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特許7094386バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-23
(45)【発行日】2022-07-01
(54)【発明の名称】バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置
(51)【国際特許分類】
H01M 10/6566 20140101AFI20220624BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20220624BHJP
H01M 10/6563 20140101ALI20220624BHJP
H01M 10/658 20140101ALI20220624BHJP
【ＦＩ】
H01M10/6566
H01M10/613
H01M10/6563
H01M10/658
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020558456
(86)(22)【出願日】2020-02-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-08-19
(86)【国際出願番号】 KR2020002832
(87)【国際公開番号】W WO2020197111
(87)【国際公開日】2020-10-01
【審査請求日】2020-10-20
(31)【優先権主張番号】10-2019-0033749
(32)【優先日】2019-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】キョン－チュン・ミン
【審査官】清水 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０９８０７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０６２１７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００２－０５０４１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０７０８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２３０７８５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／５２ － １０／６６７
Ｈ０１Ｍ ５０／２０ ー ５０／２９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの一側に備えられ、前記複数のバッテリーセルの冷却のために前記モジュールケースの内部に空気を案内する空気吸入部と、
前記空気吸入部を通って前記モジュールケースの内部に入った空気を前記モジュールケースの外側に吐出し、前記モジュールケースの他側に備えられる空気吐出部と、
前記空気吐出部と前記空気吸入部との間の前記モジュールケースの内壁に取り付けられ、所定温度以上で膨張して前記モジュールケースの内部空間を密閉させる少なくとも一つのシート部材と、
前記空気吸入部及び前記空気吐出部に対面するように前記モジュールケースの両側方内部に配置され、内部に空気循環流路が形成される一対の空気循環ガイド部材とを含み、
前記一対の空気循環ガイド部材が、前記モジュールケースとは別体である、バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記シート部材は、複数が備えられ、前記複数のシート部材は、それぞれ、前記モジュールケースの前方内壁、後方内壁、両側方内壁、上側内壁及び下側内壁に取り付けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記複数のシート部材が、それぞれの周縁で互いにシーリングされる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの一側に備えられ、前記複数のバッテリーセルの冷却のために前記モジュールケースの内部に空気を案内する空気吸入部と、
前記空気吸入部を通って前記モジュールケースの内部に入った空気を前記モジュールケースの外側に吐出し、前記モジュールケースの他側に備えられる空気吐出部と、
前記空気吐出部と前記空気吸入部との間の前記モジュールケースの内壁に取り付けられ、所定温度以上で膨張して前記モジュールケースの内部空間を密閉させる少なくとも一つのシート部材と、
前記空気吸入部及び前記空気吐出部に対面するように前記モジュールケースの両側方内部に配置され、内部に空気循環流路が形成される一対の空気循環ガイド部材とを含み、
前記一対の空気循環ガイド部材が、前記少なくとも一つのシート部材と同じ材質から設けられる、バッテリーモジュール。
【請求項5】
前記一対の空気循環ガイド部材が、前記複数のバッテリーセルを介在して相互に対向して配置される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記一対の空気循環ガイド部材が、前記複数のバッテリーセルに対向する一側に備えられ、相互に所定の距離だけ離隔して配置される複数のガイドスリットを含む、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記一対の空気循環ガイド部材が、前記複数のガイドスリットと隣接して配置され、前記空気循環流路の内部で所定の角度で傾斜して配置される複数のガイド隔壁を含む、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースとを含む、バッテリーラック。
【請求項9】
請求項８に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置に関する。
【0002】
本出願は、２０１９年３月２５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００３３７４９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。
