特許 7566399 電池パックおよびそれを含むデバイス

(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】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】電池パックおよびそれを含むデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/35 20210101AFI20241007BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20241007BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241007BHJP

   H01M 50/383 20210101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

H01M50/35 201

H01M50/367

H01M50/204 401F

H01M50/383

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022519322

(86)(22)【出願日】2021-04-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-09

(86)【国際出願番号】 KR2021004427

(87)【国際公開番号】W WO2021221342

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-03-25

(31)【優先権主張番号】10-2020-0052259

(32)【優先日】2020-04-29

(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】ジュファン・シン

(72)【発明者】

【氏名】ヒョンスク・イ

(72)【発明者】

【氏名】ドンヒョン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ビュン・ド・ジャン

(72)【発明者】

【氏名】ヨンホ・チュン

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０８１１３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２１２０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２４１２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６５０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６２３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０９９６３１０１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００７４５４３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２９３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１０２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０９２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２７７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５４９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０６９３０８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／３９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールを取り囲むように配置されるベンティング誘導フレームと、
前記複数の電池モジュールおよび前記ベンティング誘導フレームを収納するパックハウジングとを含み、
前記ベンティング誘導フレームの内部に少なくとも一つの消炎部材が位置し、前記消炎部材が、ベンティング物質のうち火炎を濾過して除去してガスは通過させる構造を有し、
前記ベンティング誘導フレームは第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム（ｂｅａｍ）および前記第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム（ｂｅａｍ）を含み、
前記複数の電池モジュールは、前記パックハウジングの底面にそれぞれ前記第１方向および／または前記第２方向に沿って配置されており、
前記電池モジュールは、前記電池モジュールの内部と連通して内側で発生し得る火炎ないし熱を放出できるベンティングゲートを含み、
前記水平ビームは前記ベンティングゲートと互いに連通して連結される第１連結孔を含み、
前記消炎部材は第１消炎部材および第２消炎部材を含み、
前記第１消炎部材は垂直ビームの内側に位置し、前記第２消炎部材は水平ビームの内側に位置し、
前記第２消炎部材に塗布された消炎物質の量が前記第１消炎部材に塗布された消炎物質の量より多いか、前記第２消炎部材の大きさが前記第１消炎部材の大きさよりも大きいか、またはその両方である、電池パック。

【請求項2】

複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールを取り囲むように配置されるベンティング誘導フレームと、
前記複数の電池モジュールおよび前記ベンティング誘導フレームを収納するパックハウジングとを含み、
前記ベンティング誘導フレームの内部に少なくとも一つの消炎部材が位置し、前記消炎部材が、ベンティング物質のうち火炎を濾過して除去してガスは通過させる構造を有し、
前記ベンティング誘導フレームは第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム（ｂｅａｍ）および前記第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム（ｂｅａｍ）を含み、
前記複数の電池モジュールは、前記パックハウジングの底面にそれぞれ前記第１方向および／または前記第２方向に沿って配置されており、
前記消炎部材は第１消炎部材および第２消炎部材を含み、
前記第１消炎部材は垂直ビームの内側に位置し、前記第２消炎部材は水平ビームの内側に位置し、
前記第１消炎部材は、セルイベントが発生する位置から次第に遠くなる位置にあるほど、消炎物質の塗布量が少ないか、大きさが小さいか、配置間隔が広いかのうちの少なくとも１つである、電池パック。

【請求項3】

前記垂直ビームは、前記垂直ビームの長手方向に沿って形成された第１カバーと、前記第１カバーによって囲まれてベンティング物質が通過するように形成された第１通路とを含む管形状であり、
前記水平ビームは、前記水平ビームの長手方向に沿って形成された第２カバーと、前記第２カバーによって囲まれてガスが通過するように形成された第２通路とを含む管形状である、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記第１通路には少なくとも一つの第１消炎部材が配置され、前記第２通路には少なくとも一つの第２消炎部材が配置される、請求項３に記載の電池パック。

