JP7453335B2 - バッテリーパック、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置 - Google Patents

バッテリーパック、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーパック、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置に関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの熱暴走に対する安全性を高めたバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１９年０９月０３日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１０９０４７号に基づく優先権を主張し、該当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。
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り、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリ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、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。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材を各々正極活物質と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ともに封止して収納する外装材、例えば、電池パウチ外装材を備える。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、重量が軽いなどの長所から、パウチ型二次電池がよく用いられる。
一方、最近、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、電気的に直列及び／または並列接続した複数の二次電池、このような二次電池を内部に収容したバッテリーモジュール及びバッテリー管理システム（ＢＭＳ）を備えたバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
なお、このようなバッテリーパックは、複数の二次電池を外部から保護するか、または収納保管するために、金属材質の外部ハウジングを備えることが通常であった。一方、最近、高容量のバッテリーパックの需要が高まりつつある。
しかし、従来技術のバッテリーパックまたはバッテリーラックは、複数のバッテリーモジュールを備え、各々のバッテリーモジュールの複数の二次電池の一部に熱暴走が発生して発火又は爆発する場合、隣接する二次電池へ熱または火炎が伝播されて二次爆発などが起こる場合があり、二次発火または爆発を防止するための努力が加重している。
これによって、バッテリーパックまたはバッテリーラックにおいて、一部の二次電池に熱暴走が発生する場合、即刻の措置が取れるように迅速かつ完全な消火技術が必要である。これについて、従来技術では、バッテリーモジュールの熱暴走に対する対策としてバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の制御によってバッテリーモジュールを冷却または消火する方式を使用していた。
しかし、このようなＢＭＳの制御による冷却または消火方式は、ＢＭＳに外部電源が供給されないか、またはＢＭＳ不良や誤作動によって熱暴走が発生したバッテリーモジュールの冷却または消火が作動しないことがある。したがって、ＢＭＳ作動不能状態である場合における火事に対する対策が必要な実情である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールの熱暴走に対する安全性を高めたバッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックは、
複数個のバッテリーセルと、複数個のバッテリーセルを収容するためのモジュールハウジングと、を備えた少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
バッテリーモジュールのモジュールハウジングの外側または内側に位置するように構成され、バッテリーモジュールが所定の温度以上に上昇するときに電圧を発生させる少なくとも一つの熱電モジュールと、
熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュールを放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニットと、を含む。
また、モジュールハウジングには、内部と外部が連通するように穿孔された少なくとも一つの露出口が備えられ、熱電モジュールは、露出口と対面するように位置し得る。
さらに、熱電モジュールは、
ｐ型レッグ及びｎ型レッグから構成された熱電レッグと、
ｐ型レッグとｎ型レッグとを接続する電極と、
板状からなり、下部と上部に配置されて電極を外部と電気的に絶縁させる高温側基板及び低温側基板と、を備え得る。
そして、熱電モジュールは、モジュールハウジングの外側に位置し、
高温側基板は、少なくとも一部が露出口に挿入され得る。
さらに、モジュールハウジングには、熱電モジュールを収納するように内側方向へ凹んだ収納溝が備えられ、
収納溝に搭載された熱電モジュールは、低温側基板が収納溝の上部に位置し得る。
また、エネルギー消耗ユニットは、
熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュールの外部電力端子と電気的に接続してバッテリーモジュールの電力を消尽させるように構成された外部短絡回路を備え得る。
さらに、外部短絡回路は、
バッテリーモジュールから供給された電力を消尽するように構成されたドレイン部と、
所定の電圧以上の電圧が供給される場合、バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成された少なくとも一つの作動スイッチと、を備え得る。
そして、外部短絡回路は、
熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、作動スイッチにバッテリーモジュールの電源が供給されるようにすることで作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチをさらに備え得る。
さらに、作動スイッチは、
バッテリーモジュールの正極端子と電気的に接続した正極接続部と、
バッテリーモジュールの負極端子と電気的に接続した負極接続部と、
正極接続部と負極接続部とを電気的に接続可能になるように構成された接続バーと、
切換スイッチに所定の電圧以上の電源が供給される場合、接続バーが正極接続部と負極接続部との間に接触するように接続バーを移動させるように構成された移動部材と、を備え得る。
また、移動部材は、
作動スイッチに供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇する発熱体と、
一端が発熱体と接続し、他端が接続バーと接続して、所定の温度以上で個体状態から液体状態へ相変化する相変化部材と、
一端が接続バーと接続し、他端が発熱体と接続して、相変化部材が液体状態へ相変化すると、接続バーを加圧移動させるように構成された加圧スプリングと、を備え得る。
さらに、移動部材は、
作動スイッチに供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇する発熱体と、
一端が発熱体と接続し、他端が接続バーと接続して、所定の温度以上で体積膨張して接続バーを移動させるように構成された膨張部と、を備え得る。
そして、外部短絡回路は、
所定の電圧以上の電圧を供給する補助バッテリーと、
熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、作動スイッチに補助バッテリーの所定の電圧以上の電圧が供給されるようにすることで作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチと、をさらに備え得る。
また、作動スイッチは、熱電モジュールから所定の電圧以上の電力が供給される場合、バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成されたトランジスタースイッチであり得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーラックは、バッテリーパックと、バッテリーパックを収容するラックケースと、を含む。
