JP2024507463A - クーリングフィンが合致されたパックケースを備えたバッテリーパック - Google Patents
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Abstract
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と、前記バッテリーモジュールを内部に収容するように設けられたパックケースと、を含み、前記パックケースは、前記バッテリーモジュールを収容するボトムカバーと、前記パックケースの内部方向を向く一方の面に突設されたクーリングフィンを備え、前記バッテリーモジュールの上部が覆われるように前記ボトムカバーと上下に結合されるトッププレートと、を含み、前記バッテリーモジュールにおいて生成されたベントガスが前記クーリングフィンの間に形成される空きスペースを介して前記パックケースの外部に排出されるように設けられ得る。
Description
本出願は、２０２１年０７月０７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００８９３６４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パックに関し、より詳細には、一部のバッテリーモジュールにおいて高温のベントガスが生じたときに、前記ベントガスの温度と圧力を下げるためのバッテリーパックに関する。
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のみならず、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという長所をも併せ持つことから、環境へのやさしさ及びエネルギー効率性の向上のための新たなエネルギー源として注目を浴びている。
このため、多岐にわたるデバイスへの二次電池の適用が増えつつある。例えば、多機能小型製品であるワイヤーレスモバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）またはウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範に用いられているのみならず、既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示される電気自動車とハイブリッド電気自動車などのエネルギー源やエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）としても用いられている。
一般に、二次電池は、１つ当たりに作動電圧が約２．５Ｖ～４．５Ｖ前後である。したがって、大容量及び高出力が求められる電気自動車やエネルギー貯蔵システムの場合、複数の二次電池を直列に及び／又は並列に接続したバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを直列に及び／又は並列に接続したバッテリーパックを構成し、これをエネルギー源として用いている。
電気自動車に求められるバッテリーパックの出力や容量に応じて、１つのバッテリーモジュールに入るリチウム二次電池の数が増えたり、１つのバッテリーパックに入るバッテリーモジュールの数が増えたりすることがある。
しかしながら、バッテリーパックを構成するバッテリーモジュールの数が増えるにつれて、火災及び爆発の可能性とこれによる被害はより一層大きくならざるを得ない。
例えば、一部のバッテリーモジュールにおいてリチウム二次電池の間のショートまたは非正常的な温度の上昇などといったような事象が生じる場合、前記リチウム二次電池において多量のベントガスが生じてしまう虞があり、劣化がさらに激しくなると、ベントガスとともに電極活物質とアルミニウム粒子などを含んでいる高温のスパークが噴出されてしまう可能性がある。このとき、前記ベントガス及び高温のスパークが隣のバッテリーモジュールに熱的ダメージを与えてしまい、このため、他のバッテリーモジュールにさらなる事象が起こる懸念が非常に高くなる。なお、高温のスパークとベントガスは、バッテリーパックの外部に排出された後にも、周りの構造物や他のバッテリーパックなどに熱的ダメージを与えてしまう可能性がある。
したがって、ある１つのバッテリーモジュールにおいて事象が生じたとき、ベントガスや高温のスパークによるリスクを低減できる方案が切望されている。
