JP7769167B2 - ガスベンティング装置およびこれを含む電池パック - Google Patents

Description

本発明は電池モジュールまたは電池パック内部のガスを排出するガスベンティング装置およびこれを含む電池パックに関する。

本出願は２０２１．２．２３日付韓国特許出願第１０－２０２１－００２４３０４号および２０２２．２．１８日付韓国特許出願第１０－２０２２－００２１７６６号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

電気自動車などに適用される電池パックは高出力を得るために複数の二次電池を含む複数の電池モジュールを直列または並列で連結した構造を有している。そして、前記二次電池は正極および負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。

二次電池は充放電を繰り返しながらいつでも使用中に内部からガスが発生する可能性があり、これをベンティングガス（ｖｅｎｔｉｎｇ ｇａｓ）という。例えば、過電流が流れると内部の二次電池が温度が急速に上昇する。このような温度の急速な上昇は電解液の分解反応を引き起こしてガスが発生し得る。電池パックで内部の二次電池からガスが発生する場合、このようなガスがパック内部に捕集されて電池パックが爆発したり、電池パックの冷却用ダクト等を通じて車両などの内部に流入し得る。このため、電池パックには内部のガスを外部に排出させて内部圧力を減少させるベンティング装置を設けることになる。

ベンティング装置は一般的に電池パック内部のガスが流入する入口およびガスが排出される出口の間に、内部圧力により破裂され得るベンティングディスクが挿入されている構造である。しかし、従来のベンティング装置は単純にガスの流入口と流出口が連結されている円筒状の構造を有しているので入口と出口の間の圧力が大きくないため、排出できるガスの流量に限界があった。

韓国公開特許第１０－２０１８－００３９９８６号

本発明は前記のような問題点を解決するために創案されたもので、同一面積のベンティングディスクでも同一時間当りさらに多くの流量を排出できるガスベンティング装置およびこれを含む電池モジュール、電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係るガスベンティング装置は中心部に通孔が形成された第１ブラケットと、中心部に前記第１ブラケットと連通する通孔が形成され、第１ブラケットと締結される第２ブラケットと、第１ブラケットと第２ブラケットの間に締結されて通孔を遮蔽するベンティングディスクであって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するように構成されたベンティングディスクとを含み、前記第１ブラケットおよび第２ブラケットに形成される通孔内にガス排出流路が形成され、前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少する。

具体的な例において、本発明に係るガスベンティング装置は前記第１ブラケットおよび第２ブラケットの通孔内に挿入され、中心部にガス排出流路が形成された排出ガイド部材を含み、前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少し得る。

この時、前記排出ガイド部材は、第１ブラケットに形成された通孔に挿入される第１排出ガイド部材と、第２ブラケットに形成された通孔に挿入される第２排出ガイド部材とを含み、前記第１排出ガイド部材および第２排出ガイド部材によって形成されるガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少し得る。

一つの例において、前記ガス排出流路は円錐台の形状であり得る。

他の一つの例において、前記ガス排出流路は断面積が連続的に減少することによって内壁に形成された傾斜面が凹むか膨らんで曲がっている円錐台の形状であり得る。

具体的な例において、前記傾斜面が凹むか膨らんで曲がっている円錐台の形状の流路に続いて、前記ガス排出流路の出口側に、断面積が一定である直線状の流路が形成され得る。

他の例として、前記ガス排出流路は、断面積が連続的に減少することによって内壁に形成された傾斜面が凹むように曲がっている円錐台の形状の流路と前記傾斜面が膨らむように曲がっている円錐台の形状の流路が連続的に形成されるものであり得る。

さらに他の例として、前記ガス排出流路は、断面積が連続的に減少することによって内壁に形成された傾斜面が膨らむように曲がっている円錐台の形状の流路と前記傾斜面が凹むように曲がっている円錐台の形状の流路が連続的に形成されるものであり得る。

具体的な例において、前記ガス排出流路の内壁にはねじ山、エンボシングまたは直線状のパターンを有する突起が形成され得る。

一つの例において、前記排出ガイド部材の外面には排出ガイド部材をブラケットに締結するための締結部が突出しており、前記締結部にはブラケットと共にボルト締結されるための締結孔が形成され得る。

他の一つの例において、前記第１ブラケットおよび第２ブラケットと排出ガイド部材はねじ締結方式で締結され得る。

一方、前記ベンティングディスクは、前記第１ブラケットおよび第２ブラケットに締結されるディスク外周部と、前記ディスク外周部と一体に形成され、前記通孔を遮蔽するディスク内周部であって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するディスク内周部とを含み、前記ディスク内周部には前記所定の圧力が加えられると破裂するようにノッチが形成され得る。

また、本発明は前述したようなガスベンティング装置を含む電池モジュールを提供する。

前記電池モジュールは複数の二次電池と、前記二次電池が搭載されるモジュールフレームとを含み、前記モジュールフレームの一側に前述したようなガスベンティング装置が締結され得る。

一つの例において、前記ガスベンティング装置は第１ブラケットがモジュールフレームと接した状態で締結され得る。

他の一つの例において、前記ガスベンティング装置の第１ブラケットはモジュールフレームの内面に接し、第２ブラケットはモジュールフレームの外面に接した状態で締結され得る。

