▶ 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】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-24
(54)【発明の名称】バッテリーモジュール、バッテリーパック及び自動車
(51)【国際特許分類】
H01M 50/204 20210101AFI20221017BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20221017BHJP
H01M 10/6563 20140101ALI20221017BHJP
H01M 50/35 20210101ALI20221017BHJP
H01M 50/262 20210101ALI20221017BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20221017BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20221017BHJP
H01M 10/647 20140101ALI20221017BHJP
H01M 50/375 20210101ALI20221017BHJP
H01M 50/383 20210101ALI20221017BHJP
H01M 50/30 20210101ALI20221017BHJP
H01M 50/289 20210101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
H01M50/204 401F
H01M10/613
H01M10/6563
H01M50/204 401H
H01M50/35 201
H01M50/262 E
H01M50/249
H01M10/625
H01M10/647
H01M50/375
H01M50/383
H01M50/30
H01M50/289
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022509691
(86)(22)【出願日】2020-08-20
(85)【翻訳文提出日】2022-02-15
(86)【国際出願番号】 KR2020011127
(87)【国際公開番号】W WO2021107336
(87)【国際公開日】2021-06-03
(31)【優先権主張番号】10-2019-0152649
(32)【優先日】2019-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ウン－ギュ・シン
(72)【発明者】
【氏名】スン－ヒョン・キム
(72)【発明者】
【氏名】ジェ－ミン・ユ
(72)【発明者】
【氏名】ヨン－ソク・イ
(72)【発明者】
【氏名】ジョン－オ・ムン
(72)【発明者】
【氏名】ユン－ク・イ
【テーマコード（参考）】
5H012
5H031
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H012AA03
5H012CC10
5H031AA00
5H031CC05
5H031KK08
5H040AA28
5H040AA33
5H040AA37
5H040AS02
5H040AS07
5H040AT04
5H040AT06
5H040AY05
5H040CC34
5H040NN03
(57)【要約】
本発明は、火事または熱暴走に対する安全性を向上させたバッテリーモジュールを開示する。このような目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、少なくとも二つのバッテリーセルが備えられたセルアセンブリーと、セルアセンブリーを収納する内部空間が形成され、内部空間が外部と連通するように流通口が形成されたモジュールハウジングと、メッシュ構造を有し、モジュールハウジングの流通口に備えられたメッシュ部材と、メッシュ部材と対面する位置に備えられ、所定の温度以上で体積が膨張してメッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成された密閉部材と、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも二つのバッテリーセルが備えられたセルアセンブリーと、前記セルアセンブリーを収納する内部空間が形成され、前記内部空間が外部と連通するように流通口が形成されたモジュールハウジングと、
メッシュ構造を有し、前記モジュールハウジングの流通口に備えられたメッシュ部材と、
前記メッシュ部材と対面する位置に備えられ、所定の温度以上で体積が膨張して前記メッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成された密閉部材と、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記密閉部材には、前記モジュールハウジングの内部で発生したガスを外部へ排出するように穿孔された複数のベントホールが備えられたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記モジュールハウジングは、前記メッシュ部材を前記流通口に固定するように構成された少なくとも二つの固定部材を備え、前記少なくとも二つの固定部材の間に前記メッシュ部材が介在されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記固定部材には、前記密閉部材が挿入されるように構成された開口が備えられたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記密閉部材は、所定の温度以上で体積膨張する炭化層が生成されるように構成され、前記メッシュ部材には、前記密閉部材の生成された炭化層が前記メッシュ構造を貫通する場合、前記炭化層が所定の距離以上で貫通された方向へ移動することを阻止するように構成されたストッパが備えられたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記密閉部材は、各々の