JP7843936B2 - バッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

バッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車

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Description

本発明は、バッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、2023年11月17日付け出願の韓国特許出願第10-2023-0159748号及び2024年10月23日付け出願の韓国特許出願第10-2024-0145821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。
製品群毎の適用性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車(EV:Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。
現在、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などの二次電池が広く使用されている。高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーモジュール又はバッテリーパックを構成する。また、充放電容量を高めるため、複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーモジュール又はバッテリーパックを構成することもある。したがって、前記バッテリーモジュール又はパックに含まれるバッテリーセルの個数は、求められる出力電圧又は充放電容量に合わせて多様に設定され得る。
一方、バッテリーセルは、充放電時に化学反応を伴うため、適正温度よりも高い環境で使用される場合、性能が低下するおそれがあり、適正温度に熱を制御できなければ、予期せぬ発火や爆発の可能性がある。したがって、多数のバッテリーモジュールが含まれるバッテリーパックの内部で熱暴走(thermal runaway)のような熱イベントが発生した場合、内部に含まれたバッテリーセルから噴出される高温のガスや火炎などが隣接したバッテリーモジュールに伝播し、連鎖的なバッテリーモジュールの爆発を引き起こすおそれがあるため非常に危険である。
したがって、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、バッテリーモジュールの内部で発生した高温のガスや火炎などを速かに外部に排出して、バッテリーモジュールの内部の熱蓄積を解消可能な構造の開発が必要である。
また、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、排出されたガスや火炎が隣接する他のバッテリーモジュールの内部に流れ込むことを防止可能な構造の開発が必要である。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュールが受ける熱エネルギーを最小化することで、バッテリーモジュール同士の間の熱暴走の伝播を防止又は抑制して、安全性及び信頼性が向上したバッテリーパックを提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなバッテリーパックを含む自動車を提供することである。
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した目的に限定されず、言及されていない他の目的及び長所は以下の説明によって当業者に明確に理解できるものである。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、複数のバッテリーセルと、複数の前記バッテリーセルを収容するように構成されるパックケースと、前記バッテリーセルの外側を覆うように構成されるモジュールカバーを備える遮断部材であって、前記バッテリーセルから排出された排出物を前記モジュールカバーの外側の空間でガイドするように構成される遮断部材と、を含むバッテリーパックを提供する。
複数の前記バッテリーセルをグルーピングして収容し、且つ、一面に少なくとも一つのベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み、前記モジュールカバーは、前記ベント孔が形成された前記モジュールケースの一面を覆うように構成され得る。
前記モジュールケースは複数設けられ、前記モジュールカバーは複数の前記モジュールケースのうちの少なくとも一部の上部を覆うように構成され得る。
前記モジュールカバーは、前記モジュールケースと所定の距離だけ離隔して配置され得る。
前記遮断部材は、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間に介在されるストッパーを含み得る。
前記ストッパーは、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間の離隔距離を制限するように構成され得る。
前記モジュールカバーは、前記ストッパーに載置されるように構成され得る。
前記ストッパーは、前記ベント孔同士の間に配置され得る。
前記ストッパーは、少なくとも一方向に長く延在した形態で構成され得る。
前記モジュールカバーは、圧力や熱によって開放されて前記排出物を外側に排出するように構成される開放部を含み得る。
前記遮断部材は、少なくとも一方向に沿って長く延在した形態で前記モジュールカバーの外側に配置されるガイド部材を含み得る。
前記ガイド部材は、水平方向に所定の距離だけ離隔して複数設けられ、前記ガイド部材同士の間に前記排出物が流動するように構成されるベント流路が形成され得る。
前記パックケースは、前記排出物を前記パックケースの外部に排出するように構成されるベント部を含み、前記ガイド部材は、前記排出物を前記ベント部にガイドするように構成され得る。
前記ガイド部材は、前記ベント流路の少なくとも一部の流路面積が前記ベント部に近くなるほど小さくなるように構成され得る。
前記ガイド部材は、複数設けられ、その長手方向に所定の距離だけ離隔して配置され得る。
そして、本発明のさらに他の一態様は、本発明の一態様によるバッテリーパックを含む自動車を提供する。
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュールが受ける熱エネルギーを最小化することができる。これにより、バッテリーモジュール同士の間の熱暴走の伝播が防止又は抑制され、バッテリーパックの安全性及び信頼性を確保することができる。