また、本発明は前述したようなガスベンティング装置を含む電池パックを提供する。

前記電池パックは複数の二次電池を具備する少なくとも一つの電池モジュールと、前記電池モジュールが搭載されるトレイおよび前記電池モジュールを覆ったパックカバーとを含む電池パックケースとを含み、前記電池パックケースの一側に前述したようなガスベンティング装置が締結され得る。

一つの例において、前記ガスベンティング装置は第１ブラケットまたは第２ブラケットが電池パックケースと接した状態で締結され得る。

他の一つの例において、前記ガスベンティング装置の第１ブラケットは電池パックケースの内面に接し、第２ブラケットは電池パックケースの外面に接した状態で締結され得る。

本発明に係るガスベンティング装置およびこれを含む電池モジュールまたは電池パックは、同一面積のベンティングディスクを使っても同一時間当りさらに多くの流量を排出することによって電池モジュールおよび電池パックの安全性を向上させることができる。

本発明の一実施例に係るガスベンティング装置の斜視図である。 本発明の一実施例に係るガスベンティング装置でブラケットおよびベンティングディスクの締結形態を示した斜視図である。 本発明の一実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。 排出ガイド部材の形状を示した模式図である。 本発明の他の実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。 本発明の一実施例に係るブラケットと排出ガイド部材の締結形態を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係るブラケットと排出ガイド部材の締結形態を示した断面図である。 本発明に係るベンティングディスクの形状を示した模式図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールでガスベンティング装置の結合構造を示した模式図である。 本発明の他の実施例に係る電池モジュールでガスベンティング装置の結合構造を示した模式図である。

以下、本発明について詳細に説明することにする。これに先立ち、本明細書および特許請求の範囲に使われた用語または単語は通常的または辞書的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最も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って本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。

本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなくその中間にさらに他の部分がある場合も含む。反対に層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるとする場合、これは他の部分の「真下に」ある場合だけでなくその中間にさらに他の部分がある場合も含む。また、本出願で「上に」配置されるとは、上部だけでなく下部に配置される場合も含むものであり得る。

以下、本発明について詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例に係るガスベンティング装置の斜視図であり、図２は本発明の一実施例に係るガスベンティング装置でブラケットおよびベンティングディスクの締結形態を示した斜視図である。

図１および図２を参照すると、本発明に係るガスベンティング装置１００は中心部に通孔が形成された第１ブラケット１１０と、中心部に前記第１ブラケット１１０と連通する通孔が形成され、第１ブラケット１１０と締結される第２ブラケット１２０と、第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の間に締結されて通孔を遮蔽するベンティングディスク１３０であって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するように構成されたベンティングディスク１３０とを含み、前記第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０に形成される通孔内にガス排出流路が形成され、前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少する。

一般的に電池パックには複数の電池モジュールが搭載され、それぞれの電池モジュールには複数個の二次電池が内蔵されている。これら二次電池は充放電を繰り返すにつれて電解液の分解反応などによってガスを発生させる。電池の充放電過程で発生する熱はガスの発生を促進させ、ガスを膨張させて電池モジュールまたは電池パック内部の圧力を高めることになる。この過程が持続する場合、電池モジュールまたは電池パックが爆発したり、内部のガスがダクト等を通じて車両などの内部に流入し得るため、気体の圧力が所定の大きさ以上となる場合、ベンティングディスクが破裂することによってガスを排出させるベンティング装置が付着される。

このようなガスは、一般的に圧力に対して体積が変化する圧縮性流体である。このような空気が高速で流れることになると、一部の領域に圧力と密度が高い地域が発生して空気の体積が減少することになる。しかし、前記のようなガスの排出過程においてガスの排出速度は小さいため、圧力による体積の変化を無視できる非圧縮性流動現象を示す。このような非圧縮性流動では流体上で全圧力は一定であり、流体の圧力と速度は反比例することになる。すなわち、流体の圧力が増加すると流速は減少し、流体の圧力が減少すると流速は増加する。

前述した通り、従来のベンティング装置は単純にガスの流入口と流出口が連結されている円筒状の構造を有しているので入口と出口の間の圧力差が小さいため、排出できるガスの流量に限界があった。

これに比べて、本発明のように流路の断面積をガスの排出方向に連続的にまたは順次的に減少する形状にする場合、断面積が大きい入口では空気の速力が減少することによって内部圧力が増加し、断面積が小さい出口では空気の速力が増加することによって内部圧力が減少することになる。これに伴い、入口と出口の圧力差が局所的にさらに増加することになり、同一面積のベンティングディスクを使ってもさらに大きい流量のガスを排出することができる。したがって、電池モジュールまたは電池パック内部で発生したガスによる内部圧力が基準値を超過した時、ガスを速かに排出することによって電池モジュールおよび電池パックの安全性を向上させることができる。

以下、本発明に係るガスベンティング装置の構造について詳しく説明する。

図３は、本発明の一実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図であり、図４は、排出ガイド部材の形状を示した模式図である。図５は、本発明の他の実施例に係るガスベンティング装置の形状を示した断面図である。

