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▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(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】2024-06-10
(45)【発行日】2024-06-18
(54)【発明の名称】電池モジュールおよびこれを含む電池パック
(51)【国際特許分類】
H01M 50/30 20210101AFI20240611BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/35 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/358 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/367 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/505 20210101ALI20240611BHJP
H01M 50/507 20210101ALI20240611BHJP
【ＦＩ】
H01M50/30
H01M50/204 401F
H01M50/204 401H
H01M50/211
H01M50/35 201
H01M50/358
H01M50/367
H01M50/505
H01M50/507
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022548488
(86)(22)【出願日】2021-11-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-05
(86)【国際出願番号】 KR2021017379
(87)【国際公開番号】W WO2022114769
(87)【国際公開日】2022-06-02
【審査請求日】2022-08-09
(31)【優先権主張番号】10-2020-0161480
(32)【優先日】2020-11-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0161637
(32)【優先日】2021-11-22
(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】ヨンジュン・チェ
(72)【発明者】
【氏名】スンウォン・ハン
(72)【発明者】
【氏名】ヨンホ・イ
(72)【発明者】
【氏名】ヒョンジェ・イ
【審査官】井原 純
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５３０１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２０５５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２４９３０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２６１０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５２００６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１９７０１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１２６５３１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１０９７２６（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２
Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８
Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池モジュールを含む電池パックであって、
各電池モジュールは、
複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレーム、
前記第１バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第１エンドプレート、および
前記第２バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第２エンドプレートを含み、
前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、
前記第１エンドプレートは、前記ターミナルバスバーが露出するターミナルバスバー開口部を有し、前記第２エンドプレートは、前記モジュールコネクタが露出するモジュールコネクタ開口部を有し、
前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置し、
前記上部プレートと前記電池セル積層体との間に排出通路が形成されており、前記電池モジュール内で発生したガスまたは熱は、前記排出通路に沿って移動し、前記モジュールコネクタにより近く位置する前記ベンティング部まで移動するように誘導され、
前記複数の電池モジュールは、前記第１エンドプレート同士で互いに向かい合う２つの電池モジュールを含む、電池パック。
【請求項2】
複数の電池モジュールを含む電池パックであって、
各電池モジュールは、
複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレーム、
前記第１バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第１エンドプレート、および
前記第２バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第２エンドプレートを含み、
前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、
