JP7841130B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、断熱層を含む上部カバーが備えられたバッテリーパックに関するものである。

本出願は、２０２３年３月３日付の韓国特許出願第１０－２０２３－００２８１７０号に基づく優先権の利益を主張し、当該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。

近年、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車、ディーゼル車などに起因する大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。

小型機器に用いられる二次電池の場合に、２－３個の電池セルが配置されるが、自動車などの中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結したバッテリーモジュールが用いられる。また、複数個のバッテリーモジュールが電気的に連結されたバッテリーパックが用いられることができる。

電池セルは、正極、負極および分離膜が積層された電極組立体と電解液がケースに収容されてなる。このようなケースの形状に応じて、電池セルは、円筒型、角型、およびパウチ型電池セルに分類され得る。

電池セルは、その構成要素間の電気化学的反応によって繰り返し充放電が可能である。しかしながら、充放電が過度に繰り返されるか、または電池セル自体の不良により電池セルの温度が非正常的に上昇し得る。このような電池セルの温度を好適に調節し得ないと、電池セルが爆発して高温のガスが発生し得る。または、隣接する電池セルの温度を上昇させて連続的な爆発を引き起こし得る。それを防止するために、複数個の電池セルが収容されたバッテリーモジュールは、モジュール上部にベンティングホールを備え得る。バッテリーモジュール内部の温度が過度に上昇した場合に、バッテリーモジュールのベンティングホールを通ってその上部に高温のガスを排出し得る。

図１は、従来のバッテリーパック１０の断面を示す断面図であり、図２は、図１のＡ領域を拡大した拡大図である。

図１に示すように、バッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１を収容する下部パックハウジング１１と、下部パックハウジング１１を覆う上部カバー１２とを含む。

バッテリーパック１０は、車両の下部に設置され得る。上述のように、バッテリーモジュール１の上部に高温のガスＦが排出されると、車両に搭乗した乗客に高温の熱が伝達され得る。それを防止するために、図１および図２に示されるように、従来のバッテリーパック１０は、上部カバー１２の内側面に耐火部材１３を付着した。耐火部材１３は、耐熱素材で製作された耐熱ブロックまたは耐熱シートであり得る。または、耐熱性樹脂が上部カバー１２の内側面に塗布された耐熱層であり得る。しかしながら、図２に示されるように、高温のガスにより耐火部材１３が膨張するかまたは溶けてその下部に配置されたバッテリーモジュール１に落下するなどにより、バッテリーモジュール１のベンティングホール１ａを閉鎖するという問題が発生した。この場合、高温のガスがバッテリーモジュール１の内部から排出されず、隣接する電池セル間の急激な熱転移により、電池セルまたはバッテリーモジュール１が爆発し得る。

したがって、上記耐火部材１３によってベンティングホール１ａが閉鎖されるという問題を防止し得る技術の開発が必要である。

韓国登録特許第１０－０８５２７２７号公報

本発明は、上記のような課題を解決するために案出されたものであり、熱暴走状況においてもバッテリーモジュールのベンティングホールを閉鎖せずに、バッテリーパックの上部方向に伝達される高温の熱を効果的に遮断し得る上部カバーを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のバッテリーパックは、バッテリーモジュールと、上記バッテリーモジュールが設置される収容空間を有する下部パックハウジングと、上記収容空間を覆うように上記下部パックハウジングの上部に結合される上部カバーと、を含み、上記上部カバーは、上記バッテリーモジュールと対向する第１上部カバーと、上記第１上部カバーとの間に断熱層を有するように上記第１上部カバーから少なくとも一部分が離隔した第２上部カバーと、を含む。

上記第１上部カバーとバッテリーモジュールは互いに離隔するように配置され、上記第１上部カバーの下面は、上記バッテリーモジュールの上面と直接向き合うことができる。

上記第２上部カバーは、上記断熱層と外部が連通可能なように複数個の上部排出ホールを備え得る。

上記第２上部カバーは、上記上部排出ホールを閉鎖して上記断熱層を気密に密閉し、上記断熱層内部の温度が所定温度以上に上昇すると破裂して上記断熱層と外部を連通させ得る上部排出部材を含み得る。

上記第２上部カバーは、上記第１上部カバーと離隔した上板と、上記断熱層を複数個に区画するように、上記上板の幅方向端部に接続されて上記上板から第１上部カバーに向かって折曲された区画板と、を含み得る。

上記下部パックハウジングは、上記バッテリーモジュールの下面を支持する底部ハウジングと、上記収容空間を複数個に区画し、上記バッテリーモジュールの側面を支持するクロスビームと、を含み、上記クロスビームは、上記上部カバーと結合し得る。

上記第１上部カバーの厚さは、上記第２上部カバーの厚さと異なる厚さを有し得る。

上記下部パックハウジングは、上記バッテリーモジュールの下面を支持する底部ハウジングと、上記底部ハウジングの縁に沿って設置される側壁ハウジングと、を含み、上記側壁ハウジングは、内部に中空チャネルを備え、上記収容空間に向き合う面に、上記収容空間と上記中空チャネルを連通させる側壁連通ホールを備え得る。