図３または図４を図１および図２と共に参照すると、本発明に係るガスベンティング装置１００はベンティングディスク１３０を締結し、内部のガスを排出するためのブラケット１１０、１２０を含む。前記ベンティングディスク１３０は二つのブラケット１１０、１２０の間に介在された状態で締結され得、前記ブラケット１１０、１２０の中心部には通孔が形成されて通孔内にガス排出流路が形成される。本発明において、二つのブラケット１１０、１２０のうちガスの排出方向を基準として相対的にガスが流入する側に位置するブラケットを第１ブラケット１１０と定義し、ガスが排出される側に位置するブラケットを第２ブラケット１２０と定義する。前記第２ブラケット１２０の中心部に形成される通孔は、第１ブラケット１１０の中心部に形成される通孔と連通してガス排出流路として作用することになる。前記第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０には後述するベンティングディスクおよび排出ガイド部材を共に締結し、ガスベンティング装置１００を電池モジュールまたは電池パックに締結するためのボルト１５０が挿入され得る締結孔（図示されず）が形成され得る。

前記ベンティングディスク１３０は第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の間に介在された状態で締結されて通孔を遮蔽するものの、所定の圧力が加えられる場合に破裂するように構成され得る。

一方、第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０に形成される通孔内にはガス排出流路が形成される。具体的には、本発明に係るガスベンティング装置１００は前記第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０の通孔内に挿入され、中心部にガス排出流路１４１が形成された排出ガイド部材１４０を含む。前記通孔内に形成されるガス排出流路が排出ガイド部材１４０により形成され得、このとき前記排出ガイド部材１４０に形成されたガス排出流路１４１の断面積は、ガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少する。

すなわち、本発明で前記ブラケット１１０、１２０内に形成されるガス排出流路の形状は、通孔の形そのものを成形することでも形成することができるが、前記のように別途の排出ガイド部材１４０をブラケット１１０、１２０内に挿入して形成することが可能である。前記排出ガイド部材１４０は脱着型または取り換え可能な構造である。本発明はブラケット１１０、１２０に別途の排出ガイド部材１４０を使うことによってガスの排出を円滑にし、部品の容易な取り換えが可能であり、流路の形状を容易に変更することができる。

本発明で、ガス排出効率性の向上のために、ガス排出流路の長さを最大にしつつ、断面積の変化を示すようにすることができる。本発明で第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の間にベンティングディスク１３０が位置するため、排出ガイド部材１４０も第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０に形成された通孔内にそれぞれ挿入することができる。具体的には、前記排出ガイド部材１４０は、第１ブラケット１１０に形成された通孔に挿入される第１排出ガイド部材１４０ａと、第２ブラケット１２０に形成された通孔に挿入される第２排出ガイド部材１４０ｂとを含む。ここで、前記第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂにより形成されるガス排出流路１４１の断面積は、ガスの排出方向に沿って連続的にまたは順次的に減少する。すなわち、第１排出ガイド部材１４０ａと第２排出ガイド部材１４０ｂの間に段差が発生せず、ガス排出流路１４１が連続的な一つの面を形成する。これによって、ブラケット１１０、１２０内に流入したガスの移動が邪魔されずに円滑に排出され得る。

また、前記排出ガイド部材１４０により形成されるガス排出流路１４１は、例えば図４に示されたように円形に設計され得る。この場合、排出ガイド部材１４０により形成されたガス排出流路１４１は円錐台の形状であり得る。図３を図４と共に参照すると、排出ガイド部材１４０でガス排出流路１４１の入口１４２および出口１４３の形状は円形であり、それぞれ円錐台の形状の下面と上面を構成する。すなわち、排出ガイド部材１４０の内壁１４４はガスが流入する入口からガスが抜け出る出口に向かって断面積が連続的に減少することによって傾斜面が形成される構造である。図３および図４のように、ガス排出流路１４１の内壁１４４の断面プロファイルが直線状の傾斜面で形成される場合、前記断面積の減少率はガス排出流路全体で一定である。

このような断面プロファイルは直線状であって単純であるため製作が容易であるが、配管などの他の部品と連結された時に流路の壁面で角ばった部分が発生しうるため、一部流動が不安定な区間が発生する可能性がある。また、断面積の減少率が一定であるため、例えば流路の入口で流動が不安定なガスが流入する場合、前記ガスの流動不安定性が解消できずに流路の出口まで維持される可能性が大きい。すなわち、断面積減少率が一定の流路は該当流路内で流動不安定性を調節できる自由度が落ちるという短所がある。

これに対し、断面積の減少率が流路に沿って変化する形状にする場合には、前述した流動不安定性を流路内で調節乃至管理することができるという長所がある。図５～図８は、このようなガス排出流路に関する実施例を図示したものである。

図５の（ａ）を参照すると、前記排出ガイド部材１４０により形成されたガス排出流路１４１は、断面積が出口１４３に向けて連続的に減少することによってガス排出流路の内壁１４４に形成された傾斜面が凹むように曲がっている円錐台の形状である。ここで傾斜面が凹むように曲がっている形状は流路の垂直断面で、傾斜がガス排出流路の外側に向けて落ち込んでいる形状を意味する。この場合、断面積の減少率はガスが流入する入口１４２付近で小さく、ガスが排出される出口１４３側へ向かうほど大きくなる。このように凹んだ曲線状の断面プロファイルを有するガス排出流路１４１は、出口１４３側の流路断面積を急激に減少させる形状であるので、流路の入口１４２と出口１４３の圧力差（差圧）を大きくすることができる。すなわち、直線状の傾斜面を有する図３および図４の実施例のガス排出流路１４１に比べて、本実施例の流路は入出口の間でさらに大きい差圧を達成することができる。これは、流路の長さを短くしても望む差圧を容易に得ることができるということを意味する。したがって、本実施例によると、図３および図４の直線状傾斜面を有するガス排出流路１４１と同一の差圧を達成する場合に、それより短い長さの流路でガスベンティング装置を構成できるようになる。