前記第１エンドプレートは、前記ターミナルバスバーが露出するターミナルバスバー開口部を有し、前記第２エンドプレートは、前記モジュールコネクタが露出するモジュールコネクタ開口部を有し、
前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置し、
前記ベンティング部は、前記上部プレートに形成されるホール構造であり、前記ホール構造は、前記第２バスバーフレームに近い方向に斜めに前記上部プレートを貫通し、
前記複数の電池モジュールは、前記第１エンドプレート同士で互いに向かい合う２つの電池モジュールを含む、電池パック。
【請求項3】
複数の電池モジュールを含む電池パックであって、
各電池モジュールは、
複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレーム、
前記第１バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第１エンドプレート、および
前記第２バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第２エンドプレートを含み、
前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、
前記第１エンドプレートは、前記ターミナルバスバーが露出するターミナルバスバー開口部を有し、前記第２エンドプレートは、前記モジュールコネクタが露出するモジュールコネクタ開口部を有し、
前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置し、
前記ターミナルバスバーは、前記ターミナルバスバーが含まれている電池モジュールに隣り合った他の電池モジュールとの連結を提供する外部バスバーと連結され、
前記複数の電池モジュールは、前記第１エンドプレート同士で互いに向かい合う２つの電池モジュールを含む、電池パック。
【請求項4】
前記ベンティング部は、前記第２バスバーフレームが位置した方向にガスをベンティングするように形成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項5】
複数の電池モジュールを含む電池パックであって、
各電池モジュールは、
複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレーム、
前記第１バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第１エンドプレート、および
前記第２バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第２エンドプレートを含み、
前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、
前記第１エンドプレートは、前記ターミナルバスバーが露出するターミナルバスバー開口部を有し、前記第２エンドプレートは、前記モジュールコネクタが露出するモジュールコネクタ開口部を有し、
前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置し、
前記ベンティング部は、
前記モジュールフレームの上面上に形成され、前記電池セル積層体と向かい合う流入口、および
前記流入口を通じて流入されたガスを排出する排出口を含み、
前記排出口は、前記流入口と垂直な方向に形成され、
前記複数の電池モジュールは、前記第１エンドプレート同士で互いに向かい合う２つの電池モジュールを含む、電池パック。
【請求項6】
前記ベンティング部は、前記流入口と前記排出口との間に形成されて前記流入口に流入されたガスを前記排出口が位置した方向に案内する連結部を含み、
前記連結部の上面は、傾いて形成される、請求項５に記載の電池パック。
【請求項7】
前記ベンティング部は、前記電池セル積層体を基準として上側方向にベンティングされるように形成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項8】
複数の電池モジュールを含む電池パックであって、
各電池モジュールは、
複数の電池セルが積層された電池セル積層体、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、
前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレーム、
前記第１バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第１エンドプレート、および
前記第２バスバーフレームを覆い、前記モジュールフレームと接合された第２エンドプレートを含み、
前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、
前記第１エンドプレートは、前記ターミナルバスバーが露出するターミナルバスバー開口部を有し、前記第２エンドプレートは、前記モジュールコネクタが露出するモジュールコネクタ開口部を有し、
前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置し、
前記ベンティング部は、前記電池セル積層体を基準として上側方向にベンティングされるように形成され、
前記ベンティング部は、
前記電池セル積層体と連結され、前記モジュールフレームの上面上で上側方向に形成された流入口、
上側方向に形成され、前記流入口を通じて流入されたガスを排出する排出口、および
前記流入口と前記排出口を連結する連結部を含み、
前記連結部は、前記流入口および前記排出口の流入および排出方向と垂直な方向に形成され、
前記複数の電池モジュールは、前記第１エンドプレート同士で互いに向かい合う２つの電池モジュールを含む、電池パック。
【請求項9】
前記モジュールフレームの上部と前記電池セル積層体との間に排出通路が形成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願（ら）との相互引用］