上記断熱層に設置される断熱部材を含み得る。

上記断熱部材は、上記第１上部カバーの断熱層に向き合う表面に配置される断熱ブロックであり得る。

上記バッテリーモジュールは、複数個の電池セルが積層された電池セル積層体と、上記電池セル積層体の長手方向前面および後面で上記電池セル積層体と結合するバスバーフレームと、を含み、上記電池セル積層体は、開放された上面および下面を有し得る。

上記電池セル積層体の下面と上記下部パックハウジングとの間に介在される熱伝導性樹脂層をさらに含み得る。

本発明によると、バッテリーパックの上部に伝達される高温の熱を効率的に遮断し得る。

従来のバッテリーパックの断面図である。 図１のＡ領域を拡大した拡大図である。 本発明のバッテリーパックに設置されるバッテリーモジュールの斜視図である。 第１実施形態のバッテリーパックの斜視図である。 第１実施形態のバッテリーパックの分解斜視図である。 図４のＡ－Ａ’線に沿ったバッテリーパックの断面図である。 第１実施形態のガス排出経路を示す概略図である。 第２実施形態のバッテリーパックの斜視図である。 図８のＢ－Ｂ’線に沿ったバッテリーパックの断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書および特許請求の範囲で使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が彼自身の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し得るという原則に基づいて、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈され得る。

本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解され得る。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あると記載された場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あると記載された場合、それは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。

本発明のバッテリーパックには、バッテリーモジュールが収容される。

バッテリーモジュールが収容される個数は、バッテリーパックの要求されるスペックに応じて好適に設定され得る。

バッテリーモジュールは、従来のバッテリーパックに実装されるバッテリーモジュールと同じ種類であり得る。すなわち、バッテリーモジュールは、直列または並列に連結された複数個の電池セルが収容されたモジュールフレームを備え得る。

バッテリーモジュールを構成するそれぞれの電池セルは、電極アセンブリー、電解液およびケースを含む。複数の電池セルは、電極アセンブリーと電解液の構成によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類され得る。また、電池セルは、ケースの形状に応じて、円筒型電池セル、角型電池セル、およびパウチ型電池セルのうちいずれか１つであり得る。例えば、円筒型電池セルの電極アセンブリーは、円筒型金属缶に内蔵される。角型電池セルの電極アセンブリーは、角型金属缶に内蔵される。パウチ型電池セルの電極アセンブリーは、アルミニウムラミネートシートを含むパウチケースに内蔵される。以下では、図示および説明の便宜のために、パウチ型電池セルを中心に説明する。

電池ケースに内蔵される電極アセンブリーは、正極、負極、および正極と負極との間に介在された分離膜を含む。電極アセンブリーは、組み立ての形態に応じてジェリーロールタイプおよびスタックタイプに分類される。ジェリーロールタイプは、正極、負極およびそれらの間に介在された分離膜を巻き取ったものである。スタックタイプは、順次に積層された複数の正極、複数の負極、およびそれらの間に介在された複数の分離膜を含む。

モジュールフレームの上部には、高温のガスを排出するためのベンティングホールが備えられる。または、バッテリーパックの空間活用のためにモジュールフレーム構造を最小化したバッテリーモジュールがバッテリーパックに適用され得る。

図３は、本発明のバッテリーパックに設置されるバッテリーモジュール１００の斜視図である。

図３に示されるように、バッテリーモジュール１００は、複数個の電池セル１１１が積層された電池セル積層体１１０と、電池セル積層体１１０の前面および後面で電池セルの電気的連結構造を提供するバスバーフレーム１２０とを含む。

電池セル積層体１１０は、複数個の電池セル１１１の間に両面テープを付着して製造され得る。または、図示しないが、電池セル積層体１１０の一部を囲んで複数個の電池セル１１１を固定するバンドをさらに備え得る。

電池セル１１１は、その設計に応じて両方向または単方向に電極リード１１１ａが電池セルから突出し得る。電極リード１１１ａがバスバーに溶接されるか、または隣接する電池セル１１１の他の極性を有する電極リード１１１ａと結合することにより、複数個の電池セルが電気的に連結され得る。

図３に示されるように、電極リード１１１ａが両方向に突出した場合に、バスバーフレーム１２０は、電池セル積層体１１０の長手方向前面および後面で電池セル積層体１１０と結合し得る。

バスバーフレーム１２０には、電極リード１１１ａが貫通し得るリードスリットが複数個備えられ得る。図３に示されるように、リードスリットを貫通した電極リード１１１ａが互いに異なる極性を有する電極リード１１１ａに向かって折曲されて電極リード１１１ａ同士が溶接され得る。または、電池セルの電気連結設計に応じて、バスバーフレーム１２０の電池セル積層体１１０と対向する面の反対側の面にインターバスバーを備え、電極リード１１１ａをインターバスバーに溶接することにより、複数個の電池セル１１１を電気的に連結することもできる。

バスバーフレーム１２０の両側端には、バッテリーモジュール１００の高電圧連結のためのターミナルバスバー１２１が備えられる。バッテリーモジュール１００がバッテリーパックに設置されたときに、ターミナルバスバー１２１にＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）バスバーが連結され、複数個のバッテリーモジュール１００が電気的に連結され得る。