前記複数のベントホール内に位置し、所定の温度以上で体積が膨張して前記ベントホール及び前記メッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成されたコアユニットを備えることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記密閉部材の外側に備えられ、前記密閉部材と所定の距離で離隔し、前記ガスが外部へ排出されるように複数の排出ホールが備えられた排出部材をさらに含み、前記排出部材の外側面には、所定の温度以上で体積が膨張して前記密閉部材の複数のベントホールの各々を密閉するように外側方向へ突出した柱部が備えられたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記セルアセンブリーの少なくとも二つのバッテリーセルは、一方向へ積層され、前記セルアセンブリーは、前記積層された少なくとも二つのバッテリーセルの間にバッテリーセルの体積変化を緩衝するように構成された弾性部材が備えられることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ含むことを特徴とする、バッテリーパック。
【請求項10】
請求項９に記載のバッテリーパックを含むことを特徴とする、自動車。
【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に関し、より詳しくは、火事または熱暴走に対する安全性を向上させたバッテリーモジュールに関する。
【0002】
本出願は、２０１９年１１月２５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１５２６４９号に基づく優先権を主張し、該当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】
現在、商用化し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り、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず充放電が自由で、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【0004】
二次電池は、製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度を有する電気的特性を有する。このような二次電池は、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適用されている。
【0005】
二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
【0006】
電気車両などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために複数のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールを接続した構造を有している。そして、個々のバッテリーセルは電極組立体であって、正極及び負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
【0007】
一方、最近、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、電気的に直列及び／または並列接続した複数のバッテリーモジュールに対する需要が増加しつつある。
【0008】
なお、このようなバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセル（二次電池）がモジュールハウジングの狭い空間に密集した形態で備えられ、一部のバッテリーセルで火事や熱暴走が発生する場合、火事や熱暴走が隣接するバッテリーセルへ速く伝播されるため、これを防止するために、各バッテリーセルで発生する高温のガスや火炎を外部へ迅速に放出することが重要である。
【0009】
また、従来技術のバッテリーモジュールは、内部に複数のバッテリーセルの充放電によって発生した熱が蓄積されやすく、熱の蓄積を減少させるために外部空気を内部へ流入し、内部空気を外部へ排出して冷却するように構成される場合が多かった。
【0010】
しかし、複数のバッテリーセルで火事が発生する場合にも、バッテリーモジュールの内部に外部空気が持続的に流入する場合があり、酸素供給が円滑になってしまい、火事がより大きくなり、周辺のバッテリーセルにも伝播される深刻な問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、火事や熱暴走に対する安全性を向上させたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【0012】
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、
少なくとも二つのバッテリーセルが備えられたセルアセンブリーと、
セルアセンブリーを収納する内部空間が形成され、内部空間が外部と連通するように流通口が形成されたモジュールハウジングと、
メッシュ構造を有し、モジュールハウジングの流通口に備えられたメッシュ部材と、
メッシュ部材と対面する位置に備えられ、所定の温度以上で体積が膨張してメッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成された密閉部材と、を含み得る。
少なくとも二つのバッテリーセルが備えられたセルアセンブリーと、
セルアセンブリーを収納する内部空間が形成され、内部空間が外部と連通するように流通口が形成されたモジュールハウジングと、
メッシュ構造を有し、モジュールハウジングの流通口に備えられたメッシュ部材と、
メッシュ部材と対面する位置に備えられ、所定の温度以上で体積が膨張してメッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成された密閉部材と、を含み得る。
【0014】