本出願は、２０２０年１１月２６日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１６１４８０号および２０２１年１１月２２日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１６１６３７号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本出願は、２０２０年１１月２６日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１６１４８０号および２０２１年１１月２２日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１６１６３７号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
【0002】
本発明は、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関し、より具体的に安定性が強化された電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関する。
【背景技術】
【0003】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加することに伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。そのために、多様な要求に応えることができる二次電池に関する多くの研究が行われている。
【0004】
二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても大きな関心を受けている。
【0005】
最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まり、多数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させた中大型モジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。
【0006】
一方、複数個の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、少なくとも一つの電池モジュールを利用してその他構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。このような中大型電池モジュールを構成する電池セルは、充放電が可能な二次電池で構成されているため、このような高出力大容量二次電池は充放電過程で多量の熱を発生させる。
【0007】
電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するフレーム、前記電池セル積層体の前後面を覆うエンドプレートを含む。
【0008】
図１は従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時の様子を示す図面である。図２は図１のＡ－Ａ部分であり、従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時に隣接した電池モジュールに影響を与える火炎の様子を示す図面である。
【0009】
図１および図２を参照すると、従来の電池モジュールは、複数の電池セル１０が積層形成された電池セル積層体、電池セル積層体を収容するフレーム２０、電池セル積層体の前後面に形成されたエンドプレート３０、エンドプレート外部に突出形成されたターミナルバスバー４０などを含む。
【0010】
フレーム２０とエンドプレート３０は、溶接を通じて密封されるように結合することができる。このように電池セル積層体を収容するフレーム２０とエンドプレート３０が結合されると、電池モジュールの過充電時、電池セル１０の内部圧力が増加して電池セル１０の融着強度の限界値を超える場合、電池セル１０で発生した高温の熱、ガスおよび火炎が電池セル１０の外部に排出されることがある。
【0011】
この時、高温の熱、ガスおよび火炎は、エンドプレート３０に形成された開口部を通じて排出され得るが、エンドプレート３０同士で互いに向かい合うように複数の電池モジュールを配置する電池パック構造において、高温の熱、ガスおよび火炎を噴出する電池モジュールに隣り合った電池モジュールに影響を与えることがある。これによって、隣り合った電池モジュールのエンドプレート３０に形成されたターミナルバスバー４０が損傷されることがあり、高温の熱、ガスおよび火炎が隣り合った電池モジュールのエンドプレート３０に形成された開口部を通じて電池モジュールの内部に入って複数の電池セル１０に損傷を与えることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュール内に発火現象の発生時に排出される高温の熱と火炎を分散させることができる電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することにある。
【0013】
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の前面を覆う第１バスバーフレーム、および前記モジュールフレームに収容され、前記電池セル積層体の後面を覆う第２バスバーフレームを含み、前記第１バスバーフレームにはターミナルバスバーが装着され、前記第２バスバーフレームにはモジュールコネクタが装着され、前記モジュールフレームには上部プレートを貫通するベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、前記ターミナルバスバーよりも前記モジュールコネクタにより近く位置する。
【0015】
前記ベンティング部は、前記上部プレートに形成されるホール構造であり、前記ホール構造は、前記第２バスバーフレームに近い方向に斜めに前記上部プレートを貫通することができる。
【0016】
前記ターミナルバスバーは、前記ターミナルバスバーが含まれている電池モジュールに隣り合った他の電池モジュールとの連結を提供する外部バスバーと連結され得る。
【0017】
前記ベンティング部は、前記第２バスバーフレームが位置した方向にガスをベンティングするように形成され得る。
【0018】
