る。
前記第１分散ガイダーは、前記バッテリーセル組立体と対向して配置され得る。
前記第１分散ガイダーは、メタル材質のメッシュ部材で備えられ得る。
前記第２分散ガイダーは、少なくとも一つまたは複数個が備えられ、前記排出口と連通し得る。
前記第２分散ガイダーは、渦形状のリブ構造で設けられ得る。
前記エンドカバーユニットは、前記第２分散ガイダーと対向して配置され、前記火炎やガスの排出方向をガイドするディレクショナルガイダーを含み得る。
前記ディレクショナルガイダーは、前記排出口と連通し、前記火炎やガスを前記排出口側へ誘導し得る。
前記ディレクショナルガイダーは、少なくとも一つのオフセットフィンを含み得る。
なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、モジュールハウジング内に火炎やガスが発生したとき、熱暴走を防止可能な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。
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。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張して示されることがある。
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説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
図１及び図２を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル組立体１００、モジュールハウジング２００及びエンドカバーユニット３００を含み得る。
前記バッテリーセル組立体１００は、複数のバッテリーセル１１０を含み得る。
前記複数のバッテリーセル１１０は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒形二次電池で設けられ得る。以下、本実施例においては、前記複数のバッテリーセル１１０がパウチ型二次電池であることに限定して説明する。
前記複数のバッテリーセル１１０は、相互に電気的に接続するように積層され得る。このような前記複数のバッテリーセル１１０は、各々、電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、前記電池ケースの外部へ突出し、前記電極組立体と接続する一対の電極リード１１５と、を含み得る。ここで、前記一対の電極リード１１５は、後述するエンドカバーユニット３００に対向するように配置され得る。
前記モジュールハウジング２００は、前記バッテリーセル組立体１００を収容し得る。このために、前記モジュールハウジング２００には、前記バッテリーセル組立体１００を収容する収容空間が設けられ得る。
前記エンドカバーユニット３００は、前記モジュールハウジング２００と結合し、前記モジュールハウジング２００内に火炎やガスが発生したとき、前記火炎やガスを分散させて所定の方向へ誘導し得る。
前記エンドカバーユニット３００は、一対で備えられ得る。具体的には、前記エンドカバーユニット３００は、前記モジュールハウジング２００の両端部に備えられ、前記モジュールハウジング２００内の火炎やガスを前記モジュールハウジング２００の両端部の上部へ誘導し得る。
以下、本実施例による前記エンドカバーユニット３００についてより具体的に説明する。
図３は、図２のバッテリーモジュールのエンドカバーユニットを説明するための図であり、図４は、図３のエンドカバーユニットの分解斜視図である。
図３及び図４を参照すると、前記エンドカバーユニット３００は、カバー本体３１０と、第１分散ガイダー３３０と、第２分散ガイダー３５０と、ディレクショナルガイダー３７０と、を含み得る。
前記カバー本体３１０は、前記モジュールハウジング２００の両端部に各々取り付けられ、前記モジュールハウジング２００の両端部を各々カバー可能な形状で設けられ得る。前記カバー本体３１０には、前記火炎やガスを排出するために、前記カバー本体の上部に向かって開口する排出口３１５が備えられ得る。
前記第１分散ガイダー３３０は、前記カバー本体３１０に備えられ、前記火炎やガスを一次的に分散させ得る。このような前記第１分散ガイダー３３０は、前記バッテリーセル組立体１００と対向して配置され得る。具体的には、前記第１分散ガイダー３３０は、前記バッテリーセル１１０の前記電極リード１１５と対向して配置され得る。
前記第１分散ガイダー３３０は、メタル材質のメッシュ部材で備えられ、前記カバー本体３１０の前記バッテリーセル組立体１００と対向する一面に備えられ得る。
前記第２分散ガイダー３５０は、前記カバー本体３１０に備えられ、前記第１分散ガイダー３３０と対向して配置され、前記火炎やガスを二次的に分散させ得る。
前記第２分散ガイダー３５０は、前記カバー本体３１０に一体に形成され、少なくとも一つまたは複数が備えられ、前記排出口３１５と連通し得る。以下、本実施例においては、前記第２分散ガイダー３５０が一対で備えられることに限定して説明する。
前記一対の第２分散ガイダー３５０は、渦形状のリブ構造で備えられ得る。これによって、前記一対の第２分散ガイダー３５０は、前記火炎やガスが誘導及び分散されるように回転させて火炎の長さを吸収し得る。
前記ディレクショナルガイダー３７０は、前記第２分散ガイダー３５０と対向して配置され、前記火炎やガスの排出方向をガイドし得る。このような前記ディレクショナルガイダー３７０は、前記カバー本体３１０内に挿入され、前記排出口３１５と連通し、前記火炎やガスを前記排出口３１５側へ誘導し得る。
前記ディレクショナルガイダー３７０は、少なくとも一つのオフセットフィンを含み得る。また、前記ディレクショナルガイダー３７０は、ルーバー形状のフィン構造に形成され得る。また、前記ディレクショナルガイダー３７０は、前記カバー本体３１０の幅方向に沿って凹凸構造を形成し得る。
このような前記ディレクショナルガイダー３７０は、前記第２分散ガイダー３５０を通過した火炎やガスを前記排出口３１５側へ誘導し、差圧によってガス圧を減少させると共に、火炎やガスをさらに分散させ、火炎やガスの温度をより低め得る。
以下では、本実施例による前記バッテリーモジュール１０に火炎やガスが発したとき、前記火炎やガスの分散及び誘導メカニズムをより具体的に説明する。
図５～図９は、図１のバッテリーモジュールにおける火炎やガス発生時、前記火炎やガスの分散及び誘導メカニズムを説明するための図である。
図５を参照すると、前記バッテリーモジュール１０において、前記バッテリーセル組立体１００における前記バッテリーセル１１０のうち少なくとも一つのバッテリーセル１１０の異常状況による過熱などによって、異常状況が発生したバッテリーセル１１０で火炎やガスが発生し得る。
ここで、このような前記火炎やガスが前記モジュールハウジング２００内に持続的に留まる場合、隣接するバッテリーセル１１０の温度を高め、熱暴走、ひいてはバッテリーモジュール１０の爆発などを起こす恐れがある。
図６を参照すると、異常状況の発生時、前記異常状況が発生したバッテリーセル１１０において、火炎やガスＧは、優先的に、前記エンドカバーユニット３００の前記第１分散ガイダー３３０を通過し得る。前記第１分散ガイダー３３０は、このような前記火炎やガスＧを一次的に分散させ、前記第２分散ガイダー３５０側へ誘導し得る。
図７を参照すると、その後、前記火炎やガスＧは、二次的に、前記渦形状の第２分散ガイダー３５０によって回転運動しながら誘導及び分散され得る。この際、前記第２分散ガイダー３５０は、前記火炎やガスＧの火炎の長さを吸収し得る。また、前記第２分散ガイダー３５０は、前記火炎やガスＧの火炎温度やガス温度を低め得る。