【請求項5】

前記少なくとも一つの第１消炎部材は前記第１方向に沿って離隔して位置する、請求項４に記載の電池パック。

【請求項6】

前記第１通路に配置された第１消炎部材の個数が前記第２通路に配置された第２消炎部材の個数より多いかまたは同じである、請求項４又は５に記載の電池パック。

【請求項7】

前記第２消炎部材に塗布された消炎物質の量が前記第１消炎部材に塗布された消炎物質の量より多いか、前記第２消炎部材の大きさが前記第１消炎部材の大きさよりも大きいか、またはその両方である、請求項４から６のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項8】

前記電池モジュールは、
複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、
前記モジュールフレームの前後面に露出した前記電池セル積層体を覆うエンドプレート、および
前記エンドプレートに前記電池モジュールの内部と連通する少なくとも一つのベンティングゲートを含む、請求項４から７のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項9】

前記水平ビームは前記ベンティングゲートと互いに連通して連結される第１連結孔を含み、
前記第２消炎部材は前記第１連結孔に隣接して位置する、請求項８に記載の電池パック。

【請求項10】

前記第２消炎部材は前記第１連結孔より大きいかまたは同じの大きさを有し、
前記第２消炎部材は前記第１連結孔と対応する位置で前記第１連結孔と前記第２消炎部材の間が密閉されるように結合される、請求項９に記載の電池パック。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池パックを含む、デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年４月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５９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。

【0002】

本発明は電池パックおよびそれを含むデバイスに関し、より具体的には安全性が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギ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またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。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、エネルギの使用にともなう副産物が全く発生しないという点で環境に優しく、エネルギ効率性向上のための新たなエネルギ源として注目を浴びている。

【0004】

現在の商用化された二次電池としては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、リチウム二次電池などがあるが、この中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きず充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギ密度が高い長所から脚光を浴びている。

【0005】

このようなリチウム二次電池は主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と共に密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。

【0006】

一般にリチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている円筒形または角型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池に分類される。

【0007】

最近、二次電池のエネルギ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るにつれ、多数の二次電池が直列または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。このような電池モジュールは多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、複数の電池モジュールはＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に取り付けられて電池パックを形成することができる。

【0008】

電池パックは多数の電池モジュールが組合わせた構造からなっており、一部の電池モジュールが過電圧、過電流または過発熱する場合は電池パックの安全性と作動効率が問題になる。特に走行距離向上のために電池パックの容量は次第に増加する傾向であり、それに伴いパック内部のエネルギも増加する中、強化される安全性基準を満たして車両および運転者の安全性確保のための構造の設計が必要である。これのために特に内部の熱暴走などを未然に防止し、発生してもその被害を最小化できる構造に対する必要性が高まっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、安全性が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスを提供することにある。

【0010】

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張できる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態による電池パックは複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールの縁に沿って配置されるベンティング誘導フレームと、前記複数の電池モジュールおよび前記ベンティング誘導フレームを収納するハウジングとを含み、前記ベンティング誘導フレームの内部に少なくとも一つの消炎部材が位置する。

【0012】

前記ベンティング誘導フレームは第１方向に平行に形成された一対の垂直ビーム（ｂｅａｍ）および前記第１方向と交差する第２方向に平行に形成された一対の水平ビーム（ｂｅａｍ）を含み得る。

【0013】

前記垂直ビームは、前記垂直ビームの長手方向に沿って形成された第１カバーと、前記第１カバーによって囲まれてベンティング物質が通過するように形成された第１通路とを含む管形状であり、前記水平ビームは、前記水平ビームの長手方向に沿って形成された第２カバーと、前記第２カバーによって囲まれてガスが通過するように形成された第２通路とを含む管形状であり得る。

【0014】

前記消炎部材は第１消炎部材および第２消炎部材を含み、前記第１通路には少なくとも一つの第１消炎部材が配置され、前記第２通路には少なくとも一つの第２消炎部材が配置され得る。

【0015】

前記少なくとも一つの第１消炎部材は前記第１方向に沿って離隔して位置し得る。

【0016】

前記第１通路に配置された第１消炎部材の個数が前記第２通路に配置された第２消炎部材の個数より大きいか同じであり得る。

【0017】

前記第２消炎部材に塗布された消炎物質の量が前記第１消炎部材に塗布された消炎物質の量より多くてもよい。

【0018】

前記電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、前記モジュールフレームの前後面に露出した前記電池セル積層体を覆うエンドプレート、および前記エンドプレートに前記電池モジュールの内部と連通する少なくとも一つのベンティングゲートを含み得る。