前記ベンティング部は、前記モジュールフレームの上面上に形成され、前記電池セル積層体と向かい合う流入口、および前記流入口を通じて流入されたガスを排出する排出口を含み、前記排出口は、前記流入口と垂直な方向に形成され得る。
【0019】
前記ベンティング部は、前記流入口と前記排出口との間に形成されて前記流入口に流入されたガスを前記排出口が位置した方向に案内する連結部を含み、前記連結部の上面は傾いて形成され得る。
【0020】
前記ベンティング部は、前記電池セル積層体を基準として上側方向にベンティングされるように形成され得る。
【0021】
前記ベンティング部は、前記電池セル積層体と連結され、前記モジュールフレームの上面上で上側方向に形成された流入口、上側方向に形成され、前記流入口を通じて流入されたガスを排出する排出口、および前記流入口と前記排出口を連結する連結部を含み、前記連結部は、前記流入口および前記排出口の流入および排出方向と垂直な方向に形成され得る。
【0022】
前記モジュールフレームの上部と前記電池セル積層体との間に排出通路が形成され得る。
【0023】
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述した電池モジュールを含む。
【発明の効果】
【0024】
実施形態によれば、電池モジュール内に熱暴走現象の発生時、高温の熱とガスおよび火炎を制御するために、電池モジュールの一側に配置されたターミナルバスバーよりも電池モジュールの他の一側に配置されたモジュールコネクタに隣接するように電池モジュール上端部にベンティング部を形成することによって、隣接した電池モジュールに火炎が伝播することを遅延させることができる。
【0025】
本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】従来の電池パックに装着された電池モジュールの発火時の様子を示す図面である。
【図3】本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【図8】本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【図9】本発明のまた他の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について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が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0028】
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
【0029】
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたところに限定されない。図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
【0030】
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。
【0031】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0032】
また、明細書全体において、「平面上」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
【0033】
【0034】
図３乃至図５を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１００ａは、互いに対向する方向に突出した電極リード１１１、１１２を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００、電極リード１１１が突出する一方向（ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の一面に配置された第１バスバーフレーム３１０、および電極リード１１２が突出する他の方向（－ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の他面に配置された第２バスバーフレーム３２０を含む。
【0035】
まず、図５を参照すると、電池セル１１０は、パウチ型電池セルであることが好ましい。例えば、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向してセル本体１１３の一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳しくは、電極リード１１１、１１２は、電極組立体（図示せず）と連結され、電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。
【0036】
一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でセルケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造され得る。言い換えると、本実施形態による電池セル１１０は、総３ヶ所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、残りの他の一側部は連結部１１５からなることができる。セルケース１１４は、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなることができる。
【0037】
また、連結部１１５は、電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びており、連結部１１５の端部にはバットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）と呼ばれる電池セル１１０の突出部１１０ｐが形成され得る。また、突出した電極リード１１１、１１２を間に置いてセルケース１１４が密封されながら、電極リード１１１、１１２とセル本体１１３との間にテラス（Ｔｅｒｒａｃｅ）部１１６が形成され得る。つまり、電池セル１１０は、電極リード１１１、１１２が突出した方向にセルケース１１４から延長形成されたテラス部１１６を含む。