また、密閉部材には、モジュールハウジングの内部で発生したガスを外部へ排出するように穿孔された複数のベントホールが備えられ得る。
【0015】
さらに、モジュールハウジングは、メッシュ部材を流通口に固定するように構成された少なくとも二つの固定部材を備え、
少なくとも二つの固定部材の間にメッシュ部材が介在され得る。
少なくとも二つの固定部材の間にメッシュ部材が介在され得る。
【0016】
そして、固定部材には、密閉部材が挿入されるように構成された開口が備えられ得る。
【0017】
また、密閉部材は、所定の温度以上で体積膨張する炭化層が生成されるように構成され、
メッシュ部材は、密閉部材の生成された炭化層がメッシュ構造を貫通する場合、炭化層が所定の距離以上で貫通された方向へ移動することを阻止するように構成されたストッパが備えられ得る。
メッシュ部材は、密閉部材の生成された炭化層がメッシュ構造を貫通する場合、炭化層が所定の距離以上で貫通された方向へ移動することを阻止するように構成されたストッパが備えられ得る。
【0018】
また、密閉部材は、各々の複数のベントホール内に位置し、所定の温度以上で体積が膨張してベントホール及びメッシュ部材のメッシュの穴を密閉するように構成されたコアユニットを備え得る。
【0019】
さらに、密閉部材の外側に備えられ、密閉部材と所定の距離で離隔し、ガスが外部へ排出されるように複数の排出ホールが備えられた排出部材をさらに含み得る。
【0020】
排出部材の外側面には、所定の温度以上で体積が膨張して密閉部材の複数のベントホールの各々を密閉するように外側方向へ突出した柱部が備えられ得る。
【0021】
さらに、セルアセンブリーの少なくとも二つのバッテリーセルは、一方向へ積層され、セルアセンブリーは、積層された少なくとも二つのバッテリーセルの間にバッテリーセルの体積変化を緩衝するように構成された弾性部材が備えられ得る。
【0022】
なお、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールを少なくとも一つ含み得る。
【0023】
また、上記の課題を達成するための本発明の自動車は、バッテリーパックを備え得る。
【発明の効果】
【0024】
本発明の一面によると、本発明は、モジュールハウジングの流通口に備えられたメッシュ部材が所定の温度以上で体積膨脹して密閉するように構成された密閉部材を備えることで、セルアセンブリーに火事や熱暴走が発生する場合、高温のガスによって密閉部材の体積が膨脹して、体積膨張した密閉部材がメッシュ部材を密閉できるため、外部空気がモジュールハウジング内にこれ以上流入しないようにすることができる。これによって、外部と密閉されたモジュールハウジングは、セルアセンブリーの火事がさらに拡散することを防止し、究極的には自然消火するように誘導できる。
【0025】
また、本発明の他面によると、密閉部材には、モジュールハウジングの内部で発生したガスを外部へ排出するように穿孔された複数のベントホールが備えられることで、セルアセンブリーに火事や熱暴走が発生する場合、初期には高温のガスが密閉部材の複数のベントホールから外部へ排出できる。これによって、本発明のバッテリーモジュールは、高温のガスを迅速に排出してモジュールハウジング内部の温度が急上昇することを阻み、隣接するバッテリーセルへの火事や熱暴走の伝播を防止することができる。
【0026】
それから、高温のガスによって密閉部材が体積膨脹して、複数のベントホールを密閉できる。これによって、外部空気が密閉部材のベントホールへ流入できなくなり、モジュールハウジングの内部へ外部空気がこれ以上流入しないようにすることができる。これによって、外部と密閉されたモジュールハウジングは、セルアセンブリーの火事の拡散を防止し、究極的には自然消火するように誘導できる。
【0027】
さらに、本発明の他面によると、モジュールハウジングは、外周縁が少なくとも二回折り曲げられた折曲部を備える上部プレートと、上部が開放されたボックス状であり、上端部が上部プレートと結合し、上端部が折曲部の外面と対応するように少なくとも二回折り曲げられた構造を有する下部ケースと、を備えることで、モジュールハウジングの上部プレートと下部ケースとが気密に密閉された構造を有することができる。これによって、バッテリーモジュールは、内部で発生した高温のガスが漏れず、使用者の安全性を高めることができる。
【0028】
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例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】
【0029】
【図1】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。
【図2】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。
【図3】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。
【図4】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用された密閉部材の素材の体積膨張を概略的に示した模式図である。
【図5】本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるメッシュ部材を概略的に示した斜視図である。
【図6】本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの密閉部材の一部を概略的に示した正面図である。
【図7】本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分離斜視図である。
【図13】本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、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ねばならない。
【0031】