また、本発明の一態様によれば、高温のガスや火炎などを速かにバッテリーパックの外部に排出できるため、バッテリーパック内部の熱蓄積を解消することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、バッテリーモジュールの外部に排出された高温のガスや火炎などが他のバッテリーモジュールの内部に再び流れ込むことを防止することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーパックやバッテリーパックが取り付けられた装置の熱暴走現象によるイベント、例えば火災や爆発などを防止するか又は遅延させることができる。
他にも、本発明は多様な他の効果を奏することができる。これについては、各実施形態において説明するが、当業者が容易に類推可能な効果はその説明を省略することにする。
本明細書に添付される以下の図面は、本発明の好ましい実施形態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しやすくするためのものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定して解釈されるものではない。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの全体斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの断面図である。例えば、図4は図2のI-I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明の他の実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、熱暴走のとき一部が開放されるモジュールカバーを説明するための図である。 本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックの内部を示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックの断面図である。 本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明の他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明のさらに他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールの後方斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックに含まれるモジュールカバーを示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明のさらに他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明のさらに他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車の概略的な斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使用されている用語や単語は一般的及び辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、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るものである。
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表すものではないため、本出願の時点においてこれらを代替し得る多様な均等物及び変形例があり得ることを理解されたい。
また、本発明は、多様な実施形態を含む。各実施形態において、実質的に同一又は類似の構成については重なる説明を省略し、相違点を中心にして説明する。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を表す用語が使用されているが、このような用語は説明の便宜上使用されているものであって、対象になる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。
例えば、本発明の実施形態において、図示されたX軸方向は左右方向、Y軸方向はX軸方向と水平面(X-Y平面)上で直交する前後方向、Z軸方向はX軸方向及びY軸方向の両方に対して直交する上下方向(垂直方向)を意味し得る。
図1は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの全体斜視図であり、図2は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部を示した斜視図であり、図3は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。また、図4は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの断面図であって、例えば、図2のI-I’に沿った断面図である。
図1~図4を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック1は、バッテリーセル100、パックケース200、及び遮断部材300を含む。
まず、図3を参照すると、バッテリーセル100は複数含まれ得る。また、図示されていないが、このような複数のバッテリーセル100は、電極組立体、前記電極組立体を収容するセルケース、及び電極組立体と連結され、且つ、セルケースの外側に引き出されて電極端子として機能する電極リードを含み得る。このとき、複数のバッテリーセル100は互いに電気的に接続され得る。
バッテリーセル100は、パウチ型の二次電池であり得る。このようなパウチ型の二次電池のセルケースは、アルミニウム材を含む金属層がポリマー層の間に挟まれてパウチ形態で構成され得る。
複数のバッテリーセル100は、図3に示されたように、垂直方向(Z軸方向)に立設された状態で前後方向(X軸方向)に並んで配置され得る。
一方、本発明は、このようなバッテリーセル100の具体的な種類や形態によって限定されず、本発明の出願時点で公知の多様なバッテリーセル100が本発明のバッテリーパック1の構成に採用され得る。本実施形態では、図示のように、エネルギー密度が高くて積層が容易なパウチ型の二次電池を対象とするが、円筒形二次電池又は角形二次電池をバッテリーセル100として適用し得ることは勿論である。
パックケース200は、複数のバッテリーセル100を収容するように構成され得る。パックケース200には複数のバッテリーセル100が収容されるように構成される収容空間が形成され得る。収容空間は空いた空間であって、バッテリーセル100を内部に収容可能な形状で設けられ得る。
パックケース200は、内部に収容されたバッテリーセル100などを安全に保護するため、鋼鉄やSUS(Steel Use Stainless)のような金属又はプラスチックのように機械的剛性を確保可能な材料からなるか、若しくは、このような材料を含み得る。