【0038】
電池セル１１０は、複数個で構成され得、複数の電池セル１１０は互いに電気的に連結され得るように積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。図４を参照すると、電池セル１１０がｙ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。電極リード１１１が突出した方向（ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の一面には第１バスバーフレーム３１０が位置することができる。電極リード１１２が突出する方向（－ｘ軸方向）の電池セル積層体１２０の他面には第２バスバーフレーム３２０が位置することができる。電池セル積層体１２０、第１バスバーフレーム３１０または第２バスバーフレーム３２０は、モジュールフレーム２００に収容され得る。モジュールフレーム２００は、モジュールフレーム２００内部に収容された電池セル積層体１２０およびこれと連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護することができる。
【0039】
本発明の実施形態によるモジュールフレーム２００は、モノフレームの構造を有することができる。まず、モノフレームは、上面、下面および両側面が一体化した金属板材の形態であり得、押出成形で製造され得る。ただし、モジュールフレーム２００構造はこれに限定されず、Ｕ字型フレームと上部プレートが結合された構造であり得る。Ｕ字型フレームと上部プレートが結合された構造の場合、下面および両側面が結合されたまたは一体化した金属板材であるＵ字型フレームの上側に上部プレートを結合して形成され得、プレス成形で製造され得る。
【0040】
電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面との間には熱伝導性樹脂が注液され得、注液された熱伝導性樹脂を通じて電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の下面との間に熱伝導性樹脂層（図示せず）が形成され得る。
【0041】
一方、電極リード１１１、１１２が突出した方向（ｘ軸方向、－ｘ軸方向）に、モジュールフレーム２００が開放され得、モジュールフレーム２００の開放された両側にそれぞれ第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０が位置することができる。第１エンドプレート４１０は、第１バスバーフレーム３１０を覆いながらモジュールフレーム２００と接合され得、第２エンドプレート４２０は、第２バスバーフレーム３２０を覆いながらモジュールフレーム２００と接合され得る。つまり、第１エンドプレート４１０と電池セル積層体１２０との間に第１バスバーフレーム３１０が位置することができ、第２エンドプレート４２０と電池セル積層体１２０との間に第２バスバーフレーム３２０が位置することができる。また、第１エンドプレート４１０と第１バスバーフレーム３１０との間には電気的絶縁のための絶縁カバー８００（図３参照）が位置することができる。
【0042】
第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は、電池セル積層体１２０の前記一面と前記他面をそれぞれ覆うように位置する。第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は、外部の衝撃から第１バスバーフレーム３１０、第２バスバーフレーム３２０およびこれと連結された多くの電装品を保護することができ、このために所定の強度を有さなければならず、アルミニウムのような金属を含むことができる。また、第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は、それぞれモジュールフレーム２００の対応する縁と溶接などの方法で接合され得る。
【0043】
第１バスバーフレーム３１０は、電池セル積層体１２０の一面に位置して、電池セル積層体１２０を覆うと同時に電池セル積層体１２０と外部機器との連結を案内することができる。具体的には、第１バスバーフレーム３１０にはバスバー、ターミナルバスバーおよびモジュールコネクタのうちの少なくとも一つが装着され得る。特に、第１バスバーフレーム３１０が電池セル積層体１２０と向かい合う面の反対面にバスバー、ターミナルバスバーおよびモジュールコネクタのうちの少なくとも一つが装着され得る。一例として、図４には第１バスバーフレーム３１０にバスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が装着された様子が示されている。
【0044】
バスバー５１０やターミナルバスバー５２０により電池セル積層体１２０を構成する電池セル１１０が直列または並列に連結され得、電池モジュール１００ａの外部に露出するターミナルバスバー５２０を通じて外部機器や回路と電池セル１１０が電気的に連結され得る。一例として、ターミナルバスバー５２０は、ターミナルバスバー５２０が含まれている電池モジュールに隣り合った他の電池モジュールとの連結を提供する外部バスバーと連結され得る。
【0045】
第１バスバーフレーム３１０は、電気的に絶縁である素材を含むことができる。第１バスバーフレーム３１０は、バスバー５１０やターミナルバスバー５２０が電極リード１１１と接合された部分を除き、バスバー５１０やターミナルバスバー５２０が電池セル１１０と接触することを制限することで、短絡の発生を防止することができる。
【0046】
一方、前述したように、電池セル積層体１２０の他面には第２バスバーフレーム３２０が位置することができる。第２バスバーフレーム３２０にはバスバーとモジュールコネクタが装着され得る。第２バスバーフレーム３２０に装着されたバスバーには電極リード１１２が接合され得る。第２バスバーフレーム３２０は短絡の発生を防止するために電気的に絶縁である素材を含むことができる。
【0047】