【背景技術】
【0003】
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）または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。
【0004】
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。このような単位二次電池セル、すなわち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりも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で接続してバッテリーパックを構成することがある。また、バッテリーパックに求められる充放電容量に合わせて、複数のバッテリーセルを並列で接続してバッテリーパックを構成することもある。したがって、上記バッテリー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または充放電容量によって多様に設定され得る。
【0005】
一方、複数のバッテリーセルを直列／並列で接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールをまず構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールにその他の構成要素を付け加えてバッテリーパックを構成する方法が一般的である。ここで、少なくとも一つのバッテリーモジュールを含むバッテリーパックは、多様な電圧及び容量の要求条件などに応じて、バッテリーパックを少なくとも一つ以上含むバッテリーラックを備える電力貯蔵装置を構成することもある。
【0006】
従来の電力貯蔵装置を構成するバッテリーモジュールの場合、複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーラックを収容するラックコンテナ内に、バッテリーセルの特性上発生し得る過熱などによる火災などの危険に対処するため、消防施設構造物が備えられる。
【0007】
しかし、バッテリーモジュール内で火災が起きる場合、迅速に火災を鎮圧し難いという問題がある。バッテリーモジュール内で火災を迅速に鎮圧できないか又は火災の拡散を遅延できない場合、周辺のバッテリーモジュールへと火災が急速に広がってしまい、ラックコンテナ内の消防施設構造物が動作する時点では、既に復旧し難い被害が生じた後になるおそれがある。
【0008】
したがって、火災状況が発生したとき、より迅速な早期鎮圧が必要であり、そのためにはバッテリーモジュール単位での火災鎮圧及び拡散防止が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明は、火災状況が発生したとき、バッテリーモジュール単位で火災を鎮圧し且つ拡散を防止可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を解決するため、本発明は、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、前記モジュールケースの一側に備えられ、前記複数のバッテリーセルの冷却のために前記モジュールケースの内部に空気を案内する空気吸入部と、前記空気吸入部を通って前記モジュールケースの内部に入った空気を前記モジュールケースの外側に吐出し、前記モジュールケースの他側に備えられる空気吐出部と、前記空気吐出部と前記空気吸入部との間の前記モジュールケースの内壁に取り付けられ、所定温度以上で膨張して前記モジュールケースの内部空間を密閉させる少なくとも一つのシート部材とを含む、バッテリーモジュールを提供する。
【0011】
前記シート部材は、複数が備えられ、前記複数のシート部材は、それぞれ、前記モジュールケースの前方内壁、後方内壁、両側方内壁、上側内壁及び下側内壁に取り付けられ得る。
【0012】
前記複数のシート部材は、各周縁で互いにシーリングされ得る。
【0013】
前記バッテリーモジュールは、前記空気吸入部及び前記空気吐出部に対面するように前記モジュールケースの両側方内部に配置され、内部に空気循環流路が形成される一対の空気循環ガイド部材を含み得る。
【0014】
前記一対の空気循環ガイド部材は、前記少なくとも一つのシート部材と同じ材質から設けられ得る。
【0015】
前記一対の空気循環ガイド部材は、前記複数のバッテリーセルを介在して相互に対向して配置され得る。
【0016】
前記一対の空気循環ガイド部材は、前記複数のバッテリーセルに対向する一側に備えられ、相互に所定の距離だけ離隔して配置される複数のガイドスリットを含み得る。
【0017】
前記一対の空気循環ガイド部材は、前記複数のガイドスリットと隣接して備えられ、前記空気循環流路の内部で所定の角度で傾斜して配置される複数のガイド隔壁を含み得る。
【0018】
また、本発明は、上述した本発明による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースとを含む、バッテリーラックを提供する。
【0019】
さらに、本発明は、上述した本発明による少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置を提供する。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、火災状況が発生したとき、バッテリーモジュール単位で火災を鎮圧し且つ拡散を防止可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
【0021】
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させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
【図9】本発明の一実施形態によるバッテリーラックを説明するための図である。