【0019】

前記水平ビームは前記ベンティングゲートと互いに連通して連結される第１連結孔を含み、前記第２消炎部材は前記第１連結孔に隣接して位置し得る。

【0020】

前記第２消炎部材は前記第１連結孔より大きいかまたは同じの大きさを有し、前記第２消炎部材は前記第１連結孔と対応する位置で前記第１連結孔と前記第２消炎部材の間が密閉されるように結合され得る。

【0021】

本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前記で説明した電池パックを含む。

【発明の効果】

【0022】

実施形態によれば、電池パックの内部にベンティング誘導構造を形成することによって、電池セルの異常現象発生時、ベントガスを一定の方向に誘導して電池パックの安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。

【図2】図１の電池パックにおけるベンティング誘導フレームの分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態による電池パックの一部のモジュールで熱暴走が発生した場合の伝達経路を模式化して示す図である。

【図4】図３のＩＶ部分を拡大して示す図である。

【図5a】図３のＶ部分を拡大して示す図である。

【図5b】図３のＶ部分を拡大して示す図である。

【図6】図１の電池パックに含まれた電池モジュールを示す斜視図である。

【図7】図６の電池モジュールをｚ軸方向に下から上へ見た斜視図である。

【図8】図２のＡ領域を拡大して示す図である。

【図9】本発明の一実施形態による電池パックでの異常現象発生時のベンティング物質の流れを示す概略図である。

【図10】比較例による電池パックでの異常現象発生時のベンティング物質の流れを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付する図面を参照して本発明の様々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できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で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。

【0025】

本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。

【0026】

また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

【0027】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」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。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。

【0028】

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

【0029】

また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上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横から見た時を意味する。

【0030】

図１は本発明の一実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。

【0031】

図１を参照すると、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、複数の電池モジュール１００と、複数の電池モジュール１００の縁に沿って配置されたベンティング誘導フレーム３００を含む。複数の電池モジュール１００とベンティング誘導フレーム３００はパックトレー２００上に取り付けられてパックハウジング４００内に収納される。パックハウジング４００はパックトレー２００を収容する下部ハウジング４１０と、下部ハウジング４１０に結合して電池モジュール１００の上部を覆う上部カバー４２０を含み得る。

【0032】

複数の電池モジュール１００はそれぞれモジュールフレーム１１０内に配置された電池セル積層体（図示せず）を含み、モジュールフレーム１１０の両端部に露出した電池セル積層体をカバーするエンドプレート１２０を含む。この時、両側のエンドプレート１２０のうちのいずれか一方には、電池モジュール１００の内部と連通して内側で発生し得る火炎ないし熱を放出できるベンティングゲート１２１を含む。電池パック１０００内で、このようなベンティングゲート１２１は電池パック１０００の外側に向かうように配置され、好ましくは図１に示すように電池パック１０００で第１方向（ｘ軸方向）の両端部に向かって外側に向かうように配置される。

【0033】

複数の電池モジュール１００全体の縁に沿ってはベンティング誘導フレーム３００が配置される。ベンティング誘導フレーム３００は電池パック１０００の各辺に沿って管形状に形成され、それぞれ第１方向（ｘ軸方向）と第２方向（ｙ軸方向）に沿って延びた一対の垂直ビーム３１０と一対の水平ビーム３２０を含み得、これらは全体として連通できるように形成される。ベンティング誘導フレーム３００の詳細な構成は後述する。

【0034】

複数の電池モジュール１００とベンティング誘導フレーム３００はパックトレー２００上に取り付けられ、必要に応じて固定手段によってパックトレー２００に固定される。電池モジュール１００、ベンティング誘導フレーム３００およびパックトレー２００は下部ハウジング４１０内に収納される。下部ハウジング４１０はパックトレー２００が配置される底面と、底面の縁から上部に向かって延びた側壁を含んで構成される。下部ハウジング４１０には電池モジュール１００の上部を覆う上部カバー４２０が結合されて内部の電場を保護することができる。この時、パックハウジング４００の内部には電池モジュール１００と共にＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムが取り付けられる。