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【0032】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。そして、図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。
【0033】
【0034】
ここで、セルアセンブリー１００は、少なくとも二つのバッテリーセル１１０を備え得る。また、バッテリーセル１１０は、パウチ型バッテリーセル１１０であり得る。特に、このようなパウチ型バッテリーセル１１０は、電極組立体（図示せず）、電解質（図示せず）及びパウチ外装ケース１１５を備え得る。
【0035】
ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを挟んで配置された形態で構成され得る。より具体的には、電極組立体は、一枚の正極板と一枚の負極板がセパレーターと共に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板がセパレーターを挟んで相互に積層されたスタック型などに分けられ得る。
【0036】
また、パウチ外装ケース１１５は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備える形態で構成され得る。このようなパウチ外装ケース１１５は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のようなバッテリーセル１１０の内部の構成要素やバッテリーセル１１０の外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介在され得る。
【0037】
特に、パウチ外装ケース１１５は、二つのパウチで構成され得、そのうち少なくとも一つには、凹んだ形態の内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチの内部空間には、電極組立体が収納され得る。そして、二つのパウチの外周縁にはシーリング部が備えられ、このようなシーリング部が相互に溶着することで、電極組立体が収容された内部空間が密閉され得る。即ち、外装ケース１１５は、電極組立体及び電解液が収容された収容部１１５ｃが形成され得る。
【0038】
各々のパウチ型バッテリーセル１１０は、前後方向の両端部に各々電極リード１１１が備えられ得、このような電極リード１１１には、電気極性に応じて正極リードまたは負極リードであり得る。
【0039】
より具体的には、電極リード１１１は、パウチ外装ケース１１５の前方または後方の外周縁に位置したシーリング部から前方または後方へ突出するように構成され得る。そして、このような電極リード１１１は、バッテリーセル１１０の電極端子として機能し得る。例えば、図２に示したように、一つの電極リード１１１がバッテリーセル１１０から前方へ突出するように構成され得、他の一つの電極リード１１１がバッテリーセル１１０から後方へ突出するように構成され得る。
【0040】
したがって、本発明のこのような構成によると、一つのバッテリーセル１１０において、正極リードと負極リードとの干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を広げることができ、複数の電極リード１１１同士、または電極リード１１１とバスバー（図示せず）との溶接工程などがより容易に行われる。
【0041】
また、パウチ型バッテリーセル１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個が含まれ、少なくとも一方向へ積層されるように配列され得る。例えば、図２に示したように、複数のパウチ型バッテリーセル１１０が上下方向へ積層されるように構成され得る。この際、各々のパウチ型バッテリーセル１１０は、Ｆ 方向から見たとき、二つの広い面が上下に各々位置し、左側、右側、前方及び後方には、シーリング部が位置するように地面にほぼ水平に横たえられた形態で配置され得る。
【0042】
一方、本明細書で記載された、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書では、説明の便宜のために、Ｆ方向から見た場合を基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示す。
【0043】
前述したパウチ型バッテリーセル１１０の構成については、本願発明が属する技術分野における当業者に自明な事項であるので、より詳細な説明を省略する。そして、本発明によるセルアセンブリー１００には、本願発明の出願時点における公知の多様なバッテリーセル（二次電池）が採用され得る。
【0044】
一方、バッテリーモジュール２００は、セルアセンブリー１００の二つ以上のバッテリーセル１１０同士を電気的に接続するバスバー（図示せず）をさらに含み得る。バスバーは、複数のバッテリーセル１１０を電気的に接続するように伝導性金属を含み得る。例えば、伝導性金属は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルなどが挙げられる。
【0045】
さらに図１及び図２を参照すると、モジュールハウジング２２０は、バッテリーモジュール２００において、外部衝撃から内部構成を保護するか、または異物が流入することを防止する役割を果たすことができる。これによって、モジュールハウジング２２０は、バッテリーモジュール２００に構造的な安定性を付与し、衝撃や異物などの外部の物理的な要素からセルアセンブリー１００のような内部構成要素を保護する役割を果たす。このために、モジュールハウジング２２０は、スチールまたはアルミニウムのような金属材質から構成され得る。
【0046】
特に、アルミニウムを含む金属材質からモジュールハウジング２２０を構成する場合、アルミニウムの高い熱伝導性を用いてセルアセンブリー１００で発生した熱をモジュールハウジング２２０の外部へ効果的に放出できる。例えば、モジュールハウジング２２０は、Ｆ方向から見たとき、セルアセンブリー１００を基準で、前壁２２０ａ、後壁２２０ｂ、上壁２２０ｃ、下壁２２０ｄ、左側壁２２０ｅ及び右側壁２２０ｆを備え得る。
【0047】
