JP6616869B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電池の技術分野に関し、特に、電池モジュールに関する。
現在、電気自動車、エネルギー貯蔵発電所の分野では、使用標準に合致し、人々のニーズを満たすために、一般的に、電源として大容量のパワーバッテリーを使用する必要があり、これらのパワーバッテリーは、大容量に加えて、優れた安全性と長いサイクル寿命を確保するなどの必要がある。パワーバッテリーの使用中において、電池セルが充電満了した後に充電を続けるような不適切に使用された場合、電池セルは過充電によりその内部に高圧ガスが生成され、火災や爆発などを引き起こす可能性がある。
電池セルの使用中に過充電により火災や爆発などを引き起こしないようにするために、通常、電池セルごとに過充電安全機構を設計する。即ち、一般的に、電池セルごとに機械的な反転シートが設けられて、溶断器と協同することで、電池セルの過充電ときの断路を実現することができ、電池セルがさらに過充電されることを避け、火災乃至爆発を避けることができる。
しかしながら、上記構造は、電池セル毎に機械的な反転シート及び溶断器を設けるため、電池セルの設計の難度を高めるだけではなく、電池セルのコストを増加させ、さらに電池セルからなる電池モジュールのコストを増加させるという問題がある。
したがって、新しい電池モジュールの開発が急務となっている。
本発明の実施形態は、電池セルの過充電による火災や爆発をモジュールレベルで防止することができるとともに、電池セルの設計の難度及びコストを低減し、さらに電池モジュールの製造コストを低減することができる電池モジュールを提供する。
本発明の実施形態の一様態による電池モジュールは、開口を有する収納室を含むハウジングと、収納室に設けられ、第１の防爆弁を有するとともに互いに電気的に接続された２つ以上の電池セルを含む電池パックと、開口を密閉するように設けられたプレート部材と、プレート部材に接続され且つプレート部材の厚さ方向で反転可能な反転シートと、プレート部材に接続され且つ反転シートに対向して配置され、電池パックに電気的に接続されるモジュール出力電極とを含み、ハウジングに接続されるカバープレートアセンブリと、反転シートに対向して配置されたガイド流路及び第１の防爆弁に対向して配置され且つガイド流路と互いに連通されている排気口を有し、カバープレートアセンブリと電池パックの間に設けられるガイド部材とを含み、第１の防爆弁の破断により排出されたガスは、排気口及びガイド流路を通って反転シートに流れる。
本発明の実施形態の一様態によると、ガイド部材は、厚さ方向において、プレート部材と離間して配置されたベースプレートを有し、排気口は、厚さ方向において、ベースプレートを貫通し、ベースプレートには、プレート部材に向ける第１の面にプレート部材側に突出するリブが設けられ、リブは、ガイド流路を形成するように、排気口を囲んで配列される。
本発明の実施形態の一様態によると、第１の面には、任意の前記排気口の形状に合わせる少なくとも一つのガイド部が設けられており、ガイド部は、互いに連通している入口と出口とを含み、入口は、排気口に連通され、厚さ方向において、出口の高さは、リブの第１の面から離れた端面の高さより高くない。
本発明の実施形態の一様態によると、ベースプレートの電池パックに対向する第２の面には、第１の防爆弁の外周と貼り合わせる貼り合わせ面が設けられ、貼り合わせ面は、排気口を取り囲むように設けられている。
本発明の実施形態の一様態によると、カバープレートアセンブリは、導電性電極コラム及び中間接続部をさらに含み、モジュール出力電極と電池パックは、導電性電極コラムを通じて電気的に接続され、中間接続部は導電性電極コラムに接続され、反転シートは、反転される際に、中間接続部を通じて電池パックと電気的に接続される。
本発明の実施形態の一様態によると、中間接続部は、プレート部材に設けられている導電性ブロックと、導電性ブロックに電気的に接続された抵抗ブロックとを含み導電性ブロックは、反転シートに向けて設けられている。
本発明の実施形態の一様態によると、さらにプレート部材と電池パックとの間に設けられている溶断器を含み、溶断器は、導電性電極コラムに接続される第１の接続部と、電池パックに接続される第２の接続部と、第１の接続部と第２の接続部との間に位置する溶断部とを含み、溶断部は、電池パックとの間に隙間を有している。
本発明の実施形態の一様態によると、プレート部材は、厚さ方向において電池パックへ向かって凹む凹部を備え、反転シートが凹部に設けられている。
本発明の実施形態の一様態によると、プレート部材は、厚さ方向において貫通孔が設けられ、貫通孔内に第２の防爆弁が設けられている。
本発明の実施形態の一様態によると、さらに、前記プレート部材に接続され且つ前記第２の防爆弁に対応して設けられている保護部材を含み、前記保護部材は、前記プレート部材と前記電池パックとの間に位置し、前記保護部材は、前記厚さ方向に前記プレート部材と離間して設けられているストッパ部と、前記プレート部材と前記ストッパ部とを接続する連結部と、ガスが前記保護部材を通過するためのガス通路とを含み、前記ストッパ部の前記プレート部材における正投影は、少なくとも一部が前記第２の防爆弁を覆う。