バスバーフレーム１２０は、絶縁のためにプラスチック射出成形工法で製造され得る。しかしながら、絶縁素材を好適に成形して電池セル１１１の電気的連結構造を提供し得れば、バスバーフレーム１２０の製造方法は特に制限されない。

図３に示されるように、バッテリーモジュール１００の電池セル積層体１１０は、開放された上面および下面を有し得る。このように、バッテリーモジュール１００のモジュール構造物（例えば、電池セル積層体１１０の上下左右面を囲むモジュールフレーム、電池セル積層体１１０の前後面をカバーするエンドプレートなど）を最小限に適用することにより、バッテリーモジュール１００の重量を減らし得る。したがって、このようなバッテリーモジュール１００がバッテリーパックに設置されると、バッテリーパックのエネルギー密度が向上し得る。

図３に示されるバッテリーモジュール１００も、電池セル１１１自体の不良、過度な充放電により電池セル１１１の内部で過量のガスが発生し得る。この過量のガスにより電池セル１１１が爆発すると、その高温のガスがバッテリーパック内部に噴出する。したがって、図３に示されるバッテリーモジュール１００がバッテリーパックの内部に設置される場合にも、高温のガスにより、図２に示されるように耐火部材１３が膨張するか、または上部カバー１２から電池セル１１１に耐火部材１３が落下し得る。図３に示すバッテリーモジュール１００の場合に、電池セル１１１をカバーするモジュール構造物が最小化されたので、変形した耐火部材１３が電池セル１１１に衝撃を与えて電池セル１１１を損傷し得る。したがって、ベンティングホールがない図３に示されるバッテリーモジュール１００がバッテリーパックに適用された場合にも、本発明の課題解決が必要である。

以下では、図面を参照して本発明のバッテリーパックについて具体的に説明する。

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態のバッテリーパック１０００の斜視図であり、図５は、本発明の第１実施形態のバッテリーパック１０００の分解斜視図であり、図６は、図４のＡ－Ａ’線に沿ったバッテリーパック１０００の断面図である。

図４～図６に示されるように、バッテリーパック１０００は、複数個のバッテリーモジュール１００が設置される収容空間Ｓを有する下部パックハウジング１１００と、収容空間Ｓを覆うように下部パックハウジング１１００の上部に結合される上部カバー１２００とを含む。

下部パックハウジング１１００は、図４および図５に示されるように、バッテリーモジュール１００の下面を支持する底部ハウジング１１１０と、底部ハウジング１１１０の縁に沿って設置される側壁ハウジング１１２０とを含む。側壁ハウジング１１２０が底部ハウジング１１１０に設置されることにより、上部が開放された収容空間Ｓが形成される。その後、上部カバー１２００が下部パックハウジング１１００の上部に結合することにより収容空間Ｓを気密に密閉する。

収容空間Ｓの大きさは、底部ハウジング１１１０の面積、側壁ハウジング１１２０の高さを調節することにより決定され得る。このような収容空間Ｓの大きさは、バッテリーパック１０００に要求される出力を達成するためにバッテリーパック１０００の内部に設置されるバッテリーモジュール１００の個数、下部パックハウジング１１００の内部構造などを考慮して好適に設計され得る。

底部ハウジング１１１０は、長方形の形状を有するプレートであり得る。ただし、これは一つの例であり、底部ハウジング１１１０の形状は、バッテリーパック１０００の設計に応じて好適に変更され得る。また、底部ハウジング１１１０は、バッテリーパック１０００の全体的な荷重に耐えることができる強度を有するように好適な素材で製造され得る。

底部ハウジング１１１０は、押出成形工法によって製造され得る。押出成形工法は、金属またはプラスチックなどの原材料を加熱して溶融させた後に、シリンダーに入れ、スクリューなどを用いてダイ（Ｄｉｅ）から押出して成形する方法である。押出成形工法により製造された成形品は、その押出方向に沿って均一な断面形状を有する。このような押出成形工法によって製造された底部ハウジング１１１０は、内部に底部ハウジング１１１０の長手方向に延長される冷却チャネル（図示せず）を有する。このような冷却チャネルに外部の冷媒供給システムを流体的に連結してバッテリーパック１０００の冷却システムを構成し得る。この場合、別途の冷却プレートを備えなくてもよいので、バッテリーパック１０００の部品数を減らし得、冷却プレートを締結するための別途の工程を行う必要がないので、全体の工程数を減らし得る。

本実施形態のバッテリーパック１０００は、下部パックハウジング１１００の底部ハウジング１１１０とバッテリーモジュールとの間に介在される熱伝導性樹脂層３００をさらに含み得る。これにより、底部ハウジング１１１０にバッテリーモジュール１００をより堅固に固定し得る。また、上述のように底部ハウジング１１１０を介してバッテリーパック１０００の冷却システムを構成すると、熱伝導性樹脂層３００がバッテリーモジュール１００の下面と底部ハウジング１１１０の不均一な面と十分に接触し得るので、バッテリーモジュール１００の冷却面積を最大化し得る。このような熱伝導性樹脂層３００は、サーマルレジン（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）で構成され得る。