【0035】

下部ハウジング４１０の一側壁には、内部で発生した熱または火炎を外側に排出できる少なくとも一つの破裂部５００が形成される。破裂部５００の詳細な構成は後述する。

【0036】

以下、本発明の一実施形態による電池パックのベンティング誘導フレームについてより詳細に説明する。

【0037】

図２は図１の電池パックにおけるベンティング誘導フレームの分解斜視図である。

【0038】

図１および図２を参照すると、ベンティング誘導フレーム３００は電池パック１０００の各辺に沿って管形状に形成され、それぞれ第１方向（ｘ軸方向）と第２方向（ｙ軸方向）に沿って延びた一対の垂直ビーム３１０と一対の水平ビーム３２０を含み得、これらは全体として連通できるように形成される。

【0039】

垂直ビーム３１０は第１方向（ｘ軸方向）に沿って長く延びた管形状を有し、この時管形状の内部を定義するカバー３１１と、カバー３１１の内側に形成された通路３１２を含む。カバー３１１は第２方向（ｙ軸方向）で電池モジュール１００に隣接して配置される第１内側カバー３１１ａと、これと対向して第２方向（ｙ軸方向）で電池モジュール１００から遠くなる側に配置された第１外側カバー３１１ｂを含み得る。第１内側カバー３１１ａと第１外側カバー３１１ｂの少なくともいずれか一つは、前記第１方向に沿って長く形成された溝を含む。すなわち、断面が「Ｕ」字形状を有するように形成（四角管形状でいずれか一面が除去された形状に形成）され、ここに残りの一つのカバーが結合することによって通路３１２が定義される。ただし、これに限定されるものではなく、カバー３１１により管形状が得られるならば特に限定されるものではない。

【0040】

水平ビーム３２０は第２方向（ｙ軸方向）に沿って長く延びた管形状を有し、この時管形状の内部を定義するカバー３２１と、カバー３２１の内側に形成された通路３２２を含む。カバー３２１は第１方向（ｘ軸方向）で電池モジュール１００に隣接して配置される第２内側カバー３２１ａと、これと対向して第１方向（ｘ軸方向）で電池モジュール１００から遠くなる側に配置された第２外側カバー３２１ｂを含み得る。第２内側カバー３２１ａと第２外側カバー３２１ｂの少なくともいずれか一つは、第２方向に沿って長く形成された溝を含む。すなわち、断面が「Ｕ」字形状を有するように形成（四角管形状でいずれか一面が除去された形状に形成）され、ここに残りの一つのカバーが結合することによって通路３２２を定義する。特に、本実施形態では図２に示すように第２内側カバー３２１ａと第２外側カバー３２１ｂはいずれも断面が「Ｕ」字形状を有するように形成され、これによって水平ビーム３２０が組み立てられた時強度を向上させることができる。ただし、これに限定されるものではなく、カバー３２１により管形状が得られるならば特に限定されるものではない。

【0041】

水平ビーム３２０は電池モジュール１００と対向する面、すなわち第２内側カバー３２１ａの一面に形成された第１連結孔３２４を含む。第１連結孔３２４は先立って説明した電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と連通するように配置される。また、水平ビーム３２０は電池モジュール１００から第２方向に遠くなる方向に配置された面、すなわち第２外側カバー３２１ｂの一面に形成された第３連結孔３２６をさらに含む。第３連結孔３２６は破裂部５００と通路３２２が連通できるように配置される。この時、ベンティングゲート１２１、水平ビーム３２０の通路３２２および破裂部５００が連通する経路をガイドするようにベンティング経路ブラケット３２８が破裂部５００を水平ビーム３２０に結合する。

【0042】

垂直ビーム３１０は水平ビーム３２０と隣接する両端部で、第１内側カバー３１１ａに形成された第２連結孔３１４を含む。第２連結孔３１４により、水平ビーム３２０の通路３２２と、垂直ビーム３１０の通路３１２が連通することができる。