そして、上記の課題を達成するための本発明による電力貯蔵装置は、少なくとも一つのバッテリーラックを含む。
本発明の一面によると、本発明のバッテリーパックは、バッテリーモジュールが所定の温度以上に上昇して熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュールを放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニットを備えることで、温度センサーまたは煙センサーなどを用いてバッテリーモジュールのエネルギーを消耗させる能動的な方式とは異なり、バッテリーモジュールの温度変化による熱電モジュールの電圧上昇によってバッテリーモジュールのエネルギーを消耗させる受動的な方式を用いることができる。これによって、本発明は、能動的方式と受動的方式を共に使用することができるため、バッテリーモジュールの熱暴走や爆発などが発生する場合、高い信頼度で対処が可能である。
また、本発明の一実施例の一面によると、本発明のバッテリーパックは、バッテリーモジュールの内部と外部が連通するように露出口が備えられることで、熱電モジュールがバッテリーモジュール内部の熱を効果的に受けることができるため、エネルギー消耗ユニットはバッテリーモジュールの温度変化に迅速な反応性でバッテリーモジュールを放電させることができる。これによって、バッテリーパックの安全性を効果的に向上させることができる。
さらに、本発明の他面によると、本発明のバッテリーモジュールは、モジュールハウジングに熱電モジュールを収納するように内側方向に凹んだ収納溝を備えることで、バッテリーモジュールの外部へ熱電モジュールが突出しなくなり、熱電モジュールが外部物体と干渉または衝突することを避けることができる。これによって、熱電モジュールの損傷を防止することができ、バッテリーパックの耐久性を高めることができる。
そして、本発明の他面によると、本発明のエネルギー消耗ユニットは、バッテリーモジュールの電力を消耗させるドレイン部と、少なくとも一つの作動スイッチを備える外部短絡回路と、を含むことで、熱電モジュールが伝達する所定の電圧以上の電圧によって作動スイッチがバッテリーモジュールとドレイン部とを電気的に接続することで、バッテリーモジュールの電力を効果的に消尽させることができる。これによって、バッテリーパックにおけるバッテリーモジュールの火事の伝播または拡散を防止することができる。
さらに、本発明の他面によると、本発明のエネルギー消耗ユニットは、熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、作動スイッチにバッテリーモジュールの電源が供給されることによって作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチをさらに備えることで、バッテリーモジュールが伝達する所定の電圧以上の電圧によって作動スイッチがバッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続することで、高い信頼性で外部短絡を誘導することができる。これによって、バッテリーモジュールの電力を効果的に消尽させることができる。
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。
本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの内部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成である熱電モジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成である熱電モジュールを概略的に示した垂直断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 図６のバッテリーパックをＣ－Ｃ’線に沿って切断して概略的に示した部分断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示した概略図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示した概略図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示した概略図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示した概略図である。 本発明の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動を概略的に示した図である。 本発明の他の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動を概略的に示した図である。 本発明の他の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置を概略的に示した正面図である。
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パックを概略的に示した斜視図である。そして、図２は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの内部構成を概略的に示した斜視図である。
本発明によるバッテリーパック２００は、複数個のバッテリーセル１１０ａを備えた少なくとも一つのバッテリーモジュール１００と、少なくとも一つの熱電モジュール２１０と、エネルギー消耗ユニット２２０と、を含む。
ここで、バッテリーセル１１０ａは、パウチ型二次電池であり得る。例えば、図２に示したように、二つのセルアセンブリー１１０の各々は、２１個のパウチ型バッテリーセル１１０ａが前後方向（ｙ方向）へ並んで相互に積層されるように構成され得る。
特に、このようなパウチ型バッテリーセル１１０ａは、電極組立体（図示せず）、電解液（図示せず）及びパウチを備え得る。
各々のバッテリーセル１１０ａは、Ｆ方向（図１参照）から見たとき、二つの広い面が前後方向に各々位置し、上、下、左、右の方向にはシーリング部が位置するように地面にほぼ垂直に（Ｚ方向）立てられるように配置され得る。言い換えれば、各バッテリーセル１１０ａは、上下方向へ立てられた形態で構成され得る。一方、本明細書では、特に説明しない限り、上、下、前、後、左、右の方向は、Ｆ方向から見た場合を基準にする。
ここで、パウチは、凹んだ形態の収容部が形成されているパウチから構成され得る。また、収容部には、電極組立体及び電解液が収納され得る。そして、各々のパウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備え、パウチの周縁部には内部接着層が相互に溶着することでシーリング部が形成され得る。さらに、バッテリーセル１１０ａの正極リード１１１及び負極リード（図示せず）が形成された左右方向（Ｘ方向）の端部には各々テラス部が形成され得る。
そして、電極組立体は、電極活物質が塗布された電極板と分離膜との組立体であって、一枚以上の正極板及び一枚以上の負極板が分離膜を挟んで配置された形態で構成され得る。また、電極組立体の正極板には正極タブが備えられ、一つ以上の正極タブが正極リード１１１と接続し得る。
ここで、正極リード１１１は、一端が正極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分がバッテリーセル１１０ａの電極端子、例えば、バッテリーセル１１０ａの正極端子として機能し得る。
また、電極組立体の負極板には、負極タブが備えられ、一つ以上の負極タブが負極リード（図示せず）と接続し得る。そして、負極リードは、一端が負極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分がバッテリーセル１１０ａの電極端子、例えば、バッテリーセル１１０ａの負極端子として機能し得る。
さらに、図２のように、図１のＦ方向から見たとき、正極リード１１１及び負極リードは、バッテリーセル１１０ａの中心を基準にして相互に反対方向（Ｘ方向）の左右方向の端部に形成され得る。即ち、正極リード１１１は、バッテリーセル１１０ａの中心を基準にして一端部（右端部）に備えられ得る。また、負極リードは、バッテリーセル１１０ａの中心を基準にして他端部（左端部）に備えられ得る。例えば、図２に示したように、セルアセンブリー１１０の各々のバッテリーセル１１０ａは、正極リード１１１及び負極リードが左右方向へ突出するように構成され得る。
ここで、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象の置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、図１のＦ方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示す。