また、図５の（ｂ）を参照すると、前記排出ガイド部材１４０により形成されたガス排出流路１４１は、断面積が出口１４３に向けて連続的に減少することによって内壁１４４に形成された傾斜面が膨らむように曲がっている円錐台の形状である。ここで傾斜面が膨らむように曲がっている形状は流路の垂直断面で、傾斜が流路の中心に向けて突出している形状を意味する。この場合、断面積の減少率はガスが流入する入口１４２付近で大きく、ガスが排出される出口１４３側へ向かうほど小さくなる。図５（ｂ）の膨らんだ曲線状の断面プロファイルを有するガス排出流路１４１も図５（ａ）の流路と同様に、直線状の傾斜面を有するガス排出流路に比べて断面積減少率が大きい。したがって、入出口の間でさらに大きい差圧を達成できるため、より短い長さの流路でガスベンティング装置を構成することができる。特に、図５（ｂ）のガス排出流路１４１は、出口１４３側の流路が直線状傾斜面の流路に比べて比較的緩やかに断面積が減少する形態である。このような形態の流路は、流路内部での物理量の変化が緩やかになるので高い流動安定性を達成できる長所がある。

一方、前述した通り、入出口間の圧力差を大きくし、流動安全性を高める効果をすべて達成するために、ガス排出流路１４１の断面プロファイルを図６のように曲線と直線が併用された形態で構成することができる。

図６（ａ）を参照すると、前記ガス排出流路１４１の傾斜面が凹んでいる円錐台の形状の流路に続いて、前記ガス排出流路１４１の出口１４３側に、断面積が一定である直線状の流路１４６が形成されている。本実施例では、ガス排出流路１４１の凹んだ円錐台の形状の流路で断面積の減少によってさらに大きな圧力差を達成でき、出口側の直線状流路１４６では内壁面の傾きをガス流動方向と平行するように設計することによって排出ガスを安定的に送りだすことができる。

図６（ｂ）を参照すると、前記ガス排出流路１４１の傾斜面が膨らんでいる円錐台の形状の流路に続いて、前記ガス排出流路の出口１４３側に、断面積が一定である直線状の流路１４６が形成されている。本実施例も、ガス排出流路１４１の膨らんだ円錐台の形状の流路で断面積の減少によってさらに大きな圧力差を達成でき、出口側の直線状流路１４６では内壁面の傾きをガス流動方向と平行するように設計することによって排出ガスを安定的に送りだすことができる。

特に、前記図６の実施例の排出ガイド部材１４０を具備したガスベンティング装置１００は、ガス排出流路１４１の曲率乃至断面積が連続的に減少しながら、最終的にはガス流動方向と平行な流路を通じてガスが排出される構造を有する。したがって、最初に流路の入口１４２に導入されるガスの流動が不安定な場合にも、該当流路を通過しながら流動不安定性が解消されて出口１４３で安定的にガスが流動され得る。

図６の実施例では、第１ブラケット１１０に形成された通孔に挿入される第１排出ガイド部材１４０ａ内壁に形成されるガス排出流路１４１は、その傾斜面が凹んでいる円錐台の形状（図６（ａ）参照）またはその傾斜面が膨らんでいる円錐台の形状（図６（ｂ）参照）で構成され得る。一方、前記ガス排出流路１４１に続く、第２排出ガイド部材１４０ｂの内壁に形成されるガス排出流路１４１は傾斜面が凹んでいるまたは膨らんでいる円錐台の形状とこれに続く直線状流路１４６をすべて含む複合型流路で構成され得る。

また、入出口間の圧力差を大きくし、流動安全性を高める効果をすべて達成するために、図７および図８のように互いに異なる曲率の曲線が併用された形態でガス排出流路１４１を構成することができる。

図７（ａ）には全体的に断面積が連続的に減少するガス排出流路を形成し、傾斜面が凹んでいる円錐台の形状の流路１４４Ａと傾斜面が膨らんでいる円錐台の形状の流路１４４Ｂが連続的に形成される複合流路の概略的な断面プロファイルが図示されている。図７（ｂ）には前記複合流路の断面プロファイルを具備したガスベンティング装置１００が開示されている。

図７の流路は、基本的にガス排出流路１４１の入口１４２から出口１４３に向けて断面積が連続的に減少する点は前述した実施例と同一である。したがって、断面積が減少しない従来のガスベンティング装置に比べて入口と出口の圧力差が局所的に増加して、同一面積のベンティングディスクを使ってもさらに大きい流量のガスを排出することができる。

このような効果に加え、図７のガス排出流路１４１は凹んだ傾斜面と膨らんだ傾斜面が続いて形成されるため断面積減少率をさらに大きくすることができ、同一の流路を基準として入出口の圧力差をさらに大きくすることができる。これに伴い、ガス排出流量をさらに増加させることができる。また、出口１４３側には比較的ゆるやかな曲線の膨らんだ傾斜面の流路を有するため、ガスの流動安定性を改善することができる。