【0043】

破裂部５００は水平ビーム３２０の通路３２２と連結されており、流入するガスの圧力が一定の圧力以上になると破裂するように構成された破裂面（５１０，図５ｂに図示）を含む。また、破裂面５１０が形成された本体から突出し、下部ハウジング４１０の側壁と結合できるように構成された翼部（５２０，図５ｂに図示）を含む。翼部５２０はねじなどの締結手段により下部ハウジング４１０に固定される。本実施形態では、水平ビーム３２０の通路３２２と連結され、また、水平ビーム３２０と下部ハウジング４１０を挟んで破裂部５００が固定されているが、これに限定されず、ベンティング誘導フレーム３００の通路と連通して外側への排出を可能にする構成であれば適宜採用できる。また、本実施形態では、一対の水平ビーム３２０のうちのいずれか一方にのみ２個の破裂部５００が形成されたことを例示したが、これに限定されず、他方の水平ビーム３２０にも破裂部５００が備えられたり、または垂直ビーム３１０に備えられてもよく、必要に応じて適宜その位置および個数を選択することができる。

【0044】

図２を参照すると、本実施形態は前述した構成だけでなく、ベンティング誘導フレーム３００内に少なくとも一つの消炎部材３３０が配置される。消炎部材３３０は垂直ビーム３１０の通路３１２および水平ビーム３２０の通路３２２の一つの内部に配置される。消炎部材３３０は垂直ビーム３１０の通路３１２および水平ビーム３２０の通路３２２により形成されるベンティング誘導経路に沿って配置される。消炎部材３３０の詳細な構成については後述する。

【0045】

以上の構成によって、垂直ビーム３１０と水平ビーム３２０からなる四角形状のベンティング誘導フレーム３００の内部で通路が全体に連通するように形成され、このような通路は電池モジュール１００のベンティングゲート１２１および破裂部５００と連通し、電池モジュール１００から熱暴走などが発生する場合、発熱および火炎を外側に誘導して周辺電池モジュールへの影響を最小化することができる。この時、発生した高圧のベントガスに含まれた火炎は、ベンティング誘導フレーム３００の内部の経路を通過しながらすべて燃焼してより安全な状態で外部に排出される。また、このようなベンティング誘導フレーム３００は熱暴走発生時でない普段には、電池モジュール１００を安定的に支持する支持フレームとして作用し、電池パック１０００の安定性を向上させることができる。

【0046】

以下、電池パック内の一部電池モジュールで過電圧、過電流または過発熱などのイシューが発生した場合、これを制御する経路について説明する。

【0047】

図３は本発明の一実施形態による電池パックの一部のモジュールで熱暴走が発生した場合の伝達経路を模式化して示す図である。図４は図３のＩＶ部分を拡大して示す図である。図５ａおよび図５ｂは図３のＶ部分を拡大して示す図である。

【0048】

図１ないし５を参照すると、電池モジュール１００内で過電圧、過電流または過発熱などの異常現象（熱イシュー）が発生する場合、電池モジュール１００の内部からベンティングゲート１２１を介して高圧のベントガスが放出される。この時、熱イシューが発生した電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と最も近く位置する第１連結孔３２４に、高温、高圧のガスおよび火炎が誘導される。第１連結孔３２４を通じて流入した高温、高圧のガスと火炎はベンティング誘導フレーム３００に形成された通路に沿って外側に放出される。

【0049】

例えば、図３で１番位置に配置された電池モジュール１００で熱イシューが発生する場合、図４に示すように高圧のガスと火炎はベンティングゲート１２１を介して放出され、水平ビーム３２０の通路３２２を経て破裂部５００側に直接誘導されて外部に放出される。これによって１番位置の電池モジュール１００で発生した熱イシューは周辺モジュールに影響を与えずに外側に放出されることができる。

【0050】

また、図３で２番位置に配置された電池モジュール１００で熱イシューが発生する場合、図５ａおよび図５ｂに示すように高温、高圧のガスと火炎はベンティングゲート１２１を介して放出され、水平ビーム３２０の通路３２２に流入する。次に第２連結孔３１４を通じて垂直ビーム３１０の通路３１２に流入し、該当通路３１２に沿って移動した高温、高圧のガスと火炎は、該当垂直ビーム３１０の反対側端部に形成された第２連結孔３１４を通じて、破裂部５００が位置した側の水平ビーム３２０に誘導されて最終的に破裂部５００を介して外側に放出される。すなわち、電池モジュール１００で熱イシューが発生すると、該当電池モジュール１００のベンティングゲート１２１と最も近く位置する第１連結孔３２４を通じてベンティング誘導フレーム３００の通路に高温、高圧のガスと火炎が誘導され、最終的に外側に放出されることができる。