一方、図2~図4を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック1は、遮断部材300を含み得る。遮断部材300は、バッテリーモジュール10の収容空間とパックケース200の外部空間とを分離するように構成され得る。すなわち、遮断部材300は、バッテリーモジュール10で発生した排出物がバッテリーモジュール10の外側のみで流動するように構成され得る。ここで、排出物とは、ベントガス、火炎、スパークなど、バッテリーモジュール10に熱イベントが発生したときに吐出されるあらゆる物質を意味し得る。
具体的には、遮断部材300は、モジュールカバー310を備え得る。モジュールカバー310は、バッテリーセル100の外側を覆うように構成され得る。
特に、モジュールカバー310は、バッテリーセル100の収容空間とパックケース200の外部空間とを完全に分離するように構成され得る。すなわち、モジュールカバー310は、バッテリーセル100で発生した排出物がモジュールカバー310の外側のみで流動するように構成され得る。
このようなモジュールカバー310は、耐熱性能及び/又は耐火性能に優れた材料、例えば、マイカ(mica)などから構成され得る。
これにより、遮断部材300は、バッテリーセル100から排出された排出物をモジュールカバー310の外部空間でガイドするように構成され得る。
本実施形態によれば、熱イベントが発生しても、遮断部材300によってバッテリーセル100と排出物の流動空間とが分離され、バッテリーセル100が直接受ける熱的被害を最小化することができる。
また、モジュールカバー310の外側の空間に排出された排出物が再び他のバッテリーセル100側に流れ込むことを防止することができる。これにより、他のバッテリーセル100への熱伝播を最小化できるため、バッテリーパック1の安全性及び信頼性を確保することができる。
一方、図3を参照すると、複数のバッテリーセル100は、一つ又はそれ以上のバッテリーモジュール10としてモジュール化され得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック1は、一つ以上のバッテリーモジュール10を含み得る。そして、複数のバッテリーセル100は、一つ又はそれ以上のバッテリーモジュール10の構成要素として含まれ得る。このとき、バッテリーモジュール10の内部に含まれた複数のバッテリーセル100は互いに電気的に接続され得る。
さらに、バッテリーモジュール10は、パックケース200の内部に複数設けられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック1は、複数のバッテリーモジュール10を含み、バッテリーパック1に含まれた複数のバッテリーセル100は、複数のバッテリーモジュール10に分割されて含まれ得る。
複数のバッテリーモジュール10は、パックケース200の内部で少なくとも一方向に沿って配置され得る。例えば、図3に示された実施形態のように、複数のバッテリーモジュール10は、パックケース200の前後方向に沿って4行、パックケース200の左右方向に沿って2列で配置され、総8個のバッテリーモジュール10が設けられ得る。
特に、本発明によるバッテリーパック1は、モジュールケース11を含み得る。前記モジュールケース11は、内部に空いた空間が形成され、内部の空間に複数のバッテリーセル100のうちの少なくとも一部を収容するように構成され得る。特に、モジュールケース11は、バッテリーモジュール10毎に設けられ、複数のバッテリーセル100を幾つかのバッテリーモジュール10にグルーピングして、各バッテリーモジュール10の内部の空間を物理的に画定する境界になり得る。
また、図示されていないが、バッテリーモジュール10は、内部に収容された複数のバッテリーセル100と電気的に接続されたバスバーアセンブリ及び/又はモジュール端子を含み得る。
モジュールケース11にはベント孔12が形成され得る。ベント孔12は、モジュールケース11の内部に収納されたバッテリーセル100で発生したベントガスをモジュールケース11の外部に排出するように構成され得る。
具体的には、ベント孔12は、特定の方向へのディレクショナルベンティング(directional venting、指向性を有するベンティング)を可能にし得る。一例として、図3に示されたように、モジュールケース11の上面にベント孔12が設けられ、ベント孔12を通してバッテリーモジュール10の上方へのディレクショナルベンティングが可能になる。ベント孔12は複数設けられ、水平方向(X軸、Y軸方向)において一定の間隔をおいて設けられ得る。
本実施形態によれば、バッテリーセル100のうちのいずれか一つのバッテリーセル100が熱暴走してガスなどが発生した状況で、ガスなどをモジュールケース11から特定の方向へと速かにディレクショナルベンティングさせることができる。
また、図示されていないが、バッテリーモジュール10は、内部に収容された複数のバッテリーセル100と電気的に接続されたバスバーアセンブリ及び/又はモジュール端子を含み得る。
このようにモジュールケース11の上面に設けられたベント孔12は、バッテリーモジュール10に熱暴走が発生したとき、バッテリーモジュール10の内部で発生したガスや火炎をバッテリーモジュール10の外部に排出できるように構成され得る。ベント孔12を除いた他のモジュールケース11部分は密閉され、ガスや火炎はベント孔12側に直進性を有して排出され得る。
本実施形態によれば、バッテリーセル100のどの位置で熱イベントが発生しても、前記バッテリーセル100で発生したガスや火炎が前記バッテリーセル100の上部に設けられた特定のベント孔12を通ってバッテリーモジュール10の外部に排出されるため、円滑な排出が可能になる。
このとき、モジュールカバー310は、モジュールケース11の一面を覆うように構成され得る。特に、モジュールカバー310は、モジュールケース11においてベント孔12が形成された外側面を覆うように構成され得る。例えば、図3に示された実施形態のように、ベント孔12がモジュールケース11の上部に形成される場合、モジュールカバー310は、モジュールケース11の上部に配置され得る。
本実施形態によれば、バッテリーモジュール10のベント孔12から排出された排出物はモジュールカバー310の外部空間で流動することができる。
モジュールカバー310は、複数のモジュールケース11のうちの少なくとも一部の上部を覆うように構成され得る。例えば、モジュールカバー310は、モジュールケース11のそれぞれの上部を覆うように構成され得る。或いは、モジュールカバー310は、一方向に配置されたモジュールケース11の全体を覆うように構成され得る。図2に示された実施形態のように、モジュールカバー310は前後方向に沿って配置されたモジュールケース11の上部を全部覆うように構成され得る。すなわち、モジュールカバー310は、一方向に沿って配置されたバッテリーモジュール10の積層体を一端から他端まで覆うように長く延びる形態で構成され得る。