【図10】本発明の一実施形態による電力貯蔵装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明は、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明することでより明らかになるであろう。ここで説明される実施形態は発明の理解を助けるための例示的なものであり、本発明はここで説明される実施形態と異なる多様な形態で変形されて実施可能であることを理解しなければならない。また、発明の理解を助けるため、添付された図面は実際の縮尺通りではなく、一部構成要素の寸法を誇張して図示し得る。
【0024】
【0025】
【0026】
上記バッテリーセル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池であり得る。以下、本実施形態では、上記バッテリーセル１００をパウチ型二次電池に限定して説明する。
【0027】
上記バッテリーセル１００は複数が備えられ得る。上記複数のバッテリーセル１００は、相互に積層されるように備えられ得る。このような上記複数のバッテリーセル１００は、相互電気的に接続され得る。
【0028】
上記モジュールケース２００は、上記複数のバッテリーセル１００を収容することができる。このような上記モジュールケース２００は、ケース本体２１０及びケースカバー２５０を含むことができる。
【0029】
上記ケース本体２１０には、上記複数のバッテリーセル１００を収容するための収容空間が設けられ得る。上記ケースカバー２５０は、上記複数のバッテリーセル１００の上側に配置され、上記ケース本体２１０と相互に結合され得る。
【0030】
上記空気吸入部３００は、上記モジュールケース２００の一側、具体的には、上記ケース本体２１０の後方に備えられ、上記複数のバッテリーセル１００の冷却のために上記モジュールケース２００の内部に空気を案内することができる。
【0031】
上記空気吐出部４００は、上記空気吸入部３００を通って上記モジュールケース２００の内部に入った空気を上記モジュールケース２００の外側に吐出できるように、上記モジュールケース２００の他側、具体的には、上記ケース本体２１０の前方に備えられ得る。
【0032】
上記シート部材５００は、上記空気吐出部４００と上記空気吸入部３００との間の上記モジュールケース２００の内壁に取り付けられ、所定温度以上で膨張して上記モジュールケース２００の内部空間を密閉させることができる。
【0033】
このようなシート部材５００は、所定温度以上でその体積が膨張可能な材質から設けられ得る。例えば、上記シート部材５００は、所定温度以上で体積が増加するフォーム（ｆｏａｍ）形態の材質から設けられ得る。
【0034】
上記シート部材５００は、複数が備えられ得る。
【0035】
上記複数のシート部材５００は、それぞれ、上記モジュールケース２００の前方内壁、後方内壁、両側方内壁、上側内壁及び下側内壁に取り付けられ得る。具体的には、上記複数のシート部材５００は、上記ケース本体２１０の前方内壁、後方内壁、両側方内壁、下側内壁及び上記ケースカバー２５０の上側内壁に取り付けられ得る。ここで、上記複数のシート部材５００は、それぞれの周縁で互いにシーリングされ得る。
【0036】
図３は図２のバッテリーモジュールの断面図であり、図４は図２のバッテリーモジュールの空気循環ガイド部材を説明するための図であり、図５は図４の空気循環ガイド部材の断面図であり、図６は図５の空気循環ガイド部材の他の実施例を説明するための図であり、図７は図１のバッテリーモジュールを冷却させるための空気循環を説明するための図である。
【0037】
【0038】
上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００は、上記空気吸入部３００及び上記空気吐出部４００に対面するように上記モジュールケース２００、具体的には、上記ケース本体２１０の両側方内部に配置され得る。具体的には、上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００は、上記複数のバッテリーセル１００を介在して相互に対向して配置され得る。
【0039】
上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００は、上記少なくとも一つのシート部材５００と同じ材質から設けられ得る。すなわち、上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００も所定温度以上で体積が膨張する材質から設けられ得る。
【0040】
上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００は、第１空気循環ガイド部材６００及び第２空気循環ガイド部材７００を含むことができる。
【0041】
上記第１空気循環ガイド部材６００は、上記空気吸入部３００を通って入った空気を上記複数のバッテリーセル１００側へと案内するためのものであって、空気循環流路６１０、ガイドスリット６３０及びガイド隔壁６５０を含むことができる。
【0042】
上記空気循環流路６１０は、上記空気吸入部３００と連通し、上記複数のバッテリーセル１００の積層方向に沿って長く形成され得る。
【0043】
上記ガイドスリット６３０は、上記空気循環流路６１０と連通し、上記複数のバッテリーセル１００に対向する一側に備えられ得る。上記ガイドスリット６３０は、複数が備えられ得る。上記複数のガイドスリット６３０は、上記バッテリーセル１００の積層方向に沿って相互に所定の距離だけ離隔して配置され、上記空気循環流路６１０内の空気が上記複数のバッテリーセル１００側に移動することをガイドすることができる。
【0044】
上記ガイド隔壁６５０は、複数が備えられ得る。上記複数のガイド隔壁６５０は、上記複数のガイドスリット６３０と隣接して配置され、上記空気循環流路６１０の内部で所定の角度で傾斜して配置され得る。上記複数のガイド隔壁６５０は、上記複数のガイドスリット６３０側への空気流入をより均一にガイドすることができる。
【0045】
上記第２空気循環ガイド部材７００は、上記複数のバッテリーセル１００を冷却させた空気を上記空気吐出部４００側へと案内するためのものであって、空気循環流路７１０、ガイドスリット７３０及びガイド隔壁７５０を含むことができる。