【0051】

図６は図１の電池パックに含まれた電池モジュールを示す斜視図である。図７は図６の電池モジュールをｚ軸方向に下から上へ見た斜視図である。

【0052】

図６および図７を参照すると、図１の電池パックに含まれた電池モジュール１００は複数の電池セル１０１が積層された電池セル積層体１０２、電池セル積層体１０２を収納するモジュールフレーム１０８およびエンドプレート１２０を含み得る。複数の電池セル１０１は相互電気的に接続されるように積層されて電池セル積層体１０２を形成する。特に、図６に示すようにｙ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１０１が積層される。

【0053】

この際、本発明の一実施形態による電池セル積層体１０２は電池セル１０１の個数が従来より多くなる大面積モジュールであり得る。一例として、電池モジュール１００当たり４８個の電池セル１０１が含まれ得る。このような大面積モジュールの場合、電池モジュールの水平方向長さが長くなる。ここで、水平方向長さとは、電池セル１０１が積層された方向、すなわちｙ軸と平行な方向への長さを意味する。

【0054】

電池セル積層体１０２を収納するモジュールフレーム１０８は上部プレート１１２および下部フレーム１１１を含み得る。下部フレーム１１１はＵ字型フレームであり得る。前記Ｕ字型フレームは底部および前記底部の両端部で上向きに延びた２個の側面部を含み得る。前記底部は電池セル積層体１０２の下面（ｚ軸逆方向）をカバーし、前記の側面部は電池セル積層体１０２の両側面（ｙ軸方向とその逆方向）をカバーする。

【0055】

上部プレート１１２は前記Ｕ字型フレームによって囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残りの上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状構造で形成される。上部プレート１１２と下部フレーム１１１は互いに対応するエッジ部位が接触した状態で、溶接などによって結合されることによって、電池セル積層体１０２を上下左右でカバーする構造を形成する。上部プレート１１２と下部フレーム１１１により電池セル積層体１０２を物理的に保護することができる。これのために上部プレート１１２と下部フレーム１１１は所定の強度を有する金属材質を含み得る。

【0056】

本実施形態によるエンドプレート１２０には、先立って説明したように電池モジュール１００の内部と連通して内側で発生し得る火炎ないし熱を放出できるベンティングゲート１２１が形成されている。ベンティングゲート１２１は情報伝達のためのコネクタ連結部を考慮してエンドプレート１２０の下側に形成される。

【0057】

本実施形態によるモジュールフレーム１０８は、モジュールフレーム１０８の底部が延びてエンドプレート１２０を通過するように形成されたモジュールフレーム突出部１３１を含み得る。この時、モジュールフレーム突出部１３１の上面部と連結される冷却ポート１４０により流入および排出される冷媒が、モジュールフレーム突出部１３１を介してヒートシンク１３０に供給およびヒートシンク１３０から排出される。

【0058】

図８は図２のＡ領域を拡大して示す図である。

【0059】

以下、電池パック内の一部の電池モジュールで過電圧、過電流または過発熱などのイシューが発生した場合、本実施形態による消炎部材３３０を中心にこれを制御する経路について説明する。

【0060】

図８を参照すると、消炎部材３３０はベンティング誘導フレーム３００の内部に配置される。電池モジュール１００の内部からベンティングゲート１２１を介して排出されたベンティング物質の少なくとも一部は消炎部材３３０を通過する。ここで、前記ベンティング物質は高温、高圧のガスおよび火炎の少なくとも一つを含む。特に、消炎部材３３０は熱イシューが発生した電池モジュール１００から排出された前記ベンティング物質のうち火炎が外部に排出されることを遮断する。すなわち、消炎部材３３０は電池モジュール１００の内部から排出されたベンティング物質の中でも火炎を除去し、そのため電池パック１０００は火炎が除去されたガスが外部に排出される。