本実施形態による第１エンドプレート４１０にターミナルバスバー５２０が露出する開口部が形成され得る。前記開口部は、ターミナルバスバー開口部であり得る。一例として、図３および図４に示されているように、第１エンドプレート４１０にターミナルバスバー５２０が露出するターミナルバスバー開口部４１０Ｈが形成され得る。ターミナルバスバー５２０は、バスバー５１０と比較して、上向き突出した部分をさらに含むが、このような上向き突出した部分がターミナルバスバー開口部４１０Ｈを通じて電池モジュール１００ａの外部に露出することができる。ターミナルバスバー開口部４１０Ｈを通じて露出したターミナルバスバー５２０が他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）と連結されてＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。
【0048】
【0049】
図６を参照すると、本実施形態による第２エンドプレート４２０にモジュールコネクタのうちの少なくとも一つが露出する開口部が形成され得る。前記開口部は、モジュールコネクタ開口部であり得る。一例として、図６に示されているように第２エンドプレート４２０にモジュールコネクタ６００が露出するモジュールコネクタ開口部４２０Ｈが形成され得る。これは先に言及した第２バスバーフレーム３２０にモジュールコネクタ６００が装着されたことを意味する。
【0050】
一方、具体的に図示していないが、モジュールコネクタ６００は、電池モジュール１００ａ内部に設けられた温度センサーや電圧測定部材などと連結され得る。このようなモジュールコネクタ６００は、外部ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と連結されてＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成するが、前記温度センサーや電圧測定部材が測定した温度情報と電圧程度などを前記外部ＢＭＳに伝達する機能を担当する。
【0051】
図３、図６および図７を参照すると、モジュールフレーム２００の上部プレートにベンティング部９００が形成され、ベンティング部９００は、ターミナルバスバー５２０よりもモジュールコネクタ６００に隣接して形成され得る。ベンティング部９００は、モジュールフレーム２００の上部プレートに形成されるホール構造であり、前記ホール構造は第２バスバーフレーム３２０に近い方向に斜めにモジュールフレーム２００の上部プレートを貫通することができる。ベンティング部９００は、第２バスバーフレーム３２０または第２エンドプレート４２０が位置する方向にガスがベンティングされるように形成され得る。これは電池モジュール１００ａ内部で熱、ガス、火炎またはスパークなどが発生した場合、ターミナルバスバー５２０のようにＨＶ連結を形成する部材（以下、ＨＶ部材と称す。）が位置した第１バスバーフレーム３１０または第１エンドプレート４１０に向かう方向よりも、モジュールコネクタ６００のようにＬＶ連結を形成する部材（以下、ＬＶ部材に称す）が位置した第２バスバーフレーム３２０または第２エンドプレート４２０に向かう方向に熱、ガス、火炎またはスパークなどが排出されるようにするためのものであり得る。
【0052】
本実施形態によれば、図７に示したようにモジュールフレーム２００の上部と電池セル積層体１２０との間に排出通路４５０が形成され得る。第１エンドプレート４１０と電池セル積層体１２０との間で発生するガスや熱は排出通路４５０を通じて第１エンドプレート４１０反対側に位置する第２バスバーフレーム３２０または第２エンドプレート４２０に向かって移動することができる。第２バスバーフレーム３２０または第２エンドプレート４２０に向かって移動したガスや熱は、ベンティング部９００を通じて電池モジュール１００ａから排出され得る。ＨＶ部材はＬＶ部材よりも過熱されやすく、自己発火が発生したり内部発火による影響を受けやすいため、排出通路４５０を通じて第１エンドプレート４１０周辺で発生したガスや熱を第２エンドプレート４２０が位置した方向に誘導すれば、内部熱伝播現象が緩和され得る。
【0053】
図１および図２を参照すると、従来の電池モジュールの場合、電池モジュールの開口部などを通じて噴出した高温の熱、ガスおよび火炎などが隣り合った電池モジュールに影響を与えることがある。特に、ＨＶ連結のためにターミナルバスバー４０同士で向かい合っている隣り合った電池モジュールは、ターミナルバスバー４０や電池セル１０をはじめとするその他電装品に損傷が発生することがある。
【0054】
従来とは異なり、本実施形態による電池モジュール１００ａは、モジュールフレーム２００の上部プレートにベンティング部９００が形成されるが、ベンティング部９００がターミナルバスバー５２０よりモジュールコネクタ６００に隣接して形成されることによって、電池セル１１０から起因した高温の熱、ガスおよび火炎などが第１エンドプレート４１０の開口部、一例としてターミナルバスバー開口部４１０Ｈなどを通じて排出することを制限することができる。ターミナルバスバー５２０に火炎が転移されると、互いに隣り合った電池モジュールを連結する外部バスバーが溶けて内部短絡による追加発火が発生することがあり、隣り合った電池モジュールに転移される可能性が高い。しかし、本実施形態によれば、隣り合った電池モジュールおよびＨＶ連結構造に加えられる損傷を大幅に減らすことができる。
【0055】
図８は本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【0056】
図８を参照すると、本実施形態によるベンティング部９１０は、電池セル積層体１２０を基準として上側方向にベンティングされるように形成され得る。ベンティング部９１０は、電池セル積層体１２０と連結され、モジュールフレーム２００の上面上で上側方向に形成された流入口９１１、上側方向に形成されて流入口９１１を通じて流入されたガスを排出する排出口９１２、および流入口９１１と排出口９１２を連結する連結部９１３を含み、連結部９１３は、流入口９１１および排出口９１２の流入および排出方向と垂直な方向に形成され得る。
【0057】