本実施形態によれば、モジュールカバー310は、モジュールカバー310の外側の空間で、排出物をバッテリーモジュール10の積層体の外側までガイドすることができる。また、本実施形態によれば、バッテリーモジュール10が配置される方向に沿って長く延設されることで、モジュールカバー310は、バッテリーモジュール10が収容されるパックケース200の内部空間と外部空間とを確実に区画して分離可能である。これにより、モジュールカバー310の外側に排出された排出物がバッテリーモジュール10に影響を及ぼすことを抑制することができる。
一方、図4を参照すると、モジュールカバー310は、モジュールケース11と所定の距離だけ離隔して配置され得る。例えば、モジュールカバー310は、モジュールケース11の上面を外側から覆うように構成され、モジュールケース11の上面と所定の距離だけ離隔するように設けられ得る。
具体的には、パックケース200は、パックケース200の内部に一方向に沿って配置されたバッテリーモジュール10同士の間を区画するように構成されたクロスビーム230を備え得る。クロスビーム230は、モジュールケース11よりも上方に突出するように設けられ得る。また、モジュールカバー310は、クロスビーム230に載置されるように構成され得る。これにより、モジュールカバー310とモジュールケース11とが所定の距離だけ離隔し得る。
本実施形態によれば、モジュールカバー310がモジュールケース11と所定の距離だけ離隔することによって、モジュールカバー310がバッテリーモジュール10の収容空間と外部空間とをより確実に区画し分離することができる。これにより、あるバッテリーモジュール10でベントガスや火炎などが排出される場合にも、隣接する他のバッテリーモジュール10に熱が伝播することを抑制可能である。また、本実施形態によれば、クロスビーム230にモジュールカバー310が載置されて結合されることで、バッテリーパック1の組立性を向上させることができる。
図5は本発明の一実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図であり、図6は本発明の他の実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。
遮断部材300は、ストッパー320を含み得る。ストッパー320は、モジュールケース11とモジュールカバー310との間に介在され得る。ストッパー320は複数設けられ、それぞれのバッテリーモジュール10毎に設けられ得る。
ストッパー320は、モジュールケース11とモジュールカバー310との間の離隔距離を制限するように構成され得る。バッテリーモジュール10の内部で熱イベントが発生したとき、バッテリーモジュール10の内圧が上昇するにつれてバッテリーモジュール10の上部が膨張し得る。このような場合、モジュールケース11の上面とバッテリーセル100との間の空間が一定しなくなり、ベント孔12を通したディレクショナルベンティングが円滑に行われないおそれがある。
しかし、本実施形態によれば、モジュールケース11とモジュールカバー310との間にストッパー320が設けられることで、ストッパー320がモジュールケース11の上側からバッテリーモジュール10を押し付けて固定することができる。これにより、モジュールケース11が上方に膨張することを防止できるため、バッテリーモジュール10の内部の排出物を、ベント孔12を通って外部へと円滑にディレクショナルベンティングさせることができる。
具体的には、ストッパー320はモジュールケース11の上部に載置されて設けられ得る。また、モジュールカバー310はストッパー320に載置されるように構成され得る。すなわち、ストッパー320の高さは、モジュールカバー310とモジュールケース11との離隔距離程度になり得る。
本実施形態によれば、ストッパー320がモジュールカバー310を構造的に支持することによって、モジュールカバー310が重力によって撓むことを防止可能である。また、モジュールケース11が浮き上がることをより確実に防止することができる。
一方、ストッパー320は、バッテリーモジュール10の内部からベント孔12を通って排出された火炎などの排出物が、隣接する他のベント孔12を通って再びバッテリーモジュール10の内部に流れ込むことを防止するように構成され得る。ストッパー320は、耐火性能及び/又は耐熱性能を有する材料から構成され得る。例えば、ストッパー320は、シリコーン、ポリウレタン又はマイカなどの材料から構成され得る。
具体的には、ストッパー320は、ベント孔12同士の間に配置され得る。上述したように、ベント孔12は複数設けられ得、水平方向(X軸、Y軸方向)において互いに一定の間隔をおいて設けられ得る。
図5に示された実施形態のように、ストッパー320は、相互に離隔したベント孔12同士の間にX軸方向に沿って設けられ得る。
一方、図5を参照すると、複数のベント孔12は、一方向に沿って配置されるベント孔アレイを形成し得る。ベント孔アレイは、ベント孔12がバッテリーセル100の長手方向(図5のY軸方向)に沿って一列に配置されて形成され得る。
本実施形態によれば、バッテリーセル100のどの位置で熱イベントが発生しても、バッテリーセル100の上部に設けられるベント孔アレイに含まれるベント孔12を通して、バッテリーセル100で発生したガスや火炎をバッテリーモジュール10の外部に排出可能である。
また、ベント孔アレイは複数設けられ得、複数のベント孔アレイは一方向、すなわちバッテリーセル100が積層される方向(図5のX軸方向)に沿って並んで配置され得る。一つのベント孔アレイは少なくとも一つのバッテリーセル100と対応するように設けられ得る。
このとき、図6に示された実施形態のように、ストッパー320は、ベント孔アレイ同士の間に設けられ得る。すなわち、ストッパー320は、バッテリーセル100の積層方向と水平に直交する方向に沿って相互に離隔したベント孔12同士の間に設けられ得る。本実施形態によれば、バッテリーセル100同士の間の排出物の移動が遮断されるため、バッテリーセル100同士の間の熱伝播を抑制するか又は遅延させることができる。
さらに、図5及び図6を参照すると、ストッパー320は、少なくとも一方向に長く延在した形態で構成され得る。すなわち、ストッパー320は、ベント孔12同士の間で少なくとも一方向に長く延在した形態で構成され得る。例えば、ストッパー320は、バッテリーセル100の積層方向又はバッテリーセル100の積層方向と直交する方向に長く延在した形態で構成され得る。
本実施形態によれば、ストッパー320が複数のベント孔12の間を横切るように構成されることによって、排出物の移動をより確実に遮断することができる。また、一つのバッテリーモジュール10に幾つかのストッパー320が設けられる場合に比べて工程が簡易になるため、バッテリーパック1の製造時の生産性を向上できる。
図7は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、熱暴走のとき一部が開放されるモジュールカバーを説明するための図である。