したがって、本発明のこのような構成によると、一つのバッテリーセル１１０ａにおいて、正極リード１１１と負極リードとの干渉がなくなり、電極リードの面積を広げることができる。
また、正極リード１１１及び負極リードは、プレート形態で構成され得る。特に、正極リード１１１及び負極リードは、広い面が前後方向に向かうように立てられた状態で水平方向（Ｘ方向）へ突出し得る。
ここで、水平方向とは、バッテリーモジュール１００を地面に平行する方向を意味し、上下方向（Ｚ方向）に垂直する平面上の少なくとも一方向ともいえる。
しかし、本発明によるバッテリーモジュール１００には、前述したパウチ型バッテリーセル１１０ａのみに限定されず、本願発明の出願時点における公知の多様なバッテリーセルが採用され得る。
また、少なくとも二つのセルアセンブリー１１０は、前後方向に配列され得る。例えば、図２に示したように、二つのセルアセンブリー１１０は、前後方向へ配列されており、二つのセルアセンブリー１１０同士は、所定の距離で離隔し得る。
バッテリーモジュール１００は、バスバーアセンブリー２８０をさらに含み得る。具体的には、バスバーアセンブリー２８０は、複数のバッテリーセル１１０ａを電気的に相互に接続するように構成された少なくとも一つのバスバー２８２と、少なくとも一つのバスバー２８２を外側に搭載するように構成された少なくとも二つのバスバーフレーム２８６と、を備え得る。少なくとも二つのバスバーフレーム２８６は、セルアセンブリー１１０の左右方向の両側に各々備えられ得る。
具体的には、バスバー２８２は、伝導性金属を含み得、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどを含み得る。
また、バスバーフレーム２８６は、電気絶縁性材料を含み得る。例えば、バスバーフレーム２８６は、プラスチック材料を含み得る。より詳しくは、プラスチック材料は、ポリ塩化ビニルであり得る。
一方、モジュールハウジング１２０には、セルアセンブリー１１０を内部に収納するように内部空間が形成され得る。具体的には、モジュールハウジング１２０は、上部カバー１２２、ベースプレート１２４、前方カバー１２５及び後方カバー１２６を含み得る。上部カバー１２２、ベースプレート１２４、前方カバー１２５及び後方カバー１２６は各々互いにボルト結合し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、モジュールハウジング１２０は、複数のバッテリーセル１１０ａを外部の衝撃から保護できる構造を有するため、バッテリーモジュール１００の外部衝撃に対して安全性を高めることができる。
図３は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成である熱電モジュールを概略的に示した斜視図である。そして、図４は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成である熱電モジュールの概略的な垂直断面図である。
図１と共に図３及び図４を参照すると、熱電モジュール２１０は、バッテリーモジュール１００のモジュールハウジング１２０の外側または内側に位置するように構成され得る。即ち、熱電モジュール２１０は、バッテリーモジュール１００の内側温度または外側温度の変化に応じて、所定の電圧を発生させるように構成され得る。例えば、バッテリーモジュール１００が所定の温度以上に上昇すると、上昇した熱が熱電モジュール２１０に伝達され、所定の電圧以上の電圧を発生させ得る。例えば、所定の温度は、１００℃以上または２００℃以上であり得る。
ここで、熱電モジュール２１０は、熱電レッグ２１１と、下部電極２１３と、上部電極２１３と、高温側基板として下部基板２１５と、低温側基板として上部基板２１６と、を含む。
熱電レッグ２１１は、熱電材料、即ち、熱電半導体から構成され得る。熱電半導体には、カルコゲニド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）系、スクッテルダイト（ｓｋｕｔｔｅｒｕｄｉｔｅ）系、シリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）系、クラスレート（ｃｌａｔｈｒａｔｅ）系、ハーフホイスラー（Ｈａｌｆ ｈｅｕｓｌｅｒ）系などの多様な種類の熱電材料が含まれ得る。本発明による熱電モジュール２１０の場合、本願発明の出願時点における公知の多様な種類の熱電半導体が熱電レッグ２１１の材料として用いられ得る。
このような熱電レッグ２１１は、ｎ型レッグ２１１ｎとｐ型レッグ２１１ｐを備え得る。ｎ型レッグ２１１ｎは、電子が移動して熱エネルギーを移動させ、ｐ型レッグ２１１ｐは、ホールが移動して熱エネルギーを移動させ得る。
ここで、ｎ型レッグ２１１ｎは、ｎ型熱電材料を含む形態で構成され、ｐ型レッグ２１１ｐは、ｐ型熱電材料を含む形態で構成され得る。即ち、ｎ型レッグ２１１ｎは、上記のような熱電材料にｎ型ドーパントを使用して構成され得る。また、ｐ型レッグ２１１ｐは、上記のような熱電材料にｐ型ドーパントを使用して構成され得る。
例えば、熱電レッグ２１１は、ＣｏＳｂ３を基本構成にするスクッテルダイト系熱電材料を使用し得る。ｎ型ドーパントとしては、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｓｅなどが使用され得る。また、ｐ型ドーパントは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｎなどが使用され得る。ここで、ｎ型ドーパントは、ＣｏＳｂ３のＳｂ位に置き換えられて過剰電子を作り、ｐ型ドーパントはＣｏＳｂ３のＳｂ位に置き換えられてホールを作り得る。
本発明による熱電レッグ２１１は、ｐ型レッグ２１１ｐとｎ型レッグ２１１ｎの一対が基本単位になり得る。
熱電レッグ２１１は、熱電材料がバルク形態で焼結された形態で構成され得る。例えば、熱電レッグ２１１は、図３に示したように、棒状、例えば、直方体の形態で構成され得る。但し、本発明がこのような熱電レッグ２１１の特定の形態に限定されることではない。
また、ｐ型レッグ２１１ｐ及びｎ型レッグ２１１ｎは、各原料の混合段階、熱処理による合成段階及び焼結段階を経て製造され得る。但し、本発明が必ずしもこのような熱電レッグ２１１の特定の製造方式によって限定されることではない。
本発明による熱電モジュール２１０には、図３に示したように、複数の熱電レッグ２１１、即ち、複数のｐ型レッグ２１１ｐ及び複数のｎ型レッグ２１１ｎが含まれ得る。そして、このような複数のｐ型レッグ２１１ｐ及び複数のｎ型レッグ２１１ｎは、相異なる種類の熱電素子が交互に配置されて接続するように構成され得る。特に、このようなｐ型レッグ２１１ｐとｎ型レッグ２１１ｎは、一つの平面（図面のＸ－Ｙ平面）上において水平方向へ所定の距離で離隔するように配置され得る。
そして、このようなｐ型レッグ２１１ｐ及びｎ型レッグ２１１ｎは、電極２１３によって相互に接続し得る。即ち、各熱電レッグ２１１の上端には、上部電極２１３が接合され、各熱電レッグ２１１の下端には、下部電極２１３が接合され得る。そして、複数の熱電レッグ２１１は、隣接する他の種類の熱電レッグ２１１とこのような上部電極２１３及び下部電極２１３によって上端及び下端が相互に接続し得る。
上部電極２１３及び下部電極２１３は、電気伝導性材質、特に、金属材質から構成され得る。例えば、上部電極２１３及び下部電極２１３は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉなど、またはこれらの合金を含み得る。そして、上部電極２１３及び下部電極２１３は、板状で構成され得る。例えば、上部電極２１３及び下部電極２１３はいずれも、銅板の形態で構成され得る。
上部電極２１３及び下部電極２１３は、ｐ型レッグ２１１ｐとｎ型レッグ２１１ｎとの間に備えられ、これらを相互に接続させることができる。即ち、下部電極２１３は、一端がｎ型レッグ２１１ｎの下端に接合して連結され、他端がｐ型レッグ２１１ｐの下端に接合して連結され得る。そして、上部電極２１３は、一端がｎ型レッグ２１１ｎの上端に接合して連結され、他端がｐ型レッグ２１１ｐの上端に接合して連結され得る。即ち、上部電極２１３及び下部電極２１３には各々、両端に相異なる種類の熱電レッグ２１１が接合され得る。このように、上部電極２１３及び下部電極２１３の両端には、熱電レッグ２１１が接合されることから、上部電極２１３及び下部電極２１３は、両端に熱電レッグ２１１が容易に接合されるように、一方向が相対的に長い長方形のプレート形態で構成され得る。