図８を参照すると、前記火炎やガスＧは、三次的に、前記ディレクショナルガイダー３７０を通過し得る。前記火炎やガスＧが前記ディレクショナルガイダー３７０を通過することによって、差圧によってガス圧が減少し、前記火炎やガスＧの火炎温度やガス温度がより低くなり得る。また、前記ディレクショナルガイダー３７０は、前記火炎やガスＧを前記排出口３１５側へ誘導し得る。
図９を参照すると、前記火炎やガスは、最終的に前記エンドカバーユニット３００の前記排出口３１５から前記バッテリーモジュール１０の外部へ排出され得る。
このように、本実施例による前記バッテリーモジュール１０においては、前記エンドカバーユニット３００によって、前記バッテリーセル組立体１００の前記バッテリーセル１１０のうち少なくとも一つのバッテリーセル１１０に異常状況による火炎やガスが発生したとき、前記火炎やガスを三段階にわたって分散及び誘導して前記バッテリーモジュール１０の外部へ排出可能である。
これによって、本実施例による前記バッテリーモジュール１０においては、前記火炎やガスＧによって隣接するバッテリーセル１１０の温度を高めることによって発生し得る熱暴走などの危険状況を効果的に防止することができる。
図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図であり、図１１は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
図１０及び図１１を参照すると、バッテリーパック１は、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０と、前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０と、を含み得る。
なお、前記バッテリーパック１は、自動車の燃料源として自動車Ｖに備えられ得る。例えば、前記バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック１を燃料源として用い得る他の方式で自動車Ｖに備えられ得る。
また、前記バッテリーパック１は、前記自動車Ｖの外にも、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）など、その他の装置や器具及び設備などにも備えられ得ることは勿論である。
このように、本実施例による前記バッテリーパック１と前記自動車のような前記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、前述した前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述したバッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーパック１及びそれを備える自動車などの装置や器具及び設備などが具現可能である。
以上のような多様な実施例において、モジュールハウジング２００内における火炎やガスの発生時、熱暴走を防止可能なバッテリーモジュール１０、それを含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該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多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル組立体
１１０ バッテリーセル
１１５ 電極リード
２００ モジュールハウジング
３００ エンドカバーユニット
３１０ カバー本体
３１５ 排出口
３３０ 第１分散ガイダー
３５０ 第２分散ガイダー
３７０ ディレクショナルガイダー
Ｇ ガス
Ｖ 自動車
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル組立体
１１０ バッテリーセル
１１５ 電極リード
２００ モジュールハウジング
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３１０ カバー本体
３１５ 排出口
３３０ 第１分散ガイダー
３５０ 第２分散ガイダー
３７０ ディレクショナルガイダー
Ｇ ガス
Ｖ 自動車
Claims (13)
- 複数のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、
前記バッテリーセル組立体を収容するモジュールハウジングと、
前記モジュールハウジングと結合し、前記モジュールハウジング内で火炎やガスが発生したとき、前記火炎やガスを分散させて所定の方向へ誘導するエンドカバーユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。 - 前記エンドカバーユニットは、
前記モジュールハウジングの両端部に備えられ、前記モジュールハウジング内の火炎やガスを前記モジュールハウジングの両端部の上部へ誘導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。 - 前記エンドカバーユニットが、
前記モジュールハウジングの両端部に取り付けられるカバー本体を含み、
前記カバー本体には、
前記火炎やガスを排出するために、前記カバー本体の上部に向かって開口する排出口が備えられることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。 - 前記エンドカバーユニットは、
前記カバー本体に備えられ、前記火炎やガスを一次的に分散させる第１分散ガイダーと、
前記第１分散ガイダーと対向して配置され、前記火炎やガスを二次的に分散させる第２分散ガイダーと、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。 - 前記第１分散ガイダーが、前記バッテリーセル組立体と対向して配置されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記第１分散ガイダーが、メタル材質のメッシュ部材で備えられることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記第２分散ガイダーは、少なくとも一つまたは複数個が備えられ、前記排出口と連通することを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記第２分散ガイダーが、渦形状のリブ構造で設けられることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記エンドカバーユニットは、
前記第２分散ガイダーと対向して配置され、前記火炎やガスの排出方向をガイドするディレクショナルガイダーを含むことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。 - 前記ディレクショナルガイダーが、前記排出口と連通し、前記火炎やガスを前記排出口側へ誘導することを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ディレクショナルガイダーが、少なくとも一つのオフセットフィンを含むことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とする、バッテリーパック。 - 請求項１２に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする、自動車。
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