本発明は、上記のごとき技術的な課題を解決するために案出されたものであって、たとえある１つのバッテリーモジュールにおいて高温のベントガスが生じたとしても、その温度と圧力を低めてバッテリーパックの外部に排出できるようにして、ベントガスの排出によるリスク要因を低減することを一つの目的とする。
また、本発明は、たとえある１つのバッテリーモジュールにおいてベントガスとスパークが生じたとしても、他のバッテリーモジュールが受ける熱的ダメージを極力抑えてバッテリーパックの熱暴走を防ぐことを他の目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的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技術的課題は、下記に記載されている発明の説明から当業者にとって明らかに理解できる筈である。
本発明によれば、バッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを内部に収容するように設けられたパックケースと、を含み、前記パックケースは、前記バッテリーモジュールを収容するボトムカバーと、前記パックケースの内部方向を向く一方の面に突設されたクーリングフィンを備え、前記バッテリーモジュールの上部が覆われるように前記ボトムカバーと上下に結合されるトッププレートと、を含み、前記バッテリーモジュールにおいて生成されたベントガスが前記クーリングフィンの間に形成される空きスペースを介して前記パックケースの外部に排出されるように構成されたバッテリーパックが提供され得る。
前記クーリングフィンは、前記トッププレートの一方の縁部から他方の縁部まで前記トッププレートの長手方向である第１方向または幅方向である第２方向に沿って複数本配備されてもよい。
前記トッププレートの縁部に配備されるクーリングフィンは、その終端が前記ボトムカバーの上端の縁部に上下につながっていてもよい。
前記ボトムカバーは、底面を形成するベースプレートと、前記ベースプレートの周りに沿って壁体を形成する壁体フレームと、前記ベースプレートと前記壁体フレームとにより囲繞された内部空間を画定する第１クロスビームと、を含んでいてもよい。
前記バッテリーモジュールは、複数であり、各前記バッテリーモジュールは、前記内部空間が前記第１クロスビームにより画定されて形成された複数のモジュール収容部に配置され、前記トッププレートは、前記第１クロスビームと上下に対面接触するように設けられた第２クロスビームを含んでいてもよい。
前記第２クロスビームは、前記クーリングフィンの高さに等しく形成されるか、あるいは、それよりも高く形成されてもよい。
前記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収容するモジュールケースと、を含み、前記モジュールケースは、前記複数のバッテリーセルの上部を覆う上板部にガスベント口が形成されてもよい。
前記ガスベント口は、メッシュ構造に設けられてもよい。
前記モジュールケースは、前記複数のバッテリーセルの上部に配置され、内部に冷却水が入れられている上板部と、前記複数のバッテリーセルの下部に配置され、内部に冷却水が流れられる流路を備えた下板部と、を含み、前記上板部は、前記複数のバッテリーセルと接する第１上部プレートに熱溶融可能な第１メルトスポットと、前記第１上部プレートと向かい合う第２上部プレートに外部にガスが放出可能な前記ガスベント口及び前記ガスベント口を密封するが、熱溶融可能な素材から形成されたベント口キャップと、を備えていてもよい。
前記下板部は、前記複数のバッテリーセルと接する第１下部プレートと、前記第１下部プレートと向かい合う第２下部プレートと、を備え、前記第１下部プレートに熱溶融可能な第２メルトスポットを備えていてもよい。
前記第１メルトスポットと前記第２メルトスポットは、少なくとも１つの前記バッテリーセルを挟んで上下に対称となるように設けられてもよい。
本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーパックを含む電気自動車が提供され得る。
本発明の一側面によれば、たとえある１つのバッテリーモジュールにおいて高温のベントガスが生じたとしても、その温度と圧力を低めてバッテリーパックの外部に排出できるようにして、ベントガスの排出によるリスク要因を低減することができる。
本発明の他の側面によれば、たとえある１つのバッテリーモジュールにおいてベントガスとスパークが生じたとしても、他のバッテリーモジュールが受ける熱的ダメージを極力抑えてバッテリーパックの熱暴走を防ぐことができる。