側壁ハウジング１１２０は、図５に示されるように、底部ハウジング１１１０の縁面に対して垂直な方向に延長される。側壁ハウジング１１２０は、公知の技術を使用して底部ハウジング１１１０に結合され得る。例えば、摩擦攪拌溶接またはブレージング溶接することによって、側壁ハウジング１１２０を底部ハウジング１１１０に結合させ得る。

側壁ハウジング１１２０は、外部衝撃からバッテリーパック１０００の内部に実装された構造物を保護し得る。このために、側壁ハウジング１１２０は、所定の厚さを有するように製造され得る。

側壁ハウジング１１２０は、バッテリーパック１０００が車両の車体に設置されるときに、バッテリーパック１０００が固定され得る締結構造を提供し得る。または、バッテリーパック１０００がＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に装着されるときに、バッテリーパック１０００が設置され得る結合構造を提供し得る。

側壁ハウジング１１２０も押出成形工法によって製造され得る。したがって、側壁ハウジング１１２０は、内部に側壁ハウジング１１２０の長手方向に延長される中空チャネル１１２１を備え得る。これにより、側壁ハウジング１１２０の全体的な重量を減らすことによってバッテリーパック１０００の重量を減らし得る。

下部パックハウジング１１００は、図５および図６に示されるように、収容空間Ｓを複数個に区画し、底部ハウジング１１１０に設置されたバッテリーモジュール１００の側面を支持するクロスビーム１１３０をさらに含み得る。これにより、バッテリーモジュール１００をより堅固に固定し、バッテリーパック１０００の全体的な構造的剛性を向上させ得る。クロスビーム１１３０によって区画された収容空間Ｓには、バッテリーモジュール１００のみならず、バッテリーモジュール１００の電気的状態を管理する電装部品または装置が設置され得る。

クロスビーム１１３０は、図５および図６に示されるように、バッテリーモジュール１００の長手方向および高さ方向に延長され得る。クロスビーム１１３０の長さは、バッテリーパック１０００の内部設計に応じて好適に選択され得る。

クロスビーム１１３０の高さ方向の長さ（高さ）は、バッテリーモジュール１００の高さより高く設定され得る。クロスビーム１１３０の高さをバッテリーモジュール１００の高さよりさらに高く設定することにより、クロスビーム１１３０の上面に締結される上部カバー１２００とバッテリーモジュール１００を所定の間隔で離隔させ得る。このように、クロスビーム１１３０は上部カバー１２００と結合して、上部カバー１２００の下部で上部カバー１２００を支持し得る。

クロスビーム１１３０も押出成形工法で製造され得る。この場合、クロスビーム１１３０は、その長手方向に沿って延長される貫通チャネル１１３２が形成され得る。これにより、クロスビーム１１３０の全体的な重量を減らし得る。

下部パックハウジング１１００は、図５に示されるように、底部ハウジング１１１０の中心部を横切るセンターフレーム１１４０をさらに備え得る。センターフレーム１１４０は、底部ハウジング１１１０の長手方向に沿って延長されてその中心部に設置される。これにより、バッテリーパック１０００の長手方向剛性をさらに向上させ得る。また、センターフレーム１１４０を間に置いて配置されたバッテリーモジュール１００を離隔させて、それらの間の望ましくない短絡を防止し得る。

上部カバー１２００は、図４～図６に示されるように、第１上部カバー１２１０と第２上部カバー１２２０とを含む。

第１上部カバー１２１０は、図５および図６に示されるように、バッテリーモジュール１００と対向し、第２上部カバー１２２０と部分的に結合する。

第１上部カバー１２１０は、第２上部カバー１２２０の下部に配置され得る。

第１上部カバー１２１０と第２上部カバー１２２０の厚さは、異なるように設定され得る。例えば、第１上部カバー１２１０の厚さが第２上部カバー１２２０の厚さより厚くてもよい。この場合、上部カバー１２００に強い外部衝撃が加わって第２上部カバー１２２０が破損しても、第１上部カバー１２１０がバッテリーモジュール１００を外部衝撃から保護し得る。または、第２上部カバー１２２０の厚さが第１上部カバー１２１０の厚さよりさらに厚くてもよい。この場合、上部カバー１２００に強い外力が加わっても、第２上部カバー１２２０それ自体の剛性でバッテリーモジュール１００またはバッテリーパック１０００を外力から保護し得る。

第１上部カバー１２１０は、底部ハウジング１１１０の縁形状に対応する形状を有する平板で製造され得る。例えば、底部ハウジング１１１０が長方形であれば、第１上部カバー１２１０も長方形の平板で製造され得る。第１上部カバー１２１０が収容空間Ｓを覆ってバッテリーパック１０００の内部を気密に閉鎖し得れば、第１上部カバー１２１０の形状は特に制限されない。

第１上部カバー１２１０は、側壁ハウジング１１２０およびクロスビーム１１３０の上面に締結される。このとき、クロスビーム１１３０の高さがバッテリーモジュール１００の高さよりさらに高いので、第１上部カバー１２１０は、図６に示されるようにバッテリーモジュール１００と互いに離隔するように配置される。