図７（ａ）の点線は傾斜面の形状が変化する境界線を示し、このような境界線は図７（ｂ）のように、第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の境界部、あるいはベンティングディスク１３０が設置される部分となり得る。しかし、前記境界線の位置はこれに限定されるものではなく、例えば、第１ブラケット１１０または第２ブラケット１２０のうち一つが前記境界線を含む傾斜面を有する流路を有し、他の一つのブラケットは単一曲率の傾斜面を有する流路を有する形態で構成することができる。すなわち、図示してはいないが、２つのブラケットのうち一つのブラケットが曲率が変わる流路部分をすべて含む形態でガス排出流路を形成することも可能である。

図８（ａ）には全体的に断面積が連続的に減少するガス排出流路１４１を形成し、傾斜面が膨らんでいる円錐台の形状の流路１４４Ｂと傾斜面が凹んでいる円錐台の形状の流路１４４Ａが連続的に形成される複合流路の概略的な断面プロファイルが図示されている。図８（ｂ）には前記複合流路の断面プロファイルを具備したガスベンティング装置が開示されている。すなわち、図８のガスベンティング装置は図７と反対となる配置のガス排出流路を具備している。

図８の流路もガス排出流路の入口１４２から出口１４３に向けて断面積が連続的に減少するため、入口と出口の圧力差が局所的に増加して、同一面積のベンティングディスクを使ってもさらに大きい流量のガスを排出することができる。

また、図８のガス排出流路１４１は膨らんだ傾斜面と凹んだ傾斜面が続いて形成されるため断面積減少率を大きくすることができ、同一の流路を基準として入出口の圧力差をさらに大きくすることができる。これに伴い、ガス排出流量をさらに増加させることができる。また、ガス排出流路１４１が全体的に比較的ゆるやかな曲線の傾斜面の流路を有するため、ガスの流動安定性をより一層改善することができる。

図８（ａ）の点線は傾斜面の形状が変化する境界線を示し、このような境界線は図８（ｂ）のように、第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の境界部、あるいはベンティングディスク１３０が設置される部分となり得る。しかし、前記境界線の位置はこれに限定されるものではなく、例えば、第１ブラケット１１０または第２ブラケット１２０のうち一つが前記境界線を含む傾斜面を有する流路を有し、他の一つのブラケットは単一曲率の傾斜面を有する流路を有する形態で構成することができる。すなわち、図示してはいないが、２つのブラケットのうち一つのブラケットが曲率が変わる流路部分をすべて含む形態でガス排出流路を形成することも可能である。

図７および図８のベンティング装置は、互いに曲率が異なる傾斜面を有する複合流路を具備している。したがって、例えば初期にガス流動安定性が低下しても流路を通過しながら前記曲率によって出口ではガス流動安定性が改善され得る。同時に、流路の曲率を異ならせて入口１４２と出口１４３間の圧力差を増加させることができる。図７の複合流路が圧力差と流動安定性をバランス良く考慮したものであるとすれば、図８の複合流路は流動安定性をさらに考慮した例と見ることができる。どの場合であれ、該当流路内でガスの流動が調節できるため、流動安定性調節のための自由度が優秀であるという利点を有する。

前述したことの他にも、前記排出ガイド部材で、内部に形成される流路の形状は電池パックの安全性基準などにより多様な形態で設計可能である。

また、前記ガス排出流路１４１の出口１４３の断面積は電池モジュールおよび電池パックの構造または達成しようとする安全性条件により適切に選択できるが、前記入口１４２の断面積の４０％～８０％であり得る。詳細には、前記出口の断面積は入口断面積の５０～７０％であり、さらに詳細には５５～６５％であり得る。出口の断面積が入口断面積の４０％未満である場合、出口部が過度に狭くなる。反面、出口の断面積が入口断面積の８０％を超過する場合、入口と出口の断面積差が過度に減少して入口と出口での圧力差が減少することにより、ガスベンティングの効率性が減少することになる。

また、前記ガス排出流路１４１の内壁１４４にはガス排出を補助するためのパターン（図示されず）が形成され得る。例えば、前記パターンはねじ山、エンボシングまたはガスの排出方向と平行な直線のパターンを有する突起状であり得る。具体的には、前記パターンは流路の内壁に沿って流路の内部を囲む形態のねじ山の突起状であり得る。このようなパターンはガスの排出を促進することができる。

一方、前記排出ガイド部材は前記ブラケットに締結されることによってガスベンティング時にも安定的にガス排出を促進することができる。

図９は、本発明の一実施例に係るブラケットと排出ガイド部材の締結形態を示した断面図であり、図１０は、本発明の他の実施例に係るブラケットと排出ガイド部材の締結形態を示した断面図である。

一つの例において、前記ブラケット１１０、１２０と排出ガイド部材１４０はボルト締結によって締結され得る。この場合、図９のように前記排出ガイド部材１４０の外面には排出ガイド部材１４０をブラケット１１０、１２０に締結するための締結部１４５が突出している。前記排出ガイド部材１４０はブラケット１１０、１２０内の通孔に挿入されなければならないのでその断面が通孔の形状に対応する形状であり、締結部１４５はその外周部分に沿ってベンティングディスク１３０の外周部に類似する形状で突出している板状の突起状である。本発明で、排出ガイド部材１４０は第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂを含み、前記締結部１４５は第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂにすべて形成され得る。前記締結部１４５にはブラケット１１０、１２０と共にボルト締結されるための締結孔（図示されず）が形成されているが、前記締結部１４５に形成される締結孔はブラケット１１０、１２０に形成される締結孔と同一の位置に形成され、ボルトの挿入を通じて固定される。