本発明の効果は、上記の効果に限らず、言及されていない他の効果はこの明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野において通常の知識に有する者にとって明確に理解できるものであろう。
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よるバッテリーパックの概略的な斜視図であり、図２は、図１のバッテリーパックの部分分解斜視図である。
本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、パックケース１００と、前記パックケース１００の内部に収容されるバッテリーモジュール２００と、を含む。
パックケース１００は、外部の衝撃などからバッテリーモジュール２００を保護するための構成品であって、機械的な剛性に優れた材質から設けられてもよく、図１から図２に示すように、バッテリーモジュール２００を収容可能なように設けられたボトムカバー１１０と、バッテリーモジュール２００の上部を覆い、前記ボトムカバー１１０と上下に結合可能なように設けられたトッププレート１２０と、を含んでいてもよい。図示はしないが、前記ボトムカバー１１０と前記トッププレート１２０との組み合わせに際して、例えば、ボルト締め、溶接、接着、フッキング（引っ掛かり）などの結合方式が適用可能である。
詳しくは後述するが、本発明のパックケース１００は、前記ボトムカバー１１０と前記トッププレート１２０との間に配置されるクーリングフィン１２１を含む。つまり、図１に示すように、トッププレートがボトムカバーの上端から前記クーリングフィンにより所定の高さに見合う分だけ離れるように支持される形態に構成されることにより、パックケース１００の側面の周方向に沿ってベントガスが排出可能な排出面積が十分に広く確保可能である。これにより、たとえバッテリーモジュール２００においてベントガスが生じたとしても、ベントガスの排出が円滑に行われてパックケース１００の変形が防止可能である。なお、前記ベントガスがパックケース１００の外部に排出されるとき、クーリングフィン１２１により冷却可能であるので、バッテリーパック１０の周りの他の構造物の発火のリスクを極力抑えることができる。
以下、このようなパックケース１００の構成について詳しく説明する。
図２を参照すると、この実施形態によるバッテリーモジュール２００は、ガスベント口２３５が上部に配備される。バッテリーモジュール２００の内部においてベントガスが生じると、前記ベントガスは、前記ガスベント口２３５を介してバッテリーモジュール２００の上部方向（Ｚ軸方向）に排出され、その後、バッテリーモジュール２００の上部を覆っているトッププレート１２０に遮られて水平方向に移動することになる。このとき、ベントガスがトッププレート１２０の縁部の領域に達するまでクーリングフィン１２１と熱交換を行うことにより、ベントガスの温度が低下することが可能である。特に、パックケース１００の外部に排出されるまでパックケース１００の内部に渦流現象が格段に激しく現れる。これにより、ベントガスとクーリングフィン１２１を含むトッププレート１２０との間の熱交換量が多くなって、クーリングフィン１２１を使用しない場合に比べてベントガスの温度が格段に落ちることができる。前記クーリングフィンとトッププレートは、ベントガスの冷却のために、アルミニウムのように熱伝導性に優れた金属から作製されてもよい。
具体的に、この実施形態による各クーリングフィン１２１は、図３及び図４に示すように、パックケース１００の内部方向（バッテリーモジュール側）を向くトッププレート１２０の一方の面に垂直に突き出た薄い板状体の形状に設けられてもよい。前記クーリングフィン１２１の形状は、この実施形態とは異なり、例えば、ピン形状、棒形状、楕円形状など様々な形状に置き換え可能である。
また、クーリングフィン１２１は、トッププレート１２０の一方の縁部から他方の縁部までトッププレート１２０の長手方向である第１方向（Ｙ軸方向）または幅方向である第２方向（Ｘ軸方向）に沿って所定の間隔を隔てて複数本が配備されるように構成されてもよい。つまり、前記クーリングフィン１２１は、後述する第２クロスビーム１２３の領域を除いて、トッププレート１２０の全領域にわたって分布し、Ｎ個の行とＭ個の列から構成され得る。
図３から図４に示すように、クーリングフィン１２１は、すべての行と列が前後左右に一致するように構成されてもよく、図５から図６に示すように、ある１つの行と他の行、またはある１つの列と他の列が前後左右に一致しないように構成されてもよい。