図7を参照すると、モジュールカバー310は開放部311を含み得る。開放部311は、バッテリーセル100から排出される排出物の圧力や熱によって開放されるように構成され得る。開放部311は、ベント孔12の上側に設けられ得る。
具体的には、正常な状態において、モジュールカバー310はベント孔12が形成されるモジュールケース11の外側面を覆ってバッテリーモジュール10及びバッテリーセル100を保護し得る。しかし、一部のバッテリーセル100でベントガスや火炎が生成される熱イベントが発生すれば、モジュールカバー310の開放部311が開放されることにより、バッテリーモジュール10のベント孔12を通った排出物が、何の進路妨害もなく、モジュールカバー310の外側の空間に円滑に排出され得る。
本実施形態によれば、開放部311が開放されてベント孔12がモジュールカバー310の外側に露出されることによって、ガスや火炎などの排出物をバッテリーモジュール10の外側へ完全に排出することができる。
また、本実施形態によれば、モジュールカバー310は、外部に排出されたガスや火炎などの排出物が隣接するバッテリーモジュール10の内部に再び流れ込むことを防止することができる。したがって、隣接するバッテリーモジュール10間の熱伝播を最小化して、熱暴走の伝播を効果的に防止するか又は遅延させることができるため、バッテリーモジュール10の安全性及び信頼性を確保することができる。
具体的には、開放部311は、モジュールカバー310の本体に形成されたカバー孔311a、及びカバー孔311aに開閉可能に設けられる開放部材311bを含み得る。
開放部材311bは、バッテリーセル100から排出される排出物によってモジュールカバー310から分離又は開放可能に構成され得る。これによってカバー孔311aが開放され、ベント孔12から排出される排出物がカバー孔311aを通ってモジュールカバー310の外側に排出され得る。
例えば、開放部311は、カバー孔311aの外周縁に沿って切欠部が形成され得る。このような場合、開放部材311bがモジュールカバー310の本体から完全に分離され、カバー孔311aが開放され得る。或いは、開放部材311bにスリット又は切欠部が設けられて破断するように構成され得る。このような場合、カバー孔311aの一部のみが開放され得る。
一方、開放部311は、少なくとも部分的にベント孔12と対面するように構成され得る。すなわち、開放部311は、複数のベント孔12のうちの少なくとも一部と対面するように構成され得る。特に、開放部311は、すべてのベント孔12にそれぞれ対応するように配置され得る。
本実施形態によれば、ベント孔12を通って直進性を有して排出される排出物の排出圧が開放部311に作用して、開放部311を直接的に排出物の排出方向に押し出すことで、カバー孔311aを開放可能である。これにより、あるベント孔12から排出物が排出されれば、該ベント孔12の上側に対面して設けられた開放部311のカバー孔311aのみが開放される。これにより、排出物がカバー孔311aを通ってモジュールカバー310の外側の空間へとより迅速に排出されることが可能になる。
図8は本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックの内部を示した斜視図であり、図9は本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックの断面図であり、図10は本発明の一実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。また、図11は、本発明の他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。
図8~図11を参照すると、遮断部材300は、ガイド部材330を含み得る。ガイド部材330は、モジュールカバー310の外側に配置され得る。すなわち、ガイド部材330は、パックケース200の上面とモジュールカバー310との間に設けられ得る。
ガイド部材330は、モジュールカバー310の外側の空間で流動する排出物をガイドするように構成され得る。ガイド部材330は、耐火性能及び/又は耐熱性能を有する材料から構成され得る。例えば、ガイド部材330は、シリコーン、ポリウレタン又はマイカなどの材料から構成され得る。
ガイド部材330は、少なくとも一方向に沿って長く延在した形態で構成され得る。例えば、図8に示された実施形態のように、ガイド部材330は、複数のバッテリーモジュール10の積層方向に沿って長く延在した形態で構成され得る。すなわち、ガイド部材330は、バッテリーパック1の前後方向に沿って長く延びるように構成され得る。
特に、ガイド部材330は、バッテリーモジュール10の積層体の一端から他端まで長く延在した形態で構成され得る。すなわち、ガイド部材330は、複数のバッテリーモジュール10のうちの少なくとも一部と重なるように構成され得る。このとき、ガイド部材330の一端はバッテリーモジュール10の積層体の外側に位置し得る。本実施形態によれば、ガイド部材330が複数のバッテリーモジュール10の上部で流動する排出物の流れを全体的にガイドすることができる。
ガイド部材330は複数設けられ得る。複数のガイド部材330は、水平方向に所定の距離だけ離隔して配置され得る。このとき、隣接したガイド部材330同士の間に排出物が流動するように構成されるベント流路Pが形成され得る。すなわち、ベント流路Pは、モジュールカバー310の外側の空間に形成され得る。ベント流路Pは、パックケース200とガイド部材330とモジュールカバー310との間に形成され得る。ベント流路Pは、ガイド部材330が延在した方向と同様に、前後方向に沿って長く延在した形態で構成され得る。このとき、ガイド部材330は、排出物が他のベント流路Pに移動することを遮断するように構成され得る。
これにより、ガイド部材330は、ベント流路Pで流動する排出物をモジュールカバー310の外側の空間で少なくとも一方向に案内してパックケース200の外部へ円滑に排出させることができる。
一方、図8を参照すると、本発明の一実施形態によるパックケース200は、ベースフレーム210及びサイドフレーム220を含み得る。
ベースフレーム210は、パックケース200の底面を形成し、四角形の板状であり得る。そして、ベースフレーム210は、複数のバッテリーセル100が上面に載置されるように構成され得る。さらに、ベースフレーム210は、平たい上面を備え、複数のバッテリーモジュール10が安定的に載置されるように設けられ得る。
サイドフレーム220は、ベースフレーム210の各辺から上方に延び得る。サイドフレーム220は、複数の単位壁体を備え、複数のバッテリーセル100又はバッテリーモジュール10を取り囲み得る。より具体的には、複数のサイドフレーム220はそれぞれ、ベースフレーム210の-Y軸方向の端部に位置する右側壁体、+X軸方向の端部に位置する後方壁体、+Y軸方向の端部に位置する左側壁体、及び-X軸方向の端部に位置する前方壁体を含んでパックケース200の側面を形成し得る。