そして、モジュールハウジング２２０には、セルアセンブリー１００を収納するように側壁によって限定された内部空間が形成され得る。具体的には、内部空間は、セルアセンブリー１００の外観形状と対応する内部構造を有し得る。
【0048】
例えば、図２に示したように、モジュールハウジング２２０は、大略的な全体形状が直方体に形成されたセルアセンブリー１００を内部に収容するように、モジュールハウジング２２０の前壁２２０ａ、後壁２２０ｂ、上壁２２０ｃ、下壁２２０ｄ、左側壁２２０ｅ及び右側壁２２０ｆが相互に直角をなすように連結された構造であり得る。
【0049】
一方、モジュールハウジング２２０には、内部空間が外部と連通するように流通口Ｈ４が形成され得る。流通口Ｈ４は、モジュールハウジング２２０に穿孔された形態で前壁２２０ａに備えられ得る。流通口Ｈ４は、内部で発生したガスを外部へ排出するか、または外部の冷却された空気がモジュールハウジング２２０の内部へ流入可能に構成され得る。例えば、流通口Ｈ４の外側には、外部空気をモジュールハウジング２２０の内部へ注入するように構成された冷却ファン（図示せず）が備えられ得る。
【0050】
また、メッシュ部材２３０は、モジュールハウジング２２０の流通口Ｈ４に備えられ得る。メッシュ部材２３０は、メッシュ構造を有し得る。メッシュの目開きは０．５～２ｍｍであり得る。メッシュ部材２３０は、周縁にメッシュ構造と連結された針金２３０ａが備えられ得る。メッシュ部材２３０は、流通口Ｈ４から排出されたガスが通過するように構成され得る。または、メッシュ部材２３０は、外部空気がモジュールハウジング２２０の流通口Ｈ４に流入する前に外部物質が濾過されるようにフィルターの役割を果たし得る。
【0051】
例えば、図２に示したように、バッテリーモジュール２００は、二つのメッシュ部材２３０がモジュールハウジング２２０の流通口Ｈ４の外側に備えられ得る。
【0052】
さらに、密閉部材２４０は、メッシュ部材２３０と対面する位置に備えられ得る。例えば、図２に示したように、二つのメッシュ部材２３０の間に密閉部材２４０が介在され得る。即ち、密閉部材２４０は、二つのメッシュ部材２３０の一面と密着するように位置し得る。
【0053】
そして、密閉部材２４０は、所定の温度以上で体積が膨張してメッシュ部材２３０のメッシュの穴を密閉するように構成され得る。例えば、所定の温度は、２００℃以上であり得る。また、密閉部材２４０は、火炎、煙、そして高熱のガスが漏れないように塞ぐことができる。密閉部材２４０は、容易に変形され、元の状態に戻る弾性を有し得る。
【0054】
さらに、密閉部材２４０は、モジュールハウジング２２０を断熱するように断熱性を有し得る。密閉部材２４０は、少なくとも一部分が、例えば、Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ社の製品ＦＳ１０００の素材であり得る。または、密閉部材２４０は、所定の温度で体積が膨脹する片状黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｆｌａｋｅ）を備え得る。
【0055】
図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用された密閉部材の素材の体積膨張を概略的に示した模式図である。
【0056】
図４を参照すると、密閉部材２４０の少なくとも一部は、所定の温度以上で体積膨張した炭化層２４１が生成されるように構成され得る。炭化層２４１は、密閉部材２４０の少なくとも一部が炭化して体積膨張した層であり得る。例えば、図４のように、密閉部材２４０の中央部位を２００℃以上に加熱する場合、中央部が炭化して体積膨張が起こり、炭化層２４１が生成され得る。
【0057】
したがって、本発明このような構成によると、本発明は、モジュールハウジング２２０の流通口Ｈ４に備えられたメッシュ部材２３０が所定の温度以上で体積が膨脹して密閉するように構成された密閉部材２４０を備えることで、セルアセンブリー１００に火事や熱暴走が発生する場合、高温のガスによって密閉部材２４０が体積膨脹し、体積膨張した密閉部材２４０がメッシュ部材２３０を密閉できるため、外部空気がモジュールハウジング２２０内へこれ以上流入しないようにすることができる。これによって、外部と密閉されたモジュールハウジング２２０は、セルアセンブリー１００の火事の更なる拡散を防止し、窮極的には自然消火するように誘導できる。
【0058】
図３をさらに参考すると、密閉部材２４０には、穿孔された複数のベントホールＨ１が備えられ得る。ベントホールＨ１は、モジュールハウジング２２０の内部で発生したガスを外部へ排出するように構成され得る。または、ベントホールＨ１は、外部空気がモジュールハウジング２２０の内部へ流入するようにし得る。例えば、図３に示したように、密閉部材２４０には、２２個のベントホールＨ１が前後方向へ穿孔されて形成され得る。
【0059】
また、密閉部材２４０は、所定の温度以上で体積が膨張して複数のベントホールＨ１を密閉し得る。ここで、所定の温度は、２００℃以上であり得る。
【0060】
したがって、本発明のこのような構成によると、密閉部材２４０は、モジュールハウジング２２０の内部で発生したガスを外部へ排出するように穿孔された複数のベントホールＨ１が備えられることで、セルアセンブリー１００に火事や熱暴走が発生する場合、初期には高温のガスが密閉部材２４０の複数のベントホールＨ１から外部へ排出できる。これによって、本発明のバッテリーモジュール２００は、高温のガスを迅速に排出し、モジュールハウジング２２０の内部温度が急上昇することを阻み、隣接するバッテリーセル１１０への火事や熱暴走の伝播を阻むことができる。
【0061】
また、その後、高温のガスによって、密閉部材２４０が体積膨脹しながら、複数のベントホールＨ１を密閉することができる。これによって、外部空気が密閉部材２４０のベントホールＨ１に流入されず、モジュールハウジング２２０の内部へ外部空気がこれ以上流入しないようにすることができる。これによって、外部と密閉されたモジュールハウジング２２０は、セルアセンブリー１００の更なる火事を防止し、窮極的には自然消火するように誘導できる。
【0062】