本発明の実施形態による電池モジュールは、ハウジング、電池パック、カバープレートアセンブリ及びガイド部材を含み、電池パックは、ハウジングの収納室に設けられ、カバープレートアセンブリは、ハウジングの開口を密閉するように設けられたプレート部材と、プレート部材に接続され且つプレート部材の厚さ方向で反転可能な反転シートと、プレート部材に接続され且つ反転シートに対向して配置され、電池パックに電気的に接続されるモジュール出力電極とを含み、ガイド部材がカバープレートアセンブリと電池パックの間に設けられている。電池セルが過充電されて第１の防爆弁が開放されると、排出されたガスは排気口及びガイド流路を通って反転シートに伝達される。気圧が所定の気圧に達したときに、反転シートを反転させてモジュール出力電極と電気的に接続させることで、電池パックを短絡させる。従って、電池セルがさらに過充電されて火災や爆発を起こすことを回避することができ、ひいては電池モジュールの安全性を確保する。カバープレートアセンブリに反転シートを設置すればよいため、電池セルの設計の難度及びコストを低減することができ、ひいては電池モジュールの生産コストを低減させる。
本発明の一実施形態に係る電池モジュールの軸測投影図（ａｘｏｎｏｍｅｔｒｉｃ ｄｒａｗｉｎｇ）である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの分解概略図である。 本発明の一実施形態に係る電池セルの軸測投影図である。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るカバープレートアセンブリの縦断面図である。 図５のＢ箇所の拡大図である。 本発明の一実施形態に係るガイド部の一視角での軸測投影図である。 本発明の一実施形態に係るガイド部の別の視角での軸測投影図である。 図４のＡ箇所の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る中間接続部の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るカバープレートアセンブリと溶断器及び保護部材との嵌合の軸測投影図である。 本発明の一実施形態に係る溶断器の軸測投影図である。 本発明の一実施形態に係る保護部材の軸測投影図である。
以下、添付の図面と実施形態を参照しながら本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。なお、各図面において、同じ部品には同じ符号が用いられている。また、図面は参考のためであって、実際の縮尺で描かれたものではない。以下の実施形態に対する詳細な説明及び図面は、本発明の原理を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明の記載において、特別の説明がない限り、「いくつか」は、１つ以上を意味し、「複数」は二つ以上を意味し、「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」、「前端部」、「後端部」、「先端部」、「テール部」などで示された方向或いは位置関係は、添付の図面に示された方向或いは位置関係に基づくものであり、本発明の説明の便宜上のものであり、デバイスまたは要素が必ず特定の方位を有するか、或いは特定の方向で構成されること及び操作されることを示すか又は暗示するものではないため、本発明を限定するものと解釈されてはならない。また、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、ただ説明のためのものであり、相対的な重要度を示すか又は暗示するかと解釈すべきではない。
下記の方位を表す用語は、いずれも図に示された方向を表すものであり、本発明の電池モジュールの具体的な構成の定義又は限定に用いられるものではない。本発明の説明において、明確な定義または限定がない限り、「取り付け」、「連結」、「接続」などの用語は、広い意味に理解されるべきである。例えば、固定的に接続されること、着脱可能に接続されること、又は、一体的に接続されること、機械的に接続されること、電気的に接続されること、直接に連結されること、中間媒体を介して間接的に連結されることなどを含むことができる。当業者は、具体的な状況によって本発明における上記用語の意味を理解することができる。
本発明に対する理解を深めるために、図１乃至図１３を参照して、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを詳細に説明する。
図１乃至図４を参照すると、図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの軸測投影図を示し、図２は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの分解概略図を示し、図３は、本発明の一実施形態に係る電池セルの軸測投影図を示し、図４は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの縦断面図を示す。
本発明の一実施形態は、ハウジング１０と、電池パック２０と、カバープレートアセンブリ３０と、ガイド部材４０とを含む電池モジュールを提供する。ハウジング１０は、開口部１１を有する収納室１２を含む。電池パック２０は、収納室１２に設けられており、第１の防爆弁２１１を有し且つ互いに電気的に接続された２つ以上の電池セル２１を含む。カバープレートアセンブリ３０は、ハウジング１０に接続される。カバープレートアセンブリ３０は、開口部１１を密閉するように設けられたプレート部材３１と、プレート部材３１に接続され且つプレート部材３１の厚さ方向aで反転可能な反転シート３２と、プレート部材３１に接続され且つ反転シート３２に対向して設けられているモジュール出力電極３３とを含む。モジュール出力電極３３と電池パック２０は、電気的に接続されている。ガイド部材４０は、カバープレートアセンブリ３０と電池パック２０の間に設けられている。ガイド部材４０は、反転シート３２に対向して配置されたガイド流路４２及び第１の防爆弁２１１に対向して配置された排気口４３を有する。ガイド流路４２と排気口４３は互いに連通されており、第１の防爆弁２１１の破断により排出されたガスは、排気口４３及びガイド流路４２を通って反転シート３２へ流れる。