本発明による熱電モジュール２１０において、上部電極２１３及び下部電極２１３は各々複数で含まれ得る。例えば、熱電モジュール２１０には、複数の熱電レッグ２１１が含まれ得、この場合、各熱電レッグ２１１の上端と下端には各々相異なる上部電極２１３と下部電極２１３が備えられ得る。そのため、一つの熱電モジュール２１０には、多数の上部電極２１３及び下部電極２１３が各々含まれ得る。これによって、この場合、熱電モジュール２１０には電極アレイが含まれているといえる。
本発明による熱電モジュール２１０には、本発明の出願時点における公知の多様な熱電レッグ２１１及び／または電極２１３が採用され得る。
下部基板２１５は、電気絶縁性材質を含み得る。したがって、下部基板２１５は、熱電モジュール２１０の下部外側と下部電極２１３とを電気的に絶縁させることができる。特に、下部基板２１５は、熱伝導性の高いセラミック材質から構成され得る。例えば、下部基板２１５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質を一部含むか、または全体的にアルミナ材質からなり得る。さらに、下部基板２１５は、２０℃で熱伝導度が１０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材質から構成され得る。その他、下部基板２１５は、基材層が電気伝導性材質、例えば、金属材質からなり、その表面に電気絶縁物質がコーティングされた形態で構成され得る。本発明は、このような下部基板２１５の特定材質によって限定されず、本願の出願時点における公知の多様な基板材質が採用され得る。
また、下部基板２１５は、プレート形態で構成され得る。即ち、下部基板２１５は、二つの広い表面を有する形態で構成され得る。例えば、下部基板２１５は、アルミナプレートから構成され得る。
下部基板２１５は、下部電極２１３の下部に位置し、下部電極２１３の下面に付着され得る。即ち、下部基板２１５は、二つの広い表面が上部と下部に位置するように横たえられた形態で、上面が下部電極２１３の下面に付着された形態で構成され得る。
ここで、下部基板２１５は、一つの熱電モジュール２１０に含まれた複数の下部電極２１３の少なくとも一つの下部電極２１３の下面に付着され得る。例えば、図３に示したように、下部基板２１５は、熱電モジュール２１０に一つが備えられ、上面に全ての下部電極２１３の下面が接合されるように構成され得る。または、下部基板２１５は、熱電モジュール２１０に複数で備えられ、上面に一部の下部電極２１３の下面が接合されるように構成され得る。
上部基板２１６は、下部基板２１５と同様に、電気絶縁性材質を含み得る。したがって、上部基板２１６は、熱電モジュール２１０の上部外側と上部電極２１３とを電気的に絶縁させ得る。また、上部基板２１６は、熱伝導性の高いセラミック材質、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質から構成されるか、または基材層が電気伝導性材質からなるが、その表面に電気絶縁物質がコーティングされた形態で構成され得る。本発明は、このような上部基板２１６の特定材質によって限定されず、本願発明の出願時点における公知の多様な基板材質が採用され得る。
また、上部基板２１６は、下部基板２１５と同様にプレート形態で構成され得る。即ち、上部基板２１６は、二つの広い表面を有する形態で構成され得る。例えば、上部基板２１６は、アルミナプレートから構成され得る。
上部基板２１６は、上部電極２１３の上部に位置し、上部電極２１３の上面に付着され得る。即ち、上部基板２１６は、二つの広い表面が上部と下部に位置するように横たえられた形態で、下面が上部電極２１３の上面に付着された形態で構成され得る。
ここで、上部基板２１６は、一つの熱電モジュール２１０に含まれた複数の上部電極２１３の少なくとも二つの上部電極２１３の上面に付着され得る。例えば、図３に示したように、上部基板２１６は、熱電モジュール２１０に一つが備えられ、下面に全ての上部電極２１３の上面が接合されるように構成され得る。または、上部基板２１６は、熱電モジュール２１０に二つ以上が備えられ、下面に全体の上部電極２１３のうち一部として二つ以上の上部電極２１３の上面が接合されるように構成され得る。
熱電モジュール２１０は、高温側と低温側との間に配置されることが通常である。したがって、上部基板２１６及び下部基板２１５のいずれか一つは高温側に配置され、他の一つは低温側に配置されるように構成され得る。「上部」と「下部」という用語は、熱電モジュール２１０の配置位置や観測者の位置によって変わり得るが、本明細書では説明の便宜のために上部基板２１６が低温側に位置し、下部基板２１５が高温側に位置することにして説明する。即ち、本明細書では、上部基板２１６が低温側基板であり、下部基板２１５が高温側基板であり得る。
そして、エネルギー消耗ユニット２２０は、バッテリーモジュール１００が所定の温度以上に上昇して熱電モジュール２１０から所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュール１００を放電させるように構成され得る。所定の大きさ以上の電圧は１．２Ｖ以上であり得る。例えば、エネルギー消耗ユニット２２０は、バッテリーモジュール１００の電力を消耗するために、抵抗体２２５ａ、パワー抵抗器または電気モーターなどに電源を印加するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明のバッテリーパック２００は、バッテリーモジュール１００が所定の温度以上に上昇して熱電モジュール２１０から所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュール１００を放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニット２２０を備えることで、温度センサーまたは煙センサーなどを用いてバッテリーモジュール１００のエネルギーを消耗させる能動的な方式とは異なり、バッテリーモジュール１００の温度変化による熱電モジュール２１０の電圧上昇によってバッテリーモジュール１００のエネルギーの消耗を作動させる受動的な方式を用い得る。
即ち、従来技術のバッテリーパック２００は、ＢＭＳ（バッテリー管理システム）を用いてバッテリーモジュール１００の異常状態を感知した後、バッテリーモジュール１００のエネルギーを消耗させる能動的な方式を使用したが、ＢＭＳに外部電源が供給されないか、またはＢＭＳの故障で作動不能状態にある場合、バッテリーモジュール１００の火事や爆発などに対する対処が自動に行われにくかった。
したがって、本発明は、ＢＭＳのような能動的方式ではなく、バッテリーモジュール１００の温度変化に反応する熱電モジュール２１０の構成を用いて受動的な方式でバッテリーモジュール１００の火事や爆発などに対処するように構成されることで、ＢＭＳ不能に対して対処することができる。これによって、バッテリーパック２００の安全性を大幅向上させることができる。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図５を参照すると、モジュールハウジング１２０には、内部と外部が連通するように穿孔された少なくとも一つの露出口１２５ｈが備えられ得る。例えば、図５に示したように、バッテリーモジュール１００のモジュールハウジング１２０には、４個の露出口１２５ｈが備えられ得る。図５に示したように、熱電モジュール２１０は、露出口１２５ｈと対面するように位置し得る。露出口１２５ｈの大きさは、熱電モジュール２１０の下部基板２１５より小さくてもよい。
また、熱電モジュール２１０は、モジュールハウジング１２０の外側に位置し、高温側基板２１５（下部基板）は、少なくとも一部分が露出口１２５ｈに挿入され得る。この際、露出口１２５ｈの大きさは、熱電モジュール２１０の下部基板２１５が挿入されるように下部基板２１５と同一または類似の平面サイズを有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明のバッテリーパック２００は、バッテリーモジュール１００の内部と外部が連通するように露出口１２５ｈを備えることで、熱電モジュール２１０がバッテリーモジュール１００の内部の熱を効果的に受けることができるため、エネルギー消耗ユニット２２０がバッテリーモジュール１００の温度変化に迅速な反応性で作動してバッテリーモジュール１００を放電させることができる。これによって、バッテリーパック２００の安全性を効果的に高めることができる。
図６は、本発明の他の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。そして、図７は、図６のバッテリーパックをＣ－Ｃ’線に沿って切断して概略的に示した部分断面図である。
図６及び図７を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーパック２００Ａのモジュールハウジング１２０Ａは、図１のバッテリーパック２００と比較する場合、熱電モジュール２１０を収納するように内側方向（バッテリーモジュールの内部）へ凹んだ収納溝２１８ｈをさらに備え得る。その外の構成は同一であり得る。