【0061】

ここで、消炎部材３３０は網または管（パイプ）のような構造を有することができ、電池モジュール１００の内部から排出された前記ベンティング物質のうち高温高圧のガスは消炎部材３３０を経て外部に排出されるが、前記ベンティング物質の中でも火炎は消炎部材３３０により濾過されて除去される。そのため、消炎部材３３０は電池パック１０００の内部で火炎が拡散することを遮断し、電池パック１０００内部のガスケット（ｇａｓｋｅｔ）を溶かすことを防止することができる。また、消炎部材３３０は電池パックの外部に火炎が噴出する追加イベントが発生することを防止することができる。ただし、消炎部材３３０は上述した構造に限定されるものではなく、前記ベンティング物質のうち火炎は除去してガスは通過させる構造であれば制限されない。

【0062】

また、消炎部材３３０は図６の電池セル１０１が含む構成物質によってベンティング誘導フレーム３００の内部に配置される消炎部材３３０の個数が調節されたり、消炎部材を構成する物質が変更され得る。

【0063】

一例として、図６の電池セル１０１が含む構成物質が熱イシューが発生した時排出される火炎の強度や温度が相対的に高い場合は消炎部材３３０がベンティング誘導フレーム３００の内部に相対的に多くの個数に配置されたり、消炎部材３３０に消炎物質が相対的に多く塗布されている。これとは反対に、電池セル１０１が含む構成物質が熱イシューが発生した時排出される火炎の強度や温度が相対的に低い場合は消炎部材３３０がベンティング誘導フレーム３００の内部に相対的に少ない個数で配置されたり、消炎部材３３０に消炎物質が相対的に少なく塗布されている。火炎の強度や温度によって消炎部材３３０の個数を調節することが製造工程および製造時間を考慮すると、より簡易で容易に行われ得るので好ましい。

【0064】

図９は本発明の一実施形態による電池パックでの異常現象発生時のベンティング物質の流れを示す概略図である。図１０は比較例による電池パックでの異常現象発生時のベンティング物質の流れを示す概略図である。

【0065】

図９および図１０で、ａはガスの流れ、ｂは火炎の流れ、ＣＥはセルイベント（Ｃｅｌｌ ｅｖｅｎｔ）を意味する。一例として、セルイベントＣＥは電池モジュール１００内で過電圧、過電流または過発熱などの異常現象（熱イシュー）が発生し、電池モジュール１００の内部からベンティングゲート１２１を介して高圧のベントガスが放出されることを意味する。

【0066】

また、本実施形態による電池パック１０００は、消炎部材３３０がベンティング誘導フレーム３００を構成する垂直ビーム３１０および水平ビーム３２０の少なくとも一つに配置される。また、消炎部材３３０はベンティング誘導フレーム３００を構成する垂直ビーム３１０および水平ビーム３２０に少なくとも一つずつそれぞれ配置される。そのため、電池パック１０００はベンティング誘導フレーム３００により誘導されたベンティング物質の経路に消炎部材３３０が含まれ、火炎が除去されたベントガスが外部に排出され、電池パック１０００の安全性がより高くなる。

【0067】

一例として、図２、図８および図９を参照すると、消炎部材３３０は第１消炎部材３３１および第２消炎部材３３５を含み得る。ここで、第１消炎部材３３１は垂直ビーム３１０の内部に位置する消炎部材であり、第２消炎部材３３５は水平ビーム３２０の内部に位置する消炎部材である。

【0068】

垂直ビーム３１０は少なくとも一つの第１消炎部材３３１を含み、複数の第１消炎部材３３１が含まれる場合、複数の第１消炎部材３３１は所定間隔で離隔して配置される。また、垂直ビーム３１０は水平ビーム３２０に比べて相対的に多くの個数の第１消炎部材３３１を含み得、垂直ビーム３１０で火炎が水平ビーム３２０に比べて効果的に除去される。また、第１消炎部材３３１はセルイベントＣＥが発生した位置から次第に遠くなる位置にあるほど消炎物質の塗布量が少なかったり、大きさが小さかったり、第１消炎部材３３１間の間隔が広くなり、電池パック１０００の製造コストが減って、製造工程もまた簡易になる。