本発明の実施形態が提供する電池モジュールは、電池セルの過充電による火災や爆発をモジュールレベルで防止できるとともに、電池セル２１の設計難度及びコストを低減でき、更に電池モジュールの製造コストを低減することができる。
具体的には、実施するときに、ハウジング１０は、全体として立方体構造を有し、その内部が中空構造となるように収容室１２を形成し、開口部１１がハウジング１０の片面に形成され且つ収容室１２に連通する。ハウジング１０は、アルミニウム合金などの材料で製造されてもいい。
電池パック２０は、ハウジング１０の開口部１１を介してハウジング１０内に配置されており、電池パック２０に含まれる電池セル２１の数は、必要に応じて設定することができる。本実施形態における二つ以上の電池セル２１は、ハウジング１０の長さ方向に沿って重ねて設けられる。各電池セル２１は、いずれも、開口１１に向けて設けられている第１の防爆弁２１１を有する。第１の防爆弁２１１は、必要以上に充電することや電池が熱くなりすぎることにより生成されたガスによって電池セル２１の内部の圧力が大きすぎると、第１の防爆弁２１１の爆発防止シートが破壊されて、電池セル２１の内部に生成されるガスが第１の防爆弁２１１を通じて外部へ排出されるようにすることで、電池セル２１の火災や爆発を防止することができる。互いに電気的に接続された二つ以上の電池セル２１は、具体的には、電気的な接続片を介して直列接続されまたは並列接続されてもいい。
カバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１は、それ自身の厚さ方向ａの断面形状が開口１１の形状に合わせて、全体としてシート状である。プレート部材３１は、溶接等によりハウジング１０に封止接続される。プレート部材３１の材質は、ハウジング１０の材質と同じであってもよく、いずれもアルミニウム合金等の金属の導電性材料で製造される。
モジュール出力電極３３は、プレート部材３１上に離間して設けられた正出力電極と負出力電極を含む。それに対応して、反転シート３２の数は二つであり、一方の反転シート３２は正出力電極に対向して設けられ、他の一方の反転シート３２は負出力電極に対向して設けられている。二つの反転シート３２は、いずれも導電性材料で製造され、且つそれぞれプレート部材３１に取り付けられている。
図５及び図６を参照すると、図５は、本発明の一実施形態に係るカバープレートアセンブリ３０の縦断面図を示し、図６は、図５のＢ箇所の拡大図である。各反転シート３２は、いずれもハウジング１０の内部空間に向かって凸となる弧状であるように構成されたフィルム式の湾曲部３２１と、湾曲部３２１の外側に形成された周縁部３２２と、凸部３２３とを含む。プレート部材３１の反転シート３２に対応する位置にはいずれも貫通孔が設けられる。反転シート３２は、対応する貫通孔内に設置され、周縁部３２２と貫通孔を囲んで形成した側壁とが溶接されるなどにより固定される。凸部３２３は、湾曲部３２１の略中央位置から開口１１の外側に向かって突出している。
一部の例示の実施形態において、カバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１は、それ自身の厚さ方向ａに、電池パック２０に向かって凹んだ凹部３１１が設けられる。凹部３１１には反転シート３２が設けられている。１つの例では、反転シート３２の数が二つであるので、対応する凹部３１１の数も２つであり且つ２つの反転シート３２と１対１に対応して設けられることは好ましい。本実施形態では、凹部３１１は、２つの凹部３１１の上面の高さ、即ち電池パック２０から離れた面の高さが、プレート部材３１における他の部分の上面の高さよりも低く、且つ凹部３１１の下面の高さ、即ち電池パック２０に向けた面の高さが、プレート部材３１における他の部分の下面の高さよりも低いために、スタンピング法を使用してプレート部材３１の電池パック２０から離れた面に設けられることができる。
２つの凹部３１１の形状は同じであってもよく、具体的には、方形の凹部であってもよい。もちろん、いくつかの例示の実施形態において、２つの凹部３１１の形状が異なってもよく、円形、楕円形または不規則形状が用いられる。
凹部３１１を設けて、凹部３１１に反転シート３２を対応付けて設けられることにより、反転シート３２が電池セル２１の第１の防爆弁２１１にさらに近い。電池セル２１が過充電されると、当該第１の防爆弁２１１が破断した後、発生したガスは、反転シート３２に迅速に到達して反転シート３２を迅速に反転させることで保護回路を形成する。そのため、反転シート３２の応答時間を短くさせることで、充電回路を迅速に切断することができ、電池セル２１の過充電が長時間に継続して火災や爆発を引き起こすことを防ぐことができる。