図６に示すようなクーリングフィン１２１の配列構造は、図４に示すようなクーリングフィン１２１の配列構造に比べて、ベントガスの排出経路が複雑であるので、さらに多くの渦流を生成する上で有効であり得る。このような視点からみて、図６に示すようなクーリングフィン１２１の配列構造の方が、ベントガスの放熱量を増大させる上で有利になり得る。
前記クーリングフィン１２１のうち、トッププレート１２０の縁部に配備されるクーリングフィン１２１は、トッププレート１２０をボトムカバー１１０と組み合わせるとき、その終端が前記ボトムカバー１１０の上端の縁部に上下につながるように構成されてもよい。例えば、ボトムカバー１１０の上端の縁部にピン差込溝（図示せず）が配備され、前記クーリングフィン１２１の終端が前記ピン差込溝に差し込まれるようにして、前記クーリングフィン１２１のうちの一部が前記ボトムカバー１１０の上端の縁部に上下につながるようにしてもよい。
以上のように、この実施形態によるバッテリーパック１０は、バッテリーモジュール２００が収容されたボトムカバー１１０をクーリングフィン１２１が合致されたトッププレート１２０により覆うような構造となっている。このため、バッテリーモジュールにおいて生じて垂直に上昇するベントガスがトッププレート１２０により遮られて排出圧力が減少することになり、パックケースの側面の方向に移動することになり、側面の方向に移動する過程においてクーリングフィン１２１及びトッププレート１２０との熱交換が盛んに行われて冷却可能である。前記ベントガスは、パックケース１００の側面の周方向に沿って最外郭のクーリングフィン１２１の間の空きスペースＯを介してパックケース１００の外部に抜け出ることになる。
一方、本発明の一実施形態によるパックケース１００は、ボトムカバー１１０に配備される第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂと、トッププレート１２０に配備される第２クロスビーム１２３と、をさらに含む。
図２に戻ると、ボトムカバー１１０は、底面を形成するベースプレートと、前記ベースプレートの周りに沿って壁体を形成する壁体フレーム１１２、１１３、１１４、１１５と、を含み、前記ベースプレートと前記壁体フレーム１１２、１１３、１１４、１１５とにより囲繞された内部空間は、前記第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂにより画定されるように構成されてもよい。すなわち、図２に示すように、前記第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂは、第１横ビーム１１６ａと第１縦ビーム１１６ｂを含み、前記第１横ビーム１１６ａは、一方の端がフロントフレーム１１２に連結され、他方の端がリアフレーム１１３に連結され、前記第１縦ビーム１１６ｂは、一方の端が左側サイドフレーム１１４に連結され、他方の端が右側サイドフレーム１１５に連結されるように構成されてもよい。
このようなこの実施形態の第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂによれば、ボトムカバー１１０には、４つのモジュール収容部Ｓが形成可能であり、各モジュール収容部Ｓに各バッテリーモジュール２００が配置可能である。
次いで、図３または図５を参照すると、前記第２クロスビーム１２３は、クーリングフィン１２１の高さに等しくまたはそれよりも高く形成された第２横ビーム１２３ａと第２縦ビーム１２３ｂを含み、前記第２横ビーム１２３ａは、トッププレート１２０に第１方向（Ｙ軸方向）に延びて配置され、前記第２縦ビーム１２３ｂは、トッププレート１２０の第２方向（Ｘ軸方向）に延びて配置され、トッププレート１２０とボトムカバー１１０とを上下に組み合わせるとき、前記第２横ビーム１２３ａと前記第２縦ビーム１２３ｂがそれぞれ第１横ビーム１１６ａ及び第１縦ビーム１１６ｂと上下に対面接触するように設けられてもよい。
したがって、トッププレート１２０とボトムカバー１１０とを上下に組み合わせたとき、バッテリーモジュール２００は、前記第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂと前記第２クロスビーム１２３とにより空間的に遮断可能である。参考までに、バッテリーモジュール２００の間の電気的な接続について述べると、第２クロスビーム１２３の内部にケーブルなどのような配線手段を部分的に埋め込んでバッテリーモジュール２００が前記配線手段により電気的に接続されてもよい。