パック蓋250は、複数のバッテリーモジュール10の上部を覆うように構成され得る。パック蓋250は、パックケース200の開放された上部を覆うように構成され得る。パック蓋250は、サイドフレーム220に結合され得る。パック蓋250は、バッテリーモジュール10などのパックケース200の内部に収納された構成要素を保護し、このようなバッテリーモジュール10から排出された排出物がパックケース200の外部、特に上側に排出されることを防止することができる。
また、パックケース200は、ベント部260を備え得る。ベント部260は、バッテリーモジュール10で発生した排出物をパックケース200の外部に排出するように構成され得る。ベント部260は、パックケース200の内側と外側とを貫通する孔の形態で設けられ得る。或いは、ベント部260は、パックケース200の孔に取り付け可能に構成され、パックケース200の内部で排出物が発生する場合に作動するベントデバイスの形態であり得る。
ベント部260は、パックケース200の側面、すなわちサイドフレーム220に設けられ得る。ベント部260は複数設けられ得る。ベント部260は、サイドフレーム220の複数の単位壁体のうちの少なくとも一部の単位壁体に位置し得る。また、ベント部260は、二つ以上の単位壁体にそれぞれ形成されてもよく、一つの単位壁体に二つ以上形成されてもよい。例えば、図8を参照すると、ベント部260は前方壁体と後方壁体に、それぞれ複数設けられ得る。また、複数のベント部260は、サイドフレーム220の中心軸を基準にして互いに対称となるように設けられ得る。
本実施形態によれば、バッテリーセル100に異常状況が発生したとき、高温のガスなどがパックケース200の両方向に排出されるため、ガスをより迅速に且つ容易に前記パックケース200の外部に排出することができる。
一方、図8の実施形態などに基づいて説明したベント部260の個数や位置などは一例に過ぎず、多様な個数や位置などに変更され得ることは勿論である。
一方、パックケース200は、センタービーム240及びクロスビーム230をさらに含み得る。センタービーム240及びクロスビーム230は、複数のバッテリーモジュール10同士の間を区画するように設けられ得る。例えば、センタービーム240は、前後方向に長く延在した隔壁形態で形成され、左右方向に隣接して配置されたバッテリーモジュール10同士の間に介在し得る。また、クロスビーム230は、左右方向に長く延在した隔壁形態で形成され、前後方向に隣接して配置されたバッテリーモジュール10同士の間に介在し得る。
このような実施形態によれば、熱や火炎が、センタービーム240及びクロスビーム230によって収納空間が分離されたバッテリーモジュール10の間で直接移動することを防止することができる。
一方、複数のガイド部材330は、センタービーム240を中心にして対称的に設けられ得る。センタービーム240とサイドフレーム220との間には複数のガイド部材330が設けられ得る。例えば、図8に示された実施形態のように、センタービーム240と両側のサイドフレーム220との間にはそれぞれ三つのガイド部材330が設けられ得る。
ガイド部材330は、排出物をベント部260にガイドするように構成され得る。例えば、ガイド部材330は、ベント部260に向かって長く延設され得る。これにより、ガイド部材330同士の間のベント流路Pで移動するベントガスなどの排出物がベント部260に向かい得る。このとき、本発明の一実施形態によれば、図10に示されたように、複数のガイド部材330は互いに平行に設けられて、ガイド部材330同士の間隔が一定に維持され得る。
本実施形態によれば、バッテリーモジュール10に熱イベントが発生したとき、ガイド部材330がベント流路Pの内部の排出物をベント部260側に案内することで、排出物を速かにパックケース200の外部に排出させることができる。これにより、パックケース200の内圧上昇が防止され、他のバッテリーモジュール10の連鎖的な発火を防止することができる。
また、本発明の他の実施形態として、図11を参照すると、ガイド部材330は、ベント流路Pの少なくとも一部の流路面積がベント部260に近くなるほど小さくなるように構成され得る。具体的には、ガイド部材330は、ベント流路Pの間隔がベント部260に近くなるほど狭くなるように構成される部分を含み得る。
本実施形態によれば、ガイド部材330は、ベント流路P内の排出物をベント部260側に向けてより効果的に誘導することができる。これにより、排出物がベント部260を通ってバッテリーパック1の外部へ円滑に排出され、バッテリーモジュール10間の熱暴走の伝播を抑制又は防止することができる。
一方、図8を参照すると、ガイド部材330は、クロスビーム230に結合されて固定され得る。具体的には、モジュールカバー310はクロスビーム230に載置され、ガイド部材330がモジュールカバー310に載置され、ガイド部材330の上部からボルトなどの結合部材によってガイド部材330とモジュールカバーとクロスビーム230とが結合されて固定され得る。
本実施形態によれば、簡単な構造で遮断部材300とパックケース200との結合固定構成を達成可能である。さらに、本実施形態によれば、モジュールカバー310がクロスビーム230に予め載置された形態で製作されることで、ガイド部材330がクロスビーム230の上部に結合されれば、遮断部材300が自動にクロスビーム230に結合される。これにより、バッテリーパック1を製造するための時間及びコストが節減され、生産性が向上できる。また、遮断部材300がクロスビーム230とパック蓋250との間に安定的に固定されるため、バッテリーパック1の剛性をさらに確保することができる。
図12は、本発明のさらに他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。
さらに他の実施形態として、図12を参照すると、ガイド部材330は複数設けられ、その長手方向に所定の距離だけ離隔して配置され得る。すなわち、ガイド部材330は、一端から他端まで連続して延在した形態ではなく、不連続な形態で構成され得る。特に、開放部311の外側のガイド部材330が複数設けられ、その長手方向に所定の距離だけ離隔して配置され得る。
これにより、長手方向に配置された隣接したガイド部材330同士の間の空間で熱が分散し得る。また、開放部311同士の間に設けられたガイド部材330は、連続して延在した形態で構成され、ベント流路Pが両側に分離され得る。
本実施形態によれば、ガイド部材330によってベント流路P内部の排出物をベント部260側に案内すると同時に、ベント流路P内部の熱を分散させることができる。これにより、モジュールカバー310とパック蓋250との間の熱蓄積を最小化することができる。