従来のバッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１と対向する上部カバー１２の内側面に耐火部材１３を設置したので、高温のガスが噴出する状況で耐火部材１３がバッテリーモジュール１のベンティングホール１ａを塞ぐという問題が発生した。しかしながら、本実施形態では、図６に示されるように、第１上部カバーの下面１２１１がバッテリーモジュールの上面１３０と対向する。すなわち、第１上部カバー１２１０のバッテリーモジュールに向き合う面には、バッテリーモジュール１００から高温のガスが放出されても、バッテリーモジュールのベンティングホールを塞ぐ部材が設置されない。したがって、ベンティングホールが塞がれて発生し得る危険（例えば、隣接する電池セルへの熱転移、バッテリーモジュールの爆発など）を防止し得る。また、図３に示されるバッテリーモジュール１００が設置される場合にも、第１上部カバーの下面１２１１には別途の耐火部材が備えられないので、変形した耐火部材による電池セル１１１の損傷が発生しない。

第１上部カバー１２１０により、バッテリーモジュール１００はクロスビーム１１３０間の密閉された空間に隔離される。したがって、特定のバッテリーモジュール１００からガスが噴出しても、クロスビーム１１３０を越えて位置するバッテリーモジュール１００に高温のガスが伝達されない。

図４～図６に示されるように、第２上部カバー１２２０は、第１上部カバー１２１０との間に断熱層Ｉを有するように、第１上部カバー１２１０から少なくとも一部分が離隔する。例えば、第２上部カバー１２２０は、第１上部カバー１２１０と縁部分が互いに結合し、中心部分は少なくとも一部分が離隔し得る。このとき、第１上部カバー１２１０と第２上部カバー１２２０との間の離隔空間が断熱層Ｉであり得る。

断熱層Ｉは、第１上部カバー１２１０と第２上部カバー１２２０との間の空気層であり得る。または、所定の真空度を有する真空空間であり得る。このように、上部カバー１２００の内部に断熱層Ｉを備えることにより、第１上部カバーの下面１２１１に別途の耐火部材を適用しなくても、バッテリーパック１０００の上部に向かう熱伝達を最小化し得る。また、バッテリーパック１０００が車両の下部に設置される場合に、車両に搭乗した乗客に高温の熱が伝達されることを最小化し得る。

断熱層Ｉには、図５および図６に示されるように、バッテリーパック１０００の上部に向かう熱転移をさらに最小化し得るように断熱部材２００が設置され得る。

断熱部材２００は、図５および図６に示されるように、第１上部カバー１２１０の断熱層Ｉに向き合う表面に配置される。すなわち、上部カバー１２００の内部に設置される。これにより、電池セル１１１またはバッテリーモジュール１００から高温のガスが噴出しても、第１上部カバー１２１０が断熱部材２００とバッテリーモジュール１００との間を塞いで、断熱部材２００の熱変形を最小化し得る。

断熱部材２００は、図５に示されるように、長方形の形状を有する断熱ブロックまたは断熱シートであり得る。または、断熱部材は、第１上部カバー１２１０の断熱層Ｉに向き合う面に塗布される耐熱性樹脂であり得る。

このような断熱部材２００は、ニトリルブタジエンゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、ＨＢＲ（Ｈｉｇｈ ｃｉｓ ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、クロロプレンゴム（Ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンゴム（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ＰｒｏｐｙｌｅｎｅＴｅｒｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＰＤＭ）およびシリコーンゴムからなるグループから選択される１つ以上を含み得る。ただし、本発明は、断熱部材２００が第１上部カバー１２１０と第２上部カバー１２２０との間の断熱層Ｉに備えられるので、断熱部材２００の熱変形によるバッテリーモジュール１００の損傷の可能性が低い。したがって、断熱部材２００の素材は、熱伝導度が低く、熱伝達を遅らせることができる素材を含むものであれば特に制限されない。

断熱部材２００は、第１上部カバー１２１０の面積に対応する面積を有する単一部材であり得る。または、図５および図６に示されるように、バッテリーモジュール１００の上部に対応するように、バッテリーパック１０００の長手方向に沿って所定の間隔を離隔して配置される複数個の部材であり得る。第１上部カバー１２１０に設置されてバッテリーモジュール１００から発生する熱を遮断し得れば、断熱部材２００の設置個数、面積は特に制限されない。

第２上部カバー１２２０は、図４～図６に示されるように、第１上部カバー１２１０と離隔して断熱層Ｉを限定する上板１２２１と、上板１２２１から第１上部カバー１２１０に向かって折曲された区画板１２２２とを含み得る。

区画板１２２２は、上板１２２１の幅方向端部に続いて第１上部カバー１２１０に向かって折曲される。このとき、図４～図６を参照すると、上板１２２１の幅方向はバッテリーパック１０００の長手方向に対応し、上板１２２１の長手方向はバッテリーパック１０００の幅方向に対応する。また、区画板１２２２は、その延長方向の端部に、図５および図６に示されるように、第１上部カバー１２１０と実質的に平行な平坦面を有する。区画板１２２２の平坦面が第１上部カバー１２１０と接触することにより断熱層Ｉが複数個に区画される。