このような本発明のバッテリーパック１０の構成によれば、ある１つのバッテリーモジュール２００においてベントガスないしスパークが生じたとしても、前記ベントガスないしスパークが他のバッテリーモジュール２００に伝播するのを防ぐことができる。したがって、ある１つのバッテリーモジュール２００に発火が起きたとき、隣の他のバッテリーモジュール２００に熱が伝播して生じる熱暴走現象による２次発火を防ぐことができる。
図７は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図であり、図８は、図７のモジュールケースの上板部の底面図であり、図９は、図８の断面図であり、図１０は、図７のバッテリーモジュールの冷却及び消火システムを説明するための図である。
以下では、これらの図面に基づいて、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールについて詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００は、複数のバッテリーセル２１０からなるセル積層体と、前記セル積層体を収容するモジュールケース２２０と、を含む。
前記バッテリーセル２１０としては、パウチ型バッテリーセル２１０が採用可能である。パウチ型バッテリーセル２１０は、電極組立体と電解液をパウチタイプの外装材により封止した概ね板状のバッテリーセル２１０であって、本発明の出願時点における周知のものであるため、その詳しい説明は省略する。
前記パウチ型バッテリーセル２１０をそれぞれ上下方向（±Ｚ）に立て、広い面同士が互いに対面するように左右方向（±Ｙ）に積層してセル積層体を形成する。前記パウチ型バッテリーセル２１０の間には、スウェリングの吸収または伝熱を行う目的で緩衝パッドまたは薄板状の冷却フィンなどがさらに介在してもよい。
バッテリーセル２１０は、繰り返して行われる充放電過程において電極組立体の膨張と収縮、充放電の副産物として生成されたガスにより膨張することがある。このときのバッテリーセル２１０の膨張力を吸収し、モジュールケース２２０の変形を極力抑えるために、バッテリーセル２１０の間に中空構造の隔壁２５０が追加され得る。
特に、この実施形態のバッテリーモジュール２００は、前記バッテリーセル２１０の上端のエッジと下端のエッジをそれぞれ熱伝導性接着剤によりモジュールケースに固定し、冷却水Ｗ１が間接的に接触するようにしてバッテリーセル２１０を冷却できるように構成されてもよい。
前記モジュールケース２２０は、前記セル積層体を収容し、外部の衝撃や振動から保護するために機械的な剛性が高い材質から設けられ、概ね６面体のボックス状に設けられてもよい。つまり、この実施形態のモジュールケース２２０は、図７に示すように、セル積層体の上部に配置される上板部２３０と、セル積層体の下部に配置される下板部２４０及びセル積層体の周りを囲繞する４面の側壁部２６０を含む概ね６面体のボックス状に構成されてもよい。概略的に示されているが、前記側壁部２６０は、セル積層体の前面部と背面部を覆う前／背面カバープレートとセル積層体の側面部を覆う一対のサイドプレートとからなる４枚のプレートを組み合わせたものであってもよい。
前記モジュールケース２２０は、普段はバッテリーセル２１０を有効に冷却させ、火災が起きたときにバッテリーセル２１０の発火を速やかに鎮圧するために、上板部２３０は冷却水貯水タンクの役割を果たし、下板部２４０はヒートシンクの役割を果たすように構成されてもよい。ここで、ヒートシンクとは、内部に冷却水Ｗ１が流れられる流路を備えて熱を吸収するのに用いられる冷却部品のことを意味する。
すなわち、この実施形態によるバッテリーモジュール２００は、上部が冷却水貯水タンクであり、下部がヒートシンクから構成されることにより、普段はバッテリーモジュール２００を冷却させ、非常時に冷却水貯水タンクの水がバッテリーモジュール２００の内部に注入できるようになっている。
以下、このようなバッテリーモジュール２００の冷却及び消火構造について詳しく説明する。
図８から図１０を参照すると、モジュールケース２２０の上板部２３０は、複数のバッテリーセル２１０と接する第１上部プレート２３１と、前記第１上部プレート２３１と向かい合う第２上部プレート２３２と、を含む。また、前記第１上部プレート２３１は、熱溶融可能な第１メルトスポット２３３を複数備え、前記第２上部プレート２３２は、外部にガスが放出可能な前記ガスベント口２３５と、前記ガスベント口２３５を密封するが、熱溶融可能な素材から形成されたベント口キャップ２３６と、を備えるように構成されてもよい。