図７及び図８を参照すると、図７は、本発明の一実施形態に係るガイド部４０の一視角での軸測投影図を示し、図８は、本発明の一実施形態に係るガイド部４０の別の視角での軸測投影図を示す。一つの例として、ガイド部材４０は、プレート部材３１の厚さ方向ａにプレート部材３１と離間して設けられたベースプレート４１を有している。ベースプレート４１は、プレート部材３１の厚さ方向ａにおける断面形状が、開口１１の形状と一致しており、方形のプレート状の構造であってもよい。そして、ベースプレート４１は、厚さ方向ａにおける断面寸法が開口１１のサイズより小さいことで、ベースプレート４１が開口１１を介してハウジング１０に取り付けられて電池パック２０とカバープレートアセンブリ３０との間に位置することができる。ベースプレート４１は、絶縁性材料からなり、プレート部材３１の厚さ方向ａにおいて対向して設けられている第１の面４１１と第２の面４１２とを有しており、第１の面４１１はプレート部材３１に向けて設けられ、第２の面４１２は電池パック２０に向けて設けられている。
排気口４３は、プレート部材３１の厚さ方向ａにベースプレート４１を貫通する連通口であり、排気口４３の形状は、電池セル２１の第１の防爆弁２１１の輪郭の形状に合わせている。排気口４３の数は、具体的な状況に応じて設定することができ、好ましくは、電池セル２１の数と同じである。各電池セル２１の第１の防爆弁２１１と一つの排気口４３が対向して設けられることで、電池セル２１が過充電されて第１の防爆弁２１１が破断により開放されると、各電池セル２１のガスは排気口４３を通ってガイド流路４２に流入することができる。もちろん、いくつかの実施形態では、排出口４３の数は、使用のニーズに応じて、電池セル２１の数より少なくてもよく、またはそれより多くてもよい。
一つの例として、ベースプレート４１の、プレート本体３１に向ける第１の面４１１にプレート部材３１側に突出するリブ４２１が設けられ、リブ４２１が排気口４３を囲むように配列されてガイド流路４２を形成する。ガイド流路４２は、プレート３１の厚さ方向における断面形状が環状である。環状とは、閉ループに限られず、一つの実施形態では、リブ４２１は、全体として環状であり且つガスに対するガイド作用を発揮できれば、電池モジュールの他の構成要素を避けるために、円周方向で部分的に切断されてもよい。一つの実施形態では、排気口４３から排出されたガスがいずれもガイド流路４２に集められるために、リブ４２１が排気口４３を囲むように配列されるうち、すべての排気口４３を囲むように配列されることが好ましい。
一つの例示の実施形態としては、リブ４２１が第１の面４１１の端面から離れてカバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１と互いに当接する。さらに、反転シート３２の反転を更に保証するために、リブ４２１の第１の面４１１から離れる端面とカバープレートアセンブリ３０との間に、接着または溶接などによって封止されてもよい。
リブ４２１が排気口４３を囲むことで形成されたガイド流路４２の形状は、具体的な状況に応じて設定してもよい。リブ４２１は、プレート部材３１の長手方向において離間して配置された、且つ互いに連通可能な連通路ユニットによって構成されてもいい。もちろん、十分の空間がある条件では、プレート部材３１の長手方向において断面が同じである全体の通路であってもよい。
ガイド流路４２が設けられることで、電池セル２１の第１の防爆弁２１１によって排出されたガスが直接に排気口４３を通じてガイド流路４２へ流れ、ガイド流路４２内に集められる。ガイド流路４２内のガスの圧力が所定の圧力値に達した場合、反転シート３２を反転させることで、電池モジュールの安全性を確保することができる。ガイド流路４２によって、第１の防爆弁２１１の破断によって流れるガスが複数の方向へ伝導されることを防止し、反転シート３２を迅速に応答させて反転を実現するようにして、電池モジュールが破損されることを避けることができる。
ガイド部材４０の重量を低減して、電池モジュールのエネルギー密度を高めるために、ベースプレート４１の第１の面４１１及び第２の面４１２にいずれも重量低減溝４１３が設けられることが好ましい。さらに、ガイド部材４０と電池パック２０とをより良く接続するために、一つの例として、第２の面４１２にベースプレート４１を囲んで嵌合突起４１４を設置し、嵌合突起４１４がベースプレート４１の円周方向に沿って配列されて、その形状が電池パック２０の形状と対応する嵌合溝を形成し、嵌合溝によって電池パック２０と嵌合して固定されることで、電池セル２１の第１の防爆弁２１１が相応した排気口４３に対応して設置されて、容易に動かなくなるようにする。
また、図４のＡ箇所の拡大図である図９も参照する。一つの例示の実施形態として、電池セル２１の第１の防爆弁２１１によって爆発した後に発生したガスをよりよくガイド流路４２に案内するために、第１の面４１１には、任意の排気口４３の形状に合わせる少なくとも一つのガイド部４４が設置され、ガイド部４４は、互いに連通している入口４４１と出口４４２とを含んでいる。入口４４１は排気口４３に連通される。プレート部材３１の厚さ方向において、出口４４２の高さはリブ４２１の第１の面４１１から離れた端面の高さより高くない。つまり、プレート部材３１の厚さ方向において、出口４４２の高さは、リブ４２１の第１の面４１１から離れた端面の高さより低く、又は、リブ４２１の第１の面４１１から離れた端面の高さと同じである。好ましくは、ガイド部材４０のベースプレート４１には、ガイド流路４２を形成するリブ４２１の高さを一番高くさせることで、カバープレートがハウジング１０の開口部１１をカバーする場合に、リブ４２１の第１の面４１１から離れた端面と密着に貼り合わせることができ、気流に対するガイド作用を確保することができ、反転シート３２が所定の圧力値で反転することをよりよく確保して、電池モジュールの安全性を確保することができる。