一方、前記締結部１４５が形成される位置は適切に設計され得る。例えば、図９のように第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂに形成される締結部１４５がそれぞれ第１ブラケット１１０とベンティングディスク１３０の間および第２ブラケット１２０とベンティングディスク１３０の間に位置するように形成され得る。ただし、締結部の位置はこれに制限されるものではなく、例えば前記締結部１４５は、ブラケット１１０、１２０の、ベンティングディスク１３０と接する面の反対側の面で、ブラケット１１０、１２０と接するように形成されてもよい。

他の一つの例において、前記第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０と排出ガイド部材１４０はねじ締結方式で締結され得る。この場合、図１０のように第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０の内壁および排出ガイド部材１４０の外面にはねじ締結のためのねじ山が形成され得、これに伴い、第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０と排出ガイド部材１４０はそれぞれナットおよびボルトが締結されるような方式で締結され得る。本発明で、排出ガイド部材１４０は第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂを含み、前記ねじ山は第１排出ガイド部材１４０ａおよび第２排出ガイド部材１４０ｂにすべて形成され得る。このように排出ガイド部材１４０がブラケット１１０、１２０に対してねじ締結方式で締結される場合、別途のボルトの挿入が不要であるので部品の構造および締結方式が簡便となり、排出ガイド部材１４０がブラケット１１０、１２０に強く固定され得る。

一方、図１１を参照すると、前記ベンティングディスク１３０は前記第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０に締結されるディスク外周部１３１と、前記ディスク外周部１３１と一体に形成され、前記通孔を遮蔽するディスク内周部１３２であって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するディスク内周部１３２とを含む。

前記ディスク外周部１３１はブラケット１１０、１２０とベンティングディスク１３０を固定するための部分であり、一面は第１ブラケット１１０と接し、他面は第２ブラケット１２０と接する。前記ディスク外周部に１３１は円周方向に沿ってボルト貫通ホール１３３を具備することができ、第１ブラケット１１０、ディスク外周部１３１および第２ブラケット１２０はボルト締結方式等を通じて一体に結合することができる。排出ガイド部材に締結部が形成されている構造の場合、排出ガイド部材が前記ブラケットおよびベンティングディスクに結合され得る。

ディスク内周部１３２は所定の圧力が加えられる場合、破裂可能な金属またはプラスチック材質である。例えばディスク内周部１３２は厚さが薄い銅、アルミニウムまたはステンレススチール材質の金属またはプラスチック材質で形成され得る。前記ディスク内周部１３２は破裂時に圧力条件に合わせて適切に選択することができ、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではない。

前記ディスク内周部１３２は、正常条件では第１ブラケット１１０および第２ブラケット１２０に形成された通孔を遮断することによって電池モジュールまたは電池パック内部に水分または異物が浸透することを防止する。しかし、電池モジュールまたは電池パックで多量のガスが発生すると内部の圧力が上昇し、このような圧力がディスク内周部１３２を破裂させる力として作用することになる。この時、電池モジュールまたは電池パック内部の圧力は外部の気圧より高い状態であるので、内部のガスが負圧によって電池モジュールまたは電池パックの外部に排出され得る。

前記ディスク内周部１３２には所定の圧力が加えられると破裂するようにノッチ１３４が形成されている。このようなノッチ１３４はベンティングディスク１３０の表面から厚さ方向に部分切り取られて形成される。ノッチ１３４の形状は十字状、円形、角形、Ｕ字状、楕円形、弧形などの形状で設計され得、ノッチ１３４の断面は台形、Ｖ字状、四角形、弧形などのような形状が可能である。ディスク内周部１３２に形成されるノッチ１３４の形状は必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な形状を有することができる。例えば、前記ノッチ１３４の形状は図２のようにＸ字状であり得る。この場合、ディスク内周部１３２が破裂してもディスク内周部１３２破裂した破片が完全に離れず、ディスク外周部１３１に結合され得る。ディスク内周部の破裂した破片がベンティングディスクから完全に分離されて離れるとこれを除去することが難しく、他の部品を損傷させ得る。

また、前記第１ブラケット１１０とベンティングディスク１３０の間および前記第２ブラケット１２０とベンティングディスク１３０の間のうちいずれか一つ以上にはディスクパッド（図示されず）が介在され得る。このようなディスクパッドはディスク外周部１３１に対応する形態であって、環状またはリング状で設けられ得る。前記ディスクパッドは第１ブラケット１１０とベンティングディスク１３０の間または第２ブラケット１２０とベンティングディスク１３０の間の気密性を高め、ディスク外周部１３１の破損を防止するためのものである。例えば、ディスクパッドは弾性のあるゴム材質などで形成され得る。