図13は本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールの後方斜視図であり、図14は本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの断面図であり、図15は本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックに含まれるモジュールカバーを示した斜視図であり、図16は本発明のさらに他の実施形態によるストッパーが適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。
図13を参照すると、バッテリーモジュール10のベント孔12は後方側に形成され得る。バッテリーモジュール10の後方側とは、バッテリーモジュール10のモジュール端子の反対側を意味し得る。また、このような場合、複数のバッテリーモジュール10は、モジュール端子がパックケース200の内側に向かうようにパックケース200の内部に配置され得る。ベント孔12はパックケース200の外側に向かうように配置され得る。
例えば、図14に示された太い矢印を参照すると、あるバッテリーモジュール10で熱イベントが発生した場合、ベントガスや火炎などがバッテリーモジュール10の後方側に設けられたベント孔12を通って排出され得る。これにより、バッテリーモジュール10で熱イベントが発生した場合、ベントガスや火炎などがバッテリーモジュール10のモジュール端子側に向かうことを抑制できる。また、他のバッテリーモジュール10が熱的被害を被ることを最小化することができる。
このような場合、図14及び図15を参照すると、モジュールカバー310の外側部分が少なくとも部分的に開放されるように構成され得る。モジュールカバー310の一部分は、バッテリーモジュール10の後方側に設けられたベント孔12から排出された排出物がモジュールカバー310の外側に移動できるように開放され得る。例えば、モジュールカバー310の左右方向の両側端は、左側及び右側のサイドフレーム220と所定の間隔だけ離隔して構成され得る。これにより、排出物がバッテリーモジュール10の後方側からモジュールカバー310の外側に移動し得る。
或いは、図15に示された実施形態のように、バッテリーモジュール10のベント孔12が設けられた側にモジュールカバー310の開放部311が設けられ得る。例えば、開放部311は、モジュールカバー310の外側端に沿って配置され得る。
本実施形態によれば、ベント孔12が位置する側に開放部311が設けられることによって、ガスや火炎などの排出物をモジュールカバー310の外側に速かに排出することができる。
また、図16を参照すると、ストッパー320は、バッテリーモジュール10から排出された排出物を直ちにモジュールカバー310の外側にガイドするように構成され得る。例えば、図16に示された実施形態のように、ストッパー320は、バッテリーモジュール10の後方側に設けられ得る。また、ストッパー320は、排出物がストッパー320を越えてバッテリーモジュール10の内側に移動することを抑制するように構成され得る。
本実施形態によれば、ベント孔12を通って排出された排出物がストッパー320によって直ぐにモジュールカバー310の外側に向かうことが可能である。また、ストッパー320は、排出物がモジュール端子側に向かうことを抑制することができる。
図17及び図18はそれぞれ、本発明のさらに他の実施形態によるガイド部材が適用されたバッテリーパックを上側から眺めた図である。
さらに、バッテリーモジュール10の後方側にベント孔12が設けられる場合、図17及び図18に示された実施形態のように、ガイド部材330は開放部311よりも内側に設けられ得る。また、ガイド部材330は複数設けられ、その長手方向に所定の距離だけ離隔して配置され得る。すなわち、ガイド部材330は、一端から他端まで連続して延在した形態ではなく、不連続な形態で構成され得る。
これにより、バッテリーモジュール10で熱イベントが発生したとき、開放された開放部311から排出された排出物が長手方向に配置された隣接するガイド部材330同士の間の空間を通過してベント流路Pに移動し得る。
本実施形態によれば、モジュールカバー310の外側に移動した排出物がガイド部材330によってベント流路Pの内部に移動可能である。また、このような排出物がベント部260に向かってガイドされるため、排出物を迅速にパックケース200の外部に排出することができる。
また、ガイド部材330は、連続して延在した形態でモジュールカバー310の内側にも設けられ得る。これにより、排出物がセンタービーム240を越えて他のバッテリーモジュール10側に移動することをさらに抑制可能である。
本実施形態によれば、バッテリーモジュール10に熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュール10が受ける熱エネルギーを最小化することができる。これにより、バッテリーモジュール10同士の間の熱暴走の伝播が防止又は抑制され、バッテリーパック1の安全性及び信頼性を確保することができる。
図19は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車の概略的な斜視図である。
図19を参照すると、本発明の一実施形態による自動車3は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック1を一つ以上含み得る。本発明による自動車3は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、又はプラグインハイブリッド自動車であり得る。前記自動車3は、四輪自動車及び二輪自動車を含む。前記自動車3は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック1から電力の供給を受けて駆動することができる。
以上のように、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、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な変更及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (17)

  1. 複数のバッテリーセルと、
    複数の前記バッテリーセルを収容するように構成されるパックケースと、
    前記バッテリーセルの外側を覆うように構成されるモジュールカバーを備える遮断部材であって、前記バッテリーセルから排出された排出物を前記モジュールカバーの外側の空間でガイドするように構成される遮断部材と、を含み、
    複数の前記バッテリーセルをグルーピングして収容し、且つ、一面に少なくとも一つのベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み、
    前記モジュールカバーは、前記ベント孔が形成された前記モジュールケースの一面を覆うように構成され、