好ましくは、各排気口４３には、それぞれ一つのガイド部４４が設けられ、ガイド部の入口４４１は、第１の面４１１に位置している排気口４３の端部に接続されてもよい。もちろん、一例では、排気口４３の入口４４１は、対応する排気口４３の内部に差し込まれ、取り囲むように形成された排気口４３の壁面と互いに接続される。一つの例示の実施形態では、ガスに対する案内効果を更に高めるために、ガイド部４４の出口４４２のサイズをガイド部４４の入口４４１のサイズより小さくすることで、ガスに対する案内及び集中作用を向上させることが好ましい。
図３及び図８に示すように、一つの例示の実施形態として、電池セル２１の第１の防爆弁２１１の破断後に生成されたガスが直接にガイド流路４２に伝達されるために、ベースプレート４１において電池パック２０に向ける第２の面４１２に、反転シート３２の外周と貼り合わせる貼り合わせ面４１５が設置される。貼り合わせ面４１５は、排気口４３を取り囲むように設けられている。貼り合わせ面４１５の幅は、好ましくは、１ｍｍと５ｍｍとの端部の値を含む１〜５ｍｍの間の任意の値であり、より好ましくは、２ｍｍである。第２の面４１２において、各電池セル２１の第１の防爆弁２１１に対応する位置にいずれも一つの貼り合わせ面４１５が設けられている。それによって、各電池セル２１の第１の防爆弁２１１の外周には、対応する接着面４１５の幅と一致している平面領域２１２が設置されており、当該平面領域２１２が対応する貼り合わせ面４１５と貼り合わせることで、電池パック２０とガイド部材４０のベースプレート４１との合わせがさらに緊密になり、ガスへのガイド部材４０のガイド作用を確保する。
モジュール出力電極３３と電池パック２０との間の電気接続をより良く実現するために、一つの例示の実施形態として、図６に示すように、カバープレートアセンブリ３０は、導電性電極コラム３４及び中間接続部３５をさらに含む。モジュール出力電極３３と電池パック２０は導電性電極コラム３４を通じて電気的に接続され、中間接続部３５は導電性電極コラム３４に接続され、反転シート３２が反転される際に、中間接続部３５を通じて電池パック２０と電気的に接続される。
モジュール出力電極３３は、プレート部材３１の電池パック２０から離れた面に位置しているので、それに対応するように設置した導電性電極コラム３４はモジュール出力電極３３と電池パック２０を電気的に接続することができる。モジュール出力電極３３と電池パック２０とがよりよく電気的に接続するために、導電性電極コラム３４はプレート部材３１の厚さ方向ａにプレート部材３１を貫通するコラム状の構造であり、導電性電極コラム３４の一端は対応するモジュール出力電極３３に電気的に接続され、他端は電池パック２０に電気的に接続されている。
図１０を参照すると、図１０は、本発明の一実施形態に係る中間接続部３５の概略構成図を示している。一つの例として、中間接続部３５は、プレート部材３１に設置されている導電性ブロック３５１と、導電性ブロック３５１に電気的に接続された抵抗ブロック３５２とを含み、導電性ブロック３５１は、反転シート３２に向けて設置されている。導電性ブロック３５１は、好ましくは、一定の厚さを有する板状構造であり、例えばアルミニウムなどの金属材料からなる。導電性ブロック３５１の長手方向の一端は導電性電極コラム３４に接続され、導電性ブロック３５１に導電性電極コラム３４と係合する穴を設置することができる。導電性ブロック３５１の長手方向の他端は抵抗ブロック３５２に接続される。抵抗ブロック３５２は、導電性ブロック３５１と別体に構成され、導体によって互いに接続されてもよい。もちろん、一つの例示の実施形態として、抵抗ブロック３５２は、導電性ブロック３５１の内部に嵌られて導電性ブロック３５１と一体に構成される。具体的に実施する際に、導電性電極コラム３４及び中間接続部３５とカバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１との間に絶縁部材を配置して絶縁の目的を実現できる。
電池セル２１の第１の防爆弁２１１の爆発により発生した圧力がガイド流路４２を介して反転シート３２の下方に集中的に伝達されることで、反転シート３２の反転が実現される。反転シート３２が反転した後、電池パック２０、導電性電極コラム３４、抵抗ブロック３５２、反転シート３２、及びカバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１は、短絡回路を構成する。上記のように、モジュールカバープレートと電池パック２０とを接続した短絡回路は、反転シート３２を反転させることによって形成される。したがって、反転シート３２が反転された後に、外部の回路が電池パック２０に充電し続けることを避けるために、短絡回路の電流が反転シート３２と導電性ブロック３５１との接触箇所を溶着させてはならない。従って、短絡回路の電流を低減させる必要があり、導電性ブロック３５１に抵抗ブロック３５２を直列接続することで、反転シート３２が反転されるのでオフされた短絡回路における電流を低減でき、反転シート３２が反転した後反転シート３２と導電性ブロック３５１の接触箇所が溶断されることを効果的に回避して、電池モジュールの安全性をさらに確保できる。
反転シート３２が対応の凹部３１１内に設けられているため、具体的に実施する際に、中間接続部３５の導電性ブロック３５１、抵抗ブロック３５２などの構造も対応的に凹部３１１内に設けていることで、反転シート３２が反転される際に互に接続されて、電池モジュールの安全を確保できる。