区画板１２２２は、図５および図６に示されるように、上板１２２１が第１上部カバー１２１０から離隔するように上板１２２１を支持し得る。したがって、上板１２２１に外部衝撃が加わっても、上板１２２１と続く区画板１２２２がその外部衝撃または外部衝撃による振動を分散させ得る。さらに、第２上部カバー１２２０の全体的な耐久性および構造的剛性を向上させ得る。

また、区画板１２２２によって断熱層Ｉが複数個に区画されるので、例えば、一つの区画の断熱層Ｉが過熱しても、隣接する他の区画の断熱層Ｉへの熱伝達が上記区画板１２２２によって遮断され得る。すなわち、特定断熱層Ｉ下部のモジュールから熱暴走が発生して上記特定断熱層Ｉが過熱しても、上記特定断熱層Ｉから隣接する他の断熱層への熱伝達は、上記区画板１２２２によって遮断され得る。したがって、上記区画板１２２２は、隣接するモジュールへの熱伝播を防止する役割も果たし得る。

区画板１２２２は、第１上部カバー１２１０と共にクロスビーム１１３０に固定され得る。例えば、図５～図６に示されるように、複数個の締結部材Ｂが区画板１２２２の第２貫通ホールＨ２と第１上部カバー１２１０の第１貫通ホールＨ１を貫通し、クロスビーム１１３０の締結溝１１３１に結合されることにより、区画板１２２２と第１上部カバー１２１０がクロスビーム１１３０に締結され得る。この場合、バッテリーパックの気密または水密を維持するために、締結部材Ｂと貫通ホールＨ１、Ｈ２との間にＯ－ｒｉｎｇなどのシーリング部材（図示せず）が介在され得る。このような締結部材Ｂはボルトであり得る。

しかしながら、本発明はこれに限定されず、区画板１２２２と第１上部カバー１２１０をクロスビーム１１３０に固定し得れば、その結合手段は特に制限されない。例えば、区画板１２２２と第１上部カバー１２１０を溶接して結合し、結合された区画板１２２２と第１上部カバー１２１０をクロスビーム１１３０に溶接または締結し得る。

本実施形態のバッテリーパック１０００は、断熱層Ｉを備えた上部カバー１２００を備えることにより、従来のようにバッテリーモジュールの収容空間に別途の耐火部材を設置する必要がない。したがって、耐火部材の変形によるバッテリーモジュール１００または電池セル１１１の損傷または爆発を防止し得る。また、断熱層Ｉの内部に断熱部材２００を設置し、バッテリーパック１０００の上部に熱が伝達されることを防止し得る。

しかしながら、バッテリーモジュール１００からガスが持続的に噴出すると、収容空間Ｓの圧力が過度に上昇し、バッテリーパック１０００の爆発を引き起こし得る。したがって、バッテリーモジュール１００から噴出したガスが収容空間Ｓにある程度蓄積されると、それをバッテリーパック１０００の外部に噴出する手段が必要である。

図７は、本実施形態のガス排出経路Ｐを示す概略図である。

図７に示されるように、側壁ハウジング１１２０は、収容空間Ｓに向き合う面に収容空間Ｓと中空チャネル１１２１を連通させる側壁連通ホール１１２２を備え得る。また、底部ハウジング１１１０の縁に沿って設置されたそれぞれの側壁ハウジング１１２０は、内部の中空チャネル１１２１が互いに連通するように設置される。したがって、バッテリーモジュール１００から高温のガスが収容空間Ｓに噴出する場合に、その高温のガスは側壁連通ホール１１２２を通ってバッテリーモジュール１００に向き合う側壁ハウジング１１２０の中空チャネル１１２１に流入し、他の側壁ハウジング１１２０の中空チャネル１１２１に流動し得る。

側壁ハウジング１１２０は、図７に示されるように、中空チャネル１１２１と外部を連通させるガス排出ホール（図示せず）と、そのガス排出ホールに設置されるベンティング装置１１２２ａとを備え得る。

ベンティング装置１１２２ａは、ガス排出ホールにガスの流出を防ぐためのベンティングキャップを備え得る。また、ガス排出ホールまたはベンティングキャップ内には、ガス密封部材が設置され得る。ガス密封部材は、例えば、シート形状の部材であって、所定圧力および／または所定温度以上で変形して上記ガス出口を外部に開放し得る。例えば、ガス密封部材は、ベンティングガスの圧力が一定圧力以上になった場合に破裂するように構成された破裂シートであり得る。あるいは、シート部材は、所定の温度以上で溶けながら上記ガス出口を開放させ得る。このために、上記シート部材は、高温に脆弱なフィルムまたはフォーム（ｆｏａｍ）物質で設けられ得る。したがって、中空チャネル１１２１に高温のガスが蓄積され、中空チャネル１１２１の圧力および／または温度が所定値以上に上昇すると、ガス密封部材がガス排出ホールを開放して高温のガスを外部に排出し得る。