そして、図２及び図３をさらに参照すると、モジュールハウジング２２０は、メッシュ部材２３０を流通口Ｈ４に固定するように構成された少なくとも二つの固定部材２５０を備え得る。固定部材２５０は、上下左右へ延びたプレート本体を有し得る。
【0063】
また、固定部材２５０のプレート本体の中央には、外部空気が流通可能に開放された開口Ｈ２が形成され得る。例えば、固定部材２５０の開口Ｈ２は、流通口Ｈ４の大きさと対応する大きさを有し得る。固定部材２５０の上端及び下端には各々、モジュールハウジング２２０とボルト締結可能に締結口Ｈ５が形成され得る。二つ以上の固定部材２５０の開放された開口Ｈ２内には、密閉部材２４０が挿入され得る。例えば、図１に示したように、４個の固定部材２５０に開放された開口Ｈ２には、密閉部材２４０が挿入されて位置し得る。
【0064】
二つ以上の固定部材２５０の間には、メッシュ部材２３０が介在され得る。例えば、図３に示したように、二つの固定部材２５０の間には、一つのメッシュ部材２３０が介在され、メッシュ部材２３０の位置を固定し得る。
【0065】
図５は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるメッシュ部材を概略的に示した斜視図である。
【0066】
図３と共に図５を参照すると、図５の他の一実施例によるバッテリーモジュールのメッシュ部材２３０Ａは、図３のメッシュ部材２３０と比較する場合、複数のストッパ２４５がさらに備えられたことを除いては、残りの構成は同一であり得る。
【0067】
ストッパ２４５は、メッシュ部材２３０Ａの密閉部材２４０が位置した方向の反対側の外面に備えられ得る。ストッパ２４５は、密閉部材２４０の生成された炭化層２４１（図４）がメッシュ部材２３０Ａのメッシュ構造ｍ１を貫通する場合、炭化層が所定の距離以上で貫通した方向へ移動することを阻止するように構成され得る。
【0068】
例えば、ストッパ２４５は、Ｌ字形であり得る。即ち、ストッパ２４５は、メッシュ部材２３０Ａの外側方向の一面と連結された下部２４５ａ及び下部２４５ａの外側方向の端部から上方へ延びた後方部２４５ｂを備え得る。例えば、図５に示したように、メッシュ部材２３０Ａの外側面には、６個のストッパ２４５が備えられ得る。
【0069】
したがって、本発明のこのような構成によると、メッシュ部材２３０Ａには、密閉部材２４０に生成された炭化層がメッシュ構造ｍ１を貫通する場合、炭化層が所定の距離以上に貫通した方向へ移動することを阻止するように構成されたストッパ２４５が備えられることで、密閉部材２４０の炭化層がメッシュ構造ｍ１を貫通して脱離することを防止できる。これによって、密閉部材２４０がメッシュ部材２３０Ａを完全に密閉する信頼性を高めることができる。窮極的には、バッテリーモジュール２００の安全性を向上させることができる。
【0070】
図６は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの密閉部材の一部を概略的に示した正面図である。
【0071】
図６を参照すると、図６の他の一実施例によるバッテリーモジュールの密閉部材２４０Ａは、図３の密閉部材２４０と比較する場合、コアユニット２４７をさらに備える点で相違する。なお、図６の密閉部材２４０Ａの残りの構成は、図３の密閉部材２４０と同一であり得る。
【0072】
コアユニット２４７は、各々の複数のベントホールＨ１内に位置し得る。コアユニット２４７は、ベントホールＨ１の一部と連結された形態を有し得る。図６に示したように、コアユニット２４７は、平面視で、上下左右方向へ延びた十字架の形態を有し得る。コアユニット２４７は、ベントホールＨ１の上内面、下内面、左側内面及び右側内面と連結されるように構成され得る。コアユニット２４７は、所定の温度以上で体積が膨張してベントホールＨ１及びメッシュ部材２３０のメッシュの穴を密閉するように構成され得る。
【0073】
したがって、本発明のこのような構成によると、密閉部材２４０Ａは、各々の複数のベントホールＨ１内に位置し、所定の温度以上で体積が膨張され、ベントホールＨ１及びメッシュ部材２３０のメッシュの穴を密閉するように構成されたコアユニット２４７を備えることで、密閉部材２４０Ａが所定の温度以上でベントホールＨ１の密閉をより迅速に行うようにすることができる。また、コアユニット２４７は、ベントホールＨ１がさらに完全な密閉をなすように助ける。
【0074】
図７は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。そして、図８は、図７の密閉部材を水平方向へ切断した様子を概略的に示した水平断面図である。図９は、図７の排出部材を水平方向へ切断した様子を概略的に示した水平断面図である。
【0075】
図７～図９を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュール２００は、複数の排出ホールＨ３が備えられた排出部材２６０をさらに含み得る。排出部材２６０は、密閉部材２４０Ｂの外側に備えられ得る。排出部材２６０は、密閉部材２４０Ｂと所定の距離で離隔して位置し得る。複数の排出ホールＨ３は、セルアセンブリー１００の火事や熱暴走によって形成された高温のガスが外部へ排出されるように構成され得る。この際、排出部材２６０と密閉部材２４０Ｂは各々、所定の温度以上で体積が膨張して排出ホールＨ３とベントホールＨ１とを相互に密閉可能な距離で離隔して配置され得る。
【0076】
排出部材２６０の外側面には、外側へ突出した柱部２６５が備えられ得る。柱部２６５は、所定の温度以上で体積が膨張して密閉部材２４０Ｂの複数のベントホールＨ１を各々密閉するように構成され得る。例えば、排出部材２６０は、少なくとも一部が、例えば、Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ社の製品ＦＳ１０００の素材であり得る。または、排出部材２６０は、所定の温度で体積膨脹する片状黒鉛を備え得る。
【0077】
例えば、図７及び図９に示したように、排出部材２６０は、密閉部材２４０Ｂの複数のベントホールＨ１の個数分の複数の柱部２６５を備え得る。複数の柱部２６５は、複数のベントホールＨ１と各々前後方向に対面する位置に形成され得る。