図１１及び図１２を併せて参照すると、図１１は、本発明の実施形態に係るカバープレートアセンブリ３０と溶断器５０及び保護部材６０との嵌合の軸測投影図を示し、図１２は、本発明の一実施形態に係る溶断器５０の軸測投影図を示す。
一つの例示の実施形態として、電池モジュールは、プレート部材３１と電池パック２０との間に設けられている溶断器５０をさらに備え、溶断器５０は、導電性電極コラム３４に接続される第１の接続部５１と、電池パック２０に接続される第２の接続部５２と、第１の接続部５１と第２の接続部５２との間に位置する溶断部５３とを含み、溶断部５３と電池パック２０との間に隙間を有している。つまり、電池パック２０は、溶断器５０及び導電性電極コラム３４を介してモジュール出力電極３３と接続され、電池セル２１が過充電されて反転シート３２が反転されると、電池パック２０、溶断器５０、導電性電極コラム３４、抵抗ブロック３５２、反転シート３２、及びカバープレートアセンブリ３０のプレート部材３１は、短絡回路を構成する。回路に非常に大きな電流が流れるため、このような非常に大きな短絡電流が回路の溶断器５０を溶断させて、短絡回路が遮断され、当該短絡回路で電池パック２０が放電することを防止すると共に、他の原因による外部充電用電源が電池セル２１を充電し続けることを避けることができる。
一つの例示の実施形態として、溶断部５３の電流通過断面が第１の接続部５２及び第２の接続部の電流通過断面より小さくすることで、電池セル２１の過充電ときに溶断器５０の溶断部５３が先に溶断されるようにする。同時に、溶断部５３と電池パック２０との間に隙間があるため、溶断部５３が溶断されるときに形成した液体金属が電池セル２１に落ちる過程において冷却の時間があり、液体金属が電池セル２１に落ちたときに既に温度が下げられており、高温の液体金属が直接に電池セル２１に落ちて一部の電池セル２１乃至電池モジュールが火災や爆発などの事故を引き起こすことを回避できる。電流通過断面とは、図１２の電流通過方向ｂにおける溶断器５０の各部の断面を指す。
溶断部５３と電池パック２０との間の隙間の値は、電池モジュールの型番によって設定することができ、液体金属の温度を下げる冷却時間のニーズ及び電池モジュール自身のエネルギー密度のニーズを考慮して、一つの例示の実施形態として、溶断部５３と電池パック２０との間の間隔の距離は、好ましくは、１ｍｍと２０ｍｍの２つの両端の値を含む１ｍｍ〜２０ｍｍの任意の値である。上記の考慮に基づいて、より好ましくは、間隔の距離が３ｍｍ〜８ｍｍの任意の値であり、さらに好ましくは５ｍｍである。即ち、液体金属の温度を下げる冷却時間のニーズをよりよく満たすと共に、電池モジュールのエネルギー密度に対する影響が小さい。
具体的に実施する際には、溶断器５０と電池パック２０との間の電気接続を容易にさせるために、ガイド部材４０のベースプレート４１に退避口を設けることで溶断器５０を容易に通過させることが好ましい。
一つの例示の実施形態として、プレート部材３１は、厚さ方向ａに貫通孔３１２が設けられる。貫通孔３１２に第２の防爆弁３６が設けられている。第２の防爆弁３６を設けることにより、電池セル２１が過充電したときに、他の原因により反転シート３２が反転されず、或いは反転シート３２と導電性ブロック３５１の接続箇所が溶断するため電池セル２１が過充電して排気し続ける場合に、電池モジュールの内部が予め設定された圧力値に達したときに第２の防爆弁３６が開放されて、電池モジュール内のガスを排出することにより、電池モジュールの安全性をさらに確保することができる。
図１１及び図１３を併せて参照すると、図１３は、本発明の一実施形態に係る保護部材６０の軸測投影図を示す。第２の防爆弁３６がプレート部材３１に設置されており、電池パック２０の第１の防爆弁２１１がプレート部材３１に向けて設置されているため、電池セル２１は、第１の防爆弁２１１が開放された後電池モジュールの第２の防爆弁３６に向けて噴射されると、直接にモジュールの第２の防爆弁３６を開放させて排気する可能性がある。このとき、電池モジュールの内部には気圧を蓄積できないため、電池モジュールの反転シート３２が、電池セル２１の第１の防爆弁２１１が爆発した後排出したガスにより発生した圧力によって反転できず、電池モジュール内の電池セル２１が過充電を続け、さらに、火災や爆発などの事故を引き起こす。
したがって、一つの例示の実施形態として、電池モジュールは、前記プレート部材３１に接続され且つ第２の防爆弁３６に対応して設置された保護部材６０をさらに含んでいる。保護部材６０は、プレート部材３１と電池パック２０との間に位置し、プレート部材３１の厚さ方向ａにプレート部材３１と間隔をあけて設けられているストッパ部６１と、プレート部材３１とストッパ部６１とを接続する連結部６２と、ガスが保護部材６０を通過するガス通路６３とを含み、ストッパ部６１のプレート部材３１における正投影は少なくとも一部が第２の防爆弁３６を覆い、好ましくは、全部が第２の防爆弁３６を覆う。上記構成によれば、ストッパ部６１は電池セル２１の第１の防爆弁２１１が爆発した後に排出したガスの直接な衝撃を妨げるため、第２の防爆弁３６は、電池セル２１の第１の防爆弁２１１の影響を受けず、電池モジュールの安全性が確保できる。