前記第１上部プレート２３１は、熱伝導性に優れたアルミニウム（Ａｌ）から設けられ、前記第２上部プレート２３２は、剛性に優れたスチール（Ｓｔｅｅｌ）から設けられてもよい。異種材質である前記第１上部プレート２３１と前記第２上部プレート２３２は、例えば、ろう付け（ｂｒａｚｉｎｇ）という溶接により異種接合可能である。
このように、アルミニウムの第１上部プレート２３１とスチール材質の第２上部プレート２３２とを異種接合した構造の上板部２３０は、バッテリーセル２１０に対する熱の吸収率が高く、高温のベントガスやスパークに対する耐久性に優れているという長所を有する。但し、本発明の権利範囲がアルミニウムとスチールとを異種接合したヒートシンクに限定されることはない。すなわち、前記上板部２３０の作製に際して、作製工程の行い易さと軽量化のために、前記第１上部プレート２３１と前記第２上部プレート２３２を両方ともアルミニウム材質にしてもよく、アルミニウムの他にも、軽量でありながら、剛性に優れた他の材質を用いてもよい。
モジュールケース２２０の下板部２４０は、複数のバッテリーセル２１０と接する第１下部プレート２４１と、前記第１下部プレート２４１と向かい合う第２下部プレート２４２と、を備え、前記第１下部プレート２４１に熱溶融可能な第２メルトスポット２４３を備えるように構成されてもよい。
前記下板部２４０は、冷却水が流れられる流路を備え、前記冷却水の循環のために流路の一方の側と他方の側にインレットポートＰ１とアウトレットポートＰ２が連結されてもよい。このため、冷却水Ｗ１は、前記インレットポートＰ１を介して流路に供給され、前記アウトレットポートＰ２を介して外部に排出されることが可能である。
このように、内部に冷却水を含んでおり、バッテリーセル２１０の両端のエッジに接する前記上板部２３０と前記下板部２４０の構成により、バッテリーセル２１０は、両側のエッジ部が冷却可能である。
すなわち、「バッテリーセル２１０の上端のエッジ⇒上板部２３０のアルミニウム材質の第１上部プレート２３１⇒冷却水Ｗ１」へとつながる放熱経路と、「バッテリーセル２１０の下端のエッジ⇒下板部２４０のアルミニウム材質の第１下部プレート２４１⇒冷却水Ｗ１」へとつながる放熱経路を介してバッテリーセル２１０を冷却させることができる。
次いで、バッテリーモジュール２００の消火システムの構成について述べる。
ある１つのバッテリーセル２１０の温度が非正常的に高くなったり発火したりする場合、上板部２３０の第１メルトスポット２３３と下板部２４０の第２メルトスポット２４３が溶融されて上板部２３０に貯水されている冷却水がモジュールケース２２０の内部に流れ込み、前記バッテリーセル２１０を消火させるのに使用可能である。
前記第１メルトスポット２３３と前記第２メルトスポット２４３は、少なくとも１つの前記バッテリーセル２１０を挟んで上下に対称となる位置に配備され、実質的に同様に構成されてもよい。
この実施形態の場合、前記第１メルトスポット２３３は、第１上部プレート２３１の厚さ方向に形成された貫通口２３７と、熱溶融可能な素材から形成されたシールキャップと、から構成されてもよく、第２メルトスポット２４３は、前記第１メルトスポット２３３と同様に、貫通口とシールキャップとから構成されてもよい。
前記シールキャップの素材としては、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などのようなプラスチック樹脂が使用可能である。例えば、プラスチック素材のシールキャップと前述したアルミニウム素材の第１上部プレート２３１または第１下部プレート２４１は、インサート射出工法により一体に成形可能である。前記シールキャップは、熱溶融性とシール性を有するゴムなどのような他の素材に置き換え可能である。
上記の構成によれば、図１１に示すように、ある１つのバッテリーセル２１０が発火する場合、当該バッテリーセル２１０において生じた熱と高温のベントガスにより当該バッテリーセル２１０の上部及び下部に位置しているシールキャップが熱溶融されて消失され、これにより、上板部２３０から冷却水Ｗ１が貫通口を介して当該バッテリーセル２１０に直ちに投入される。この場合、最初に発火したバッテリーセル２１０を速やかに消火させることができて、周りのバッテリーセル２１０への熱の拡散を防ぐ上で有効である。