例えば、図６に示したように、モジュールハウジング１２０Ａには４個の収納溝２１８ｈが備えられ得る。４個の収納溝２１８ｈには各々熱電モジュール２１０が収納され得る。ここで、収納溝２１８ｈに搭載された熱電モジュール２１０は、低温側基板２１６（上部基板）が収納溝２１８ｈの上部に位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、モジュールハウジング１２０Ａに熱電モジュール２１０を収納するように内側方向へ凹んだ収納溝２１８ｈが備えられることで、バッテリーモジュール１００の外部へ熱電モジュール２１０が突出せず、外部物体との干渉を避けることができる。これによって、熱電モジュール２１０の損傷を防止することができる。
さらに、熱電モジュール２１０をバッテリーモジュール１００の内部により近く配置し、収納溝２１８ｈの内壁によって熱電モジュール２１０を囲むことで、バッテリーモジュール１００の内部の熱が熱電モジュール２１０へより効果的に伝達される効果を奏する。これによって、バッテリーモジュール１００が所定の温度以上に上昇する場合、エネルギー消耗ユニット２２０が速やかにバッテリーモジュール１００の電力を消尽させることができる。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示す概略図である。
図１と共に図８を参照すると、エネルギー消耗ユニット２２０は、外部短絡回路２２１を備え得る。外部短絡回路２２１は、熱電モジュール２１０から所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、バッテリーモジュール１００の外部電力端子と電気的に接続してバッテリーモジュール１００の電力を消尽するように構成され得る。
具体的には、外部短絡回路２２１は、バッテリーモジュール１００の正極端子と負極端子とを電気的に接続する短絡経路Ａ１と、熱電モジュールの電流が作動スイッチへ流れるように構成された作動経路Ａ２と、が備えられ得る。短絡経路Ａ１には、ドレイン部２２５及び少なくとも一つの作動スイッチ２２３が備えられ得る。ドレイン部２２５は、バッテリーモジュール１００から供給された電力を消尽するように構成された素子、例えば、電源抵抗器、抵抗素子またはシャント抵抗器を備え得る。
作動スイッチ２２３は、作動経路Ａ２に沿って所定の電圧以上の電圧が供給される場合、バッテリーモジュール１００とドレイン部２２５とを電気的に接続するように構成され得る。作動スイッチ２２３は、可逆的または不可逆的にターンオンされ得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、エネルギー消耗ユニット２２０は、ドレイン部２２５と、少なくとも一つの作動スイッチ２２３とを備えた外部短絡回路２２１を含むことで、熱電モジュール２１０が伝達する所定の電圧以上の電圧によって作動スイッチ２２３がバッテリーモジュール１００とドレイン部２２５とを電気的に接続することで、バッテリーモジュール１００の電力を効果的に消尽させることができる。
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示す概略図である。
図９を参照すると、本発明の外部短絡回路２２１Ａは、作動スイッチ２２３としてトランジスタースイッチ２２３ａを備え得る。
トランジスタースイッチ２２３ａは、熱電モジュール２１０から所定の電圧以上の電力が供給される場合、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続するように構成され得る。ここで、トランジスタースイッチ２２３ａは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であり得る。
例えば、図９に示したように、図９の作動スイッチ２２３は、トランジスタースイッチとして備えられ得る。この際、熱電モジュール２１０の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２３ａのベースＢ及びエミッタＥに各々接続し得る。バッテリーモジュール１００の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２３ａのコレクターＣ及びエミッタＥに各々接続し得る。
この場合、トランジスタースイッチ２２３ａは、ベースＢ端子に所定の電圧以下の電圧が印加される場合、遮断されて（遮断モード）コレクター（Ｃ） 端子からエミッタＥへ電流が流れないようにスイッチがターンオフされた状態に維持され得る。
ところが、トランジスタースイッチ２２３ａは、ベースＢに所定の電圧以上の電圧が印加されると、コレクターＣからエミッタＥへ電流が流れるようにスイッチがターンオン状態に切り換えられる。この際、バッテリーモジュール１００の電源が短絡経路Ａ１に位置した抵抗体２２５ａと電気的に接続できる。これによって、バッテリーモジュール１００の電力がドレイン部２２５の抵抗体２２５ａによって速やかに消耗できる。
したがって、熱電モジュール２１０は、バッテリーモジュール１００が所定の温度以上に上昇する場合、所定の電圧以上の電圧が発生され、熱電モジュール２１０に発生した所定の電圧以上の電圧は、トランジスタースイッチ２２３ａのベースに印加されて飽和状態に到達し、コレクターＣからエミッタＥへ電流が流れるようにスイッチがターンオンされ得る。これによって、短絡経路Ａ１に電流が流れるようになり、バッテリーモジュール１００の電力が抵抗体２２５ａによって速やかに消耗可能になる。
トランジスタースイッチ２２３ａは、バッテリーモジュール１００の電源の電流大きさによって複数個が備えられ得る。例えば、外部短絡回路２２１Ａは、バッテリーモジュール１００の電源の電流が４００Ａである場合、使用電流が２００Ａであるトランジスタースイッチを二つ備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、作動スイッチ２２３を、熱電モジュール２１０から所定の電圧以上の電力が供給されると、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続するように構成されたトランジスタースイッチとして構成する場合、スイッチ動作が速やかであるため、バッテリーモジュール１００の電力をより迅速に消耗させることができる。また、トランジスタースイッチは、スイッチの摩耗がないので、スイッチ不能を防止することができる。
一方、図９の実施例では、トランジスタースイッチをＢＪＴで説明したが、必ずしもその構成に限定されることではなく、トランジスタースイッチは、電界効果トランジスター（ＦＥＴｓ）などの他のスイッチ素子も使用可能である。
図１０は、本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示す概略図である。
図１０を参照すると、他の一実施例による外部短絡回路２２１Ｂは、図９の外部短絡回路２２１Ａとは異なり、作動スイッチ２２３にバッテリーモジュール１００の正極端子及び負極端子を接続する切換経路Ａ３をさらに備え得る。
また、図１０の外部短絡回路は、切換経路Ａ３に位置した切換スイッチ２２７をさらに備え得る。切換スイッチ２２７は、熱電モジュール２１０から所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされるように構成され得る。例えば、切換スイッチ２２７は、所定の電圧以上の電圧が印加される場合にスイッチがターンオンされるトランジスタースイッチであり得る。
例えば、図１０に示したように、切換スイッチ２２７は、トランジスタースイッチとして備えられ得る。この際、熱電モジュール２１０の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２７ａのベースＢ及びエミッタＥに各々接続し得る。バッテリーモジュール１００の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２７ａのコレクターＣ及びエミッタＥに各々接続し得る。
これによって、切換スイッチ２２７は、ターンオンされる場合、作動スイッチ２２３にバッテリーモジュール１００の電源が供給されるように構成され得る。この際、作動スイッチ２２３は、切換経路Ａ３及び短絡経路Ａ１に各々位置する駆動部２２３ａ及び開閉部２２３ｂを備え得る。即ち、駆動部２２３ａは、開閉部２２３ｂの開閉を駆動するように構成され得る。駆動部２２３ａは、バッテリーモジュール１００から所定の電圧以上の電圧を受けるように切換経路Ａ３に位置し得る。そして、作動スイッチ２２３の開閉部２２３ｂは、定常状態では開状態に維持されることで、作動スイッチ２２３が、短絡経路Ａ１に電流が流れないようにするターンオフ状態を維持できる。しかし、開閉部２２３ｂは、所定の電圧以上の電圧が駆動部２２３ａに印加される場合、ターンオンされ得る。これによって、短絡経路Ａ１に電流が流れるように構成できる。