保護部材６０のストッパ部６１は板状の構造であり、ガス流路６３がストッパ部６１とプレート部材３１との間に形成された。具体的には、本実施形態では、ストッパ部６１は、好ましくは、プレート部材３１の厚さ方向における断面が矩形であり、連結部６２はストッパ部６１の長手方向の両端部を折り曲げて形成した板状の構造体である。ストッパ部６１の幅方向の両端面とプレート部材３１との間に連結構造を設置しないため、ガス流路６３を形成する。従って、第２の防爆弁３６が開放されると、保護部材６０の外部が貫通孔３１２と連通されることで、電池モジュールの内部圧力が設定値に達すると第２の防爆弁が開放され、電池モジュールの安全性を確保する。
保護部材６０とプレート部材３１の間の接続強度を確保するために、一つの例示の実施形態として、連結部６２は、好ましくは、交差する第１の折曲部６２１及び第２の折曲部６２２を含む。連結部６２は、第１の折曲部６２１を通じてプレート部材３１に連結され、第２の折曲部６２２を通じてストッパ部６１に連結される。一例では、連結部６２はストッパ部６１の長手方向の両端部を折り曲げて形成した板状の構造体であるため、第１の折曲部６２１及び第２の折曲部６２２も板状の構造である。連結部６２は、上記の構成により、プレート部材３１に連結されるとき、プレート部材３１との接触面積を大きくすることができ、両者の連結強度を確保することができる。第１の折曲部６２１とプレート部材３１との連結は溶接、接着などで固定を行ってもよい。もちろん、いくつかの例では、プレート部材３１にスロットを設置し、連結部６２の両端の第１の折曲部６２１が当該スロットに係合することで、保護部材６０とプレート部材３１との着脱可能な接続を実現して、保護部材が破損した場合、その交換が便利になり、カバープレートアセンブリが電池モジュールに適用されるときの安全性及び信頼性をよりよく確保でき、プレート部材３１全体の交換が必要ではないため、コストを節約することができる。
一つの例示の実施形態として、プレート部材３１の厚さ方向におけるストッパ部６１の厚さは、０．２ｍｍと５ｍｍの２つの端部の値を含む０．２ｍｍ〜５ｍｍの間の任意の値である。ストッパ部６１は、上記の厚さを採用することで、電池セル２１の第１の防爆弁２１１が開放されるときの、ガスが第２の防爆弁３６に与える衝撃力に耐えられるとともに、ストッパ部６１の重量及び占有スペースを減少することができ、コストを節約し、電池モジュールのエネルギー密度を高めることができる。
保護部材６０のストッパ部６１は、電池セル２１の第１の防爆弁２１１が開放されるときのガスの衝撃力に耐えられるとともに、ストッパ部６１とプレート部材３１との間の接続強度を確保することができる。一つの例示の実施形態として、連結部６２の第２の折曲部６２２には、さらにガス流路６３と連通する連通口６２２ａが設けられる。これにより、カバープレートアセンブリが電池モジュールに適用されるとき、ガスが複数の方向からガス流路６３へ入り、且つ第２の防爆弁３６が開放されると電池モジュールから排出されるようにして、電池モジュールの安全性をよりよく確保できるとともに、連通口６２２aが設けられることで、カバープレートアセンブリの重量を効果的に低減して、電池モジュールのエネルギー密度を高めることができる。
一つの例示の実施形態として、プレート部材３１は、プレート部材３１の厚さ方向aにおいて、保護部材６０に接続され且つ電池パック２０から離れる方向へ凹む沈下部３１３を備える。上記の構成により、プレート３１が電池モジュールのキャビネットに適用されるとき、保護部材６０が電池モジュールの内部で占める空間を低減することができ、電池モジュールの他の部材の装着が便利になるとともに、電池モジュールのエネルギー密度を高めることができる。
したがって、本発明の実施形態による電池モジュールは、ハウジング１０と、電池パック２０と、カバープレートアセンブリ３０と、ガイド部材４０とを含むため、電池セル２１が過充電されて電池セル２１の第１の防爆弁２１１が開放されると、排出されたガスはガイド部材４０の排気口４３及びガイド流路４２を介して反転シート３２に伝達され、気圧が所定の気圧に達したときに、反転シート３２を反転させてモジュール出力電極３３と電気的に接続させることで、電池パック２０を短絡させて、電池セル２１がさらに過充電されて火災や爆発を起こすことを回避し、ひいては電池モジュールの安全性を確保する。カバープレートアセンブリ３０に反転シート３２を設置すればよいため、電池セル２１の設計の難度及びコストを低減することができ、ひいては電池モジュールの生産コストを低減させ、広く使用されるようにすることが容易になる。
好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱しない場合、記載された実施形態に対して種々の改良をすることができ、同等の手段によって実施形態の部材を置き換えることもできる。特に、構造的に矛盾がなければ、上述の各実施形態における技術的特徴は、任意の形態で組み合わせることができる。本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内のすべての技術案を含む。
符号の説明
１０ ハウジング
１１ 開口
１２ 収容室
２０ 電池パック
２１ 電池セル
２１１ 第１の防爆弁
２１２ 平面領域
３０ カバープレートアセンブリ
３１ プレート部材
３１１ 凹部
３１２ 貫通孔
３１３ 沈下部
３２ 反転シート
３２１ 湾曲部
３２２ 周縁部
３２３ 凸部
３３ モジュール出力電極
３４ 導電性電極コラム
３５ 中間接続部
３５１ 導電性ブロック
３５２ 抵抗ブロック
３６ 第２の防爆弁
４０ ガイド部材
４１ ベースプレート
４１１ 第１の面
４１２ 第２の面
４１３ 重量低減溝
４１４ 嵌合突起
４１５ 貼り合わせ面
４２ ガイド流路
４２１ リブ
４３ 排気口
４４ ガイド部