ベンティング部９１０は、電池モジュール内部の高温の熱、ガスおよび火炎を電池モジュールの上側方向に向かって排出することで、エンドプレートを合わせて配置された他の電池モジュールに被害を最小化させることができる。しかし、排出口９１２が上側方向に向かって形成されて空気中の異物が重力により排出口９１２に入ることがあるところ、連結部９１３を排出口９１２と垂直な方向に形成されるようにして排出口９１２に流入された異物が流入口９１１を通じて電池モジュール内部に流入される現象が最小化され得る。
【0058】
また連結部９１３上には排出口９１２を通じて入る異物を遮断する異物遮断部（図示せず）が形成されることで、異物が排出口９１２部分から連結部９１３を通じて流入口９１１部分に入らないように防止することができる。
【0059】
図９は本発明のまた他の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【0060】
図９を参照すると、本実施形態によるベンティング部９２０は、モジュールフレーム２００の上面上に形成されて電池セル積層体と連結される流入口９２１、流入口９２１を通じて流入されたガスを排出する排出口９２２を含み、排出口９２２は流入口９２１と垂直な方向に形成され得る。またベンティング部９２０は、流入口９２１と排出口９２２との間に形成されて流入口９２１に流入されたガスを排出口９２２が位置した方向に案内する連結部９２３を含み、連結部９２３の上面は傾いて形成され得る。
【0061】
排出口９２２が流入口９２１およびモジュールフレーム２００の上面と垂直な方向に形成されることで、空気中に漂う異物が重力により排出口９２２内部に入る現象を防止することができる。また連結部９２３の上面が排出口９２２に向かって傾いて形成されることで、流入口９２１に流入された高温の熱、ガスおよび火炎が連結部９２３を通じて方向が転換されて排出口９２２を通じて自然に排出され得る。
【0062】
以下、本実施形態のベンティング部９００の効果を確認するための実験結果について説明する。
【0063】
表１は、電池モジュールの内部発火時、ベンティング部９００の有無および位置による電圧降下所要時間を比較したものである。
【0064】
【表1】
【0065】
表１を参照すると、レファレンスは、電池モジュールにベンティング部９００が形成されていないものであり、ＣＡＳＥ１は、本発明の実施形態のようにベンティング部９００がＬＶ部材と隣接するように形成されたものであり、ＣＡＳＥ２は、ベンティング部９００がモジュールフレーム２００の上部プレートに全体的に形成されたものである。
【0066】
レファレンスの場合、初期ベンティングおよび火炎発生時間は１５６ｓｅｃであり、ＣＡＳＥ１およびＣＡＳＥ２よりも多少遅くベンティングおよび火炎が発見された。しかし、１８６ｓｅｃ以降からは電圧降下が速い速度で進行され、総電圧降下所要時間は１１９ｓｅｃと示された。これはレファレンスの電池モジュールがベンティング部９００が形成されていない密閉された構造を有するため、内部発火時に酸素供給が遮断されることによって初期ベンティングおよび火炎発生時間が遅延されるためである。また、ベンティングおよび火炎が発生した後からは外部酸素の流入により発火が促進され、電圧降下が急速に進行されたものであり得る。
【0067】
ＣＡＳＥ２の場合、初期ベンティングおよび火炎発生時間は７４ｓｅｃであり、他の場合よりも早い時点にベンティングおよび火炎が発見された。電圧降下は１０２ｓｅｃから始まり、電圧が０になる２１３ｓｅｃまで総電圧降下所要時間は１１１ｓｅｃと示された。ＣＡＳＥ２の場合、初期の電圧降下が他の場合よりも非常に急速に進行されると示されたが、これは多数のベンティング部９００を通じて十分な酸素が供給されることによって、熱伝播が急速に拡散するためであり得る。
【0068】
ＣＡＳＥ１の場合、初期ベンティングおよび火炎発生時間は８８ｓｅｃであり、電圧降下は１２５ｓｅｃから３６０ｓｅｃまで進行されて総電圧降下所要時間は２３５ｓｅｃと示された。ＣＡＳＥ１は他の場合に比べて総電圧降下所要時間が長いことが示され、段階別電圧降下にかかる時間も他の場合に比べて均一で、かつ長いことが示された。これはＣＡＳＥ2と比較して、ベンティング部９００を通じて過量の酸素が流入されずに、電池モジュール内部の熱およびガスを適切に排出することによって熱伝播を遅延させるためであり得る。また、ＣＡＳＥ1のベンティング部９００がＬＶ部材と隣接して位置し、ＬＶ部材が位置した方向にガスなどの流れを誘導することによって、相対的に高い温度状態であり得るＨＶ部材周辺の温度を緩和させるためであり得る。
【0069】
【0070】
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述した電池モジュール、前記電池モジュールと隣り合った電池モジュール、および前記電池モジュールと前記隣り合った電池モジュールを収納するパックケースを含むことができる。前記電池モジュールと前記隣り合った電池モジュールのれぞれに含まれる第１ターミナルバスバーと第２ターミナルバスバーは互いに向かい合う方向に配置され得る。この時、前記電池モジュールに形成された第１ベンティング部と前記隣り合った電池モジュールに形成された第２ベンティング部とはそれぞれ、互いに遠くなる方向にベンティングされるホール構造を有することができる。
【0071】
前述した本実施形態による電池モジュールや電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用され得るが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。
【0072】
以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【0073】
２００：モジュールフレーム
３１０、３２０：バスバーフレーム
４１０、４２０：エンドプレート
５２０：ターミナルバスバー
６００：モジュールコネクタ
９００、９１０、９２０：ベンティング部
３１０、３２０：バスバーフレーム
４１０、４２０：エンドプレート
５２０：ターミナルバスバー
６００：モジュールコネクタ
９００、９１０、９２０：ベンティング部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】