【0078】
また、図７の密閉部材２４０Ｂは、図３の密閉部材２４０と比較して、複数の挿入部２４６をさらに備え得る。複数の挿入部２４６は、排出部材２６０と対面する密閉部材２４０Ｂの一面に形成され得る。挿入部２４６は、所定の温度以上で体積が膨張して排出部材２６０の複数の排出ホールＨ３を各々密閉するように複数の排出ホールＨ３の各々に向かって突出した柱構造を有し得る。複数の挿入部２４６は、密閉部材２４０Ｂの複数の排出ホールＨ３と各々対応する位置に形成され得る。
【0079】
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明のバッテリーモジュールが排出部材２６０の外側に備えられ、排出部材２６０と所定の距離で離隔され、ガスが外部へ排出されるように複数の排出ホールＨ３が備えられた排出部材２６０をさらに含み、排出部材２６０の外側面には所定の温度以上で体積が膨張して密閉部材２４０Ｂの複数のベントホールＨ１を各々密閉するように外側方向へ突出した柱部２６５が備えられることで、排出部材２６０が密閉部材２４０Ｂの複数のベントホールＨ１を効果的に密閉でき、外部空気が密閉部材２４０ＢのベントホールＨ１へ流入しないように阻むことができる。
【0080】
これによって、モジュールハウジング２２０の内部へ外部空気がこれ以上に流入しないようになり、外部から密閉されたモジュールハウジング２２０は、セルアセンブリー１００の火事の更なる伝播を防止し、窮極的には自然消火するように誘導できる。
【0081】
また、密閉部材２４０Ｂには、所定の温度以上で排出部材２６０に形成された複数の排出ホールＨ３を各々密閉するように複数の挿入部２４６が備えられることによって、外部空気が排出部材２６０の排出ホールＨ３に流入できず、モジュールハウジング２２０の内部へ外部空気がこれ以上流入しないようにすることができる。これによって、外部と密閉されたモジュールハウジング２２０は、セルアセンブリー１００の火事の更なる拡散を防止し、窮極的には自然消火するように誘導できる。
【0082】
【0083】
図２と共に図１０をさらに参照すると、セルアセンブリー１００の少なくとも二つのバッテリーセル１１０は、一方向へ積層され得る。例えば、図２に示したように、６個のバッテリーセル１１０は、モジュールハウジング２２０内で上下方向へ積層した形態で収容され得る。セルアセンブリー１００は、積層された少なくとも二つのバッテリーセル１１０の間に、バッテリーセル１１０の体積変化を緩衝するように構成された弾性部材２７０がさらに備えられ得る。
【0084】
弾性部材２７０は、少なくとも二つのバッテリーセル１１０の内部にガスが発生して膨張される場合、圧縮され得る。その後、弾性部材２７０は、少なくとも二つのバッテリーセル１１０からガスが排出される場合、元の状態に戻りながら、少なくとも二つのバッテリーセル１１０に圧力（弾性力）を加え得る。これによって、弾性部材２７０は、セルアセンブリー１００に備えられた少なくとも二つのバッテリーセル１１０の各々からガスが外部へ排出されることを助けることができる。
【0085】
したがって、本発明のこのような構成によると、セルアセンブリー１００は、積層された少なくとも二つのバッテリーセル１１０の間にバッテリーセル１１０の体積変化を緩衝するように構成された弾性部材２７０が備えられることで、セルアセンブリー１００に火事や熱暴走が発生する場合、少なくとも二つのバッテリーセル１１０からガス排出を助け、速かにモジュールハウジング２２０の外部へガスを排出できる。これによって、本発明のバッテリーモジュール２００は高温のガスを迅速に排出し、モジュールハウジング２２０の内部温度が急上昇することを防止し、隣接するバッテリーセル１１０への火事や熱暴走の伝播を阻むことができる。
【0086】
【0087】
図２及び図１０と共に図１１を参照すると、モジュールハウジング２２０は、上部プレート２２６及び下部ケース２２７を備え得る。具体的には、上部プレート２２６は、外周縁が時計回りにまたは反時計回りに少なくとも二回折り曲げられた折曲部２２６ｂを備え得る。また、下部ケース２２７は、上部が開放されたボックス状であり得る。
【0088】
また、下部ケース２２７のボックス状の上端部が上部プレート２２６と結合し得る。ボックス状の上端部は、上部プレート２２６の折曲部２２６ｂの外面と対応するように少なくとも二回折り曲げられた構造２２７ｂを有し得る。上部プレート２２６及び下部ケース２２７は、単にこのように折り曲げられた結合構造のみに限定されず、例えば、上部プレート２２６と下部ケース２２７とは、シーミング（ｓｅａｍｉｎｇ）構造、クランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）構造またはヘミング（ｈｅｍｍｉｎｇ）構造で結合し得る。
【0089】
モジュールハウジング２２０は、折曲部２２６ｂと、折曲部２２６ｂの外面と対応するように折り曲げられた下部ケース２２７の外周縁の間に介在されたシーリング部材（図示せず）をさらに備え得る。シーリング部材は、例えばシリコーン素材を含むガスケットであり得る。
【0090】
したがって、本発明のこのような構成によると、モジュールハウジング２２０は、外周縁が少なくとも二回折り曲げられた折曲部２２６ｂを備えた上部プレート２２６と、上部が開放されたボックス状の上端部が上部プレート２２６と結合し、上端部が折曲部２２６ｂの外面と対応するように少なくとも二回折り曲げられた構造２２７ｂを有する下部ケース２２７と、を備えることで、モジュールハウジング２２０の上部プレート２２６と下部ケース２２７とが気密に密閉された構造を有することができる。これによって、バッテリーモジュールは、内部で発生した高温のガスが漏れず、使用者の安全性を向上させることができる。
【0091】
【0092】
図１０と共に図１２をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、熱伝達シート２８０及び冷却フィン２８５をさらに含み得る。熱伝達シート２８０は、モジュールハウジング２２０の内側面に密着して位置するように構成され得る。熱伝達シート２８０は、モジュールハウジング２２０の左側内面及び右側内面に各々備えられ得る。