そして、図１２に示すように、冷却水が抜け出た上板部２３０の内部空間にベントガスと高温のスパークが流れ込むことがある。このとき、ガスベント口２３５を塞いでいたベント口キャップ２３６が熱溶融されて消失されてガスベント口２３５が開放可能である。このようなガスベント口２３５は、メッシュ構造に設けられることにより、高温のスパークはこし、ベントガスのみが上板部２３０の外に排出できるようにする。ここで、前記高温のスパークは、バッテリーセル２１０の内部の電極から脱離した活物質や溶融されたアルミニウム粒子などを意味する。
すなわち、バッテリーセル２１０が発火する場合、冷却水Ｗ１が上板部２３０の内部から貫通口を介して当該バッテリーセル２１０に投入された後には、上板部２３０の内部は空きスペースとなる。このとき、上板部２３０に生じた空きスペースがガスの排出通路として活用されるのである。高温のベントガスとスパークが貫通口２３７を介して上板部２３０の内部に入ってきてベント口キャップ２３６が熱溶融されて消失されれば、モジュールケース２２０の内外部の圧力差によりベントガスが高速にてガスベント口２３５を介して外部に排出可能である。このとき、火炎やスパークは、温度の低下により消滅可能であるか、あるいは、メッシュ構造のガスベント口２３５においてフィルターリング可能である。
このように、ガスベント口２３５を介してバッテリーモジュール２００の外部に出てきたベントガスは、図１３に示すように、パックケース１００の外部に排出可能である。
前述したように、この実施形態は、４つのバッテリーモジュール２００がボトムカバー１１０の第１クロスビーム１１６ａ、１１６ｂとトッププレート１２０の第２クロスビーム１２３とにより空間的に遮断された状態で、パックケース１００に収容されるように構成されているので、もし、図１３に示すように、丸１の領域に位置しているバッテリーモジュール２００においてベントガスが生じると、この生じたベントガスは、パックケース１００の内部において丸２、丸３、丸４の領域に拡散することなく、温度が低くなった状態でパックケース１００の外部に排出可能である。
以上述べたように、本発明のバッテリーパック１０の構成によれば、ある１つのバッテリーモジュール２００において高温のベントガスが生じたとしても、その温度と圧力を低めてバッテリーパック１０の外部に排出できるようにして、ベントガスの排出によるリスク要因を低減することができる。なお、他のバッテリーモジュール２００が受ける熱的ダメージを極力抑えてバッテリーパック１０の熱暴走を防ぐことができる。
一方、本発明によるバッテリーパック１０は、図示はしないが、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種の装置、例えば、バッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
本発明によるバッテリーパックは、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、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含み得る。前記バッテリーパックは、車両の座席の下部の車体フレームまたはトランク空間に設置可能であり、車両に設置するとき、必要に応じて、パックケースのトッププレートが下に来るようにひっくり返して上下を逆にした状態で配置してもよい。
本明細書においては、上、下、左、右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、本発明はこれらに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様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１０ バッテリーパック
１００ パックケース
１１０ ボトムカバー
１１２ 壁体フレーム、フロントフレーム
１１３ 壁体フレーム、リアフレーム
１１４ 壁体フレーム、左側サイドフレーム
１１５ 壁体フレーム、右側サイドフレーム
１１６ａ 第１クロスビーム、第１横ビーム
１１６ｂ 第１クロスビーム、第１縦ビーム
１２０ トッププレート
１２１ クーリングフィン
１２３ 第２クロスビーム
１２３ａ 第２横ビーム
１２３ｂ 第２縦ビーム
２００ バッテリーモジュール
２１０ バッテリーセル
２２０ モジュールケース
２３０ 上板部
２３１ 第１上部プレート
２３２ 第２上部プレート
２３３ 第１メルトスポット
２３５ ガスベント口
２３６ ベント口キャップ
２３７ 貫通口
２４０ 下板部
２４１ 第１下部プレート
２４２ 第２下部プレート
２４３ 第２メルトスポット
２５０ 隔壁
２６０ 側壁部
Ｐ１ インレットポート
Ｐ２ アウトレットポート