この際、作動スイッチ２２３に印加されたバッテリーモジュール１００の電源が所定の電圧以上である場合、作動スイッチ２２３をターンオンし得る。作動スイッチ２２３がターンオンされる場合、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続し得る。これによって、バッテリーモジュール１００の電力は、抵抗体２２５ａによって迅速に消耗可能になる。
例えば、作動スイッチ２２３は、所定の電圧以上の電圧が１回のみ印加されてもターンオンされ、このようにターンオンされた状態を持続的に維持し得る。即ち、作動スイッチ２２３は、不可逆的に作動する安全スイッチであり得る。例えば、作動スイッチ２２３は、パイロヒューズ（ｐｙｒｏ ｆｕｓｅ，ａｕｔｏｌｉｖ社）であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、外部短絡回路２２１Ｂは、熱電モジュール２１０から所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、作動スイッチ２２３にバッテリーモジュール１００の電源を供給することで作動スイッチ２２３をターンオンする切換スイッチ２２７をさらに備えるため、バッテリーモジュール１００が伝達する所定の電圧以上の電圧によって作動スイッチ２２３がバッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続することで、高い信頼性で外部短絡を誘導できる。これによって、バッテリーモジュール１００の電力を効果的に消尽させることができる。
さらに、本発明の図１０の外部短絡回路２２１Ｂは、図９の外部短絡回路２２１Ａとは異なり、作動スイッチ２２３及び切換スイッチ２２７を、他の種類の二つのスイッチで構成することができることから、スイッチをターンオンできる作動電圧の範囲を異にすることができる。即ち、熱電モジュール２１０と電気的に接続する切換スイッチ２２７のスイッチがターンオンされる電圧の範囲を低く設定し得る。逆に、作動スイッチ２２３は、高い使用電圧または電流範囲を有するように構成することで、バッテリーモジュール１００の高い電圧または電流が流れる場合にも作動スイッチ２２３の個数を少なく備えることができる利点がある。
言い換えれば、熱電モジュール２１０の電圧によってターンオン可能なスイッチと、バッテリーモジュール１００の電源によってターンオン可能なスイッチとを区分することで、より効率的な設計が可能になり、製造コストを節減してスイッチの作動信頼性を高めることができる。
図１１は、本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの外部短絡回路を示す概略図である。
図１１を参照すると、さらに他の実施例による外部短絡回路２２１Ｃは、図１０の外部短絡回路２２１Ｂと比較する場合、作動スイッチ２２３に所定の電圧以上の電圧を供給するように構成された切換経路Ａ３に位置した補助バッテリー２２８をさらに備え得る。
補助バッテリー２２８は、所定の電圧以上の電圧を作動スイッチ２２３に供給するように構成され得る。この際、所定の電圧以上の電圧は、作動スイッチ２２３がターンオンされる大きさであり得る。そして、外部短絡回路２２１Ｃは、バッテリーモジュール１００の温度が所定の温度以上に上昇する場合、熱電モジュール２１０から所定の電圧以上の電圧を受けてターンオンされるように構成された切換スイッチ２２７を備え得る。
即ち、切換スイッチ２２７は、ターンオンされる場合、作動スイッチ２２３に補助バッテリー２２８の電源が供給されるように構成され得る。この際、作動スイッチ２２３は、切換経路Ａ３及び短絡経路Ａ１に各々位置する駆動部２２３ａ及び開閉部２２３ｂを備え得る。駆動部２２３ａは、開閉部２２３ｂの開閉を駆動するように構成され得る。駆動部２２３ａは、補助バッテリー２２８から所定の電圧以上の電圧を受けるように切換経路Ａ３に位置し得る。そして、作動スイッチ２２３の開閉部２２３ｂは、正常状態であるとき、短絡経路Ａ１に電流が流れないように作動スイッチ２２３がターンオフ状態を維持し得る。さらに、開閉部２２３ｂは、補助バッテリー２２８から所定の電圧以上の電圧が駆動部２２３ａに印加される場合、開閉部２２３ｂのスイッチがターンオンされ、これによって短絡経路Ａ１に沿って電流が流れるように構成され得る。これによって、バッテリーモジュール１００の電力が抵抗体２２５ａによって迅速に消耗可能になる。
ここで、切換スイッチ２２７としては、トランジスタースイッチ２２７ａが適用され得る。また、トランジスタースイッチ２２７ａは、所定の電圧以下の電圧が印加される場合、遮断されて（遮断モード）ベースＢからエミッタＥへ電流が流れるようにスイッチがターンオフされる。
トランジスタースイッチ２２７ａは、ベースＢに所定の電圧以上の電圧が印加されると、コレクターＣからエミッタＥへ電流が流れるようにスイッチがターンオンされる。この際、補助バッテリー２２８の電源が切換経路Ａ３に位置した作動スイッチ２２３の駆動部２２３ａに供給され得る。
例えば、図１１に示したように、熱電モジュール２１０の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２７ａのベースＢ及びエミッタＥに各々接続し得る。補助バッテリー２２８の正極端子及び負極端子は各々、トランジスタースイッチ２２７ａのコレクターＣ及びエミッタＥに各々接続し得る。
さらに、作動スイッチ２２３は、補助バッテリー２２８から所定の電圧以上の電圧が印加される場合、ターンオンされ得る。作動スイッチ２２３がターンオンされる場合、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続し得る。これによって、バッテリーモジュール１００の電力は、抵抗体２２５ａによって迅速に消耗される。
図１２及び図１３は、本発明の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動様子を概略的に示した図である。
図８と共に図１２及び図１３を参照すると、本発明の一実施例による作動スイッチ２２３は、正極接続部２２３ａ１、負極接続部２２３ａ２、接続バー２２３ｃ及び移動部材２２３ｄを含み得る。
具体的には、正極接続部２２３ａ１は、バッテリーモジュール１００または補助バッテリー２２８の正極端子と電気的に接続し得る。また、負極接続部２２３ａ２は、バッテリーモジュール１００または補助バッテリー２２８の負極端子と電気的に接続し得る。接続バー２２３ｃは、正極接続部２２３ａ１と負極接続部２２３ａ２とを電気的に接続可能に構成され得る。例えば、接続バー２２３ｃの一端部は、正極接続部２２３ａ１と接触可能に構成され、他端部は、負極接続部２２３ａ２と接触可能になる構成され得る。
また、正極接続部２２３ａ１、負極接続部２２３ａ２及び接続バー２２３ｃは、電気伝導性の金属を含み得る。例えば、金属は、アルミニウム、ニッケルまたは銅などを含む合金であり得る。
さらに、移動部材２２３ｄは、接続バー２２３ｃを移動させるように構成され得る。移動部材２２３ｄは、切換スイッチ２２７に所定の電圧以上の電源が供給される場合、接続バー２２３ｃが正極接続部２２３ａ１と負極接続部２２３ａ２との間に接触するように構成され得る。移動部材２２３ｄについては、以下でより具体的に後述する。
したがって、本発明このような構成によると、作動スイッチ２２３が正極接続部２２３ａ１、負極接続部２２３ａ２、接続バー２２３ｃ及び移動部材２２３ｄを備えることで、受動的な方式でバッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続し得る。これによって、別のＢＭＳの制御なく作動スイッチ２２３に所定の電圧以上の電圧を印加するだけでターンオンされ、バッテリーモジュール１００の電力を迅速に消尽させることができる。
また、図１２及び図１３を参照すると、移動部材２２３ｄは、発熱体２２３ｄ１、相変化部材２２３ｄ２及び加圧スプリング２２３ｄ３を備え得る。
発熱体２２３ｄ１は、作動スイッチ２２３に供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇するように構成され得る。例えば、発熱体２２３ｄ１は、電気を熱に転換する抵抗コイルを備えるヒーターであり得る。
相変化部材２２３ｄ２は、所定の温度以上で固体状態から液体状態へ相変化し得る。相変化部材２２３ｄ２は、一端が発熱体２２３ｄ１と接続し、他端が接続バー２２３ｃと接続し得る。例えば、図１２に示したように、相変化部材２２３ｄ２の上端は、発熱体２２３ｄ１の下面と接続し、相変化部材２２３ｄ２の下端は、接続バー２２３ｃの上面と接続し得る。このために、相変化部材２２３ｄ２は、所定の温度、例えば、１００℃以上で固体状態から液体状態へ相変化する相変化物質として設けられ得る。