また、本発明は前述したガスベンティング装置を含む電池モジュールを提供する。

図１２は、本発明の一実施例に係る電池モジュールでガスベンティング装置の結合構造を示した模式図であり、図１３は本発明の他の実施例に係る電池モジュールでガスベンティング装置の結合構造を示した模式図である。

図１２および図１３を参照すると、本発明に係る電池モジュール２００は、複数の二次電池（図示されず）と、前記二次電池が搭載されるモジュールフレーム２１０とを含み、前記モジュールフレーム２１０の一側に前述したようなガスベンティング装置１００が締結された構造である。

具体的には、前記二次電池は正極、負極および分離膜が交互に積層された電極組立体が電解液と共にセルケース内に搭載された形状である。このような二次電池に対する構成については、本願発明が属する技術分野の通常の技術者に自明な事項であるためより詳細な説明を省略する。

一つの例において、前記ガスベンティング装置１００は図１２のように第１ブラケット１１０または第２ブラケット１２０がモジュールフレーム２１０と接した状態で締結され得る。この場合、図１２の（ａ）のように第１ブラケット１１０がモジュールフレーム２１０の外面と接した状態で締結されたり、図１２の（ｂ）のように第２ブラケット１２０がモジュールフレーム２１０の内面と接した状態で締結される。本発明の明細書で、モジュールフレーム２１０の内面とは、モジュールフレーム２１０で二次電池が搭載される内部空間に向かう面を意味し、外面とは、モジュールフレーム２１０の外部に露出した面を意味する。モジュールフレーム２１０には第１ブラケット１１０、第２ブラケット１２０、排出ガイド部材１４０の締結部（図示されず）に形成された締結孔およびベンティングディスク１３０のボルト貫通ホールに対応する孔が形成されており、第１ブラケット１１０、ベンティングディスク１３０、排出ガイド部材１４０および第２ブラケット１２０が一度のボルト締結を通じてモジュールフレーム２１０に固定され得る。ひいては、前記モジュールフレーム２１０はブラケット１１０、１２０に形成された通孔または排出ガイド部材１４０に形成されたガス排出流路１４１の入口に対応する大きさの孔が形成されることによってモジュール内で発生したガスが排出され得る。

他の一つの例において、電池モジュールで２００、前記ガスベンティング装置１００はモジュールフレーム２１０が第１ブラケット１１０と第２ブラケット１２０の間に介在された状態で締結され得る。具体的には、図１３のようにガスベンティング装置１００の第１ブラケット１１０はモジュールフレーム２１０の内面に接し、第２ブラケット１２０はモジュールフレーム２１０の外面に接した状態で締結され得る。この時、ベンティングディスク１３０の位置に特に制限はなく、第１ブラケット１１０とモジュールフレーム２１０の間または第２ブラケット１２０とモジュールフレーム２１０の間に締結され得る。排出ガイド部材に締結部が形成された形態の場合、ベンティングディスクは締結部とモジュールフレームの間に位置することになる。

一方、前記電池モジュール２００は前記モジュールフレーム２１０とガスベンティング装置１００の外周辺間を密閉させるシーリング部材（図示されず）をさらに含むことができる。前記シーリング部材はゴムリングやシリコン樹脂であり得、ガスベンティング装置とモジュールフレームの間の隙間に設置されて電池モジュールを密閉させることができる。

また、本発明は前述したガスベンティング装置を含む電池パックを提供する。

本発明に係る電池パックは複数の二次電池を具備する電池モジュールと、前記電池モジュールが搭載されるトレイおよび前記電池モジュールを覆ったパックカバーを含む電池パックケースとを含み、前記電池パックケースの一側に前述したようなガスベンティング装置が締結され得る。

この場合、前記ガスベンティング装置は前述と同一の方式で電池パックケースに締結され得る。

一つの例において、前記ガスベンティング装置は第１ブラケットが電池パックケースと接した状態で締結され得る。この場合、第１ブラケットの、ベンティングディスクと接した面の反対側の面に、電池パックケースが接した状態で締結され得る。電池パックケースには第１ブラケット、第２ブラケット、ベンティングディスクおよび排出ガイド部材の締結部に形成された締結孔に対応する孔が形成されており、第１ブラケット、ベンティングディスク、排出ガイド部材および第２ブラケットが一度のボルト締結を通じて電池パックケースに固定され得る。ひいては、前記電池パックケースにはブラケットに形成された通孔に対応する大きさの孔が形成されることによってモジュール内で発生したガスが排出される通路として作用することができる。

他の一つの例において、前記ガスベンティング装置は電池パックケースが第１ブラケットと第２ブラケットの間に介在された状態で締結され得る。具体的には、ガスベンティング装置の第１ブラケットは電池パックケースの内面に接し、第２ブラケットは電池パックケースの外面に接した状態で締結され得る。この時、ベンティングディスクの位置に特に制限はなく、第１ブラケットと電池パックケースの間または第２ブラケットと電池パックケースの間に締結され得る。排出ガイド部材に締結部が形成された形態の場合、ベンティングディスクは締結部と電池パックケースの間に位置することになる。

同様に、前記電池パックは電池パックケースとガスベンティング装置の外周辺間を密閉させるシーリング部材を含むことができる。具体的には、前記シーリング部材はゴムリングやシリコン樹脂であり得、ガスベンティング装置と電池パックケースの間の隙間に設置されて電池パックを密閉させることができる。すなわち、本発明に係る電池パックは内部が密閉された状態で、内部の圧力が基準値を超過する場合にベンティングディスクが破裂して電池パック内部のガスが外部に排出されるが、流路の断面積がガスの排出方向に連続的にまたは順次的に減少することによって、さらに大きい流量のガスを排出することができる。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された図面は本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下記の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