４４１ 入口
４４２ 出口
５０ 溶断器
５１ 第１の接続部
５２ 第２の接続部
５３ 溶断部
６０ 保護部材
６１ ストッパ部
６２ 連結部
６２１ 第１の折曲部
６２２ 第２の折曲部
６２２ａ 連通口
６３ ガス流路
ａ 厚さ方向
ｂ 電流通過方向

Claims (10)

  1. 開口を有する収納室を含むハウジングと、
    前記収納室に設けられ、第１の防爆弁を有するとともに互いに電気的に接続された２つ以上の電池セルを含む電池パックと、
    前記開口を密閉するように設けられたプレート部材と、前記プレート部材に接続され且つ前記プレート部材の厚さ方向で反転可能な反転シートと、前記プレート部材に接続され且つ前記反転シートに対向して配置され、前記電池パックに電気的に接続されるモジュール出力電極とを含み、前記ハウジングに接続されるカバープレートアセンブリと、
    前記反転シートに対向して配置されたガイド流路及び前記第１の防爆弁に対向して配置され且つ前記ガイド流路と互いに連通されている排気口を有し、前記カバープレートアセンブリと前記電池パックの間に設けられるガイド部材と
    を含み、
    前記第１の防爆弁の破断により排出されたガスは、前記排気口及び前記ガイド流路を通って前記反転シートに流れることを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記ガイド部材は、厚さ方向において、前記プレート部材と離間して配置されたベースプレートを有し、
    前記排気口は、前記厚さ方向において、前記ベースプレートを貫通し、
    前記ベースプレートには、前記プレート部材に向ける第１の面に前記プレート部材側に突出するリブが設けられ、
    前記リブは、前記ガイド流路を形成するように、前記排気口を囲んで配列される
    ことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記第１の面には、任意の前記排気口の形状に合わせる少なくとも一つのガイド部が設けられており、
    前記ガイド部は、互いに連通している入口と出口とを含み、
    前記入口は、前記排気口に連通され、
    前記厚さ方向において、前記出口の高さは、前記リブの前記第１の面から離れた端面の高さより高くない、
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記ベースプレートの前記電池パックに対向する第２の面には、前記第１の防爆弁の外周と貼り合わせる貼り合わせ面が設けられ、
    前記貼り合わせ面は、前記排気口を取り囲むように設けられている、
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
  5. 前記カバープレートアセンブリは、導電性電極コラム及び中間接続部をさらに含み、
    前記モジュール出力電極と前記電池パックは、前記導電性電極コラムを介して電気的に接続され、
    前記中間接続部は前記導電性電極コラムに接続され、
    前記反転シートは、反転される際に、前記中間接続部を介して前記電池パックに電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  6. 前記中間接続部は、前記プレート部材に設けられている導電性ブロックと、前記導電性ブロックに電気的に接続された抵抗ブロックとを含み、
    前記導電性ブロックは、前記反転シートに向けて設けられている、
    ことを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
  7. さらに前記プレート部材と前記電池パックとの間に設けられている溶断器を含み、
    前記溶断器は、前記導電性電極コラムに接続される第１の接続部と、前記電池パックに接続される第２の接続部と、前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に位置する溶断部とを含み、
    前記溶断部は、前記電池パックとの間に隙間を有している、
    ことを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
  8. 前記プレート部材は、前記厚さ方向において前記電池パックへ向かって凹む凹部を備え、
    前記反転シートが前記凹部に設けられている、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記プレート部材は、前記厚さ方向において貫通孔が設けられ、
    前記貫通孔内に第２の防爆弁が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. さらに、前記プレート部材に接続され且つ前記第２の防爆弁に対応して設けられている保護部材を含み、
    前記保護部材は、前記プレート部材と前記電池パックとの間に位置し、
    前記保護部材は、前記厚さ方向に前記プレート部材と離間して設けられているストッパ部と、前記プレート部材と前記ストッパ部とを接続する連結部と、ガスが前記保護部材を通過するためのガス通路とを含み、
    前記ストッパ部の前記プレート部材における正投影は、少なくとも一部が前記第２の防爆弁を覆う、
    ことを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。
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