相変化物質の代表的な例には、パラフィン、ポリエチレングリコール、無機水和物（例えば、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏなど）などが挙げられるが、これらに限定されることではない。そのうち、値段が安くて分子量による相変化温度の調節が容易なパラフィンが特に望ましい。
そして、加圧スプリング２２３ｄ３は、一端が接続バー２２３ｃと接続し、他端が発熱体２２３ｄ１と接続し得る。加圧スプリング２２３ｄ３は、発熱体２２３ｄ１及び接続バー２２３ｃと接続した相変化部材２２３ｄ２によって圧縮された状態で維持され得る。加圧スプリング２２３ｄ３は、相変化部材２２３ｄ２が液体状態に相変化すると、接続バー２２３ｃを加圧して移動させ得る。
即ち、相変化部材２２３ｄ２が液体状態に相変化すると、接続バー２２３ｃと分離可能になることから、相変化部材２２３ｄ２によって拘束された接続バー２２３ｃが放されながら加圧スプリング２２３ｄ３の弾性力によって接続バー２２３ｃが移動できる。接続バー２２３ｃは、正極接続部２２３ａ１及び負極接続部２２３ａ２に各々接触するように位置移動され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、移動部材２２３ｄは、発熱体２２３ｄ１、相変化部材２２３ｄ２及び加圧スプリング２２３ｄ３を備えることで、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続できる。これによって、別のＢＭＳの制御なく作動スイッチ２２３に所定の電圧以上の電圧を印加するだけでターンオンされ、バッテリーモジュール１００の電力を迅速に消尽させることができる。
図１４及び図１５は、本発明の他の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチの内部構成の作動を概略的に示した図である。
図１４及び図１５を参照すると、本発明の他の一実施例による外部短絡回路の作動スイッチ２２３Ａは、発熱体２２３ｄ１及び膨張部２２３ｄ４を備える移動部材２２３ｄを含み得る。発熱体２２３ｄ１は、作動スイッチ２２３に供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇するように構成され得る。例えば、発熱体２２３ｄ１は、電気を熱に転換する抵抗コイルを備えたヒーターであり得る。
また、膨張部２２３ｄ４は、一端が発熱体２２３ｄ１と接続し、他端が接続バー２２３ｃと接続するように構成され得る。例えば、図１４に示したように、膨張部２２３ｄ４は、上端が発熱体２２３ｄ１の下面と接続し、下端が接続バー２２３ｃの上面と接続するように構成され得る。
さらに、膨張部２２３ｄ４は、所定の温度以上で体積膨張するように構成され得る。例えば、膨張部２２３ｄ４は、所定の温度以上で体積膨張する膨張物質を含み得る。所定の温度は、例えば、１００℃以上の温度であり得る。例えば、膨張物質は、高分子材料または金属であり得る。望ましくは、膨張物質は、ポリエチレン、ナイロンまたはアルミニウム合金であり得る。
そして、膨張部２２３ｄ４は、発熱体２２３ｄ１から熱が伝導されて所定の温度以上に上昇する場合、体積膨張されて接続バー２２３ｃを移動させるように構成され得る。例えば、膨張部２２３ｄ４は、接続バー２２３ｃが正極接続部２２３ａ１及び負極接続部２２３ａ２に各々接触するように位置移動させ得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、移動部材２２３ｄは、発熱体２２３ｄ１及び膨張部２２３ｄ４を備えることで、印加電力によって発熱体２２３ｄ１が発熱する場合、発熱体２２３ｄ１と接続した膨張部２２３ｄ４の体積が膨脹して接続バー２２３ｃを移動させるようになるので、移動した接続バー２２３ｃは、バッテリーモジュール１００と抵抗体２２５ａとを電気的に接続させることができる。これによって、別のＢＭＳの制御なく、作動スイッチ２２３に所定の電圧以上の電圧を印加するだけでターンオンされ、バッテリーモジュール１００の電力を迅速に消尽させることができる。
図１６は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を概略的に示した正面図である。
図１６を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーラック５００は、複数のバッテリーパック２００を収容するラックケース５１０を含み得る。ラックケース５１０は、複数のバッテリーパック２００を上下方向へ積層した形態で収容するように構成され得る。ラックケース５１０の内部では、バッテリーパック２００の下面が水平面に平行する形態で搭載され得る。
ここで、水平方向とは、バッテリーパック２００を地面に置いたとき、地面に平行する方向を意味し、上下方向に垂直する平面上の少なくとも一方向であるといえる。
さらに、ラックケース５１０は、少なくとも一側が開放可能な形態で構成され、開放された側面からバッテリーパック２００が内部空間に入れられ得る。但し、ラックケース５１０は、このように開放された側面が閉鎖可能に構成されることも可能である。
また、バッテリーラック５００は、複数のバッテリーパック２００の充放電を制御するように構成された中央バッテリー管理装置３００などの他の構成要素をさらに含み得る。バッテリー管理装置は、ラックケース５１０の内部または外部に配置され得る。
一方、本発明の一実施例による電力貯蔵装置６００は、バッテリーラック５００を少なくとも二つ含み得る。二つ以上のバッテリーラック５００は、一方向へ配列されるように配置され得る。例えば、図１６に示したように、電力貯蔵装置６００は、三つのバッテリーラック５００が一方向へ配列されるように構成され得る。また、電力貯蔵装置６００は、三つのバッテリーラック５００の充放電が制御可能な中央制御部（図示せず）を備え得る。
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。
以上のように、本発明を限定された実施例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。
本発明は、バッテリーパックに関する。また、本発明は、バッテリーパックを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置関連産業に利用可能である。
１００ バッテリーモジュール
１１０ セルアセンブリー
１１０ａ バッテリーセル
１２０ モジュールハウジング
１２５ｈ 露出口
２００ バッテリーパック
２１０ 熱電モジュール
２１１、２１１ｐ、２１１ｎ 熱電レッグ
２１３ 電極
２１５ 高温側基板（下部基板）
２１６ 低温側基板（上部基板）
２１８ｈ 収納溝
２２０ エネルギー消耗ユニット
２２１ 外部短絡回路
２２３ 作動スイッチ
２２３ａ１ 正極接続部
２２３ａ２ 負極接続部
２２３ｃ 接続バー
２２３ｄ 移動部材
２２３ｄ１ 発熱体
２２３ｄ２ 相変化部材
２２３ｄ３ 加圧スプリング
２２３ｄ４ 膨張部
２２５ ドレイン部
２２７ 切換スイッチ
２２８ 補助バッテリー

Claims (15)

  1. 複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するためのモジュールハウジングと、を備えた少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールのモジュールハウジングの外側または内側に位置するように構成され、前記バッテリーモジュールが所定の温度以上に上昇するときに生じた熱を熱電効果で電圧に変換することによって電圧を発生させる少なくとも一つの熱電モジュールと、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールを放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニットと、を含み、
    前記エネルギー消耗ユニットは、作動すると直接的または間接的に前記バッテリーモジュールを放電させるスイッチを含み、
    前記スイッチは、前記熱電モジュールに電気的に接続されており、前記熱電モジュールからの所定の大きさ以上の電圧が前記スイッチを作動させることにより、前記バッテリーモジュールが前記所定の温度以上に上昇したことに応答して受動的な方式で前記バッテリーモジュールを放電させることを特徴とする、バッテリーパック。
  2. 前記モジュールハウジングには、内部と外部とが連通するように穿孔された少なくとも一つの露出口が備えられ、