一方、本明細書で上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などにより変わり得ることは自明である。

１００：ガスベンティング装置
１１０：第１ブラケット
１２０：第２ブラケット
１３０：ベンティングディスク
１３１：ディスク外周部
１３２：ディスク内周部
１３３：ボルト貫通ホール
１３４：ノッチ
１４０：排出ガイド部材
１４１：ガス排出流路
１４２：入口
１４３：出口
１４４：内壁
１４４Ａ：傾斜面が凹んでいる流路
１４４Ｂ：傾斜面が膨らんでいる流路
１４６：直線状流路
１４５：締結部
１５０：ボルト
２００：電池モジュール
２１０：モジュールフレーム

Claims (18)

1. 中心部に通孔が形成された第１ブラケットと、
   中心部に前記第１ブラケットと連通する通孔が形成され、前記第１ブラケットと締結される第２ブラケットと、
   前記第１ブラケットと前記第２ブラケットの間に締結されて前記通孔を遮蔽するベンティングディスクであって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するように構成されたベンティングディスクとを含み、
   前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットに形成される前記通孔内にガス排出流路が形成され、前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的に減少し、
   前記ガス排出流路の断面積の減少率が、前記ガス排出流路に沿って変化する、ガスベンティング装置。
2. 前記ガス排出流路の断面積の減少率が、ガスが流入する入口付近で小さく、且つガスが排出される出口側へ向かうほど大きくなる、請求項１に記載のガスベンティング装置。
3. 前記ガス排出流路の断面積の減少率が、ガスが流入する入口付近で大きく、且つガスが排出される出口側へ向かうほど小さくなる、請求項１に記載のガスベンティング装置。
4. 前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットの前記通孔内に挿入され、中心部に前記ガス排出流路が形成された排出ガイド部材を含み、
   前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的に減少する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガスベンティング装置。
5. 前記排出ガイド部材は、
   前記第１ブラケットに形成された通孔に挿入される第１排出ガイド部材と、
   前記第２ブラケットに形成された通孔に挿入される第２排出ガイド部材とを含み、
   前記第１排出ガイド部材および第２排出ガイド部材によって形成される前記ガス排出流路の断面積はガスの排出方向に沿って連続的に減少する、請求項４に記載のガスベンティング装置。
6. 前記断面積が連続的に減少した流路に続いて、前記ガス排出流路の出口側に、断面積が一定である直線状の流路が形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のガスベンティング装置。
7. 前記ガス排出流路の内壁にはねじ山、エンボシングまたは直線状のパターンを有する突起が形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のガスベンティング装置。
8. 前記排出ガイド部材の外面には前記排出ガイド部材を前記第１ブラケット及び前記第２ブラケットに締結するための締結部が突出しており、
   前記締結部には前記第１ブラケット及び前記第２ブラケットと共にボルト締結されるための締結孔が形成される、請求項４または５に記載のガスベンティング装置。
9. 前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットと前記排出ガイド部材はねじ締結方式で締結される、請求項４または５に記載のガスベンティング装置。
10. 前記ベンティングディスクは、
    前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットに締結されるディスク外周部と、
    前記ディスク外周部と一体に形成され、前記通孔を遮蔽するディスク内周部であって、所定の圧力が加えられる場合に破裂するディスク内周部とを含み、
    前記ディスク内周部には前記所定の圧力が加えられると破裂するようにノッチが形成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスベンティング装置。
11. 複数の二次電池と、
    前記二次電池が搭載されるモジュールフレームとを含み、
    前記モジュールフレームの一側に請求項１から１０のいずれか一項に記載されたガスベンティング装置が締結された、電池モジュール。
12. 前記ガスベンティング装置は、前記第１ブラケットまたは前記第２ブラケットが前記モジュールフレームと接した状態で締結される、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記ガスベンティング装置の前記第１ブラケットは前記モジュールフレームの内面に接し、前記第２ブラケットは前記モジュールフレームの外面に接した状態で締結される、請求項１１に記載の電池モジュール。
14. 前記モジュールフレームと前記ガスベンティング装置の外周辺間を密閉させるシーリング部材をさらに含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
15. 複数の二次電池を具備する少なくとも一つの電池モジュールと、
    前記電池モジュールが搭載されるトレイおよび前記電池モジュールを覆ったパックカバーを含む電池パックケースとを含み、
    前記電池パックケースの一側に請求項１から１０のいずれか一項に記載されたガスベンティング装置が締結された、電池パック。
16. 前記ガスベンティング装置は、前記第１ブラケットまたは前記第２ブラケットが前記電池パックケースと接した状態で締結される、請求項１５に記載の電池パック。
17. 前記ガスベンティング装置の前記第１ブラケットは前記電池パックケースの内面に接し、前記第２ブラケットは前記電池パックケースの外面に接した状態で締結される、請求項１５に記載の電池パック。
18. 前記電池パックケースと前記ガスベンティング装置の外周辺間を密閉させるシーリング部材をさらに含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の電池パック。