Ｗ１ 冷却水
１００ パックケース
１１０ ボトムカバー
１１２ 壁体フレーム、フロントフレーム
１１３ 壁体フレーム、リアフレーム
１１４ 壁体フレーム、左側サイドフレーム
１１５ 壁体フレーム、右側サイドフレーム
１１６ａ 第１クロスビーム、第１横ビーム
１１６ｂ 第１クロスビーム、第１縦ビーム
１２０ トッププレート
１２１ クーリングフィン
１２３ 第２クロスビーム
１２３ａ 第２横ビーム
１２３ｂ 第２縦ビーム
２００ バッテリーモジュール
２１０ バッテリーセル
２２０ モジュールケース
２３０ 上板部
２３１ 第１上部プレート
２３２ 第２上部プレート
２３３ 第１メルトスポット
２３５ ガスベント口
２３６ ベント口キャップ
２３７ 貫通口
２４０ 下板部
２４１ 第１下部プレート
２４２ 第２下部プレート
２４３ 第２メルトスポット
２５０ 隔壁
２６０ 側壁部
Ｐ１ インレットポート
Ｐ２ アウトレットポート
Ｗ１ 冷却水
Claims (12)
- バッテリーモジュールと、
前記バッテリーモジュールを内部に収容するように設けられたパックケースと、
を含み、
前記パックケースは、
前記バッテリーモジュールを収容するボトムカバーと、
前記パックケースの内部方向を向く一方の面に突設されたクーリングフィンを備え、前記バッテリーモジュールの上部が覆われるように前記ボトムカバーと上下に結合されるトッププレートと、
を含み、
前記バッテリーモジュールにおいて生成されたベントガスが前記クーリングフィンの間に形成される空きスペースを介して前記パックケースの外部に排出される、バッテリーパック。 - 前記クーリングフィンは、
前記トッププレートの一方の縁部から他方の縁部まで前記トッププレートの長手方向である第１方向または幅方向である第２方向に沿って複数本配備される、請求項１に記載のバッテリーパック。 - 前記トッププレートの縁部に配備されるクーリングフィンは、その終端が前記ボトムカバーの上端の縁部に上下につながっている、請求項１に記載のバッテリーパック。
- 前記ボトムカバーは、
底面を形成するベースプレートと、前記ベースプレートの周りに沿って壁体を形成する壁体フレームと、前記ベースプレートと前記壁体フレームとにより囲繞された内部空間を画定する第１クロスビームと、を含む、請求項１に記載のバッテリーパック。 - 前記バッテリーモジュールは、複数であり、
各前記バッテリーモジュールは、前記内部空間が前記第１クロスビームにより画定されて形成された複数のモジュール収容部に配置され、
前記トッププレートは、前記第１クロスビームと上下に対面接触するように設けられた第２クロスビームを含む、請求項４に記載のバッテリーパック。 - 前記第２クロスビームは、前記クーリングフィンの高さに等しく形成されるか、あるいは、それよりも高く形成された、請求項５に記載のバッテリーパック。
- 前記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収容するモジュールケースと、
を含み、
前記モジュールケースは、前記複数のバッテリーセルの上部を覆う上板部にガスベント口が形成された、請求項１に記載のバッテリーパック。 - 前記ガスベント口は、メッシュ構造に設けられた、請求項７に記載のバッテリーパック。
- 前記モジュールケースは、
前記複数のバッテリーセルの上部に配置され、内部に冷却水が入れられている上板部と、
前記複数のバッテリーセルの下部に配置され、内部に冷却水が流れられる流路を備えた下板部と、
を含み、
前記上板部は、前記複数のバッテリーセルと接する第１上部プレートに熱溶融可能な第１メルトスポットと、前記第１上部プレートと向かい合う第２上部プレートに外部にガスが放出可能な前記ガスベント口及び前記ガスベント口を密封するが、熱溶融可能な素材から形成されたベント口キャップと、を備える、請求項７に記載のバッテリーパック。 - 前記下板部は、前記複数のバッテリーセルと接する第１下部プレートと、前記第１下部プレートと向かい合う第２下部プレートと、を備え、前記第１下部プレートに熱溶融可能な第２メルトスポットを備える、請求項９に記載のバッテリーパック。
- 前記第１メルトスポットと前記第２メルトスポットは、少なくとも１つの前記バッテリーセルを挟んで上下に対称となるように設けられた、請求項１０に記載のバッテリーパック。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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