    前記熱電モジュールは、前記露出口と対面するように位置することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記熱電モジュールは、
    ｐ型レッグ及びｎ型レッグから構成された熱電レッグと、
    前記ｐ型レッグと前記ｎ型レッグとを接続する電極と、
    板状からなり、下部と上部に配置されて前記電極を外部と電気的に絶縁させる高温側基板及び低温側基板と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記熱電モジュールは、前記モジュールハウジングの外側に位置し、
    前記高温側基板は、少なくとも一部が前記露出口に挿入されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 前記モジュールハウジングには、前記熱電モジュールを収納するように内側方向へ凹んだ収納溝が備えられ、
    前記収納溝に搭載された熱電モジュールは、前記低温側基板が収納溝の上部に位置することを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
  6. 前記エネルギー消耗ユニットは、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールの外部電力端子と電気的に接続して前記バッテリーモジュールの電力を消尽させるように構成された外部短絡回路を備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  7. 前記外部短絡回路は、
    前記バッテリーモジュールから供給された電力を消尽するように構成されたドレイン部と、
    前記スイッチとして、所定の電圧以上の電圧が供給される場合、前記バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成された少なくとも一つの作動スイッチと、を備えることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記外部短絡回路は、
    前記バッテリーモジュールから供給された電力を消尽するように構成されたドレイン部と、
    所定の電圧以上の電圧が供給される場合、前記バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成された少なくとも一つの作動スイッチと、
    前記スイッチとして、前記熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、前記作動スイッチに前記バッテリーモジュールの電源が供給されるようにすることで前記作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチと、備えることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するためのモジュールハウジングと、を備えた少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールのモジュールハウジングの外側または内側に位置するように構成され、前記バッテリーモジュールが所定の温度以上に上昇するときに電圧を発生させる少なくとも一つの熱電モジュールと、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールを放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニットと、を含み、
    前記エネルギー消耗ユニットは、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールの外部電力端子と電気的に接続して前記バッテリーモジュールの電力を消尽させるように構成された外部短絡回路を備え、
    前記外部短絡回路は、
    前記バッテリーモジュールから供給された電力を消尽するように構成されたドレイン部と、
    所定の電圧以上の電圧が供給される場合、前記バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成された少なくとも一つの作動スイッチと、を備え、
    前記外部短絡回路は、
    前記熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、前記作動スイッチに前記バッテリーモジュールの電源が供給されるようにすることで前記作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチをさらに備え、
    前記作動スイッチは、
    前記バッテリーモジュールの正極端子と電気的に接続した正極接続部と、
    前記バッテリーモジュールの負極端子と電気的に接続した負極接続部と、
    前記正極接続部と前記負極接続部とを電気的に接続可能になるように構成された接続バーと、
    前記切換スイッチに所定の電圧以上の電源が供給される場合、前記接続バーが前記正極接続部と前記負極接続部との間に接触するように前記接続バーを移動させるように構成された移動部材と、を備えることを特徴とする、バッテリーパック。
  10. 前記移動部材は、
    前記作動スイッチに供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇する発熱体と、
    一端が前記発熱体と接続し、他端が前記接続バーと接続して、前記所定の温度以上で個体状態から液体状態へ相変化する相変化部材と、
    一端が前記接続バーと接続し、他端が前記発熱体と接続して、前記相変化部材が液体状態へ相変化すると、前記接続バーを加圧移動させるように構成された加圧スプリングと、を備えることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記移動部材は、
    前記作動スイッチに供給される電源によって所定の温度以上に温度が上昇する発熱体と、
    一端が前記発熱体と接続し、他端が前記接続バーと接続して、所定の温度以上で体積膨張して前記接続バーを移動させるように構成された膨張部と、を備えることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。
  12. 複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するためのモジュールハウジングと、を備えた少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールのモジュールハウジングの外側または内側に位置するように構成され、前記バッテリーモジュールが所定の温度以上に上昇するときに電圧を発生させる少なくとも一つの熱電モジュールと、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールを放電させるように構成されたエネルギー消耗ユニットと、を含み、
    前記エネルギー消耗ユニットは、
    前記熱電モジュールから所定の大きさ以上の電圧が印加される場合、前記バッテリーモジュールの外部電力端子と電気的に接続して前記バッテリーモジュールの電力を消尽させるように構成された外部短絡回路を備え、
    前記外部短絡回路は、
    前記バッテリーモジュールから供給された電力を消尽するように構成されたドレイン部と、
    所定の電圧以上の電圧が供給される場合、前記バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成された少なくとも一つの作動スイッチと、を備え、
    前記外部短絡回路は、
    所定の電圧以上の電圧を供給する補助バッテリーと、
    前記熱電モジュールから所定の電圧以上の電圧が供給される場合にターンオンされ、前記作動スイッチに前記補助バッテリーの所定の電圧以上の電圧が供給されるようにすることで前記作動スイッチをターンオンさせる切換スイッチと、をさらに備えることを特徴とする、バッテリーパック。
  13. 前記作動スイッチは、前記熱電モジュールから所定の電圧以上の電力が供給される場合、前記バッテリーモジュールと抵抗体とを電気的に接続するように構成されたトランジスタースイッチであることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリーパックと、前記バッテリーパックを収容するラックケースと、を含むことを特徴とする、バッテリーラック。
  15. 請求項１４に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含むことを特徴とする、電力貯蔵装置。
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