【0093】
冷却フィン２８５は、プレート状であり得る。プレート状は、バッテリーセル１１０の一側面と対応する大きさを有し得る。冷却フィン２８５の一部は、少なくとも二つのバッテリーセル１１０の間に介在され得る。冷却フィン２８５は、外周縁が一方向へ折り曲げられた構造２８５ｂを有し得る。折曲構造２８５ｂによって、冷却フィン２８５の外周縁は、熱伝達シート２８０と接触するように構成され得る。
【0094】
したがって、本発明のこのような構成によると、モジュールハウジング２２０の内側面に密着して位置するように構成された熱伝達シート２８０と、プレート状であり、少なくとも二つのバッテリーセル１１０の間に介在されて外周縁が熱伝達シート２８０と接触するように一方向へ折り曲げられた冷却フィン２８５と、をさらに含むことで、セルアセンブリー１００の充放電時に生成された熱をモジュールハウジング２２０へ効果的に伝達できる。これによって、バッテリーモジュール２００の冷却効率を向上させることができる。
【0095】
図１３は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。
【0096】
図１３を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ａのモジュールハウジング２２０は、中間ケース２２９と、トッププレート２２８と、下部プレート２２５と、を備え得る。
【0097】
中間ケース２２９は、上部と下部が開放され、内部空間を形成するように水平方向へ延びた側壁２２９ａを備え得る。側壁２２９ａの上端部及び下端部には各々外側方向へ少なくとも二回折り曲げられた結合部２２９ｂが備えられ得る。ここで、「外側方向」とは、セルアセンブリー１００が位置した方向の反対方向を意味する。
【0098】
また、トッププレート２２８は、中間ケース２２９の上部に搭載されるように構成されたプレート状であり得る。トッププレート２２８は、外周縁が結合部２２９ｂの外面と対応するように少なくとも二回折り曲げられた構造２２８ｂを有し得る。このような中間ケース２２９の上端部に形成された結合部２２９ｂと折り曲げられた構造２２８ｂとが相互に結合しながらトッププレート２２８と中間ケース２２９とを密閉できる。
【0099】
さらに、下部プレート２２５は、中間ケース２２９の下部に位置するように構成されたプレート状であり得る。下部プレート２２５は、外周縁が結合部２２９ｂの外面と対応するように少なくとも二回折り曲げられた構造２２５ｂを有し得る。このような中間ケース２２９の下端部に形成された結合部２２９ｂ及び折り曲げられた構造２２５ｂによって、下部プレート２２５と中間ケース２２９とを密閉できる。
【0100】
したがって、本発明のこのような構成によると、トッププレート２２８及び下部プレート２２５が各々中間ケース２２９の結合部２２９ｂと結合するように構成された折曲構造２２８ｂ、２２５ｂを有することで、モジュールハウジング２２０は、気密の密閉構造を有することができる。これによって、バッテリーモジュール２００Ａは、内部で発生した高温のガスが漏れず、使用者の安全性を向上させることができる。
【0101】
なお、本発明によるバッテリーパック（図示せず）は、バッテリーモジュール２００を少なくとも一つ含み得る。さらに、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール２００に加え、バッテリーモジュール２００を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどがさらに含まれ得る。
【0102】
そして、本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用可能である。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含み得る。
【0103】
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事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。
【0104】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、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によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0105】
本発明は、バッテリーモジュールに関する。また、本発明は、バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【0106】
１００ セルアセンブリー
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
２００ バッテリーモジュール
２２０ モジュールハウジング
２２５ 下部プレート
２２６ 上部プレート
２２７ 下部ケース
２２８ トッププレート
２２９ 中間ケース
２３０ メッシュ部材
２４０ 密閉部材
２４５ ストッパ
２４７ コアユニット
２５０ 固定部材
２６０ 排出部材
２６５ 柱部
２７０ 弾性部材
２８０ 熱伝達シート
２８５ 冷却フィン
Ｈ１ ベントホール
Ｈ２ 開口
Ｈ３ 排出ホール
Ｈ４ 流通口
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
２００ バッテリーモジュール
２２０ モジュールハウジング
２２５ 下部プレート
２２６ 上部プレート
２２７ 下部ケース
２２８ トッププレート
２２９ 中間ケース
２３０ メッシュ部材
２４０ 密閉部材
２４５ ストッパ
２４７ コアユニット
２５０ 固定部材
２６０ 排出部材
２６５ 柱部
２７０ 弾性部材
２８０ 熱伝達シート
２８５ 冷却フィン
Ｈ１ ベントホール
Ｈ２ 開口
Ｈ３ 排出ホール
Ｈ４ 流通口
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】