図７に示されるガス排出経路Ｐは、図示の便宜のために多様なガス排出経路のうち１つを例示的に示したものである。ガス排出経路は、収容空間のガスを外部に排出し得れば特に制限されない。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るバッテリーパック２０００の斜視図であり、図９は、図８のＢ－Ｂ’線に沿ったバッテリーパック２０００の断面図である。

収容空間Ｓに噴出した高温のガスが側壁ハウジング１１２０を介してバッテリーパック２０００の外部に排出されても、排出される過程で高温のガスが第１上部カバー２２１０または第２上部カバー２２２０に熱を伝達して上部カバー２２００を加熱し得る。上部カバー２２００が加熱されることにより、その内部断熱層Ｉの空気層も加熱され得る。この場合、急激な温度上昇により空気が膨張して第２上部カバー２２２０が第１上部カバー２２１０から離脱するなど、上部カバー２２００が破損し得る。

本実施形態のバッテリーパック２０００は、第２上部カバー２２００に断熱層Ｉとバッテリーパック２０００の外部を連通させる複数個の上部排出ホール２２２３を備える点で第１実施形態のバッテリーパック１０００と差がある。

本実施形態のバッテリーパック２０００は、上部排出ホール２２２３を通って、加熱された空気を断熱層Ｉから排出し得、断熱層Ｉの空気膨張による上部カバー２２００の破損を防止し得る。また、上部排出ホール２２２３を通って断熱層Ｉの加熱された空気を外部に排出し、相対的に冷たい空気を断熱層Ｉに流入させて断熱層Ｉの空気を循環させ得る。このように、断熱層Ｉの空気が加熱されても上部排出ホール２２２３を通って空気が循環され、断熱層Ｉの空気を冷却し得る。また、上部排出ホール２２２３を備えても第１上部カバー２２１０が収容空間Ｓを閉鎖しているので、バッテリーパック内部の気密または水密が大きく阻害されない。

上部排出ホール２２２３は、断熱層Ｉと外部が連通可能なように、第２上部カバー２２２０の外表面から断熱層Ｉに向き合う第２上部カバーの内表面まで延長される。上部排出ホール２２２３は、バッテリーパック２０００の上部から見たときに円形、楕円形、四角形、十字形、またはこれらが組み合わせられた形状を有し得る。

上部排出ホール２２２３は、図８および図９に示されるように、上板２２２１に複数個に備えられ得る。

ただし、上部排出ホール２２２３が常時開放されていると、多様な経路を通ってバッテリーパック２０００の内部に意図しない流体が浸入し得る。または、上部排出ホール２２２３を通って浸入した異物が第１上部カバー２２１０を損傷（腐食、汚染など）し得る。この場合、バッテリーパック２０００の気密および水密が維持されず、バッテリーパック２０００の使用時に予想せぬ故障が発生し得る。それを防止するために、上部排出ホール２２２３に上部排出部材２２２３ａを設置し得る。

上部排出部材２２２３ａは、上部排出ホール２２２３を閉鎖して断熱層Ｉを気密に閉鎖し得る。しかしながら、バッテリーモジュール１００から排出された高温のガスにより断熱層Ｉの空気が加熱され、断熱層Ｉ内部の温度が所定温度以上に上昇する場合に、上部排出部材２２２３ａが破裂または破損し、断熱層Ｉとバッテリーパックの外部を連通させ得る。上部排出ホール２２２３が開放されると、上述のように断熱層Ｉ内部の加熱された空気が排出され、外部の空気が流入して断熱層Ｉが冷却され得る。

上部排出部材２２２３ａは、上述の第１実施形態のベンティング装置１１２２ａと類似して構成され得る。例えば、上部排出ホール２２２３にシート形状のガス密封部材が設置され得る。

このように、本実施形態の上部カバー２２００は、断熱層Ｉの加熱された空気を直ちに排出せずに所定温度以上の条件でのみ選択的に排出し得る。所定の温度条件は、車両に搭乗した乗客の安全を考慮して好適な範囲で選択され得る。

また、上部排出部材２２２３ａが破裂または破損する所定の条件は、ベンティング装置１１２２ａがガス排出ホールを開放する所定の条件と異なり得る。例えば、上部排出部材２２２３ａは、ベンティング装置１１２２ａがガス排出ホールを開放する温度より低い温度で破裂して上部排出ホール２２２３を開放し得る。

本実施形態によると、断熱層Ｉの温度が過度に上昇する場合に、加熱された空気を断熱層Ｉから排出して空気膨張による第２上部カバー２２２０または上部カバー２２００の変形および破損などを防止し、断熱層Ｉを冷却し得る。また、上部排出ホール２２２３に上部排出部材２２２３ａを設置することにより、断熱層Ｉの温度が所定温度以上に上昇した特定の状況でのみ選択的に加熱された空気を排出し得る。

その他の第１実施形態と重複する構成は、本実施形態においても同じように適用され得る。例えば、図９に示されるように、第１上部カバーの下面２２１１とバッテリーモジュールの上面１３０は直接向き合うことができ、第２上部カバー２２００は、上板２２２１と区画板２２２２を含み得る。