【0069】

水平ビーム３２０は少なくとも一つの第２消炎部材３３５を含み、第２消炎部材３３５は電池モジュール１００のベンティングゲート１２１に隣接して位置する。また、図２を参照すると、第２消炎部材３３５は第１連結孔３２４に比べて大きいかまたは同じの大きさを有することができ、第２消炎部材３３５は第１連結孔３２４と対応する位置に結合されるが、前記第１連結孔と前記第２消炎部材の間が密閉されるように結合される。

【0070】

そのため、第２消炎部材３３５は電池モジュール１００のセルイベントＣＥにより発生した火炎が排出される量を減らすことができる。また、これにより、ベンティングゲート１２１と水平ビーム３２０の間に火炎が漏れない。さらに、これにより、ベンティングゲート１２１と水平ビーム３２０の間の領域が電池モジュール１００のセルイベントＣＥにより発生した火炎によって溶けることを防止することができる。

【0071】

また、第２消炎部材３３５はセルイベントＣＥが発生した位置で最も隣接する位置にあり、第１消炎部材３３１に比べて消炎物質の塗布量が多いか、大きさが大きくてもよい。そのため、第２消炎部材３３５は第１消炎部材３３１に比べてより多くの量の火炎を除去でき、電池パック１０００はより高い安定性を確保することができる。

【0072】

図９を参照すると、本実施形態による電池パック１０００では最初電池セルでセルイベントＣＥが発生すると、図７および図８に示された電池セル１０１からベントガスがベンティングゲート１２１を介して電池モジュール１００の外部に放出される。特に、本実施形態による電池パック１０００は電池モジュール１００で発生したベンティング物質がベンティングゲート１２１を介して排出されるが、ガスおよび火炎は別にコントロールすることができる。

【0073】

前記ベンティング物質のうちガスは図９で点線で表した第１流れａに沿ってベンティングゲート１２１から破裂部５００に流れる。この時、ガスは消炎部材３３０を通過して流れ、ガスによる圧力が増加することにより発生する爆発事故を防止することができる。

【0074】

前記ベンティング物質のうち火炎は図９で点線で表した第２流れｂに沿ってベンティングゲート１２１から破裂部５００に流れることが遮断される。この時、火炎は消炎部材３３０を通過することにより流れる量が少しずつ減少する。そのため、電池モジュール１００でセルイベントＣＥによって発生したベンティング物質のうち火炎を選択的に除去することができる。また、火炎がベンティング誘導フレーム３００の内部に流れるように誘導しながらも、火炎の流れ経路ｂ上に消炎部材を配置することにより、火炎をより効果的に除去することができる。

【0075】

したがって、本実施形態による電池パック１０００はベンティング誘導フレーム３００に少なくとも一つの消炎部材３３０を含み、電池パック１０００内部のベントガスが統制されると同時に火炎を選択的に除去することにより安全性が非常に高くなる。

【0076】

図１０を参照すると、従来の電池パック２０では本発明の実施形態によるベンティング誘導部、ベンティングゲートおよびベンティング誘導フレームなどのシステムがないため電池モジュール１０で発生したベントガスおよび火炎が散発的に排出される。これとは異なり、前述したとおり、本実施形態による電池パック１０００はベントガスおよび火炎を一定の経路に出るように誘導しながら、火炎が除去されたガスのみを外部に排出させることができ、安全性がより高く、追加セルイベントが発生することを防止することができる。

【0077】

前述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは多様なデバイスに適用できる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。

【0078】

以上、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るものではなく、次の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様々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】

【0079】

１１４Ｖ ベンティング誘導部
１２１ ベンティングゲート
２００ パックトレー
３００ ベンティング誘導フレーム
３１０ 垂直ビーム
３２０ 水平ビーム
３１１ 垂直ビームのカバー
３１２ 垂直ビームの通路
３２１ 水平ビームのカバー
３２２ 水平ビームの通路
３２４ 第１連結孔
３１４ 第２連結孔
３２６ 第３連結孔
３３０ 消炎部材
４００ ハウジング
５００ 破裂部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】