【0046】
上記空気循環流路７１０は、上記空気吐出部４００と連通し、上記複数のバッテリーセル１００の積層方向に沿って長く形成され得る。
【0047】
上記ガイドスリット７３０は、上記空気循環流路７１０と連通し、上記複数のバッテリーセル１００に対向して備えられ得る。上記ガイドスリット７３０は、複数が備えられ得る。上記複数のガイドスリット７３０は、上記バッテリーセル１００の積層方向に沿って相互に所定の距離だけ離隔して配置され、上記複数のバッテリーセル１００側の空気が上記空気循環流路７１０側に移動することをガイドすることができる。
【0048】
上記ガイド隔壁７５０は、複数が備えられ得る。上記複数のガイド隔壁７５０は、上記複数のガイドスリット７３０と隣接して配置され、上記空気循環流路７１０の内部で所定の角度で傾斜して配置され得る。上記複数のガイド隔壁７５０は、上記複数のガイドスリット７３０側に流れた空気の上記空気吐出部４００側への移動をより均一にガイドすることができる。
【0049】
【0050】
【0051】
上記バッテリーモジュール１０において、上記モジュールケース２００内部の上記複数のバッテリーセル１００の少なくとも一つから過熱などによる火災が生じることがある。
【0052】
このように火災が発生したとき、上記モジュールケース２００内部の温度が上昇し、所定温度以上になれば、上記複数のシート部材５００及び上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００が膨張しながら、上記モジュールケース２００の内部空間を密閉させることができる。
【0053】
このような上記複数のシート部材５００及び上記一対の空気循環ガイド部材６００、７００の膨張による上記モジュールケース２００内部空間の密閉によって、上記空気吸入部３００または上記空気吐出部４００側から上記モジュールケース２００の内部に酸素が流入することを遮断することができる。
【0054】
これによって、上記バッテリーモジュール１０の内部で発生した火災をより迅速に鎮圧できるか又は著しく弱めることができ、上記バッテリーモジュール１０外部への熱拡散を効果的に防止することができる。
【0055】
このように、本実施形態による上記バッテリーモジュール１０は、火災状況が発生したとき、上記シート部材５００及び上記空気循環ガイド部材６００、７００を通じて、上記バッテリーモジュール１０単位でより迅速に火災を鎮圧するか又は火災の拡散を効果的に防止することができる。
【0056】
図９は、本発明の一実施形態によるバッテリーラックを説明するための図である。
【0057】
図９を参照すると、バッテリーラック１は、上述した上記複数のバッテリーモジュール１０、及び上記複数のバッテリーモジュール１０を収容するラックケース５０を含むことができる。
【0058】
本実施形態による上記バッテリーラック１は、上述した上記バッテリーモジュール１０を含むことで、上述した上記バッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーラック１を提供することができる。
【0059】
換言すれば、本実施形態による上記バッテリーラック１は、いずれか一つのバッテリーモジュール１０で火災状況が発生しても、バッテリーモジュール１０単位で火災状況が発生したバッテリーモジュール１０の内部をより迅速に密閉させることで、迅速な火災鎮圧と同時に、隣接したバッテリーモジュール１０への火災拡散を効果的に防止することができる。
【0060】
図１０は、本発明の一実施形態による電力貯蔵装置を説明するための図である。
【0061】
図１０を参照すると、電力貯蔵装置Ｅは、エネルギー源であって、家庭用または産業用で使用できる。上記電力貯蔵装置Ｅは、上述した実施形態の少なくとも一つ、本実施形態の場合、複数のバッテリーラック１及び上記複数のバッテリーラック１を収容するラックコンテナＣを含むことができる。
【0062】
本実施形態による上記電力貯蔵装置Ｅは、上述した上記バッテリーラック１を含むことで、上述した上記バッテリーラック１の長所を全て有する電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
【0063】
以上のような多様な実施形態によって、火災状況が発生したとき、上記バッテリーモジュール１０単位で火災を鎮圧し且つ拡散を防止可能な上記バッテリーモジュール１０、それを含む上記バッテリーラック１及び上記電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
【0064】
以上のように、本発明の望ましい実施形態を図示して説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱せずに本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって多様に変形実施可能であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
【符号の説明】
【0065】
１ バッテリーラック
１０ バッテリーモジュール
５０ ラックケース
１００ バッテリーセル
２００ モジュールケース
２１０ ケース本体
２５０ ケースカバー
３００ 空気吸入部
４００ 空気吐出部
５００ シート部材
６００ 第１空気循環ガイド部材
６１０ 空気循環流路
６３０ ガイドスリット
６５０ ガイド隔壁
７００ 第２空気循環ガイド部材
７１０ 空気循環流路
７３０ ガイドスリット
７５０ ガイド隔壁
１０ バッテリーモジュール
５０ ラックケース
１００ バッテリーセル
２００ モジュールケース
２１０ ケース本体
２５０ ケースカバー
３００ 空気吸入部
４００ 空気吐出部
５００ シート部材
６００ 第１空気循環ガイド部材
６１０ 空気循環流路
６３０ ガイドスリット
６５０ ガイド隔壁
７００ 第２空気循環ガイド部材
７１０ 空気循環流路
７３０ ガイドスリット
７５０ ガイド隔壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】