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る。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、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。

一方、本明細書では上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が用いられているが、これらの用語は説明の便宜のためのものであり、対象となる物体の位置や観察者の位置などによって変わり得ることは自明である。

１：従来のバッテリーモジュール
１０：従来のバッテリーパック
１１：従来のバッテリーパックの下部パックハウジング
１２：従来のバッテリーパックの上部カバー
１３：耐火部材
１００：バッテリーモジュール
１０００、２０００：バッテリーパック
１１００：下部パックハウジング
１１１０：底部ハウジング
１１２０：側壁ハウジング
１１３０：クロスビーム
１１４０：センターフレーム
１２００、２２００：上部カバー
１２１０、２２１０：第１上部カバー
１２２０、２２２０：第２上部カバー
Ｉ：断熱層

Claims (11)

1. バッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールが設置される収容空間を有する下部パックハウジングと、
   前記収容空間を覆うように前記下部パックハウジングの上部に結合される上部カバーと、を含み、
   前記上部カバーは、
   前記バッテリーモジュールと対向する第１上部カバーと、
   前記第１上部カバーとの間に断熱層を有するように前記第１上部カバーから少なくとも一部分が離隔した第２上部カバーと、を含み、
   前記第２上部カバーは、前記断熱層と外部が連通可能なように複数個の上部排出ホールを備え、前記複数個の上部排出ホールが、前記断熱層と前記外部との間で空気を循環させることができるように構成されている、バッテリーパック。
2. 前記第１上部カバーと前記バッテリーモジュールは互いに離隔するように配置され、
   前記第１上部カバーの下面は、前記バッテリーモジュールの上面と対向する、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. バッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールが設置される収容空間を有する下部パックハウジングと、
   前記収容空間を覆うように前記下部パックハウジングの上部に結合される上部カバーと、を含み、
   前記上部カバーは、
   前記バッテリーモジュールと対向する第１上部カバーと、
   前記第１上部カバーとの間に断熱層を有するように前記第１上部カバーから少なくとも一部分が離隔した第２上部カバーと、を含み、
   前記第２上部カバーは、前記断熱層と外部が連通可能なように複数個の上部排出ホールを備え、
   前記第２上部カバーは、
   前記上部排出ホールを閉鎖して前記断熱層を気密に密閉し、前記断熱層の内部の温度が所定温度以上に上昇すると破裂して前記断熱層と外部を連通させる上部排出部材を含む、バッテリーパック。
4. バッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールが設置される収容空間を有する下部パックハウジングと、
   前記収容空間を覆うように前記下部パックハウジングの上部に結合される上部カバーと、を含み、
   前記上部カバーは、
   前記バッテリーモジュールと対向する第１上部カバーと、
   前記第１上部カバーとの間に断熱層を有するように前記第１上部カバーから少なくとも一部分が離隔した第２上部カバーと、を含み、
   前記第２上部カバーは、
   前記第１上部カバーと離隔した上板と、前記断熱層を複数個に区画するように、前記上板の幅方向端部に接続されて前記上板から第１上部カバーに向かって折曲された区画板と、を含む、バッテリーパック。
5. 前記下部パックハウジングは、
   前記バッテリーモジュールの下面を支持する底部ハウジングと、前記収容空間を複数個に区画し、前記バッテリーモジュールの側面を支持するクロスビームと、を含み、
   前記クロスビームは、前記上部カバーと結合する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
6. 前記第１上部カバーの厚さは、前記第２上部カバーの厚さと異なる厚さを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
7. バッテリーモジュールと、
   前記バッテリーモジュールが設置される収容空間を有する下部パックハウジングと、
   前記収容空間を覆うように前記下部パックハウジングの上部に結合される上部カバーと、を含み、
   前記上部カバーは、
   前記バッテリーモジュールと対向する第１上部カバーと、
   前記第１上部カバーとの間に断熱層を有するように前記第１上部カバーから少なくとも一部分が離隔した第２上部カバーと、を含み、
   前記下部パックハウジングは、
   前記バッテリーモジュールの下面を支持する底部ハウジングと、前記底部ハウジングの縁に沿って設置される側壁ハウジングと、を含み、
   前記側壁ハウジングは、
   内部に中空チャネルを備え、
   前記収容空間に向き合う面に、前記収容空間と前記中空チャネルを連通させる側壁連通ホールを備える、バッテリーパック。
8. 前記断熱層に設置される断熱部材を含む、請求項１から４および請求項７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
9. 前記断熱部材は、前記第１上部カバーの前記断熱層に向き合う表面に配置される断熱ブロックである、請求項８に記載のバッテリーパック。
10. 前記バッテリーモジュールは、
    複数個の電池セルが積層された電池セル積層体と、
    前記電池セル積層体の長手方向の前面および後面で前記電池セル積層体と結合するバスバーフレームと、を含み、
    前記電池セル積層体は、開放された上面および下面を有する、請求項１から４および請求項７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
11. 前記バッテリーモジュールの下面と前記下部パックハウジングとの間に介在される熱伝導性樹脂層をさらに含む、請求項１から４および請求項７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。