    前記遮断部材は、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間に介在されるストッパーを含
    前記モジュールカバーは、前記モジュールケースと所定の距離だけ離隔して配置されている、バッテリーパック。
  2. 前記モジュールケースは、複数設けられ、
    前記モジュールカバーは、複数の前記モジュールケースのうちの少なくとも一部を覆うように構成されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  3. 前記ストッパーは、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間の離隔距離を制限するように構成されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  4. 前記モジュールカバーは、前記ストッパーに載置されるように構成されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  5. 前記ストッパーは、前記ベント孔同士の間に配置されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  6. 前記ストッパーは、少なくとも一方向に長く延在した形態で構成されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  7. 前記モジュールカバーは、圧力や熱によって開放されて前記排出物を外側に排出するように構成される開放部を含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  8. 前記遮断部材は、少なくとも一方向に沿って長く延在した形態で前記モジュールカバーの外側に配置されるガイド部材を含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  9. 前記ガイド部材は、水平方向に所定の距離だけ離隔して複数設けられ、
    前記ガイド部材同士の間に前記排出物が流動するように構成されるベント流路が形成されている、請求項に記載のバッテリーパック。
  10. 前記パックケースは、前記排出物を前記パックケースの外部に排出するように構成されるベント部を含み、
    前記ガイド部材は、前記排出物を前記ベント部にガイドするように構成されている、請求項に記載のバッテリーパック。
  11. 前記ガイド部材は、前記ベント流路の少なくとも一部の流路面積が前記ベント部に近くなるほど小さくなるように構成されている、請求項10に記載のバッテリーパック。
  12. 前記ガイド部材は、複数設けられ、前記ガイド部材の長手方向に所定の距離だけ離隔して配置されている、請求項に記載のバッテリーパック。
  13. 前記遮断部材は、前記バッテリーセルから排出された排出物の少なくとも一部が当該バッテリーセルとは異なる他のバッテリーセルに移動するのを遮断する、請求項1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を含む、自動車。
  15. 複数のバッテリーセルと、
    複数の前記バッテリーセルを収容するように構成されるパックケースと、
    前記バッテリーセルの外側を覆うように構成されるモジュールカバーを備える遮断部材であって、前記バッテリーセルから排出された排出物を前記モジュールカバーの外側の空間でガイドするように構成される遮断部材と、を含み、
    複数の前記バッテリーセルをグルーピングして収容し、且つ、一面に少なくとも一つのベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み、
    前記モジュールカバーは、前記ベント孔が形成された前記モジュールケースの一面を覆うように構成され、
    前記遮断部材は、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間に介在されるストッパーを含み、
    前記ストッパーは、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間の離隔距離を制限するように構成されている、バッテリーパック。
  16. 複数のバッテリーセルと、
    複数の前記バッテリーセルを収容するように構成されるパックケースと、
    前記バッテリーセルの外側を覆うように構成されるモジュールカバーを備える遮断部材であって、前記バッテリーセルから排出された排出物を前記モジュールカバーの外側の空間でガイドするように構成される遮断部材と、を含み、
    複数の前記バッテリーセルをグルーピングして収容し、且つ、一面に少なくとも一つのベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み、
    前記モジュールカバーは、前記ベント孔が形成された前記モジュールケースの一面を覆うように構成され、
    前記遮断部材は、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間に介在されるストッパーを含み、
    前記モジュールカバーは、圧力や熱によって開放されて前記排出物を外側に排出するように構成される開放部を含む、バッテリーパック。
  17. 複数のバッテリーセルと、
    複数の前記バッテリーセルを収容するように構成されるパックケースと、
    前記バッテリーセルの外側を覆うように構成されるモジュールカバーを備える遮断部材であって、前記バッテリーセルから排出された排出物を前記モジュールカバーの外側の空間でガイドするように構成される遮断部材と、を含み、
    複数の前記バッテリーセルをグルーピングして収容し、且つ、一面に少なくとも一つのベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み、
    前記モジュールカバーは、前記ベント孔が形成された前記モジュールケースの一面を覆うように構成され、
    前記遮断部材は、前記モジュールケースと前記モジュールカバーとの間に介在されるストッパーを含み、
    前記遮断部材は、少なくとも一方向に沿って長く延在した形態で前記モジュールカバーの外側に配置されるガイド部材を含み、
    前記ガイド部材は、水平方向に所定の距離だけ離隔して複数設けられ、
    前記ガイド部材同士の間に前記排出物が流動するように構成されるベント流路が形成され、
    前記パックケースは、前記排出物を前記パックケースの外部に排出するように構成されるベント部を含み、
    前記ガイド部材は、前記排出物を前記ベント部にガイドするように構成され、
    前記ガイド部材は、前記ベント流路の少なくとも一部の流路面積が前記ベント部に近くなるほど小さくなるように構成されている、バッテリーパック。
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